1.8. Электромагнитные помехи, вызванные магнитным полем земли

Протекание в энергосистемах токов, наведенных магнитным полем Земли, вызвано изменениями этого магнитного поля. Первоисточником токов является Солнце, с поверхности которого при определенных условиях в окружающее пространство выбрасывается огромное количество заря­женных частиц, суммирующихся с посто­янным потоком подобных заряженных час­тиц (солнечный ветер). Выбросы Солнцем заряженных частиц взаимосвязаны (хотя и не полностью) с циклом солнечных пятен. Иногда магнитные бури происходят из-за «дыр» в короне Солнца, создающих в его поверхности проколы. Наибольшие выбросы происходят при повышенной солнечной активности, а максимальный поток элект­ронов достигается во время фазы уменьше­ния солнечной активности.

Когда излучаемые Солнцем заряжен­ные частицы достигают Земли (по проше­ствии примерно трех дней с момента излу­чения), они отражаются магнитным полем нашей планеты. Взаимодействие между частицами и магнитным полем Земли при­водит к появлению в ионосфере и магнито­сфере кругового движения частиц вокруг магнитных полюсов. Токи, протекающие таким образом в ионосфере и магнито­сфере Земли, могут вызывать магнитные возмущения и бури длительностью в несколько часов.

По статистике наведенное геоэлектри­ческое поле имеет наибольшее значение напряженности в направлении восток - запад, так как северный магнитный полюс Земли находится в Гренландии.

Наибольшая интенсивность геомагнит­ных возмущений наблюдается обычно

ночью в виде северного и южного сияний. Однако возможны многочисленные исклю­чения в отношении времени и места появ­ления магнитных бурь.

В случае, если энергосистема распола­гается в зоне северных или южных сияний, и удельное сопротивление грунта доста­точно велико, то под действием магнитного поля Земли ТНМПЗ (частота составляет порядка нескольких миллигерц), могут иметь значительные амплитуды.

Токи, наведенные в электроустановках магнитным полем Земли, оказывают на них существенное влияние, если выполняется хотя бы одно из следующих условий:

• большое удельное сопротивление грунта;

• система соединена с заземлителями с низким сопротивлением растеканию тока, по крайней мере, в двух точках; обычно это имеет место, если сеть выполнена с эффек­тивно или глухо заземленной нейтралью. В этих случаях длинные ВЛ подвергаются действию сравнительно больших токов в несколько десятков ампер на фазу.

Главные результаты действия токов, наведенных магнитным полем Земли, сле­дующие:

• может наблюдаться быстрое насыще­ние магнитопровода силовых трансформаторов. Как следствие, возможно поврежде­ние трансформаторов из-за их перегрева, искажение напряжений и токов линий, а также потоков реактивной мощности в системе;

• появление гармонических составля­ющих токов и напряжений. Следствием этого может быть неправильная работа устройств управления и релейных защит. Кроме того, может повреждаться оборудо­вание, работающее с изолированной нейтралью.

Проблемы такого рода явились причиной повреждений в США и Канаде нескольких силовых трансформаторов и одного масш­табного нарушения электроснабжения. На рис. 1.27 приведен пример изменения напряженности электрического поля во времени, вызванное изменением магнит­ного поля Земли. Это изменение магнит­ного поля явилось причиной нарушения электроснабжения системы ГидроКвебек в Канаде.

Рис. 1.27. Результаты измерений индукции магнитного поля Земли а провинции Оттава (Канада) и соответствующие расчетные напряженности электрического поля, (для Квебека)

Был отмечен интересный факт: большее по амплитуде изменение напряженности магнитного поля тремя часами позже вызвало появление меньшего электричес­кого поля вследствие меньшей скорости его изменения. Последующие возмущения маг­нитного поля и связанное с ними электрическое поле также вызвали сбои в работе энергосистем в ряде мест всей США и Канады. В результате в энергосистеме про­изошло несколько нежелательных отключе­ний трансформаторов и линий электропе­редачи.

На рис. 1.28. приведены осциллограммы более ранних измерений магнитного поля Земли в Финляндии. Осциллограммы возмущений в сети переменного тока, вызванные этими полями, показаны на рис. 1.29.

Рис. 1.28. Взаимосвязь токов в заземляющем проводе силового трансформатора напряжением 400 кВ (Фин­ляндия) с магнитным полем Земли:

а - изменение индукции геомагнитного поля на ПС «Нурмияарве» в северном направлении; б - соответству­ющие токи в заземляющем проводнике трансформатора 400 кВ на ПС «Раума»; в - то же на ПС «Пиртикоски» (измерения проводились 24 и 25 марта 1991 г.)

Рис. 1.29. Токи в заземляющем проводе силового трансформатора напряжением 400 кВ, вызванные измене­ниями магнитного поля Земли (Финляндия):

а - ток в линии переменного тока 400 кВ, подходящей к ПС «Раума» с севера; б - ток в линии переменного тока 400 кВ, подходящей к ПС «Раума» с юга; в - ток в нейтрали трансформатора ПС «Раума» (измерения проводились 24 марта 1991 г.)