7. Гашение емкостного тока замыкания на землю дугогосящими аппаратами
Самопроизвольное гашение дуги возможно только при малых токах замыкания на землю. При средних токах дуга носит периодический характер, причем время перенапряжения равно времени горения дуги.
При больших токах дуги горит неограниченно долго и приводит к многофазным замыканиям. Во всех случаях желательна быстрейшая ликвидация дуги.
7.1. Физика процесса и основные соотношения.
При установившемся режиме КЗ величина
тока в месте замыкания для трехфазной
сети определяется как
,
причем ток на
по фазе опережает напряжение. Удельный
емкостной ток на 1 км длины линии на 1кВ
напряжения оценивается для воздушных
линий
Применение тросов увеличивает емкость линии на землю.
Емкость кабельных линий в 2040 раз больше. В итоге ток короткого замыкания ВЛЭП 35 кВ длиной 100 км 10А, для кабельной сети - сотни и тысячи ампер.
Ток короткого замыкания не является чисто емкостным, он содержит активную составляющую из-за токов утечки изоляции, потерь на корону, диэлектрических потерь. Доля активной составляющей 5%. Полный ток КЗ на землю
.
Рис.8
Уменьшение этого тока достигается включением в нейтраль трансформатора дугогасящей катушки (катушки Петерсена). В нормальном режиме и одинаковых емкостях в фазах ток в нейтрали и соответственно в катушке отсутствует.
При однофазном замыкании на нейтрали возникает напряжение нулевой последовательности равное и через катушку пойдет ток
,
через место замыкания пойдет ток
модуль тока
,
где
,
,
.
Очевидно, что изменяя
- изменением числа витков катушки можно
полностью компенсировать
.
При выполнении этого условия
.
Реально наряду с полной компенсацией
возможны как недокомпенсация (
),
так перекомпенсация (
).
Кривые изменения напряжения на поврежденной фазе имеют вид:
|
|
а) без катушки |
б) с катушкой |
Рис.9 |
|
7.2. Смещение нейтрали из-за включения дугогасящей катушки
При включении дугогасящей катушки в нейтрали появляется напряжение или, как говорят, возникает смещение нейтрали. В общем случае несимметричной сети величины смещения
,
где
- фазовые напряжения,
- проводимости фаз на землю.
Смещение будет отсутствовать при идеальной симметрии сети, которой не существует. Там при горизонтальной подвеске проводов ЛЭП емкость средней фазы на 10% меньше крайних.
При этих условиях
.
При КЗ когда
,
.
Практика показывает, что допустимо
смещение нейтрали до
,
а смещение свыше
уже недопустимо, в основном из-за наводок
в линиях связи.
Задача 7.2. На линии электропередачи напряжением 35 кВ с изолированной нейтралью в результате атмосферного перенапряжения произошло перекрытие гирлянды изоляторов с образованием перемежающейся дуги.
Определить амплитудное значение внутренних перенапряжений при наиболее неблагоприятных условиях.
Решение. Для расчета воспользуемся зависимостью
.
Для расчета конечного напряжения примем, что после затухания переходного процесса оно равно линейному напряжению
.
Это соответствует моменту времени, когда
,
или
.
При этом расчетная формула примет вид
.
Для расчета начального напряжения воспользуемся формулой, в которой при принятых условиях
,
откуда
.
Максимальное смещение нейтрали в трехфазной системе с учетом влияния остаточных зарядов определим по формуле
.
Начальное напряжение для неблагоприятных условий
.
Откуда
.