книги / Техника высоких напряжений

Применение тросов повышает емкость линии. При двухцепных линиях емкость каждой линии уменьшается вследствие взаимного экранирования, .поэтому суммарная емкость двух цепей увеличивается по сравнению с одной цепью не вдвое, а на 40—70%. Емкости ка­

что емкостный ток замыкания на землю воздушной сети протяжен­ ностью 100 км с (напряжением 6 кв равен около 2 а, а при напряже­ нии 35 кв около 10 а. Емкостный ток разветвленной кабельной сети изме­ ряется сотнями, а иногда тысячами aMinep.

В действительности ток замыка­ ния на землю не является чисто ем­ костным даже в сетях е изолиро­ ванной нейтралью вследствие утеч­ ки по изоляторам и потерь на коро­ ну в воздушных линиях и из-за на­ личия диэлектрических потерь в ка­ бельных линиях. Хотя возникающая при этом активная составляющая тока невелика и составляет не бо­ лее 5% емкостного тока, мы все же будем ее учитывать, и тогда полный ток замыкания на землю

/ з = е и ф+ /З с о О /ф . ( 3 8 - 1 6 )

Если ток /3 велик, то дуга мо­ жет существовать неограниченно долгое время, и для того чтобы ее погасить, единственным средством является резкое уменьшение этого тока. Одним из наиболее распро­ страненных средств уменьшения (компенсации) тока замыкания на землю является включение в ней­ траль системы регулируемой ин­ дуктивной катушки со стальным сердечником (рис. 38-5), которая называется катушкой Петерсена, по имени автора теории дуговых перенапряжений, впервые предложившего этот метод компенсации ем­ костных токов.

Если емкости всех фаз относи­

ЛЛЛг-

Рис. 38-5. Трехфазная сеть с дугогасящей катушкой.

нейтрали равен нулю и ток в ка­ тушке отсутствует. При однофазном замыкании на землю на нейтрали появляется напряжен ие нулевой последовательности,' равное Уф, и ток в катушке

(3 8 - 1 7 )

В (38-17) L0 и г0 означают сум­ марную индуктивность и активное сопротивление нулевой последова­ тельности. В большинстве случаев основное влияние имеют индуктив­ ность LK и сопротивление гк самой катушки, причем гк должно учиты­ вать суммарные потери в меди и в стальном сердечнике. Во всяком

случае всегда г0< со^о- Через место замыкания на зем­

лю проходят и емкостный и индук­ тивный токи, -сдвинутые на угол, близкий к 180°, так что результи­ рующий ток в месте замыкания на землю

/ . = /а + /к =

месте замыкания на землю, и обо­

значено / L= ^ ~ - и / с = 3[/фшС.

Рис. 38-6. Однофазная схема замещения при замыкании на землю одной фазы сети с ду­ гогасящей катушкой.

Этому уравнению соответствует однофазная схема замещения, изо­ браженная на рис. 38-6.

Реактивная составляющая тока катушки IL может изменяться (на­ пример, путем изменения числа вит­ ков катушки). Можно подобрать такую индуктивность, при которой индуктивная составляющая (прак­ тически равная по абсолютной вели­ чине полному току катушки) равна суммарному емкостному току. При этих условиях ток через место за­

го, нескомпенсированными остаются высшие гармоники, которые могут появиться как благодаря некоторо­ му отклонению характеристики ка­ тушки от линейной, так и вследст­ вие наличия высших гармонических в кривой э. д. с. источника. Однако наличие нескомпенсированных выс­ ших гармонических играет второ­ степенную роль, и мы в дальнейшем не будем его учитывать.

На рис. 38-7,а приведена кривая зависимости тока через место замы­ кания от индуктивного тока катуш­ ки. Область слева от точки миниму­ ма, где / L< / C, называется областью

настройки, а область IL> Ic — об­ ластью перекомпенсации. Вектор­ ные диаграммы для этих трех слу­ чаев приведены на рис. 38-7,6. Из диаграмм видно, что при недокомпенсации через место замыкания те­ чет часть нескомпенсированного ем­ костного тока, а при перекомпенса­ ции — избыточный индуктивный ток.

Равенство <7 = 1 соответствует условиям точной настройки. Отноше­ ние q можно представить в виде

а)

h

4)

Рис. 38-7. Кривые зависимости тока через место замыкания от индуктивного тока ка­ тушки (а) и векторные диаграммы для различной степени настройки (б).

частоты источника, наложение сво­ бодных колебаний на установивше­ еся напряжение приводит к тому, что восстанавливающееся напряже­ ние имеет характер биений, что хо­ рошо видно из рис. 38-10.

Однако и в этом случае напря­ жение на дуговом промежутке вос­ станавливается достаточно медлен­ но, хотя и значительно быстрее, чем при идеальной настройке.

Таким образом, дугогасящие ап­ параты способствуют гашению ду­ ги замыкания на землю не только путем уменьшения тока в месте за­ мыкания, но и благодаря существен­ ному уменьшению скорости восста­ новления напряжения после про­ хождения тока через нуль.

Поэтому в сетях с дугогасящей катушкой угасают значительно большие остаточные токи, чем токи замыкания на землю в сетях с изо­ лированной нейтралью. Как пока­ зывают опыты, близкая к идеальной настройка позволяет при весьма вы­ соких напряжениях до 220 кв спра­

виться с остаточными активными то­ ками до 100 а. Расстройка значи­

тельно ухудшает условия угасаний дуги, поэтому в последнее время стремятся путем применения авто­ матического регулирования индук­ тивности катушки удерживать на­ стройку близкой и резонансной с от­ клонениями 5— 10%.

Так как по теории Белякова ма­ ксимальные перенапряжения при дуговом замыкании на землю до­ стигаются уже при втором зажига­ нии дуги и определяются в основ­ ном величиной пика гашения, ка­ тушка Петерсена в общем не ока­ зывает существенного влияния на предельные возможные величины перенапряжений. Ее положительное влияние на перенапряжения заклю­ чается в том, что оно резко ограни­ чивает их длительность, что для изо­ ляции типа трансформаторной весь­ ма существенно, и уменьшает веро­ ятность появления перенапряжений, близких к предельным. Последнее объясняется тем, что в процессе длительного горения дуги она посте-

Рис. 38-10. Осциллограммы восстанавли­ вающегося напряжения на поврежденной фазе и напряжения нейтрали после угаса­ ния дуги замыкания на землю.

а — при точн ой н астр о й к е си стем ы ; б — при н а ­ ли ч и и р асстр о й к и .

/ — н ей тр ал ь ; 2 — п о в р е ж д ен н ая ф а за .

пенно растягивается под действием ветра и тепловых перемещений, в результате чего восстанавливаю­ щаяся прочность возрастает и пик гашения достигает своих предель­ ных значений, на которых ориенти­ ровались предыдущие расчеты. При наличии катушки из-за уменьшения длительности горения дуги вероят­ ность этого уменьшается.

38-4. СМЕЩЕНИЕ НЕЙТРАЛИ В СЕТЯХ С ДУГОГАСЯЩИМИ АППАРАТАМИ

Напряжение на изолированной нейтрали равно нулю только в иде­ альной сети, у которой проводимо­ сти всех фаз относительно земли равны. В несимметричной сети воз­ никает смещение нейтрали, опреде­ ляемое по формуле

где Ù1— U$\Ù2 = a2U $,Üb = aU$—

фазовые напряжения и уа, у%—

проводимости фаз относительно зем­ ли. Если пренебречь активными утеч­ ками, то

^ = /юС1; ÿt = /uC,; ÿ, = /«Ct.

В нормальном режиме работы сети смещение нейтрали всегда от­ лично от нуля, так как при любом встречающемся на практике распо­ ложении проводов воздушных ли­ ний электропередачи их емкости от­

фаз линии. В частности, при С{ = С2

и С3= 0 t/о == 0,5 £/ф.

Если в нейтраль системы вклю­ чена дугогасящая катушка, то для определения смещения нейтрали в знаменателе (38-21) следует доба­ вить проводимость нулевой последо­

Разделив и умножив это выраже­

ние на ух-f- у2+ у3= Зу и учитывая

(38-21), получим:

Рис. 38-11. Однофазная схема^ замещения для определения смещения нейтрали при наличии катушки.

равна проводимости самой катушки

(у .® ^ к = (5Ц)Г — /5 2 7 ) -

Так как в схеме рис. 38-11 емкость линии и индуктивность ка­

т = 0 и Uо достигает наибольшего

значения С/о=0,5£/ф. Однако сле­ дует иметь в виду,.что при отклю­ чении одной фазы (полностью или

На рис. 38-12 представлены кривые зависимости смещения ней­ трали от 1—т при разных условиях

настройки до отключения фазы, из которых видно, что перекомпенсация ограничивает смещение нейтрали при нарушении симметрии, в то вре­ мя как при недокомпенсации при больших ( 1—т) получаются чрез-

Рис. 38-12. Зависимость напряжения ней­ трали от емкости отключенного участка.

вычайно высокие смещения ней­ трали.

В действительности смещения нейтрали будут несколько ниже, так как при большой несимметрии, а следовательно и при больших то­ ках в катушке, начинает играть роль насыщение стального сердечника катушки. Полученные выше уравне­ ния не могут быть применены непо­ средственно для расчета цепей, со­ держащих нелинейный элемент. Для этой цели могут быть использо­ ваны схемы замещения рис. 38-11 и графоаналитический метод расчета

На рис. 38-13 приведена зависи­ мость смещения нейтрали от степе­ ни настройки q при естественной

несимметрии сети и при отключении одной фазы на участке линии. Из этого рисунка следует, что неко­ торая степень расстройки <7> 1, не

приводящая к ухудшению условий гашения, является положительным фактором, поскольку она умень­ шает смещение нейтрали при не­ симметрии. Работа с расстройкой особенно целесообразна в сетях, не имеющих транспозиции. Учитывая

Рис. 38-13. Кривые зависимости смещения нейтрали от настройки.

возможность отключения одной фа­ зы, рекомендуется работать с перекомпенсацией, так как режим недокомпенсадии после отключения фа­ зы может перейти в режим на­ стройки.

38-5, К О Н С Т РУ К Ц И Я Д У Г О Г А С Я Щ И Х А П П А Р А Т О В И В Ы БО Р

ИХ М О Щ Н О С ТИ

Дугогасящие катушки всегда вы­ полняются со стальным сердечни­ ком, так как катушки без сердеч­ ника имели бы слишком большие размеры и стоимость. Вместе с тем, несмотря на ее благоприятное влияние при несимметрии сети, не­ линейность вольт-амперной харак­ теристики катушки должна быть минимальной, во всяком случае при изменении напряжения от нуля до фззовог-о. В противном случае при изменениях напряжения, которые на передавшей подстанции могут до­ стигать ± 10%, индуктивность ка­

тушки сильно изменялась бы и на­ рушалась установленная степень ее