Глава четвертая
РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ГАШЕНИЯ ДУГИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
1. ГАШЕНИЕ ДУГИ ИЛИ ОТКЛЮЧЕНИЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Некоторые предварительные сведения, содержащиеся в § 16 гл. 2, показывают, что среди многих решений проблемы заземления нейтрали лишь одно основано на гашении дуги в месте повреждения, в то время как другие хотя и устраняют ряд нежелательных явлений, связанных с замыканием на землю, тем не менее, приводят к отключению поврежденного участка линии выключателем. Давно уже было установлено, что ликвидация замыкания на землю путем превращения его в короткое замыкание сопряжена с рядом неудобств. Имелась определенная тенденция к снижению динамических и термических воздействий и ограничению влияния на линии связи путем увеличения сопротивления заземления нейтрали. Однако это мероприятие не дало в полной мере удовлетворительных результатов. В системах с заземлением нейтрали через сопротивление ток в месте повреждения превышает емкостный ток замыкания на землю, вследствие чего напряженности поля на поверхности земли у места повреждения могут быть опасно большими. При рассмотрении этой проблемы необходимо также учитывать три в равной степени важных показателя: частоту возникновения замыканий на землю, продолжительность отдельных замыканий и число часов последующего простоя у потребителя.
Частота возникновения замыканий на землю может быть существенно уменьшена путем применения защитных тросов и противовесов (снижение сопротивления заземления опор), увеличения расстояния между проводами линии, а также повышением прочности изоляции по отношению к земле (деревянные опоры). Важность этих мероприятий определяется тем, что большая часть отключений линий происходит из-за однофазных замыканий на землю. Это обстоятельство более полно рассматривается в § 1.4 гл. 3 (см. табл. 13-17).
Исследования, проводившиеся в трах системах, работающих при напряжениях 26, 33 и 44 кВ, путем осциллографирования начальных стадий повреждений, дали близкие по цифрам результаты: 70,5—88% замыканий начинаются с замыкания одной фазы на землю; 24—6% возникают одновременно между двумя фазами и землей и лишь 4—6% замыканий развиваются сразу между тремя фазами и землей. Таким образом, можно считать, что в системах независимо от их напряжения 70—90% повреждений составляют однофазные замыкания на землю. Это обстоятельство является серьезным аргументом в пользу применения дугогасящих устройств.
Продолжительность отдельных повреждений была значительно сокращена после создания быстродействующих релейных защит и выключателей. Хотя быстрое отключение повреждений и неэквивалентно гашению дуги, оно тем не менее весьма эффективно при любых видах повреждений, а не только при грозовых перекрытиях изоляции. Основной причиной, побуждавшей к созданию быстродействующих защит, была проблема динамической устойчивости систем. Однако быстрое отключение повреждений, кроме того, сократило продолжительность посадки напряжения и ограничило толчки в системах, устранило сброс нагрузки на участках, соседних с поврежденным, а также уменьшило влияние на линии связи.
После некоторого удовлетворения практикой устранения замыканий на землю путем выделения поврежденного участка инженеры- эксплуатационники обнаружили, что 70—90% случаев неизбежно кончаются отключением линий. В связи с этим вновь повысился интерес к дугогасящим устройствам, идея которых, конечно, не является новой и имела уже ряд различных вариантов. Рассмотрению их и посвящается настоящая глава.
2. ШУНТИРУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
Шунтирующий выключатель был первым устройством, предназначенным для ликвидации замыканий на землю, вызванных перекрытием изоляции в сетях с незаземленной нейтралью, без отключения поврежденной линии. Принцип действия его заключается в том, что замыкание из случайного места в сети, где оно произошло, переносится в заранее выбранное место на одной из станций. Автоматически действующий выключатель наглухо заземляет поврежденную фазу, шунтируя первоначальное замыкание и отсасывая на себя емкостный ток замыкания на землю. Одна из практических конструкций включает в себя три однофазных масляных выключателя, каждый из которых приводится в действие от реле минимального напряжения. Поврежденная фаза заземляется на небольшой промежуток времени. Устройство может осуществлять три повторных включения выключателя, последнее из которых создает устойчивое замыкание на землю. Как правило, после первого же срабатывания выключателя дуга между поврежденным проводом и землей гаснет и восстанавливается нормальная работа линии. Однако в случае устойчивого замыкания на землю действие шунтирующего выключателя оказывается безрезультатным, так как он не в состоянии его устранить и не облегчает отыскания места повреждения.
Опыт эксплуатации шунтирующих выключателей был удовлетворительным. В одной из систем 110 кВ 80% перекрытий изоляции были устранены. без отключения линий. Однако шунтирующие выключатели не нашли широкого применения. В настоящее время их следует считать устаревшими, так как дугогасящие катушки имеют значительно лучшие характеристики. Тем не менее шунтирующие выключатели еще могут оказаться полезными при однофазном повторном включении.
В свое время применялось еще одно защитное устройство, использующее автоматически действующие выключатели. Это так называемый «земляной селектор» [Л. 2]. Он заслуживает внимания потому, что близок по своим свойствам к дугогасящим устройствам, хотя и не принадлежит к их числу. Работа его основана на создании дополнительного пути замыкания на землю, облегчающего определение места замыкания и действие релейной защиты в сети с незаземленной нейтралью. Сигналом о замыкании на землю служит повышение напряжения на двух здоровых фазах. Если же повышение напряжения произойдет во всех трех фазах, то специальное устройство блокирует действие «земляного селектора». При появлении замыкания на землю один из двух однофазных масляных выключателей заземляет через активное сопротивление одну из здоровых фаз. Этим самым замыкание на землю превращается в междуфазное короткое замыкание и приводится в действие соответствующая релейная защита. Правда, обеспечить селективное действие релейной защиты в таких случаях достаточно трудно, так как защите приходится иметь дело с двумя одновременными замыканиями на землю, одно из которых произошло где-то в сети, а другое —в месте установки земляного селектора.
После отключения поврежденного участка остается еще искусственно созданное «земляным селектором» замыкание на землю. Поэтому напряжение по отношению к земле на той фазе, где было повреждение, возрастет до линейного. Специальное устройство реагирует на это повышение напряжения и отключает цепь искусственного замыкания на землю.
«Земляной селектор» имеет ряд преимуществ. При нормальной работе устраняются некоторые неудобства, характерные для систем с заземленной нейтралью; в частности, более свободно может осуществляться выбор схем соединения обмоток трансформаторов. При однофазном замыкании на землю возможна работа селектора с выдержкой времени, достаточной для самоустранения переходящих замыканий на землю, не сопровождающихся образованием устойчивой силовой дуги. При двойных замыканиях на землю (повышение напряжения только в одной фазе) земляной селектор не действует, поэтому не создается таких больших токов в земле и сильных мешающих влияний иа линии связи, как при глухом заземлении нейтрали.
Имеются сведения об опыте эксплуатации «земляного селектора» в системе 12 кВ, а также в системе 50 кВ; в последней напряжение перекрытия линейных изоляторов было несколько меньше нормального. Отмечается, что около одной трети замыканий на землю устранялись без какого-либо действия защитных устройств; таким образом, процент самоликвидирующихся замыканий значительно больше, чем в системах с нейтралью, заземленной через сопротивление. В остальных случаях замыканий на землю действие «земляных селекторов» было удовлетворительным. В силу неизбежного замедления в работе, определяемого временем действия механизмов и схемы управления, нельзя считать, что «земляной селектор» удовлетворяет требовании, предъявляемым к современным защитным устройствам. То же самое можно сказать и о тех устройствах, в которых для нейтрализации емкостного тока замыкания на землю в цепь заземления (чаще сопротивление в нейтрали) вводится источник регулируемого по величине и фазе напряжения [Л. 3]. Эти устройства снижают ток в месте замыкания, однако в устранении повреждения нельзя быть уверенным, так как восстановление напряжения здесь происходит быстро и может опережать процесс восстановления прочности диэлектрика.
В этом отношении выгодно отличаются дугогасящие катушки, для которых характерен медленный рост восстанавливающегося напряжения в месте повреждения.
