5.2. Перенапряжения установившегося режима
5.2.1. Перенапряжения за счет емкостного эффекта
Емкостной эффект (Феранти-эффект) в длинных линиях проявляется при работе линии на холостом ходу, когда нагрузка в конце линии отключена.
Любая
линия обладает распределенными удельными
индуктивностью
и емкостью
(рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема замещения разомкнутой линии
При
отключении нагрузки
в контурах LC
возникают колебательные процессы,
которые накладываются на напряжение
питания и повышают напряжение в конце
линии. Отношение напряжений в конце
линии к началу линии называется
коэффициентом передачи напряжения. Для
холостой линии без потерь этот коэффициент
определяется по формуле:
,
(5.2)
где
–
угол изменения фазы напряжения на
единицу длины линии;
на 100 км длины линии l.
При
и
,
то есть наступает резонанс напряжения
на частоте 50 Гц. При резонансе напряжение
в конце линии, работающей без потерь,
стремится к бесконечности. Однако за
счет активного сопротивления линии и
источника питания
гармонические колебания затухают и в
этом случае:
,
где
– добротность линии, значение которой
обычно равно
.
Реальные
перенапряжения при резонансе еще меньше
за счет возникновения коронного разряда
на проводах и в связи с этим увеличением
емкости линии. Вследствие этого
перенапряжения емкостного эффекта
составляют
при длине линии 1200-1300 км.
С
уменьшением длины линии емкостные
перенапряжения монотонно уменьшаются.
Для линий напряжением до 220 кВ, имеющие
длины не более 300 км, такие перенапряжения
составляют
,
что неопасно для изоляции. Однако на
линиях СВН перенапряжения за счет
емкостного эффекта, как правило, превышают
допустимый уровень. Отметим, что
расщепленные провода на линиях СВН
обладают большой емкостью относительно
земли.
Основной мерой ограничения таких перенапряжений является применения на длинных линиях компенсирующих устройств. Для компенсации емкости, параллельно ей включают шунтирующие реакторы , а для компенсации индуктивности – устройства продольной компенсации (УПК) в виде последовательно включенных с линией конденсаторов. Типовая схема дальней электропередачи напряжением 750 кВ приведена на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Типовая схема дальней электропередачи напряжением 750 кВ
Выбор мощности и места установки компенсирующих устройств производится не только по условию ограничения емкостных перенапряжений, но и для выравнивания напряжения вдоль линии при включенной нагрузке, а также для увеличения ее пропускной способности.
5.2.2. Перенапряжения при несимметричных коротких замыканиях на землю
При
однофазном замыкании на землю в
электрической сети повышаются напряжения
в здоровых фазах относительно земли.
Это объясняется наложением на симметричный
режим составляющих напряжения нулевой
последовательности
.
Векторная диаграмма напряжения при
замыкании на землю фазы А приведена на
рис. 5.3.
Напряжение на здоровых фазах определяется по выражению:
, (5.3)
где
– отношение сопротивлений соответственно
нулевой и прямой последовательностей
в сети.
В
сетях с заземленной нейтралью 110 кВ и
выше значение
,
тогда
или
.
В сетях изолированной нейтралью 6-35 кВ
значение 
стремится к бесконечности и
,
то есть равны линейному напряжению
относительно земли.
Рис. 5.3. Векторная диаграмма напряжения при однофазном КЗ фазы А
Перенапряжения за счет несимметрии на линиях до 220 кВ не превышают допустимого значения. На линиях СВН может возникнуть режим однофазного КЗ на землю на холостой линии. В этом случае в здоровых фазах на перенапряжения емкостного эффекта накладываются перенапряжения за счет несимметрии до 30 %. Учитывая это обстоятельство, число шунтирующих реакторов, постоянно подключенных к линии, увеличивают. Забегая вперед, отметим, что на линиях СВН помимо постоянно подключенных к линии реакторов, несколько шунтирующих реакторов нормально отключены. Они мгновенно подключаются к линии во время переходного процесса. В этой связи суммарная мощность шунтирующих реакторов на линиях СВН почти равна натуральной мощности электропередачи.