Электрическое разделение сетей

Разветвлённая сеть большой протяжённости имеет значительную ёмкость и малое активное сопротивление. Если её разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, то опасность поражения резко снизится. Обычно электрическое разделение сетей осуществляется путём подключения электроприёмников через разделительный трансформатор. Реже применяется разделение разветвлённой сети на несколько несвязанных сетей. В сетях выше 1000 В применяется компенсация ёмкостной составляющей тока замыкания на землю. В сетях до 1000 В компенсация ёмкостной составляющей тока замыкания на землю применяется лишь в подземных сетях шахт и рудников.

Компенсация ёмкостной составляющей тока замыкания на землю

В сетях выше 1000 В компенсация ёмкостной составляющей тока замыкания на землю применяется для гашения перемежающейся электрической дуги при замыкании на землю и снижения возникающих при этом перенапряжений. Одновременно снижается ток замыкания на землю. Согласно ПУЭ, если ток замыкания на землю превышает в сетях 35 кВ 10 А, 15…20 кВ – 15 А, 10 кВ – 20 А, 6 кВ – 30 А, то их нейтрали соединяют с заземляющим устройством через дугогасящий реактор или бетонные сопротивления (в России), а также через параллельно подключённые дугогасящий реактор и бетонное сопротивление (в странах Америки и Европы). Из режима I-сеть, её переводят в один из режимов L-сеть, R-сеть, RL-сеть, когда нейтраль соединяют с заземлителем через сопротивления, величина которых значительно превосходит сопротивление фазы сети. Все возможные режимы нейтралей сетей приведены на рис.1.8.

Трёхфазные сети переменного тока напряжением 1000 В и выше – трёхпроводные. Сети до 1 кВ выполняют трёхпроводными только в том случае, когда нагрузка симметрична.

В противном случае сети до 1 кВ проектируют с четырьмя проводами (три фазных и нулевой). Назначение нулевого провода – выравнивание напряжений фаз при их несимметричной нагрузке.

Различают два вида «однофазных замыканий на землю»:

а) на заземленные части установки – «замыкание на корпус»,

б) непосредственно на землю или на незаземленные части.

Это имеет существенное значение для токов замыкания, так как в последнем случае будем иметь значительное переходное сопротивление.

Электроустановки напряжением выше 1 кВ ранее условно делили на:

1. установки с большими токами на землю (500 А и выше) – нейтрали заземлены наглухо или через малые сопротивления,

2. с малыми токами замыкания на землю – все установки выше 1000 В с изолированной нейтралью.

В последних изданиях Правил это условное деление отменено.

В сетях выше 1000 В преобладает ёмкостная проводимость, обеспечивающая в нормальном режиме ток через неё, A, -

I_e = U_фwc10^-6

При однофазном замыкании ток, А, -

I₃ = 3I_e = 3U_фwc10^-6.

В трехфазных сетях выше 1000 В с изолированной нейтралью емкостный ток однофазного замыкания на землю равен тройному емкостному току на землю “здоровой” фазы при нормальном режиме.

При расчете заземлений, если нет замеров ёмкостного тока здоровой фазы в нормальном режиме, ток замыкания I₃, А, определяется по приближённым эмпирическим формулам:

1. для ВЛ I₃ = U·L /350

2. для КЛ I₃ = U·L /10,

где L – длина линии (км),

U – напряжение (кВ).

Как следует из последних двух формул, КЛ имеют большую емкость, чем ВЛ. В целях более точного определения токов замыкания одной фазы на землю необходимо знать погонные значения ёмкостной проводимости ЛЭП и их протяжённость.

Параметры схем замещения КЛ

При выполнении расчётов токов замыкания одной фазы на землю и в целом ряде других случаев реальные ЛЭП подменяют их моделями в виде схем замещения и систем уравнений. Любая фаза ЛЭП представляет собой цепь с равномерно распределёнными параметрами, однако в целях упрощения расчётов моделирование выполняют, применяя Т-образные, Г-образные, П-образные схемы с сосредоточенными параметрами. Наиболее целесообразным оказалось применение П-образных схем замещения. При этом продольные элементы в них изображают погонными активными и реактивными сопротивлениями , поперечные – проводимостями .

Значения параметров как сопротивлений, так и проводимостей определяют [ ] по общему выражению , где – погонное значение продольного или поперечного параметра, отнесенное к одному км линии протяжённостью L.

Активное погонное сопротивление, Ом/км, при температуре окружающей среды 20° С –

, где

F – сечение жилы кабеля, мм²;

– удельное активное сопротивление, Ом·мм²/км, материала провода, в зависимости от его марки, для алюминия – 29, 5…31, 5, для меди – 18…19.

При температуре t, °C, отличной от двадцати градусов, .

Здесь – температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/град, (равен 0, 00403).

Погонные индуктивные сопротивления и ёмкостные проводимости кабелей принимают на основе заводских или каталожных данных. В табл.1.1 приведены значения рабочей ёмкости трёхжильных кабелей с поясной изоляцией.

Таблица 1.1.– Рабочая ёмкость трёхжильных кабелей с поясной изоляцией, Ф/м

Ёмкостная погонная проводимость кабеля, См/км, определяется по формуле: . Под действием приложенного к КЛ напряжения через ёмкости протекают зарядные токи. Расчётное значение ёмкостной силы тока на единицу длины, кА/км

.

Значение зарядной мощности всей КЛ, Мвар: , где

– ёмкостная проводимость, См, всей линии длиной L, км; – её номинальное напряжение, кВ.

Расчётное значение ёмкостной силы тока, А. во всей кабельной сети для одного и того же класса напряжения равно сумме силы тока отдельных кабелей, число которых – n, т.е.

В инженерной практике последнюю формулу используют при выборе и установке дугогасящих реакторов данного напряжения для компенсации ёмкостных токов. Параметры КЛ необходимы в качестве данных также при выборе средств компенсации реактивных нагрузок, определения потерь активной и реактивной мощности в них; при расчётах токов замыкания и выборе уставок устройств защиты и автоматики. Поэтому необходимо как можно точнее определять их величину. В сетях напряжением 1…35 кВ эту задачу решают экспериментальным путём, преднамеренно соединяя одну из фаз сети непосредственно или через известную проводимость с землёй. Выполнение таких экспериментов сопряжено с повышенной опасностью для персонала, проводящего их, а также для КЛ, длительно находящихся в эксплуатации. Поскольку при соединении одной фазы непосредственно с землёй напряжение у других фаз кабеля равно междуфазному. Наиболее целесообразным является проведение эксперимента с использованием такой дополнительной проводимости, что напряжение на ней отличается от напряжения до её подключения не более, чем на 10 %. Эта методика была разработана в Московской горной академии [ ].

В сетях до 1 кВ преобладают активные проводимости путей утечки, величина которых зависит от протяженности и изоляции сети. В установках с нормальной средой эти токи невелики, но в условиях высокой влажности, при наличии химических воздействий они могут достичь нескольких десятков А.

В мощных системах высокого напряжения 110…220 кВ, работающих с глухозаземленной нейтралью, токи I₃ имеют значительную величину при замыкании и на корпус, и на землю.

В сетях низшего напряжения с заземленной нейтралью трансформаторов, при замыкании фазы на заземленные части, токи однофазного замыкания на землю зависят от мощности трансформаторов и сопротивлений, образуемых обмотками трансформаторов с цепью замыкания.

При мощностях трансформаторов 1000…1800 кВ·А ток I₃ в непосредственной близости от трансформаторов составляет 3…4 кА. При замыкании непосредственно на землю и на незаземленные части ток, ограниченный значительным сопротивлением, может иметь весьма малую величину относительно I₃, что, однако, определяет сложность и стоимость защитного заземления.

Трехпроводные сети
I – сети (с изолированной нейтралью)	T – сети (с глухим заземлением нейтрали)
U н = 1 ÷ 35 кВ	U н ≥ 110 кВ
	35 кВ 10 А, 15 ÷ 20 кВ 15 А, 10 кВ 20 А, 6 кВ 30 А
U н = 1 ÷ 35 кВ
Четырехпроводные сети
U н 1 кВ	U н < 1 кВ

Рисунок 1.2. – Режимы нейтрали сети

1.4.3.Средства, обеспечивающие электробезопасность в ДЭУ

Средствами, обеспечивающими электробезопасность в ДЭУ (см. рис. 1.1.), являются:

· заземление (зануление),

· изоляция,

· удаление от токоведущих частей,

· средства защиты.

Средства защиты классифицируют на предохранительные, ограждающие, изолирующие. Последние, в свою очередь, могут быть основными и (или) дополнительными. Средства защиты применяют как индивидуальные, так и коллективные.

Кроме основной изоляции, применяют также дополнительную, усиленную и двойную виды изоляции. Основная изоляция электрооборудования и токоведущих частей должна соответствовать классу напряжения, в котором они применяются. Усиленная изоляция такова, что длина пути токов утечки на 20 % больше, чем у обычной изоляции. Она применяется в тех случаях, когда дело имеют с загрязнённой окружающей средой, в которой используются оборудование, ВЛ, КЛ, токопроводы.

Примером дополнительной изоляции является трансформаторное масло в баке маслонаполненного трансформатора. Оно дополняет основную изоляцию обмоток трансформатора. Верхняя часть проходных изоляторов на крышке бака трансформатора – основная его изоляция, а нижняя, погружённая в масло бака, − дополнительная.

Двойная изоляция, как правило, применяется у электрифицированного переносного инструмента. Кроме основной изоляции обмоток, корпус или его рабочая часть − не металлическая, а из изоляционного материала.