В задачу настоящей работы не входит рассмотрение всех родов селективной защиты кабелей, т. е. защиты, выключающей автоматически кабель при получении в нем пробоя или короткого замыкания, поэтому здесь остановимся только на некоторых системах, с которыми связана специальная конструкция кабеля. Применяются такие системы преимущественно в высоковольтных кабельных кольцах, а также в фидерных линиях, имеющих возможность питания мест повреждения из нескольких точек, и там, где последствия коротких замыканий особенно вредны.
Первая подобного рода защита, потребовавшая кабели специальной конструкции, была предложена М. Hachstadter’oм [146] и осуществлена на 25-кВ кабельном кольце вокруг города Кельна. Теперь эта система имеет только тот интерес, что в ней впервые был применен прототип кабеля с металлизированными жилами, который позднее тем же изобретателем был запатентован для других целей. Такой кабель выполнялся как одножильным, так и трехжильным. При одножильном кабеле поверх изоляции шла обмотка из тонкой медной ленты, поверх этой ленты шел тонкий слой изоляции, а затем накладывалась свинцовая оболочка. В трехжильном кабеле медная лента располагалась в поясной изоляции. Чтобы кабель можно было пропитать, между витками медной ленты оставлялся промежуток в 1—2 мм. Схема этой системы дана на фиг. 102, где а., . . а0 — проводящие жилы кабеля, cv cv . . ., с6 — спирально навитая’ на изоляцию медная лента толщиной 0,1 мм. При пробое кабеля в точке х между жилой и медной лентой, или же между жилами, лентами и свинцовой оболочкой, возникает проводящий мостик, который при включенном автоматическом выключателе , дает возможность току пройти от вспомогательной батареи В через реле, благодаря чему автомат выключится. Дроссельные катушки D1, D2,..., D6 имеют малое омическое и большое индуктивное сопротивления, их назначение — защищать батарею о от высокого напряжения. Трансформатор Г вместе с дроссельной катушкой d служит для создания замкнутой цепи при пробое между проводами. Система эта теперь уже не применяется.
Фиг. 103. Сечение одножильного кабеля с жилой Lypro.
Фиг. 102. Схема включения селективной защиты кабеля по системе М. Hоchstadter’a.
Значительно проще и совершеннее система Lypro, предложенная тем же М. HOchstadter’oм и выполняемая заводом Siemens u. Schuckert. Она была описана Walter-Erstoft’oм [146]. По этой системе, между прочим, предполагалось выполнение селективной защиты 35-кВ кабельного кольца вокруг Ленинграда, благодаря чему весь этот кабель выполнен по специальной конструкции. Сечение кабеля, требующегося для этой защиты, дано на фиг. 103; проводящая жила этого кабеля имеет в центре вспомогательную жилу из одной или нескольких проволок, изолированную от остальных проволок жилы небольшим слоем изоляции. Сумма сечений главной и вспомогательной жил дает требуемое сечение кабеля, отношение же между площадями сечений обеих жил берется обычно как 35:1. Схема включения приборов для одной фазы этой системы дана на фиг. 104. Ток высокого напряжения с шин подстанции проходит через автоматический масляный выключатель М й затем разделяется на две части: одна проходит через глазные обмотки повысительного трансформатора РТ и дифференциального трансформатора DT в главную жилу, а другая часть — через вспомогательные обмотки тех же трансформаторов в вспомогательную жилу кабеля. Ампервитки главной и вспомогательной обмоток дифференциального трансформатора подобраны так, что при нормальных условиях магнитный поток в трансформаторе равен нулю, благодаря чему через третью обмотку дифференциального трансформатора ток идти не будет. Но как только в кабеле произойдет пробой с жилы на землю, равновесие в дифференциальном трансформаторе DT будет нарушено и в его третьей обмотке будет возбужден ток,
Фиг. 104. Схема включения селективной защиты кабеля по системе Lypro
который замкнет реле R2 и выключит масляный выключатель М через его катушку. Процесс выключения будет протекать так только в том случае, если между главной и вспомогательной жилами не будет металлического контакта. Если же изоляция между этими жилами будет не в порядке, то при пробое равновесие в трансформаторе DT не будет нарушено. Для того чтобы масляный выключатель М выключился и в этом случае устроен повысительный трансформатор РТ, создающий постоянную разность потенциалов между главной и вспомогательной жилами; величина этой разности потенциалов около 150 V. Эта разность потенциалов на другом конце кабеля компенсируется обратным включением тонкой обмотки повысительного трансформатора. Характер изменения напряжения вдоль главной и вспомогательной жил кабеля графически показан на фиг. 105. При наличии повысительного трансформатора равновесие в дифференциальном трансформаторе будет нарушаться как в случае пробоя с главной жилы на землю, так и при пробое между главной и вспомогательной жилами.
Фиг. 105. Диаграмма падения напряжения по главной и вспомогательной жилам кабеля по системе Lypro
С системой Lypro конкурирует система Pfankuch’a [148], применяемая фирмой AEG. Сечение кабеля для этой системы изображено на фиг. 106. Он отличается от нормального кабеля тем, что у него все проволоки внешнего повива изолированы, причем через одну проволоку расцветка изоляции меняется, а именно одна проволока имеет цвет натуральной бумаги, а соседняя — красный цвет. Диаметр медной проволоки внешнего повива благодаря изоляции несколько меньше, чем у внутренних повивов. Общее сечение всех изолированных и неизолированных проволок равно заданному сечению жилы.
Фиг. 106. Сечение одножильного кабеля W. Pfankuch’a.
Фиг. 107. Схема включения селективной защиты кабеля по системе W. Plankuch’a.
На обоих концах кабеля изолированные проволоки разбиваются на две группы двух разных цветов. Схема включения всей системы показана на фиг. 107. Обозначения на этой схеме следующие:
D — две группы проволок верхнего повива кабеля;
К—внутренние неизолированные проволоки кабеля;
Р—главная обмотка защитного трансформатора;
- — вспомогательная обмотка защитного трансформатора; и — мостик (омическое сопротивление);
С — конденсатор;
WR — предупреждающее реле;
AR — выключающее реле;
a, b, d, e — выключатели в цепи реле;
Т— трехполюсный треншальтер.
Фиг. 108. Сечение английского кабеля с расщепленными жилами для селективной зашиты.
Рабочий ток кабеля, перед тем как разветвиться по главной и защитной жилам, проходит через главную и вспомогательную обмотку защитного трансформатора. Вспомогательные обмотки трансформатора включены так, что при пересечении их магнитным потоком, создаваемым током в главной жиле, в них появляется разность потенциалов между точками W и F величиной около 100 V, причем потенциал одной группы проволок будет на 50 В выше, а другой — на 5и В ниже рабочего напряжения кабеля. Магнитные потоки, создаваемые двумя вспомогательными обмотками защитного трансформатора, благодаря равенству и противоположности направления витков взаимно уничтожаются, поэтому магнитный поток главной обмотки, разделяясь на две части по сердечникам трансформатора 2 и 3, не создает в обметках низкого напряжения никакой э. д. с., а следовательно, реле WR и AR будут находиться в состоянии равновесия. Возникающие в кабеле повреждения могут носить характер медленно развивающихся, например, при проникновении в кабель воды или моментальных, получающихся, например, в результате механических повреждений. В первом случае между обеими группами изолированных проволок внешнего повива возникнет ток, который вызовет в сердечнике 2 трансформатора некоторый магнитный поток, ибо теперь в обмотках будет идти ток, вызывающий сложение, а не вычитание магнитных потоков. Благодаря этому в обмотках также появится ток, который заставит ответить реле WU, причем загорится лампа I, предупреждающая о возникновении повреждения. От момента возникновения повреждения в кабеле до момента пробоя, как показывает опыт, может пройти довольно длительное время, иногда. целые недели, благодаря чему получается возможность принять соответствующие меры. Второе реле AR отрегулировано так, что отвечает только на прямые короткие замыкания, являющиеся результатом электрического пробоя; это реле выключает уже масляный выключатель. При моментальном повреждении реле WR и AR действуют последовательно, но достаточно быстро.
В Англии для цепей с селективной защитой в большем ходу так называемые расщепленные кабели — split-conductor — это шестифазные кабели, сечение которых изображено на фиг. 108. Такие кабели делаются как с секторными, так и с круглыми жилами.
