Студент Музика М. С.

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Нестійке горіння заземлювальної дуги і розвиток перенапруг. Аналіз теорій оцінки рівнів перенапруг при дугових замиканнях на землю

Однофазні замикання на землю (ОЗЗ) в розподільчих мережах (з ізольованою нейтраллю) 6-10 кВ - є основним видом пошкоджень і складає близько 75% від загального числа пошкоджень. ОЗЗ представляють значну небезпеку для людей, установок і мереж. Струми замикання на землю руйнують ізоляцію мереж та електроустаткування. При дугових замиканнях на землю (ОДЗ) виникають перенапруги, які можуть бути причиною пошкодження ізоляції і подвійних замиканнях на землю.

Металеве замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю приводить до підвищення напруги на здорових фазах до (за відсутності резонансних явищ). Такі напруги нормальна ізоляція цих мереж повинна витримувати тривало. Якщо ж замикання на землю відбувається через нестійку дугу, горіння якої супроводжується повторними згасаннями і запалюваннями, то на здорових, а також на ушкоджених фазах мережі можливий розвиток перенапруг. Перенапруги виникають при нестійкому горінні заземлювальних дуг і супроводжуються зсувом нейтралі системи, що може бути викликано залишковими зарядами на ємностях при гасінні дуги.

Перенапругам при дугових замиканнях на землю посвячена велика кількість робіт. Основоположником теорії перенапруг був Петерсен, який в 1916 р. пояснив фізичну суть процесу виникнення перенапруг. Петерс і Слепян в 1923 р. запропонували теорію перенапруг відмінну від теорії Петерсена. В 1957 р. Беляков запропонував теорію виникнення перенапруг при дугових замиканнях на землю, яка займає проміжне місце між теоріями Петерсена і Петерса та Слепяна.

Суть цих теорій і механізми розвитку перенапруг коротко складаються з наступного:

За теорією Петерсена:

Горіння дуги продовжується півперіоду вільних коливань; Значення кутової частоти вільних коливань при горінні дуги (C – ємність фази відносно землі, L – індуктивність розсіювання живильних трансформаторів); При першому проходженні струму коливань через нуль дуга гасне; Значення частоти при відновленні ; Повторне загоряння дуги наступає через півперіоду промислової частоти при максимальні напрузі на пошкоджені фазі; Час горіння дуги при кожному повторному загорянні рівний півперіоду вільних коливань; Після кожного гасіння дуги зростає напруга зміщення нейтралі; Відновлення напруги на пошкоджені фазі має коливальний характер з піком, що перевищує величину фазної напруги; Діелектрична міцність місця наростає швидше, ніж величина відновлювальної напруги; З врахуванням обмежувального впливу міжфазних ємностей і затухання коливань рівні перенапруг досягають .

За теорією Петерса і Слепяна:

Горіння дуги продовжується до переходу через нуль струму промислової частоти; Гасіння дуги відбувається без перехідного процесу тобто відсутні піки відновлювальної напруги; Після кожного гасіння дуги напруга зміщення нейтралі залишається постійною та рівною ; Повторне загоряння дуги відбувається регулярно через кожний період при максимальні напрузі на пошкоджені фазі; Тривалість горіння дуги при кожному повторному загорянні рівна півперіоду промислової частоти; Відновлення напруги на пошкоджені фазі після загасання відбувається плавно з промисловою частотою. Перенапруга на здорових фазах не перевищує значення (3-3,1).

За теорією Белякова:

Гасіння дуги відбувається при кожному проходженні струму через нуль; Повторне загоряння дуги відбувається через малу долю періоду власних коливань при малих напругах відновлення (=0,37 для мережі 6 кВ і =0,22 для мережі 10 кВ); Гасіння дуги на тривалий період часу можливий в тих випадках, коли високочастотний максимум напруги яка відновлюється достатньо малий і є меншим величини діелектричної міцності проміжку; Максимально можлива перенапруга з врахуванням затухання та міжфазних ємностей рівна 3,2.

При оцінці перенапруг враховують найбільш очевидні параметри: ємності фаз щодо землі С; ємності між фазами ; індуктивності розсіювання живильних трансформаторів L; активні опори ізоляції мережі та інше.

В роботах [2, 3, 4] досліджено вплив опору кола замикання на землю на перехідні процеси при ОЗЗ. Найбільша вірогідність виникнення ОЗЗ з перехідним опором 0–200 Ом. В [5] проводилося експериментальне вимірювання опору каналів дуги при пробої чи перекритті ізоляції.

Зазначений фактор визначає рівні перенапруг при переміжній дузі. Опір в ланцюзі ОЗЗ обумовлює затухання амплітуд струмів і напруг пошкодженої та непошкоджених фаз.

За результатами реєстрації в діючих мережах [6] рівні перенапруг при ОЗЗ в окремих випадках досягають значень, що перевищують чотирикратну величину. У мережах з малими струмами замикання, які володіють великим кількістю ОЗЗ що самоліквідовуються, перенапруги виявляються вище, ніж у мережах з великими струмами. Поряд з цим у мережах напругою 6–10 кВ досить часто спостерігаються випадки, коли заземляюча дуга горить стійко при струмах замикання на землю менше 5 А. Високі рівні перенапруг при ОДЗ викликані повторними запалюванням дуги.

Виходячи з факту, що час переходу від струмів замикання до струмів пробою складає мікросекунди, переміжну дугу можна розглядати як комутатор, що замикає пошкоджену фазу на землю через опір, величина якого дорівнює сталому значенню опору кола замикання на землю. Також потрібно відмітити, що при ОЗЗ в ланцюгу замикання на землю величина опору ланцюга змінюється в широких межах.

Література:

1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. –М.: Энергия, 1971. – 152 c.

2. Толмачов С.Т., Барановська М.Л. Моделювання процесів дугових замикань на землю в мережах з ізольованою нейтраллю // Вісник ВПІ. 1997. – No 4. –С. 36–40.

3. Барановская М.Л. Влияние сопротивления цепи замыкания на землю на характер и уровни перенапряжений при однофазных замыканиях // Разработка рудных месторождений. –Кривой Рог. – 1998. –No 63. –С. 31–37.

4. Барановська М.Л. До теорії перенапруг під час дугових замикань на землю в мережах з ізольованою нейтраллю // Вісник ВПІ. –1999. –No 1. –С. 45–49.

5. Щуцкий В.И., Жидков В.О., Ильин Ю.Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. –М.: Энергоатомиздат, 1986. –152 c.

6. Самойлович И.С. К оценке переходных сопротивлений при однофазных замыканиях на землю в сетях 6–10 кВ // Проблемы технической электродинамики. –1972. –вып. 37.