Жанкуанышев М.К., Кожагелды Б.Ж., Налибаев Н.Ж., Тузельбекова Н.М.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, Казахстан

Применение защитного шунтирования как средства борьбы с дуговыми однофазными замыканиями на землю и защиты персонала, от поражения электрическим током

Искусственное замыкание фазы сети на землю, как эффективный способ борьбы с дуговыми ОЗЗ, был впервые предложен в США в 20-е годы и получил распространение в сетях среднего напряжения (до 20 кВ.), работающих с изолированной нейтралью. Предложенный метод обеспечивал подавление заземляющих дуг в месте замыкания и создавал условия эффективного восстановления электрической прочности изоляции, значительно уменьшая при этом вероятность повторного зажигания дуги поврежденной фазы.

Механизм восстановления электрической прочности места ОЗЗ при его шунтировании следующий. Шунтирование горящей дуги сопротивлением R_ш приводит к уменьшению тока дуги и к снижению напряжения на пробивном участке.

Рассмотрим влияние шунта на устойчиво горящую дугу. Токи I_д до шунтирования дуги и I_дш после ее шунтирования определяются по выражениям [2]:

; (1)

, (2)

где R_ст - статическое сопротивление дуги.

Степень снижения тока дуги, как видно из приведенных выражений, зависит от соотношения между R_ст и R_ш. Очевидно, что при определенных значениях R_ст и R_ш ток дуги может снизиться настолько, что она перейдет в неустойчивое состояние и погаснет вблизи точки перехода через первое нулевое значение высокочастотного тока переходного процесса или тока основной частоты.

Рассмотрим влияние шунта на процесс гашения дуги. Характеристическое уравнение для свободной составляющей на основании схемы замещения [1].

, (3)

Подставив в это уравнение выражение для тока , после преобразования получим [2]:

; (4)

где - постоянная времени дуги.

Устойчивость дуги соблюдается, если выполняются условия:

> 0; (5)

> 0; (6)

>0. (7)

Условие (5) всегда выполняется. Условие (6) содержит кроме интересующих нас величин R_ст и R_ш сопротивление R_ц, усложняющее анализ. Наиболее удобным для рассмотрения является выражение (7), которое упрощенно можно представить в виде:

>1 (процесс устойчив)

или (8)

<1 (процесс неустойчив)

Отсюда можно сделать общее заключение, что если в любой момент времени горения дуги сопротивление шунта R_ш будет меньше, чем сопротивление дуги R_ст, то дуга устойчиво гореть не может.

С развитием силовой полупроводниковой техники и появлением высоковольтных тиристоров стало возможным использование указанного способа также в целях защиты персонала от поражения электрическим током при случайном касании им токоведущих частей. Такая защита, получившая название «защитное шунтирование», развивается и в наибольшей мере перспективна к применению для условий распределительных сетей 6-10 кВ предприятий горной промышленности.

При защитном шунтировании через тело человека, коснувшегося фазы сети, будет протекать лишь незначительная часть тока замыкания на землю, если быстродействующий замыкатель на шинах питающей подстанции создает искусственное замыкание на землю этой же фазы. При этом к телу человека оказывается приложенным напряжение, которое определяется соответственно падениями напряжения на шунтирующем сопротивлении и в линии от тока нагрузки.

Если на сегодня уже достигнуто вполне приемлемое быстродействие защитного шунтирования порядка 10 мс, то до сих пор отсутствуют простые и эффективнее способы обеспечения требуемого уровня остаточного напряжения на поврежденной фазе.

Литература

1. Серов В. И., Щуцкий В. И., Ягудаев Б. М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятием. Наука, 1985.

2. Щуцкий В. И., Жидков В. 0., Ильин Ю. Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. М. Энергоатомиздат, I986.