16. ВЫБОР СПОСОБА ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ. ЗА И ПРОТИВ
В ряде параграфов этой части мы пытались обнаружить критерии, дающие определенные указания о том, как выбрать наиболее подходящий и экономичный в данных условиях способ заземления нейтрали.
Мы должны заключить, что такой выбор в значительной степени обусловлен удобством эксплуатации, традициями, желанием обеспечить бесперебойность электроснабжения, стремлением свести к минимуму тот или иной основной тип аварий, найти компромисс между воздействиями напряжений и токов.
В данном параграфе будет сделан краткий обзор преимуществ и недостатков различных способов заземления нейтрали. Основное внимание будет уделено глухому заземлению нейтрали и заземлению через активное и реактивное сопротивления. Будет упомянуто и резонансное заземление нейтрали, однако подробное рассмотрение этого вопроса будет сделано в других главах.
Системы с глухо заземленной нейтралью
Преимущества
а) Хорошо контролируется напряжение основной частоты.
б) Условия работы выключателей при отключении двухфазного короткого замыкания на землю облегчены по сравнению с системами, не имеющими глухого заземления нейтрали. В системе не возникает перемежающихся емкостных дуг, поскольку токи короткого замыкания подавляют емкостный ток и устраняют его влияние.
г) Релейная защита от замыканий на землю очень проста; быстрое и селективное действие защиты обеспечивается с помощью реле максимального тока и направленного реле максимального тока. Реле для защиты фаз, как правило, могут не применяться для защиты замыканий на землю, которая должна быть основана на токах и напряжениях небаланса. Применение дистанционного реле защиты от замыканий на землю, не обладающего простотой фазного дистанционного реле, по-прежнему остается проблематичным. Рассмотрение схем релейной защиты в системах с глухо заземленной нейтралью проведено в § 14. 4 гл. 6. Релейная защита от замыканий на землю является трудным вопросом при всех способах заземления нейтрали, однако в системах с глухим заземлением нейтрали она наиболее проста. Можно сказать, что такого рода соображения представляют собой мощный аргумент в пользу увеличения тока замыкания на землю.
д) Номинальное напряжение вентильного разрядника может быть увеличено, на 25%, если он установлен в сети с глухим заземлением нейтрали.
Недостатки и пути их устранения
а) Поскольку каждое замыкание на землю переходит в короткое замыкание, поврежденный участок линии должен быть отключен: таким образом, каждое устойчивое замыкание на землю приводит к отключению и очень часто к местной потере питания. В противоположность этому в системах с резонансным заземлением нейтрали неустойчивые замыкания на землю ликвидируются автоматически, а при сравнительно редких устойчивых замыканиях на землю электроснабжение может продолжаться до тех пор, пока это возможно. В системах с глухим заземлением нейтрали необходимо считаться с временным перерывом электроснабжения; часто применяется дублирование питания для обеспечения непрерывного электроснабжения важных центров нагрузок.
Отключения линии из-за однофазных замыканий на землю, как известно, составляют более двух третей всех повреждений. Этим объясняется потребность таких современных усовершенствований, как трубчатые разрядники и быстродействующее повторное включение. Эти меры благодаря значительному снижению потерянных из-за отключения линии киловатт-часов и экономии времени на отыскание места повреждения и ремонт помогли сохранить позиции глухого заземления нейтрали в тех странах, где оно является общепринятым для линий электропередачи высокого напряжения.
б) Большие токи короткого замыкания на землю, возникающие в системах с глухим заземлением нейтрали, являются причиной значительных повреждений при замыкании, причем большие динамические усилия распространяются на значительную часть системы.
Протекание токов короткого замыкания по кабелям вызывает расширение диэлектрика и свинцовой оболочки, что может привести к необратимым механическим деформациям и, следовательно, к образованию пустот в наступающем затем нормальном режиме. При частом появлении тяжелых коротких замыканий, если их деятельность не ограничивается очень коротким временем, может наступить ухудшение прочности диэлектрика вдоль пути тока короткого замыкания. Кроме того, определенные трудности вызываются токами в оболочках кабелей, возникающими при однофазных коротких замыканиях. В местах разрывов оболочки, которые имеют место при некоторых способах соединений отрезков кабеля, на оболочках могут возникнуть опасные для жизни индуктированные напряжения.
в) Опасность для человека и животных, находящихся вблизи места замыкания, возрастает при больших токах замыкания на землю.
г) Гирлянды изоляторов на воздушных линиях могут быть повреждены сопровождающим током нагрузки. Быстрое действие выключателей и применение защитных искровых промежутков сильно снижают разрушающее действие. Применение трубчатых разрядников предотвращает повреждение гирлянд, однако их применение до сих пор не очень широко распространено [Л. 83].
б) Перенапряжения, возникающие при несимметричных коротких замыканиях на явнополюсном генераторе, питающем холостую линию (кабель), представляют опасность, однако они могут быть устранены путем применения демпфирующих обмоток. Последние должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать частые тепловые перегрузки, вызванные составляющими тока обратной последовательности при однофазных замыканиях на землю.
е) Глухое заземление заменяет воздействия высокого напряжения воздействиями токов; помехи в соседних линиях связи изменяют свой емкостный характер на индуктивный, возрастая при этом по интенсивности. Помехи основной частоты при замыканиях и шумы, вызванные третьей гармоникой в нормальном режиме, являются проблемами, связанными с глухим заземлением нейтралей систем.
ж) В системах с глухим заземлением нейтралей часто возникают вторичные эффекты при отключении линий с замыканием на землю. В качестве примера могут быть приведены данные эксплуатации системы 100—125 кВ [Л. 83], в которой 12,5% всех отключений линий приводили к потере других линий, 12,75%—к потере нагрузки и 29,5%—к распаду системы. Необходимо иметь в виду, что может сработать автоматика от понижения напряжения, синхронные двигатели могут затормозиться и электростанции могут выйти из синхронизма.
Проблемы устойчивости систем, соединенных линиями с ограниченной пропускной способностью, хорошо изучены, и устойчивость улучшается путем снижения бестоковой паузы и применения быстродействующего повторного включения (см. § 4 гл. 4).
з) Большие успехи достигнуты в области повышения надежности электроснабжения, однако пока еще нет причин для самоуспокоенности, на что, в частности, указывает опыт эксплуатации систем США, опубликованный в обзоре [Л. 83], охватывающем 378 666 км-лет работы линий электропередачи; число отключений этих линий иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 73.
