Струм замикання на землю – як він вимірюється, його ємнісні складові, величина і розрахунок

Таке явище, як розтікання струму при замиканні на землю одного з фазних провідників, виникає внаслідок його випадкового зіткнення з грунтом. До цього ж типу позаштатних ситуацій слід віднести і зниження ізоляційних характеристик захисної оболонки кабелю, прокладеного в землі.

явище розтікання

У 3-х фазної мережі живлення, що працює за схемою з так званої «ізольованою» нейтраллю, про замиканні фази на землю можна судити за показниками підключеного до неї індикаторного приладу (вольтметра). Для організації таких вимірів його контрольні щупи приєднуються до контактів вторинної обмотки вимірювального трансформатора типу НТМИ, здатного витримувати тривалі перенапруги.

При безпосередньому або прямому замиканні провідника на землю обмотка вимірювального трансформатора накоротко замкнута, а показання відповідного їй вольтметра будуть нульовими.

Зверніть увагу! Одночасно з цим сумарний магнітний потік (індукція) в двох інших обмотках НТМИ збільшиться в v3 раз, а відповідними вольтметрами замість фазного вимірюється лінійна напруга.

У разі практичного виміру ємнісного струму замикання на землю використовують метод «добору». Його суть полягає в умисних зсувах нейтрали (подача змінної напруги в нейтраль) і вимірі виникають при цьому токах. Метод застосовується тільки в суху погоду до мереж не більше 10 кВ. Проводити заміри струму замикання на землю можуть ті працівники, які отримали допуск.

Розрахунковий струм замикання на землю визначається як геометрична сума його ємнісних складових у всіх робочих жилах згідно з наступною формулою:

З ростом довжини мережі її ємність, природно, зростає і, відповідно до формули, збільшується аварійний струм витоку. Одночасно з цим відповідно до вимог ПУЕ величина струму в колі не повинна перевищувати наступних значень:

Для виконання зазначеної вимоги в 3-х фазних живлять ланцюгах повинна бути примусово організована компенсація ємнісного струму замикання на землю.

наслідки замикання

Розтікання струму в мережах з ізольованою нейтраллю можливо лише через провід, що знаходиться в прямому контакті з грунтом. Найближчий приклад такої ситуації – штучний заземлювач.

відтік струму

Аварійне замикання фази на грунт призводить до того ж ефекту, в результаті якого відбувається різке зменшення потенціалу провідника щодо землі.

У зазначеній ситуації такий провід формально перетворюється в одиночний заземлювач.

Напруга в точці контакту знижується до значення, відповідного твору протікає через неї струму на величину опору грунту його розтіканню. Це явище дуже корисно з точки зору зменшення небезпеки при випадковому пошкодженні лінії. Одночасно з цим зниження потенціалу фази призводить до ряду небажаних наслідків.

Одне з негативних наслідків – ефект розподілу потенціалу по поверхні землі поблизу від зони контакту. Внаслідок цього в точках, по-різному віддалених від заземляющей конструкції, з’являються різні за величиною потенціали, що утворюють перепади напруги, небезпечні для потрапили в цю зону людей.

Ця обставина послужила причиною введення такого показника, як «напруга кроку», що визначається різницею потенціалів між його ступнями при пересуванні в межах небезпечної зони. У зв’язку з тим, що зниження потенціалу в міру віддалення від точки контакту відбувається по експоненті – максимальна напруга кроку спостерігається поблизу від неї. Мінімум цієї величини виявляється на ділянках, досить віддалених від епіцентру аварії.

Характер розподілу струму замикання на землю, величина опору розтікання і розподіл потенціалів на небезпечній ділянці – всі ці показники залежать від геометричних параметрів утворився з’єднання. Істотний вплив на них надає і стан грунту в момент аварії (підвищена вологість, сухість або інші фактори).

виникнення дуги

Ще одним наслідком замикання фазного провідника на землю є утворення електричної дуги, в процесі горіння якої виділяється велика кількість тепла і спостерігається іонізація повітря. Це створює умови, що сприяють появі в лінійних міжфазних ланцюгах короткого замикання.

Переривчастий характер дуги, що утворюється при замиканні на землю, призводить до появи значних перенапруг величиною до 3,2 Uф .. З метою зниження амплітуди ємнісних струмів, збільшення часу відновлення напруги на аварійній фазі, а також обмеження перенапруг при наступних запалювання дуги в ланцюгах встановлюється спеціальний дугогасящий реактор.

Компенсаційні заходи захисту

Відповідно до положень ПУЕ в нормальних умовах роботи мережі повинні вживатися спеціальні заходи захисту від можливого пробою на землю. Для обмеження ємнісних струмів в нейтраль трансформатора вводиться спеціальний дугогасящий реактор (дивіться малюнок 1, б). З його допомогою вдається знизити (компенсувати) струм однофазного замикання на землю, що виникає відразу після аварії. Практично встановлено, що при наявності компенсатора повітряні і кабельні лінії можуть працювати в критичному аварійному режимі досить тривалий час і ось чому.

Як тільки протікає в реакторі індуктивний струм Ip порівнюється за своєю величиною з протифазної ємнісної складової Ic – спостерігається ефект компенсації, при якому Iр + Iс = 0 (явище резонансу струмів).

Зверніть увагу! Реактори з індуктивним опором досить просто налаштовуються на роботу зі змінним значенням компенсаційного потоку і можуть експлуатуватися в режимах недо- і перекомпенсації.

Використання дугогасного реактора надає певний вплив на розподіл потенціалів у лінійних проводах і в нейтрали. В останній з’являється напруга зсуву Ucм, викликане асиметрією у ланцюзі і прикладена до висновків реактора. У резонансному режимі таке неузгодженість призводить до спотворення нормальної картини розподілу потенціалів навіть у відсутності однофазного замикання (ОЗЗ).

Штучне попередження резонансних явищ може бути досягнуто шляхом навмисного неузгодженості відповідних ланцюгів, в результаті чого вдається знизити Ucм і вирівняти показання контрольних приладів.

Додаткове зауваження. Варіювати величину компенсаційних струмів допускається в межах, при яких утворилося в разі аварії неузгодженість не приводило б до появи Ucм більш ніж 0,7 Uф.

Порядок розрахунку параметрів однофазного замикання

Розрахунок ємнісного струму замикання пропонуємо розглянути на прикладі типових електричних підстанцій з чинним напругою 10 кіловольт.

Для підвищення точності проведених у своїй викладок радимо скористатися методом, при якому за основу береться показник питомої ємнісного струму. (З його робочими значеннями можна буде ознайомитися в одній з таблиць, наведених в додатку). Формула, відповідно до якої розраховується цей показник, виглядає наступним чином:

де:

Uф – ця фазна напруга 3-х фідерної електромережі, кіловольти,

?= 2пf = 314 (радіани / секунду).

Со – величини ємності кожної окремої фази по відношенню до землі (мікрофарад / кілометри).

Відразу ж слідом за цим можна буде приступати до визначення величини ємнісної складової струму в самій фідерної лінії:

По завершенні основного розрахунку переходимо до визначення параметрів спрацьовування захисту від перенапруг (компенсаційних струмів).

При їх проведенні слід виходити з показника ємнісного струму захисту, що визначається за формулою:

де:
Кн – показник надійності роботи захисту (зазвичай він приймається рівним 1,2),

КБР – показник так званого «кидка», що враховує стрибок струму в момент виникнення однофазного замикання на землю (ОЗЗ),

Ic фідера макс. – ємнісний струм підлягає захисту фідера.

Дотримання нерівності, позначеного в наведеній вище формулі, дозволяє забезпечити умови, при яких навіть при виникненні однофазного замикання на землю захист не буде спрацьовувати.

Для реле ЕМ типу рекомендований показник надійності спрацьовування захисту, як правило, вибирається рівним 2 або 3 одиницям. При цьому в захисній схемі не передбачається спеціальна тимчасова затримка. При установці в цих ланцюгах цифрових реле робоче значення показника КБР = 1-1,5.

На закінчення відзначимо, що для різних промислових пристроїв фідерної захисту зазначені параметри можуть мати значення, що трохи відрізняються від тих, що наведені в розрахунках.

Ссылка на основную публикацию