Режим незаземленной (изолированной) нейтрали.

В нормальном режиме в силу симметрии согласно (4.3) U_N =0, а напряжения фаз согласно (4.2) будут равны:

В каждой фазе за счет емкости фаз на землю будут протекать токи равные по величине I_ф=ωcU_ф, опережающие на 90 градусов соответствующие фазные напряжения. Сумма этих токов равна нулю, поэтому в этом режиме ток в земле отсутствует. Сами эти токи из-за небольшой величины емкостей c относительно небольшие, значительно меньшие токов нагрузки в сети.

При металлическом замыкании фазы А на землю (Рис.4.1) напряжение в этой фазе станет равным нулю, т.е. U_a=0. Это приведет к появлению напряжения в нейтрале, которое можно определить из первого уравнения (4.2).

Рис. 4.1 Замыкание фазы А на землю в сети с изолированной нейтралью

Зная U_N, можно с помощью 2-го и 3-го уравнений (4.2) определить фазные напряжения неповрежденных фаз U_b и U_с. Они увеличатся в раз, т.е. будут равны по величине линейному напряжению сети нормального режима. В то же время линейные напряжения в сети не изменятся и будут равны доаварийным. Наблюдается только смещение треугольника линейных напряжений из-за появлении U_N. Согласно (4.1) коэффициент замыкания при этом режиме нейтрали будет равен К_з= =1,73.

Во сколько возросли напряжения неповрежденных фаз во столько же возрастут токи неповрежденных фаз I_bз и I_сз, а их геометрическая сумма даст ток поврежденной фазы. Его величина будет равна I_аз=3ωcU_ф, а по фазе из-за емкостного характера тока он будет опережать напряжение в нейтрале на 90 эл. градусов. Таким образом, ток в фазе А увеличился в 3 раза, но по-прежнему с учетом реальной величины емкости c будет оставаться существенно меньше тока нагрузки. Все сказанное иллюстрируется векторной диаграммой на рис (4.2).

Рис.4.2 Векторная диаграмма напряжений и токов при однофазном

замыкании в сети с изолированной нейтралью. U_cз и U_bз –

напряжения неповрежденных фаз при замыкании.

К достоинствам этого режима нейтрали можно отнести малый ток однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), что позволяет:

· увеличить ресурс выключателей (поскольку однофазные замыкания достигают 90% от общего числа замыканий);

· снизить требования к заземляющим устройствам, определяемые условиями электробезопасности при однофазных замыканиях на землю.

К достоинствам можно отнести и неизменность величины линейных напряжений, что позволяет работать нагрузке при ОЗЗ, т.к. при таком режиме нейтрали нагрузка включается только на линейные напряжения.

К недостаткам следует отнести необходимость рассчитывать прочность фазной изоляции исходя не из фазного, а из линейного напяжения.

Существенным недостатком такого режима нейтрали являются перенапряжения при перемежающейся дуге. Дело в том, что в месте замыкания может возникнуть электрическая дуга. При небольших токах дуга самопроизвольно погасает и замыкание самоустраняется. При токах выше некоторого уровня возникает явление перемежающейся дуги, когда дуга возникнув погасает, а затем зажигается вновь. Так может повторяться много раз. При этом возникают высокочастотные переходные процессы. Если интервал между погасанием дуги и ее зажигание небольшой, то возникает явление перемежающейся дуги, при котором переходные процессы, накладываясь друг на друга, приводят к перенапряжениям на фазной изоляции. Уровень перенапряжений может достигать величины (3,0 – 3,5) U_mф, где U_mф – амплитуда фазного напряжения в нормальном режиме. Такие перенапряжения могут привести к пробою изоляции неповрежденных фаз и к переходу замыкания в междуфазное с большим током. Уровни токов однофазных замыканий, при которых будут отсутствовать перемежающиеся дуги, приводятся в ПУЭ. Чем выше напряжение сети, тем меньше уровни этих токов.