книги / Техника высоких напряжений

поэтому

в

разных

странах

мира

районы вечной мерзлоты, где -из-за

в разные

годы

применялись

раз­

неблагоприятного

грунта

глухое

личные способы заземления

ней­

заземление

нейтрали

неосуществи­

трали. В Европе, лде зародилась

мо). Системы с напряжением 35 кв

идея резонансного заземления ней-

и ниже работают с резонансным

трали, преймущество отдавалось

заземлением нейтрали или с изоли­

именно

этому

способу,

который

рованной нейтралью, если ток за­

применялся вплоть до самых высо­

мыкания на землю очень мал. В по­

ких напряжений. В Японии и дру­

следнее

время нейтрали

генерато­

гих странах резонансное заземле­

ров тоже заземляются через дуго­

ние также применялось вплоть до

гасящие аппараты с целью умень­

напряжений 220 кв. В США, напро­

шить ток в месте замыкания на

тив,

подавляющее

распространение

землю и тем самым уменьшить

получили

системы

с

эффективным

причиняемые этим

замыканием по­

заземлением

нейтрали,

которое

вреждения

генератора.

Интересно

использовалось

даже

в распредели­

отметить, что тенденция разделения

тельных сетях

10—35 кв.

В Совет­

сфер влияния двух основных спо­

ском Союзе эти два способа зазем­

собов заземления

нейтрали в по­

ления нейтрали уже давно приме­

следние годы начинает проникать и

няются каждый в своей области но­

в другие страны мира. В США сети

минальных

напряжений. Практиче­

низкого

напряжения

начали обору­

ски все системы Советского Союза

довать

дугогасящими

аппаратами,

напряжением ПО /се и выше рабо­

а в Европе, напротив, постепенно

тают

с

эффективно

заземленной

внедряется

эффективное

заземле­

нейтралью,

за

исключением некото­

ние нейтрали для систем наиболее

рых

особых

случаев

(например,

высоких

номинальных

напряжений.

Рис.

38-2.

П ереходный процесс

при замы кании на землю

ф азы

А.

фазовое напряжение

UAB. Предпо­

вившемуся состоянию предшествует

ложим, что замыкание на землю

переходный режим, который можно

произошло в фазе А в момент вре­

разбить на два этапа.

мени t\, когда напряжение UA про­

Непосредственно после замыка­

ходит

через

свой

отрицательный

ния «а землю фазы А емкость от­

максимум. Из

рисунка видно, что

носительно земли

неповрежденной

в этот момент времени мгновенные

фазы Св — С, заряженная до напря­

значения напряжений UB и UАВ

жения 0,5£7ф, окажется соединенной

равны соответственно 0,5£/ф и 1,5£/ф.

параллельно

с междуфазовой

ем­

В

установившемся

после замы­

костью

САВ,

находившейся

под

кания на землю режиме напряже­

напряжением

1,51/ф.

Напряжения

ние относительно земли фазы В

на двух

параллельно

соединенных

сделается равным

междуфазовому

емкостях

практически

мгновенно

напряжению UAB, но этому устано­

уравниваются,

в

результате

чего

шим.

Поэтому

при

-каждом про­

установившегося

напряжения

непо­

хождении

переменного

тока

через

средственно после обрыва дуги и

нуль происходит попытка

гашения

напряжения на емкости перед са­

дуги, результат которой зависит от

мым обрывом дуги. На поврежден­

соотношения

между

скоростью

ной фазе напряжение после обры­

восстановления

напряжения

и

ско­

ва

дуги

равно

(—йф+ AU),

а

до

ростью восстановления

электриче-

обрыва оно было равно нулю, сле­

ской

прочности

дугового

проме­

довательно, для поврежденной фазы

жутка.

изменяется

на­

Uкол ==: —

“Ь

=

Рассмотрим, как

пряжение

на

поврежденной

фазе

= — и ф + - ^ и (д)шкс.

в

рассматриваемом

случае

при

первой

попытке

гашения,

кото­

Изменение во времени напряже­

рая

будет

иметь

место

при

ния

на

поврежденной

фазе

при

первом

прохождении

через

нуль

успешном гашении

дуги

показано

колебательно-го

тока. Так

как

сво­

на

рис. 38-2.

Как видно,

оно имеет

бодные

составляющие

напряжения

характерный

всплеск,

который

на­

и тока

сдвинуты

на

90°,

напряже­

зывается пик гашения, вслед за

ко­

ния

на

неповрежденных

фазах

торым происходит более медленный

в этот

момент

времени

достигают

подъем напряжения. Величина пика

максимума,

равного

U(BMaKC.

Если

гашения

без

учета

затухания,

оче­

дута погаснет,

то

находящиеся

на

видно, равна:

емкости

каждой

неповрежденной

£ /п .г =

2Е /кол =

2 ( Д С / - У ф ) .

( 3 8 - 7 )

фазы

заряды

CU(BMaKC

останутся

в системе и будут частично перехо­

дить на емкость поврежденной фа­

38-2. ПОВЫШЕНИЕ

НАПРЯЖЕНИЯ

зы, заряд которой до гашения дуги

ПРИ ПОВТОРНЫХ

ЗАЖИГАНИЯХ

был равен нулю. При этом все ем­

ДУГИ

кости С приобретут одинаковый до­

На рис. 38-2,а, помимо кривой

полнительный

потенциал

относи­

восстанавливающегося

напряжения,

тельно земли

приведены также

возможные

кри-

(38-6)

вые восстанавливающейся прочно-

сти (Л, В, В), скорость нарастания

который

накладывается

на

напря­

которой зависит от очень большого

жение

источника. Очевидно,

чтоДУ

количества часто трудно

учитывае­

мых факторов. Но в первую очередь

будет представлять не что иное, как

скорость

восстановления

прочности

смещение

нейтрали

системы.

зависит от расстояния

между

элек­

Так

как

заряды

с емкостей

не­

тродами и от амплитуды тока в ду­

поврежденных

фаз

на

емкость

по­

ге,

которая определяет

степень

ио­

врежденной

фазы

переходят

через

низации

дугового канала.

индуктивность трансформатора, этот

Случай Л,

когда прочность про­

процесс

будет

иметь

характер

ко­

межутка

всегда

выше восстанавли­

лебаний

с

частотой

вающегося напряжения, характерен

__ .

для небольших

сетей,

обладающих

3

Сэ2Сэ

Ÿ L C э ’

малой емкостью относительно

зем­

2

L

ЗСЭ

ли. В таких сетях дуговое замыка­

(СQ=

С -j- ЗСАВ),

ние на землю обычно самоликвиди­

руется в течение одного полуперио-

которая приблизительно в 2 раза

да

промышленной

частоты.

Опыт

эксплуатации

показывает, что

та­

больше частоты coj.

колебаний

рав­

кие условия имеют место в

сетях

на

Амплитуда

этих

35 кв при токе замыкания на зем­

разности

мгновенного

значения

лю 5—10 а й в

сетях 6—10 кв

при

токе замыкания на землю 20—30 а.

и не приводит к перенапряжениям,

В случае Б кривая восстанавли­

за

исключением

кратковременного

вающейся

прочности

проходит

вы­

всплеска

напряжения

(ем. § 38-1).

ше пика

гашения,

но

пересекается

Поэтому

наибольшую

опасность

с кривой восстанавливающегося на­

для

изоляции

представляют

пере­

пряжения

вблизи

ее

максимума.

межающиеся

дуги.

предыдущего,

В этот момент времени дуга вновь

Как

следует

из

загорится, но может опять погас­

перемежающаяся

дуга может

уга­

нуть при прохождении через нуль

сать при первом или при последу­

высокочастотного тока.

Таким

об­

ющих

прохождениях

тока

высоко­

разом, дуга будет иметь перемежа­

частотных

колебаний

через

нуль

ющийся характер, загораясь на ко­

или при нуле тока промышленной

роткий промежуток времени, а за­

частоты. Эксперименты в сетях и на

тем вновь угасая. Обычно в таком

моделях, осуществленные H. Н. Бе­

режиме дуга не может гореть дол­

ляковым

(ВНИИЭ),

подтвердили,

го, так как под влиянием ветра или

что все эти варианты поведения

других причин в одном из -полупе­

дуги

действительно

могут

иметь

риодов

кривая восстанавливающей­

место.

ся прочности пойдет выше, чем по­

Наибольшие

по

величине

пере­

казано

на

рис. 38-2,а, и

дуга

напряжения

соответствуют

таким

погаснет

окончательно.

будет пове­

условиям горения дуги, когда она

Наиболее

сложным

зажигается раз в полпериода в мо­

дение дуги в случае В,

когда

по­

мент

максимума

напряжения

на

вторное зажигание дуги произойдет

поврежденной фазе и гаснет при

в

момент

времени

t3

вскоре

после

первом же прохождении тока через

ее угасания. Зажигание дуги будет

нуль. Выше указывалось, что та­

сопровождаться

колебательным

кой режим дуги хотя и возможен,

процессом, но уже с меньшей ам­

но

является

неустойчивым,

поэто­

плитудой,

потому

что

напряжение

му он определяет верхний предел

на

неповрежденных фазах

в

этот

перенапряжений,

который

на

прак­

момент

времени

приблизилось

тике никогда не достигается или во

к

своему

установившемуся

состоя­

всяком

случае

возникает

крайне

нию. Вероятность гашения дуги при

редко.

Анализ

этого

режима

был

втором

прохождении

тока

через

проведен Петерсеном еще в 1919 г.

нуль будет больше, чем при первом,

Так как по теории Петерсена все

а получающееся при этом смещение

последующие

зажигания

дуги

про­

нейтрали

At/,

наоборот,

меньше.

исходят

при

максимуме

напряже­

Если дуга все же загорится сно­

ния

поврежденной

фазы,

переход­

ва, то через полпериода высокоча­

ные

-процессы

будут

происходить

стотных колебаний осуществится

в соответствии с § 38-1.

еще одна попытка гашения. Если

Рассмотрим произвольное п-е

дуга «е погаснет во время высоко­

зажигание

дуги,

предположив

для

частотных колебаний,

то

вопрос

определенности,

что оно произошло

о

ее

дальнейшем

существовании

при

отрицательном

максимуме

на­

будет окончательно решен при про­

пряжения

на

поврежденной

фазе.

хождении через нуль тока .промыш­

Непосредственно

перед зажиганием

ленной частоты, когда условия уга­

дуги

напряжение

на

неповрежден­

сания дуги наиболее

благоприятны.

ной фазе определялось суммой .на­

Таким образом, в случае В дуга

пряжения

источника

( + 0,5^ф) и

может

быть

как перемежающейся,

смещением

нейтрали

At/,

вызван­

так и устойчивой. В последнем слу­

ным предыдущим зажиганием дуги.

чае, когда все попытки гашения

Так как (п—1)-е зажигание имело

дуги оказываются

неудачными,

ду­

место при положительном

максиму­

говое замыкание на землю мало

ме

напряжения

поврежденной

фа­

чем отличается от

металлического

зы,

максимальное

напряжение

на

Л — п о те н ц и а л п о в р еж д ен н о й ф а зы ; /3 — п о те н ц и ал

о п ер еж аю щ ей

ф а зы ; С — п о те н ц и ал

о т с та ю щ е й ф азы ;

U а » V в» U c ~ ~ 9m Д* с * и сто ч н и к а;

U /[g ,

V АС ~~ ли н ей н ы е н ап р я ж е н и я ; / — за ж и г а н и е

д у ги ; / / — гаш ен и е

д у г и (при т р е т ь е м

п р о х о ж д ен и и т о к а вы сокой

ч а с т о ты через

н у л ь ); / / / — н овое за ж и г а н и е д у ги .

лишь .в редких случаях они прибли­

строена на мало реальном режиме

жались к 3,5{Уф.

несомненное значе­

горения

дуги. Упоминавшиеся уже

Несмотря иа

опыты H. Н. Белякова

позволили

ние теории Петерсена, которая дает

ему установить, что гашение дуги

абсолютный максимум

возможных

происходило в том случае, если пик

перенапряжений,

она

все

же по­

гашения

не превышал

определен­