Особенности формирования и эксплуатации трехфазных систем

Понятно, что особенности формирования и эксплуатации трехфазных систем здесь рассматриваются только с позиции теоретической элетротехники.

В зависимости от назначения трехфазные электроэнергетические системы исполняются либо с изолированной, либо с заземленной (на стороне источника питания) нейтралью.

Основной целью заземления нейтральных проводов является снижение отрицательных (в ряде случаев тяжелых) последствий для трехфазных систем при несанкционированных коротких замыканиях участков системы на землю.

Короткое замыкание в подземном кабеле может возникнуть а результате пробоя или несанкционированного механического повреждения его изоляции, когда ток замыкания через оболочку кабеля попадает а землю.

В воздушных линиях ток замыкания на землю возникает при пробое или перекрытии изолятора по воздуху, в результате чего он соединяется с землей через металлическую опору и ее подошву (рис. 32).

В однородном грунте ток вблизи места замыкания равномерно «растекается» по всем радиальным направлениям. Этот ток создает в земле электрическое поле со значительной напряженностью Е. понятно, что наибольшие значения величины I и E имеют непосредственно у опоры, уменьшаясь в связи с уменьшениями плотности линий тока и поля по мере удаления от нее. Электрический ток и создаваемое им электрическое поле в зоне контакта с землей, особенно в высоковольтных сетях, создают опасные для человека и животных так называемые «шаговые» напряжения (напряжения между ступнями ног). Это напряжение (на рис. 33 U_ш) зависит от величины тока замыкания, расстояния « » до опоры, расстояния l_ш между ступнями ног и удельного сопротивления грунта (закон Ома) и может приводить к тяжелым последствиям.

Появление электрического тока в грунте не противоречит фундаментальному принципу теоретической электротехники, а именно принципу непрерывности линий тока, в соответствии с которым электрический ток может существовать только в условиях, когда линии имеют возможность замкнуться сами на себя.

Рис. 32.

Дело в том, что в полной мере изолированных от земли высоковольтных трехфазных систем быть не может. При заземленной нулевой точке на стороне генератора ток короткого замыкания от места аварии распространяется в сторону заземления, возвращаясь, таким образом, в обмотки генератора (трансформатора). Однако, это не единственный путь возвращения тока в сеть, поскольку между каждым линейным проводом и землей по всей длине линии имеет место распределенная емкость, при переменном напряжении являющаяся проводником тока (рис. 33).

Таким образом, даже при отсутствии заземления ток короткого замыкания имеет возможность вернуться в сеть через эту емкость (рис. 33). Радикальным средством «смягчения» последствий подобных аварийных ситуаций и является заземление нейтрали системы. При этом используются «глухое» заземление нейтрали, заземление через активное сопротивление и через индуктивность. Ясно, что во всех нормальных рабочих режимах токи в заземляющих устройствах (при заземлении только одной точки) отсутствуют, следовательно, потенциал нейтральной точки при всех видах заземления равен потенциалу земли (нулю).

Глухое заземление в сетях высокого напряжения осуществляется путем непосредственного соединения с землей нулевой точки генератора или вторичной обмотки трансформатора.

Заземление через активное сопротивление предотвращает возникновение в цепи нейтрали больших резонансных напряжений, которые могут возникать при коротких замыканиях на землю.

Замыкание нейтрали трехфазной системы через индуктивное сопротивление при соответствующем подборе величины индуктивности броски токов короткого замыкания сводит к минимуму и в значительной степени снижает установившиеся токи кроткого замыкания.

Рис. 33.

Конечно, исключительно важной проблемой при эксплуатации трехфазных систем является безопасность обслуживающего эти системы персонала, которая обеспечивается различными конструктивными решениями. Эти решения связаны с надежной изоляцией токоведущих частей системы, защитными заземлениями и занулениями, т.е. надежными соединениями металлических нетоковедущих частей оборудования специальными средствами с «землей» или с нулевым (нейтральным) проводом.

Защитные устройства должны предотвращать опасность поражения током при повреждениях изоляции, при случайных прикосновениях в таких случаях к металлическим частям электрических машин и оборудования, которые в нормальных условиях не находятся под напряжением.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в силовых установках с напряжением до 1000В и для питания осветительных приборов и бытовых электротехнических устройств до 380В должны использоваться четырехпроводные трехфазные системы с заземленной нейралью. В этих случаях, как правило, используются как защитное заземление корпусов электроустановок, так и зануление, которое обеспечивает постоянное соединение нетоковедущих металлических частей с заземленной нейтралью [ ].