Лабораторная работа №1.
Контроль изоляции трехфазных сетей переменного тока.
Цель работы: ознакомиться с методами и схемами контроля изоляции сетей с изолированной нейтралью, конструкциями и режимами работы аппаратов, применяемых для этого.
Пояснения к работе.
Режимы нейтралей сетей напряжением выше 1000 В.
Сети 6, 10, 35 кВ обычно работают с изолированными нейтралями, сети 110 кВ и выше – с заземленными. Это объясняется следующим. Если сети 110 кВ и выше выполнять с изолированной нейтралью, то изоляция фазных проводов относительно земли должна рассчитываться на линейное напряжение, под которым будут находиться две неповрежденные фазы при замыкании на землю третьей (см. п. 2).В системе с заземленной нейтралью напряжение между проводом и землей в любом режиме не превышает фазное более чем в 1,3 раза. Поэтому сети с заземленной нейтралью экономичнее из-за меньшей стоимости линейной изоляции. Замыкание на землю в этих сетях является коротким, отключается релейной защитой автоматически и специальных мер контроля изоляции не требуется.
В сетях 6-35 кВ доля изоляции в стоимости сети мала, а при изолированной нейтрали обеспечивается более высокая надежность электроснабжения, поскольку однофазные повреждения не являются короткими, релейной защитой не отключаются, потребители продолжают нормально работать. Кроме того, выполнение сетей 6-35 кВ с заземленной нейтралью привело бы к неблагоприятным условиям эксплуатации линий связи, с которыми ЛЭП 6-35 кВ очень часто пересекаются или проходят на небольшом удалении. Связано это с тем, что при повреждениях на землю в токах КЗ имеются неуравновешенные токи нулевой последовательности, которые наводят в линиях связи напряжения, опасные для изоляции линий, оборудования и обслуживающего персонала связи.
Простое замыкание на землю в сетях 6-35 кВ.
Заземление на землю в сетях с изолированной нейтралью называется простым замыкание на землю.
При простом замыкании на землю цепь тока, идущего на землю, замыкается через емкостную проводимость элементов неповрежденных фаз относительно земли. Емкостная проводимость линии равномерно распределена по ее длине, поэтому эпюра пространственного распределения тока нулевой последовательности вдоль линии выражается наклонной прямой, как показано на рис. 1. 1.б. Но для анализа распределения емкости относительно земли можно представить сосредоточенной в конце линии, как показано на рис. 1.1.а. Частичные емкости между фазами не показаны, так как их влияние на ток постоянного замыкания практически отсутствует.
Рис. 1.1
В нормальном режиме, ввиду равенства емкостей C0, смещения нейтрали источника нет, т.е. напряжения между проводами линии и землей равны фазным, а напряжение между нейтралью источника и землей равно 0. Ток через емкости:
I0=U𝜑/Xco=𝜔C0Uн/√3
Векторная диаграмма нормального режима показана на рис.1.2,а.
На рис.1.2,б показана векторная диаграмма при простом замыкании на землю. Из нее видно, что треугольник линейных напряжений не искажен, а лишь смещен параллельно самому себе на величину напряжения нулевой последовательности 
, поэтому потребители продолжают работать нормально. Из диаграммы также видно, что изменяются напряжения фаз относительно земли: у поврежденной 
=0, у неповрежденной увеличивается до линейного 
= 
= 
.
Токи через емкостные проводимости неповрежденных фаз увеличиваются в 
раз, а их сумма, представляющая ток замыкания на землю (рис.1.2,б),
= 
w 
=3 
Рис.1.2
т.е. в три раза больше емкостных токов нормального режима.
Ток замыкания на землю невелик, составляет десятки, редко сотни ампер, поэтому релейная защита в действие не приходит, и сеть при наличии замыкания на землю может длительно работать. Однако этот режим таит в себе опасности, основные из которых следующие.
- Имеется возможность перехода простое замыкания на землю в двойное, опасное высокими потенциалами на корпусах оборудования.
- В месте повреждения горит дуга. Если замыкание произошло в электрической машине, то дугой может быть повреждена изоляция других фаз и простое замыкание может перейти в междуфазное.
- В месте повреждения обычно возникает перемежающаяся дуга (неустойчивая, т.е. периодически гаснущая и зажигающаяся вновь). В результате переходного процесса, возникающего при перемежающейся дуге, в неповрежденных фазах возникают перенапряжения, которые могут достигать (2,5-3) Uф. Эти перенапряжения распространяются на всю сеть и могут привести к коротким и двойным замыканиям в сети.