РОЗДІЛ 2
РЕЖИМ НЕЙТРАЛІ В КОНТЕКСТІ ОПТИМІЗАЦІЇ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ МЕРЕЖ 3-35 КВ ВІД ЗАМИКАНЬ НА ЗЕМЛЮ
2.1. Контроль ізоляції електричних мереж та пристрої сигналізації
Серед розмаїття способів та пристроїв контролю ізоляції, запропонованих до впровадження в мережах 3-35 кВ за останні 10 років, звертають на себе увагу такі, що передбачають певну корекцію параметрів ланцюга ОЗЗ. Інші дозволяють проводити вимірювання традиційних (безпосередніх) характеристик ізоляції (наприклад, тангенса кута діелектричних втрат або інтенсивності часткових розрядів).
Для розгляду перших зазначимо, що кожна ділянка електричних ліній має поздовжній і поперечній опір. Поперечний активний опір визначає струми витоку, які є наслідком недосконалості ізоляції. Від величини поперечного ємнісного опору в мережі з ізольованою нейтраллю залежить струм ОЗЗ. Поздовжній опір характеризується активними та індуктивними складовими.
Процеси в лініях передачі в загальному випадку досліджуються на основі теорії електричних кіл з розподіленими параметрами. Однак, відносно невелика протяжність мереж напругою до 35 кВ, дозволяє вважати струм в кожний момент часу в будь-якій точці однаковим. Через це можна розглядати такі лінії з зосередженими, а не розподіленими параметрами.
Оскільки міжфазні опори і ємності практично не впливають на струми витоку на землю, то заступна схема трифазної електричної мережі з ізольованою нейтраллю має вид (рис.2.1).
Тут прийняті наступні позначення : - комплексні фазні напруги, рівні по модулю; - комплексні напруги окремих фаз електричної мережі відносно землі; - комплексна напруга нейтралі; - комплексні повні струми витоку на землю; - активні опори між окремими фазами мережі і землею; - ємності проводів відносно землі.
Повні комплексні провідності фаз відносно землі визначаються із виразу:
; .
Рис.2.1. Заступна схема трифазної електричної мережі з ізольованою нейтраллю
Напруга несиметрії мережі визначається за формулою:
, (2.1)
де - сумарна комплексна провідність мережі відносно землі;
- фазна комплексна провідність електричної мережі, яка рівна нулю при рівності провідностей фаз
- фазовий множник, що враховуює зсув фаз .
Струм витоку в фазі А:
з урахуванням (2.1) отримаємо:
. (2.2)
Аналогічно можна визначити струми витоків у фазах В і С:
; . (2.3)
Співвідношення (2.2-2.3) дозволяють визначити струми витоків при відомих опорах і ємностях електричної мережі. Із цих співвідношень можна отримати вирази для струмів при металевому ОЗЗ електричної мережі, наприклад, для фази А. Осільки для струму замикання в фазі А , то
.
Таким чином для обчислення струмів витоків окремих фаз електричної мережі відносно землі необхідно знати опір і ємності .
Розглянемо співвідношення між комплексними напругами фаз відносно землі та їх модулями. Знайдемо уявну і дійсну частини комплексної напруги зміщення нейтралі або координати точки (див. рис.2.2).
Для цього згідно рис.2.2 складемо рівняння кіл з центром в точках А, В, С і радіусами :
, (2.4)
, (2.5)
. (2.6)
З (2.4) - (2.6) знаходимо значення :
(2.7)
(2.8)
Тоді:
. (2.9)
Рис.2.2. Векторна діаграма напруг
Комплексні напруги фаз відносно землі рівні:
; .
Шукане рівняння отримає вид:
(2.10)
(2.11)
(2.12)
Рівняння (2.10) - (2.12) дозволяють по відомих напругах фаз мережі відносно землі розрахувати їх комплекси , значення яких використовуються для розрахунків струмів ОЗЗ.
В електричній мережі 3-35 кВ часто потрібно знати загальний активний опір ізоляції і сумарну ємність мережі відносно землі. Визначення цих величин можливо з допомогою штучного ОЗЗ.
В [56, 57] автори пропонують непрямий метод виміру названих параметрів без ОЗЗ. Для цього необхідно між однією фазою і землею включити додаткову ємність або активний опір. Струм замикання на землю без додаткової ємності дорівнює
, (2.13)
де - напруга фази А відносно землі до ОЗЗ;
- повна провідність мережі відносно землі.
Нехай до фази А (рис.2.1) додатково підключена провідність . Тоді струм замикання на землю фази А може бути визначений як
, (2.14)
де - напруга фази А з ввімкненою додатковою провідністю.
Із (2.13) і (2.14) отримаємо:
. (2.15)
Активна складова повної провідності електричної мережі визначається як дійсна частина комплексу (2.15):
, (2.16)
а реактивний опір, - як уявна частина комплексу (2.15):
. (2.17)
Напруга фази А відносно землі виражається у відповідності до (2.10):
.
Позначимо
і ,
де ; ; ;
.
Тоді приймаючи, що , з (2.16) і (2.17) отримаємо:
, (2.18)
. (2.19)
При активному додатковому опорові
, (2.20)
.