7.2. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью

Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью принято называть простым замыканием. Рассмотрим простейшую трехфазную сеть, в которой произошло простое замыкание фазы   (рис. 7.1). Распределенные вдоль линии емкости каждой фазы относительно земли представлены для простоты сосредоточенными ( ). Межфазные емкости не оказывают ощутимого влияния на режим КЗ и на рис. 7.1 не отражены.

Рис. 7.1. Распределение токов при простом замыкании на землю

Емкостная проводимость поврежденной фазы зашунтирована коротким замыканием; приложенное к   напряжение равно нулю и, следовательно, ток через указанную емкость не протекает. Ток КЗ обусловлен суммой емкостных токов фаз    и    и их распределение показано на рис. 7.1.

Граничные условия для простого замыкания на землю те же, что и для однофазного КЗ в сетях с заземленной нейтралью. Поэтому расчетные выражения, полученные ранее в разделе 6.4.2, справедливы и для рассматриваемых условий с учетом ряда особенностей:

Для получения расчетных выражений обратимся к простейшей схеме (рис. 7.2, а) и комплексной схеме замещения (рис. 7.2, б). Здесь помимо емкостных сопротивлений ВЛ символически введены индуктивные сопротивления линии и трансформатора всех последовательностей, хотя они незначительны и принимаются равными нулю. Поскольку в схемах прямой и обратной последовательностей емкостные сопротивления ВЛ ( ) зашунтированы малыми сопротивлениями трансформатора ( ), то это позволяет принять  . Считая реактор в нейтрали трансформатора отсутствующим (показан пунктиром), имеем:  .

При принятых условиях в соответствии с соотношениями (6.42) и (6.43) ток при металлическом замыкании на землю будет определяться выражением:

   (7.1)

где   – результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности воздушных и кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания;   – среднее фазное напряжение ступени КЗ.

Как следует из (7.1) ток простого замыкания равен утроенной величине емкостного тока одной фазы в нормальных условиях. По этой причине распределительные сети 6 – 35 кВ называются сетями с малыми токами замыкания.

Рис. 7.2. Простое замыкание на землю

В практических расчетах возможна грубая оценка величины тока замыкания на землю по выражению:

 

где   – средненоминальное напряжение ступени КЗ, кВ;   – коэффициент, принимаемый для воздушных линий равным 350, для кабельных – 10; L – суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км.

Отметим, что величина тока замыкания практически не зависит от места замыкания и определяется суммарным сопротивлением (длиной) линий, электрически связанных с точкой замыкания.

Для симметричных составляющих напряжений в соответствии с принятыми допущениями имеем:

   (7.2)
   (7.3)
   (7.4)

На рис. 7.3 приведены векторные диаграммы напряжений и токов в месте простого замыкания на землю фазы . Они построены при указанных допущениях. Векторы    образуют симметрическую звезду напряжений нормального режима. В режиме КЗ фазные напряжения неповрежденных фаз и увеличиваются в   раз, принимая значения межфазного напряжения. При этом треугольник линейных напряжений остается без изменений, как и в нормальном режиме, и перемещается в соответствии с перемещением центра тяжести, положение которого определяется напряжением нулевой последовательности. Благодаря неизменности треугольника линейных напряжений и возможен длительный эксплуатационный режим при простом замыкании.

Рис. 7.3. Векторные диаграммы напряжений и токов в месте простого замыкания на землю

Емкостные токи здоровых фаз опережают их напряжения на (рис. 7.3) и по модулю определяются как

 

Ток земли представляет их геометрическую сумму (7.1).