Очевидно, точная настройка дугогасящей катушки создает наиболее благоприятные условия для ликвидации дуговых замыканий на землю. С помощью рис. 110 можно напомнить, что параллельное соединение емкости системы и дугогасящей катушки образует запирающий контур, к которому приложено напряжение нейтрали (рис. 184,а). В случае замыкания на землю распределение напряжения в резонансном контуре определяется внешними условиями. В условиях нормальной работы те же самые элементы образуют колебательный контур, в котором возникают свободные колебания (рис. 184,б). Ранее мы встречались с подобными условиями дважды, и в обоих случаях были установлены преимущества компенсированной сети. После угасания дуги заряд, оставшийся в системе, приводит к развитию свободных колебаний, которые препятствуют немедленному восстановлению напряжения на дуговом промежутке (см. § 4 гл. 5). В случае замыкания на землю через сопротивление эффект компенсации состоит в смещении треугольника фазных напряжений. при котором уменьшается напряжение на поврежденной фазе за счет повышения напряжения на здоровых фазах (см. § 2 гл. 6).
В данном параграфе будет рассмотрен вопрос о том, в какой мере свободные или вынужденные колебания могут приводить к нарушению нормальной работы системы. Потенциалы, возникающие в системе, могут быть найдены исходя из заданного напряжения (рис. 184,в) или заданного тока (рис. 184,г). Выше неоднократно указывалось, что оба эти способа не имеют принципиального различия и несимметрия может быть истолкована и выражена аналитически любым путем (см., например, § 2 гл. 2).
Рис. 184. Эквивалентные схемы для систем с резонансным заземлением нейтрали.
а —схема для определения вынужденных колебаний при однофазном замыкании на землю; б — переходный процесс после обрыва дуги (свободные колебания); в— определение смещения нейтрали с помощью источника напряжения; г — определение смещения нейтрали с помощью источника тока.
Контур (рис. 184,в) всегда внушал некоторую тревогу. На ранних стадиях применения дугогасящих катушек была
проведена значительная работа по теоретическому определению возможных перенапряжений; испытаний в эксплуатационных условиях не проводили, опасаясь повреждений. Во всяком случае эту проблему нельзя решить на основании простого рассмотрения опытных данных; она требует серьезного теоретического анализа. Мы начнем рассмотрение этого вопроса с наиболее распространенного источника небаланса в электрических системах, т. е. емкостной несимметрии. Мы рассмотрим также влияние активных потерь, отклонения от точной настройки и насыщения магнитных цепей. В другом разделе этого параграфа будет проведено сравнение процессов при заземлении фазы и заземлении нейтрали. Этот частный вопрос включает рассмотрение несимметрии индуктивностей. В следующем разделе будет разъяснено влияние несимметрии напряжений (например, при неодновременном переключении отпаек трансформатора).
4.1. Эффект несимметрии емкостей в компенсированных системах
Постоянная несимметрия
При проектировании линий высокого напряжения желательно и можно избежать несимметрии емкостей, вызванной различным расположением проводов на опоре. Транспозиция проводов практически устраняет несимметрию. Однако значительное уменьшение несимметрии может быть достигнуто более простыми средствами. Для того чтобы в этом убедиться, рассмотрим два случая расположения проводов [Л. 10].
Рис. 185. Емкостная несимметрия, обусловленная расположением проводов. Размеры указаны в сантиметрах.
а — трехфазная линия без заземленных тросов; б — трехфазная линия с двумя заземленными тросами.
На рис. 185,а показано расположение проводов в вершинах треугольника, при котором единственным источником несимметрии являются различные высоты подвеса над землей (все размеры даны в сантиметрах). Емкость фаз на землю составляет 0,385; 0,394 и 0,389 мкф на 100 км. Отклонение от средней величины 0,389 составляет ±1,3%. Разумеется, положение может быть улучшено путем транспозиции верхнего и нижнего проводов. Пример более серьезного небаланса представлен на рис. 185,б. Здесь на величину емкостей оказывает влияние близость двух заземленных тросов. Емкости, подсчитанные исходя из средней высоты подвеса, оказались равными 0,575; 0,535 и 0,601 мкф на 100 км. Отклонения от средней величины составляют ±0,9;—6,2 и +5,3%. Смещение нейтрали достигает 3,4% фазного напряжения, как это может быть подсчитано по формуле (30). Именно эта величина, а не отклонение величин емкостей от их среднего значения характеризует небаланс. Эти примеры показывают, что естественная несимметрия проводов практически не превосходит нескольких процентов. Для того чтобы добиться существенного уменьшения небаланса, достаточно изменить положение проводов в двух фазах приходящей и отходящей линий, использовав для этого шины станции (рис. 186).
Рис. 186. Изменение положения проводов на подстанции.
Если обе линии имеют одинаковую длину, то для рассмотренного выше случая мы получим следующие емкости на 200 км линий:
0,575 + 0,575=1,150 мкф·, 0,535 + 0,601 = 1,136 мкф; 0,601+0,535=1,136 мкф.
Смещение нейтрали уменьшается до 0,4%. Из этого примера следует, что емкостная несимметрия может быть уменьшена до незначительной величины весьма простыми средствами.
4.1.2. Временная несимметрия
Иногда случается, что вследствие небрежности или повреждений линии в одной из секций системы одна или две фазы окажутся отключенными. Это может быть вызвано следующими причинами: отключение одной фазы при замене оборудования, неисправность трехфазных разъединителей, работа роговых разрядников, перегорание плавких вставок в одной или двух фазах, механическое повреждение привода или дугогасящего устройства одной из фаз выключателя, неодновременная работа при включении и отключении, обрыв провода, соприкосновение с телефонными линиями. Временная несимметрия, вызванная перечисленными причинами, может быть значительно больше несимметрии, обусловленной неравенствам емкостей.
