6. Перенапруги при замиканнях на землю

6.2 Розвиток перенапруг при перемежованому дуговому замиканні на землю в трифазній мережі з ізольованою нейтраллю

Припустимо, що в трифазній мережі виник режим однофазного замикання на землю (рис. 6.1), в результаті чого відбувся ряд повторних запалювань і загасань дуги, а також накопичився вільний заряд, який після чергового загасання дуги рівномірно розподіляється по ємностях фаз  і створює на нейтралі напругу зсуву .

Рисунок 6.1 – Трифазна система з ізольованою нейтраллю при дуговому замиканні на землю

Напруга  накладається на фазні е.р.с. джерела  і створює напруги на фазних ємностях мережі. Напруга на ушкодженій фазі а відновлюється після гасіння дуги з власною частотою мережі  з нульового значення до значення  (рис. 6.2). У ході високочастотного коливального процесу напруга  досягає максимального значення – піка гасіння . Величина цього піка обмежена відновленням ізоляції дугового проміжку. Найбільша величина  виникає, якщо дуга гаситься в момент мінімуму напруги  на фазі, як це показано на рис. 6.2. В цьому випадку, звідки:

.                               (6.1)

Коливальне відновлення напруги на ураженій фазі а не призводить до негайного повторного запалювання дуги лише в тому випадку, якщо  буде менше відновлювальної ізоляції дугового проміжку. Обробка багатьох осцилограм, знятих під час спеціальних дослідів в мережі 6-10 кВ, показала, що максимальна величина  обмежена ізоляцією дугового проміжку і становить 0,4. Тоді з формули (6.1) знаходимо, що максимальна величина  рівна 1,2 (додатного або від’ємного знака).

Рисунок 6.2 – Відновлення напруги на ушкодженій фазі при гасінні ємнісної дуги замикання на землю

Визначимо тепер можливі перенапруги в трифазній мережі (див. рис. 6.1). Величина перенапруги визначається за формулою:

,              (6.2)

де  і  – установлена і початкова напруги на фазах при повторному запалюванні;

– коефіцієнт, що враховує зменшення амплітуди коливань через вплив міжфазних ємностей;

d – коефіцієнт загасання високочастотних коливань.

Напруга на будь-якій із здорових фаз до повторного запалювання

;

 після повторного запалювання та загасання перехідного процесу напруга на фазі досягає лінійної і дорівнює

.

Момент повторного запалювання повинен бути обраний так, щоб , порахована за формулою (6.2), досягала максимального значення.

Пояснимо походження коефіцієнта . Після запалювання дуги ємність  ушкодженої фази є закороченою, а ємності  здорових фаз з’єднуються паралельно з міжфазними ємностями  (рис. 6.3).

Рисунок 6.3 – Перетворення схеми рис. 6.1, що ілюструє зниження

При таких з’єднаннях відбувається перерозподіл вільного заряду між ємностями і зниження напруги вільних коливань  відповідно до коефіцієнта . Значення коефіцієнта для ліній ≤ 35 кВ становить в середньому 0,75.

Коефіцієнт загасання (1 – ) можна прийняти рівним 0,9.

На рис. 6.4 наведено криві напруг на одній із здорових фаз при величині . Максимальна перенапруга на здоровій фазі виникає при повторному запалюванні поблизу максимуму напруги ; досить близьке значення ми одержимо, якщо для спрощення розрахунку приймемо, що повторне запалювання відбувається точно в момент максимуму . Тоді

;

.

Приймемо: = 0,75 і (1–) = 0,9;

Тоді .

Максимальні перенапруги виявляються порядку .

Численні вимірювання, виконані за останні роки, показали, що вказані значення дійсно є граничними для перенапруг дугових замикань на землю. Досліди ставилися при горінні дуги як у повітрі, так і в маслі. Для виникнення максимальної перенапруги достатньо одного циклу «гасіння-запалювання». Причиною збільшення перенапруг до кінця горіння дуги є поступове зростання напруг запалювання внаслідок розтягування дуги. З ростом ємнісного струму дуга стає більш стійкою, що веде до зниження імовірності виникнення високих перенапруг.

Короткочасні перенапруги порядку 3Uф безпечні для нормальної ізоляції на робочих напругах до 35 кВ включно. Але досить тривалі перенапруги можуть призвести до перекриття забрудненої ізоляції.

Рисунок 6.4 – Осцилограми розвитку перенапруг в трифазній мережі з ізольованою нейтраллю