Трансформаторные подстанции высочайшего качества

с нами приходит энергия

Перенапряжения при однофазных замыканиях на землю

В установившемся режиме при однофазном замыкании на землю напряжение на неповрежденных фазах рассчитывается с помощью схемы замещения (рис. 40-1) или определяется по кривым рис. 40-2.
Напряжение на неповрежденной фазе зависит в основном от отношения (реактивных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей относительно точки замыкания на землю), а следовательно, и от способа заземления нейтрали.

Рис. 40-1. Расчетная схема для определения напряжения на неповрежденных фазах при однофазном коротком замыкании.

Рис. 40-2. Повышение напряжения на неповрежденным фазах при однофазном замыкании на землю в зависимости от отношения реактивных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей.

1. Эффективное (глухое) заземление нейтрали применяется в системах 110 кВ и выше и достигается путем глухого заземления нейтралей всех или части трансформаторов, работающих в электрически связанной сети. При эффективном заземлении нейтрали должны быть обеспечены соотношения и , так что напряжения на неповрежденных фазах при однофазных замыканиях на землю не превышают .
2. Системы с
изолированной нейтралью применяются при 3-10 кВ, если емкостный ток замыкания на землю не превышает 30 А, и при 35 кВ, если .
Для воздушных линий удельный ток замыкания на землю (
l — длина линии, км)

Для кабельных линий ток определяется удельными емкостями.
В системах с изолированной нейтралью обычно
и отношение .
3. Если в системах 3-35 кВ
превышает указанные в п. 2 значения, применяется резонансное заземление нейтрали, т. е. заземление нейтрали через дугогасящую катушку, которая уменьшает ток в месте замыкания и снижает скорость восстановления напряжения, способствуя тем самым самоугасанию дуги замыкания на землю.
При резонансном заземлении нейтрали
очень велико и .
Индуктивность
дугогасящей катушки выбирается из условия резонанса:

где Со — емкость на землю одной фазы части сети, компенсируемой данной катушкой; q — степень компенсации (q=1-полная компенсация; q>1-перекомпенсация, q<1— недокомпенсация).
Суммарная мощность катушек, установленных в электрически связанной сети, должна на 25% превышать зарядную мощность всех линий. В эксплуатации допускаются некоторые отклонения от условия точной настройки в сторону перекомпенсации
().
При отключении одной фазы на одной из линий сети (например, при перегорании плавкого предохранителя) емкость этой фазы уменьшится до
и на нейтрали появится напряжение (смещение нейтрали), которое может определяться по графикам (рис. 40-3) или формуле

где g — активная проводимость линии относительно земли; r — активное сопротивление дугогасящей катушки.
В переходном режиме (т. е. непосредственно после замыкания на землю) в системах с эффективным заземлением нейтрали
, так что кратность перенапряжений К=2,5.
В системах с изолированной и резонансно заземленной нейтралью кратность перенапряжений может быть существенно больше, если замыкание на землю произошло через перемежающуюся дугу. В этом случае предельная кратность перенапряжений на неповрежденных фазах определяется по теории Петерсена:

где d — коэффициент затухания; ( — междуфазная емкость; — емкость относительно земли).
Обычно d = 0,1…0,3;
k = 0,2…0,3.
Кривая 1 (рис. 40-4) соответствует теории Петерсена, кривая 2 — теории Белякова, которая дает более вероятные значения перенапряжений.

Рис. 40-3. Зависимость смещения нейтрали от величины относительного уменьшения емкости одной из фаз. 0 — изолированная нейтраль; 1 — точная настройка (q = 1); 2 — перекомпенсация 20% (q = 1,2); 3 — недокомпенсация 20% (q=0,8); 4 — недокомпенсация 20% с учетом характеристики намагничивания дугогасящей катушки.

Рис. 40-4. Зависимость максимального напряжения на здоровой фазе при однофазном дуговом замыкании на землю от величины (1 — d) (1 — k),

Применение дугогасящих аппаратов практически не снижает предельно возможные величины перенапряжений, но уменьшает вероятность их появления и главное длительность их существования.

где
коэффициент затухания (L — индуктивность трансформатора, питающего линию). 1 — предельные возможные перенапряжения (Петерсен); 2 — более вероятные максимальные перенапряжения (Беляков).