Заземление нейтрали в высоковольтных системах - Сравнение трехфазных дугогасящих аппаратов с аппаратами, установленными в нейтрали

Значительное число устройств для пофазного резонансного заземления, предложенных в Европе вместо дугогасящей катушки, присоединяемой к нейтрали силового или вспомогательного заземляющего трансформатора, явились не следствием нормального развития и прогресса в этой области, а результатом определенных патентных соображений, отошедших теперь в прошлое. Оживленная дискуссия о преимуществах и недостатках различных вариантов, проводившаяся в периодической литературе, помогает нам теперь критически рассмотреть эти многочисленные предложения.
Сторонники дугогасящей катушки совершенно справедливо подчеркивали ее превосходство над всеми другими вариантами, которые уступали ей в простоте и экономичности как с точки зрения первоначальных затрат, так и расходов на эксплуатацию. Значительные потери во время нормальной работы системы в случае устройств пофазного заземления являлись сильным аргументом за присоединение компенсирующего реактора к нейтрали уже имеющихся силовых трансформаторов, а не к сборным шинам. С точки зрения первоначальных затрат, как это со всей очевидностью показал анализ в § 11.3—11.6, дугогасящая катушка представляет собой наиболее экономичное решение вопроса. Следующим ближайшим по стоимости вариантом является комбинация дугогасящей катушки со вспомогательным заземляющим трансформатором, остальные же варианты значительно дороже. Сторонники трехфазных дугогасящих аппаратов утверждали, что их значительная стоимость вполне оправдывается преимуществами в характеристиках. Говоря об устройствах пофазного заземления (рис. 109,а или 147,а), они утверждали, что так как емкости и компенсирующие сопротивления находятся всегда под действием одного и того же фазного напряжения, такие устройства всегда готовы к действию без какого-либо промедления. Последнее утверждение неверно, так как магнитосвязанные реакторы пофазного заземления не могут мгновенно дать необходимый компенсирующий ток. Кроме того, существует еще одна причина, по которой следует считать ошибочным утверждение о более быстром действии пофазных заземляющих устройств. Токи переходного процесса средней частоты (см. § 5 настоящей главы) не проходят по заземляющим реактивным сопротивлениям. Изменение потенциала неповрежденных проводов в случае замыкания на землю происходит колебательным путем вследствие обмена энергией между реактивными сопротивлениями короткого замыкания силовых трансформаторов и емкостями проводов, в котором заземляющие реакторы не принимают по существу участия независимо от того, где они расположены. С другой стороны, для компенсации основной составляющей тока замыкания совершенно безразлично, присоединены ли три реактора к электрическому центру тяжести или к вершинам треугольника напряжений. Эквивалентность такого рода присоединений была доказана в § 1 и 2 гл.2 для емкостей проводников на землю, и очевидно, выводы остаются полностью справедливыми для любых сопротивлений между проводами и землей. Это обстоятельство нашло свое отражение на рис. 110. Там индуктивный и емкостный элементы показаны включенными параллельно, т. е. так же, как и на рис. 109,а. Не замечая этого обстоятельства, на основании поверхностного сравнения схем (рис. 109,а и б) полагали, что эти устройства представляют соответственно случаи параллельного и последовательного резонансов. Полагали также, что неравенство напряжений может вызвать ряд осложнений в последовательной схеме, от которых свободна другая схема. Мы еще вернемся к более детальному изучению этого вопроса в § 4 следующей главы, а пока отметим лишь, что неравенство напряжений в системе всегда может быть представлено одним из двух методов: введением либо эквивалентного источника тока, либо эквивалентного источника напряжений. Первым более удобно пользоваться в случае параллельного резонанса, последним — при последовательном резонансе. Таким же образом любая цепь, содержащая настроенные индуктивности и емкости, может рассматриваться как цепь с параллельным или последовательным резонансом, что иллюстрируеся эквивалентностью рис. 109,б и 110. Действительно, нейтрализация тока замыкания с помощью дугогасящей катушки легко объяснима с помощью рис. 110, на котором напряжение нейтрали по отношению к земле Еф воздействует на параллельно включенные индуктивный и емкостный элементы, образующие колебательный контур, или, другими словами, параллельную резонансную цепь в режиме вынужденных колебаний.
На основании сопоставления последовательного и параллельного резонансов не представляется возможным установить, какой схеме— пофазного заземления или заземления нейтрали — следует отдать предпочтение. Однако имеется одно обстоятельство, которое не должно остаться незамеченным. Дугогасящий аппарат не должен сам вносить какую-либо асимметрию в систему сопротивлений между проводами и землей. Далее мы увидим, что это условие наилучшим образом выполняется при использовании простой дугогасящей катушки.
Потери в трехфазных дугогасящих устройствах, связанные с их работой в условиях замыкания на землю, очевидно, больше, чем потери в простых дугогасящих катушках. Поскольку потери определяют скорость роста восстанавливающегося напряжения в месте повреждения после погасания дуги, то это может в некоторых случаях снизить эффективность устройства, особенно при значительном отклонении от точной настройки.
Еще одним моментом, заслуживающим внимания, является простота распределительного устройства, необходимого в случае дугогасящей катушки, по сравнению с трехфазным аппаратом, для которого требуются отдельный высоковольтный выключатель и подводящие шины.
Заканчивая сравнение, мы коснемся вопроса об изоляции. На первый взгляд дугогасящая катушка кажется расположенной в защищенном месте, недоступном для волн, проходящих из системы. Не только ограничение напряжения основной частоты, равного по величине фазному напряжению, но также загораживающее действие силового трансформатора от набегающих волн казалось бы гарантируют возможность снижения уровня изоляции. Однако не следует упускать из виду, что под влиянием определенного вида волн, падающих на выводы трансформатора, может возникнуть колебательный процесс в нейтрали трансформатора. Этот вопрос будет рассмотрен в § 11 гл. 6.