Электростатическое экранирование

Поскольку потенциал на изолированных объектах определяется зарядами на других объектах в системе заряженных тел, то, изменяя заряды и потенциалы ближайших тел (одновременно изменяя картину электрического поля) можно влиять на потенциалы, наводимые на изолированные объекты (это следует из (1) и (2)). Так, например , заземляя одно из изолированных тел изменяется электрическое поле и если в системе есть другой изолированный объект, то изменяется и его потенциал. Этот факт используют для разработки разнообразных экранов, изменяющих картину электрического поля и снижающих до необходимых пределов потенциалы на объектах. Рассмотрим простейший случай, когда в электрическом поле трехфазной ВЛ находятся два протяженных провода. В первом случае, когда провода изолированы потенциалы на них можно определить по схеме аналогично выражению (3).

Расчетная схема (матрица частичных емкостей известна) будет:

Рис. 3. Схема замещения для исследования электростатического экранирования.

После заземления одного из изолированных проводов происходит изменение картины электрического поля, поскольку потенциал одного из объектов в системе становится равным нулю. В расчетной схеме в этом случае задается потенциал на объекте равным нулю, что приводит к уменьшению потенциала (напряжения) на остающемся изолированным проводе. В электрическом плане в соответствии со схемой происходит шунтирование частичной емкости изолированного провода.

Электромагнитное влияние

При протекании в любом объекте переменного во времени электрического тока создается магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции B, который, пронизывая любую ограниченную проводящим контуром поверхность, определяет в нем магнитный поток

.

В силу закона электромагнитной индукции этот поток, изменяющийся во времени, наводит ЭДС

.

В качестве сильного источника магнитного поля выступает линия электропередачи. При протекании по фазным проводам токов создаются электромагнитные поля, которые в других протяженных объектах - близко расположенных линиях электропередачи и линиях связи наводят «паразитные» э.д.с.

Если по всем трем фазам ВЛ протекает некоторый синусоидальный ток частоты , то в соответствии с принципом суперпозиции наведенная ЭДС будет определяться суммой ЭДС от трех фазных токов. Пусть на некотором расстоянии l от линии передачи на высоте h расположен протяженный одиночный проводник радиуса r. Тогда ЭДС, наводимая в нем, будет

где Ik, - фазные токи Mk4- коэффициенты взаимной индукции между одиночным проводом и фазными (1-3) проводами, зависящие от геометрических параметров проводов и их взаимного расположения.

В последнем выражении правую часть можно представить в виде некоторого эквивалентного проводника с током, и эквивалентного коэффициента взаимоиндукции, т.е.

.

Рассмотрим пример. Пусть по линии в фазных проводах протекает трехфазный симметричный ток 500 А. Одиночный провод подвешен на высоту 10 м и находится на расстоянии 30 м от центральной фазы ВЛ. Коэффициенты взаимоиндукции составляют: М₁₄=6.24810^-4, М₂=6.90110^-4, М₃₄ =7.85610^-4 (Гн/км). Продольная э.д.с. в проводе будет:

.

Т.о., если провод с одной из сторон заземлить, то на другой напряжение составит 22 В (земля принята эквипотенциальной). В этих расчетах полагалось, что линия и одиночный провод имеют одинаковую длину. ЭДС в контуре пропорциональна пронизывающему ее магнитному потоку, поэтому при уменьшении длины одиночного провода пропорционально уменьшается наводимая ЭДС.

Протяженные линии электропередачи имеют транспозицию проводов, что снижает наведенное напряжение в силу лучшего симметрирования коэффициентов взаимной индукции. Однако при несимметричных режимах (несимметричные КЗ, ОАПВ и т.д.) из-за отсутствия взаимной компенсации магнитных потоков наведенное напряжение значительно возрастает. Так, в рассмотренном примере при протекании тока лишь по одной из фаз напряжение возрастает до 100-120 В.