18.2. Расчёт токов озз для электрической сети с изолированной нейтралью

Для расчета уставок защиты от ОЗЗ необходимо знание значений как собственных токов отдельных линий I_ci, так и суммарного тока сети I_ОЗЗ. Ток ОЗЗ в общем случае зависит от:

– напряжения сети;

– конструкции линии электропередачи – воздушные или кабельные;

– для воздушных линий: расположения проводов на опоре и расстояния между ними, диаметра провода;

– кабельных линий: числа жил кабеля (трехжильные или одножильные), вида изоляции (бумага, полиэтилен или сшитый полиэтилен) и сечения жил кабелей.

Расчетное значение тока ОЗЗ электрической сети, состоящей из n линий, определяется по формуле

(18.9)

где I_Ci – ёмкостный ток i-й линии.

Ёмкостный ток отдельной линии может быть определен с использованием справочных данных о ёмкости фаз относительно земли или удельного ёмкостного тока

	(18.10)
	(18.11)

где ω = 314 – круговая частота сети, рад/с; С_Σ.УДi = 3 ∙ C_Ф.УДi – удельная суммарная ёмкость трёх фаз относительно земли, Ф/км; C_Ф.УДi – удельная ёмкость одной фазы относительно земли (например, одножильного кабеля кабельной линии 6–10–35 кВ), Ф/км; L_КЛi – длина i-ой линии, км; U_Ф – фазное напряжение электрической сети, В; I_УДi – удельный емкостный ток линии, А/км.

Примечание.

1. При определении ёмкостного тока линии следует обращать внимание на конструктивное исполнение кабелей. В настоящее время заводы-изготовители в своих каталогах приводят информацию об удельной ёмкости одной фазы для одножильных кабелей и удельной суммарной ёмкости трёх фаз относительно земли – для трёхжильных кабелей. Для воздушных линий, как правило, приводится информация об удельной суммарной ёмкости фаз сети относительно земли.

2. В технической литературе информация об удельном ёмкостном токе приводится, как правило, для трёхфазной линии.

В табл. 18.1–18.4 приведены значения удельных ёмкостей и удельных ёмкостных токов для кабельных и воздушных линий.

Таблица 18.1

Характеристики кабельных линий, состоящих из трёхжильных кабелей [26, 27]

Сечение одной жилы кабеля, мм2	Удельная ёмкость СΣ.УД 1 км трёхжильного кабеля, мкФ/км Удельный ёмкостный ток IУД трёхжильного кабеля IУД, А/км
	Напряжение 6 кВ		Напряжение 10 кВ
	Вид фазной и междуфазной изоляции кабаля
	Бумага	Полиэтилен		Бумага	Полиэтилен
16	0,340/0,37	0,395/0,43		0,286/0,52	0,330/0,60
25	0,424/0,46	0,478/0,52		0,341/0,62	0,357/0,65
35	0,478/0,52	0,597/0,65		0,379/0,69	0,418/0,76
50	0,551/0,60	0,689/0,75		0,423/0,77	0,511/0,93
70	0,652/0,71	0,781/0,85		0,495/0,90	0,572/1,04
95	0,753/0,82	0,836/0,91		0,550/1,00	0,627/1,14
120	0,818/0,89	0,900/0,98		0,605/1,10	0,687/1,25
150	1,012/1,10	0,956/1,04		0,715/1,30	0,720/1,31
185	1,103/1,20	–		0,770/1,40	–
240	1,195/1,30	–		0,880/1,60	–

Таблица 18.2

Характеристики кабельных линий, состоящих из трёх одножильных кабелей

с изоляцией из сшитого полиэтилена [28]

Номинальное сечение жилы, мм2	Удельная ёмкость CФ.УД 1 км одножильного кабеля, мкФ/км Удельный ёмкостный ток IУД линии, состоящей из трёх одножильных кабелей, А/км
	Номинальное напряжение кабеля, кВ
	6	10	20	35
35	0,29/0,945	0,23/1,251	–	–
50	0,32/1,043	0,25/1,360	0,17/1,850	0,14/2,667
70	0,37/1,206	0,29/1,578	0,19/2,067	0,16/3,046
95	0,41/1,337	0,32/1,741	0,21/2,285	0,18/3,427
120	0,45/1,467	0,35/1,904	0,23/2,502	0,19/3,618
150	0,50/1,690	0,38/2,067	0,26/2,829	0,20/3,808
185	0,54/1,760	0,42/2,285	0,27/2,938	0,22/4,189
240	0,59/1,923	0,46/2,502	0,29/3,155	0,24/4,570
300	0,60/1,956	0,51/2,774	0,32/3,482	0,26/4,950
400	0,64/2,086	0,57/3,101	0,35/3,808	0,29/5,522
500	0,66/2,152	0,63/3,427	0,39/4,243	0,32/6,093
630	0,73/2,380	0,70/3,808	0,43/4,678	0,35/6,664
800	0,82/2,673	0,77/4,189	0,49/5,331	0,40/7,616

Примечание: Информация о характеристиках трёхжильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена отсутствует.

Таблица 18.3

Характеристики воздушных линий с проводами марки А и АС (А/км) [27]

Характеристика линии	Удельная ёмкость CΣ.УД 1 км воздушной линии, мкФ/км Удельный ёмкостный ток IУД линии, А/км, при номинальном напряжении сети, кВ
	6	10	35
Одноцепная линия: – без троса – с тросом	0,0358/0,039	0,0429/0,078	0,0474/0,3
	–	0,029/0,096	0,0559/0,36
Двухцепная линия: – без троса – с тросом	0,0469/0,051	0,0577/0,105	0,0664/0,42
	–	–	0,0711/0,45

Примечание. 1. Характеристики приведены для ВЛ на деревянных опорах. В случае выполнения ВЛ на металлических или железобетонных опорах значения ёмкостей и токов нужно увеличить на 10–12 % [27].

2. Отметим, что удельные ёмкостные токи воздушных линий примерно в 10–25 раз меньше удельных ёмкостных токов кабельных линий соответствующих напряжений.

Таблица 18.4

Характеристики воздушных линий с изолированными проводами

марки «SAXKA» [29]

Сечение жилы, мм2	Удельная ёмкость фаз CΣ.УД относительно земли, мкФ/км	Удельный ёмкостный ток IУД, А/км, при номинальном напряжении сети, кВ
		6	10
3х35	0,21	0,228	0,381
3х70	0,26	0,283	0,471
3х120	0,32	0,348	0,580
3х150	0,37	0,402	0,671

Примечание. Конструктивно воздушная линия из проводов марки «SAXKA» представляет собой кабель с пластмассовой изоляцией, состоящий из трёх одножильных кабелей, скрученных вокруг стального подвесного троса 2[9].

Для ориентировочных расчетов ёмкостных токов высоковольтных электродвигателей при отсутствии сведений заво­да-изготовителя можно пользоваться следующими приближенны­ми формулами [27, 30].

Для неявнополюсных СД и АД с короткозамкнутым ротором емкость фазы статора относительно земли, Ф, определяется по выражению

(18.12)

где S_Д.Н – номинальная мощность двигателя, МВА; cosφ_Д.Н – коэффициент реактивной мощности электродвигателя; η – КПД двигателя; U_Д.Н.Л - номинальное линейное напряжение, кВ.

Для остальных электродвигателей емкость фазы статора относительно земли, Ф, определяется по выражению

(18.13)

где n_Д.Н - номинальная частота вращения ротора, об/мин.

Примечание. Последняя формула (18.13) скорректирована с участием студента группы Э-427 Мелентьева Дмитрия в 2010 г. В [27, 30] эта формула имеет следующий вид

(18.14)

и даёт завышенные значения ёмкости фаз статора относительно земли и, соответственно, ёмкостного тока ОЗЗ.

В табл. 18.5 приведены некоторые характеристики синхронных двигателей типа СТД

Таблица 18.5

Характеристики синхронных электродвигателей [27, 30]

Тип электро-двигателя	Номинальная мощность, кВт	Суммарная ёмкость CД. Σ трёх фаз статора, мкФ Собственный ёмкостный ток IС.Д двигателя, А, при номинальном напряжении сети, кВ
		6	10
СТД-5000-2	5000	0,11/0,12	0,085/0,154
СТД-6300-2	6300	0,11/0,12	0,11/0,2
СТД-8000-2	8000	0,17/0,185	0,11/0,2
СТД-10000-2	10000	0,17/0,185	0,15/0,272
СТД-12500-2	12500	0,22/0,24	0,15/0,272

Для расчёта защиты от однофазных замыканий на землю электрических сетей напряжением 6–10–35 кВ определяются ёмкостные токи как отдельных линий, так и суммарный ёмкостный ток всех линий, подключенных к рассматриваемой секции сборных шин. Результаты расчётов рекомендуется сводить в таблицу по форме 1.

Примечание. Если на подстанции напряжением 110–220/6–10 кВ установлены два двухобмоточных трансформатора, то в общем случае для этой подстанции рассчитывается ток ОЗЗ для двух секций сборных шин напряжением 6–10 кВ, нормально работающих раздельно. Если на подстанции установлены трансформаторы с расщеплёнными обмотками, то ток ОЗЗ определяется для четырёх секций сборных шин. При установке на подстанции трёхобмоточного трансформатора, например, напряжением 110/35/10 кВ расчёт производится также для секций сборных шин напряжением 35 кВ.

Форма таблицы 1

Обозначение линии	Марка кабеля или провода	Длина линии Li, км	Удельный ёмкостный ток линии IУДi, А/км	Собственный ёмкостный ток линии IСi, А
ГПП–РП	2хААШв-(3х185)	…	…	…
РП–ТП1	ААШв-(3х120)	…	…	…
ТП1–ТП2	…	…	…	…
И т.д.	…	…	…	…
Ток однофазного замыкания на землю 1-й СШ IОЗЗ, А				…