Что такое емкостной ток? Компенсация емкостных токов

Емкостной ток возникает в электрических сетях из-за наличия емкости между проводами и землей. При возникновении замыкания на землю через место повреждения протекает ток, обусловленный разрядом емкостей неповрежденных фаз. Рассмотрим, что представляет собой емкостной ток, как он рассчитывается и какие меры принимаются для его компенсации.

Причины возникновения емкостных токов

Любая электрическая сеть обладает определенной емкостью относительно земли, обусловленной наличием проводников под напряжением. Эта емкость формируется между жилами кабелей или проводами воздушных линий и окружающей землей. Под действием переменного напряжения через эту емкость начинает протекать переменный емкостной ток.

Величина емкостного тока зависит от напряжения сети, емкости сети относительно земли и длины линий. Чем выше эти параметры, тем больше величина тока. Например, для кабельной линии 10 кВ он может достигать 8-10 А на 1 км длины.

Последствия возникновения емкостных токов

При возникновении замыкания на землю в одной точке сети в этом месте образуется дуга, а емкости неповрежденных фаз разряжаются в землю, создавая емкостной ток. Величина этого тока может достигать сотен ампер.

Такой большой ток приводит к быстрому разрушению изоляции в месте замыкания и переходу однофазного замыкания в двух- или трехфазное. Это чревато обесточиванием значительной части потребителей.

Кроме того, в неповрежденных фазах резко возрастает напряжение, что опасно для изоляции оборудования и может вызвать новые замыкания.

Как рассчитать величину емкостного тока

Расчет емкостного тока при замыкании на землю производится по следующей упрощенной формуле:

I_емк = k × U_ср.ном × l

где:

• I_емк – емкостной ток, А;
• k – коэффициент, зависящий от типа сети;
• U_ср.ном – линейное напряжение сети, кВ;
• l – суммарная длина линий, имеющих электрическую связь с точкой замыкания, км.

Более точный расчет емкостного тока производится отдельно для кабельных и воздушных линий с использованием паспортных данных по емкости этих линий.

Меры по ограничению емкостных токов

Для ограничения емкостных токов замыкания на землю и повышения надежности работы распределительных сетей 6-35 кВ применяется компенсация емкостных токов.

С этой целью в нулевую точку сети включают дугогасящий реактор, который создает индуктивный ток, направленный встречно емкостному току сети. За счет этого происходит ослабление результирующего тока в месте замыкания.

Настройка параметров дугогасящего реактора очень важна. Она должна обеспечивать равенство индуктивного и емкостного токов, но перекомпенсация также нежелательна.

Компенсация емкостных токов имеет свои особенности в кабельных и воздушных линиях из-за различий в параметрах емкости этих элементов сети.

Компенсация в кабельных сетях

Кабельные линии обладают более высокой емкостью, чем воздушные, поэтому величина емкостных токов в них выше. Это требует применения дугогасящих реакторов большей мощности.

При разработке проекта электроснабжения для кабельных сетей очень важен правильный выбор сечения жил и типа изоляции кабеля, от которых напрямую зависит величина емкостных токов.

Компенсация в воздушных линиях

В воздушных линиях емкость фаз относительно земли ниже. Однако она сильно зависит от параметров опор и расстояний между проводами. Это нужно учитывать при разработке проекта электроснабжения.

Кроме того, емкость воздушных линий подвержена сезонным изменениям, связанным с температурой, влажностью, обледенением проводов. Поэтому может потребоваться сезонная корректировка настройки компенсирующего устройства.

Выбор дугогасящего реактора

При выборе дугогасящего реактора для компенсации необходимо учитывать:

• Номинальный ток и мощность реактора
• Наличие плавной или ступенчатой регулировки индуктивности обмотки
• Конструктивное исполнение (сухой или масляный)

Эти параметры определяют эффективность работы реактора в различных режимах, а также его стоимость.

Настройка и контроль степени компенсации

Для эффективной компенсации емкостных токов требуется регулярный контроль текущего значения индуктивности дугогасящего реактора и его корректировка при необходимости.

На подстанциях для этого применяют специальное оборудование, в частности:

• Трансформаторы тока нулевой последовательности
• Измерители емкостного тока замыкания на землю
• Реле и датчики контроля степени компенсации

Такая система позволяет оперативно определять оптимальные параметры настройки компенсации для конкретных режимов сети. Это особенно важно при колебаниях нагрузки в течение суток.

При разработке проектов электроснабжения необходимо выполнять расчет емкостных токов для определения требуемой степени компенсации и параметров дугогасящих реакторов.

Исходные данные для расчетов

Для выполнения расчетов емкостных токов необходимо знать:

• Характеристики линий и кабелей (марки, сечения жил, длину)
• Емкостные параметры элементов сети (емкость на длину, на единицу длины)
• Конфигурацию схемы электроснабжения объекта
• Параметры оборудования подстанций

Порядок выполнения расчетов

1. Составить перечень участков сети с указанием параметров
2. Выполнить расчет емкостных токов отдельных элементов
3. Определить результирующий емкостной ток сети
4. Рассчитать требуемый ток и мощность компенсации
5. Подобрать параметры дугогасящего реактора

Расчет ведется с помощью специализированного ПО.

Уточнение расчетов в процессе наладки

После монтажа элементов схемы электроснабжения следует провести замеры фактического емкостного тока и скорректировать модель для уточнения расчетов перед настройкой компенсирующих устройств.

Компенсация емкостных токов в сетях до 1000 В

В распределительных сетях до 1000 В переменного тока также имеют место емкостные токи. Однако их уровень не настолько велик, чтобы требовалась специальная компенсация.

Тем не менее, для анализа режимов таких сетей и выявления потенциальных проблемных участков необходимо иметь представление о расчетах емкостных токов.

В сетях 0,4 кВ емкостные токи образуют провода и кабели относительно заземленных частей - опор, лотков, коробов и т.д. При определенных схемных решениях уровень емкостных токов может быть достаточно высок.