Влияние способа заземления нейтрали на выбор разрядников и уровни изоляции

Напряжение гашения должно быть равно напряжению на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю. Расчет этого напряжения выполняется с помощью метода симметричных составляющих. В место замыкания, например на фазе А, включается эквивалентный источник напряжением — , равным по величине и обратным по направлению напряжению симметричного режима. Обозначим через Z₁, Z₂, Z сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности относительно точки замыкания при условии, что все источники питания закорочены. Тогда ток однофазного замыкания на землю определится как

(11.6)

Токи различных последовательностей при этом равны:

(11.7)

Напряжение в каждой из фаз может быть представлено как сумма четырех составляющих: составляющей прямой последовательности «нормального» режима, т. е. симметричного режима, существовавшего до к. з.; так называемой аварийной составляющей прямой последовательности

(11.8)

составляющей обратной последовательности

(11.9)

составляющей нулевой последовательности

(11.10)

Для точек, удаленных от шин генераторного напряжения, можно принять Z₁=Z₂. Обозначив Z₀/Z₁=Z₀/Z₂=m, получаем:

(11.11)

(11.12)

Рис. 11.17 – Векторная диаграмма напряжений при однофазном к. з.

На рис. 11.17 приведена векторная диаграмма, построенная для случая, когда сопротивления всех последовательностей можно считать чисто реактивными и m > 1. В поврежденной фазе А три составляющие напряжения , совпадают по направлению и в сумме дают вектор ( ), т. е. суммарное напряжение равно нулю. В двух других фазах В и С составляющие нулевой последовательности имеют то же направление, что и в поврежденной фазе, а составляющие прямой и обратной последовательности сдвигаются на углы ± 120°. Сумма векторов и , или и , сдвинутых друг относительно друга на угол 120°, представляет собой вектор, совпадающий по фазе с вектором U₀, но обратный по знаку (при m>0). Таким образом, геометрическая сумма трех «аварийных» составляющих , в неповрежденных фазах, которую мы обозначим , равна:

(11.13)

Вектор геометрически складывается с составляющими симметричного режима. Из векторной диаграммы следует;

(11.14)

Если исключить некоторые режимы в дальних электропередачах, то для заземленной нейтрали характерно 1 < m < 3. Верхние значения m в этой области могут получаться в точках сети, удаленных от источников питания, где сопротивления Z₀ и Z₁ определяются в основном параметрами линии, т. е. представ­ляют собой отношение индуктивностей нулевой и прямой последовательности линии, которое близко к трем.

С учетом того, что максимальное рабочее напряжение составляет 1,15—1,10 от номинального, получим напряжение на неповрежденных фазах при m = 3:

(11.14)

При изолированной нейтрали максимальное напряжение на неповрежденных фазах равно: U_B≈U_c≈1.1U_ном.

Выбор грозозащитных разрядников осуществляется исходя из двух возможных режимов нейтрали. В системах с изолированной нейтралью применяются 110%-ные разрядники, рассчитанные на напряжение гашения U_гаш = 1,1 U_ном. В системах с заземленной нейтралью используются 80%-ные разрядники, у которых гашение дуги должно осуществляться при U_гаш = 0,8U_ном. и дает возможность уменьшить сопротивление нелинейного резистора, а следовательно, и остающееся напряжение на разряднике (рис. 11.18).

Рис. 11.18 – Вольтамперные характеристики 80%-ного (1) и 110%-ного (2) разрядников.

Поскольку изоляция оборудования скоординирована с характеристиками разрядников, применение 80%-ных разрядников позволяет снизить уровень изоляции по сравнению с уровнем изоляции, защищенной 110%-ными разрядниками. Это является одним из основных преимуществ работы с заземленной нейтралью.