Заземление нейтрали в высоковольтных системах - Устройства для одновременной компенсации тока замыкания на землю и зарядных токов линий

Среди требований, предъявляемых к трехфазным дугогасящим аппаратам (см. § 11.2 настоящей главы), содержится указание на то, что трехфазный намагничивающий ток должен быть возможно меньше по сравнению с индуктивным током на землю, создаваемым этим устройством. Выполнение этого требования, как мы видим, не встречает больших затруднений, особенно если в конструкции отсутствуют свободные н. с. Однако возникает вопрос: действительно ли необходимо ограничивать намагничивающий ток? В самом деле, в ряде случаев, например в больших кабельных сетях или системах сверхвысоких напряжений, наличие значительной симметричной реактивной загрузки может оказаться полезным для целей регулирования напряжения.
При рассмотрении рис. 147,а, где представлен настоящий трехфазный дугогасящий аппарат, отмечалось, что в тех случаях, когда воздушные зазоры расположены в стержнях, несущих обмотки, увеличение магнитного сопротивления на пути трехфазного потока приводит к тому, что намагничивающий ток в нормальном режиме может стать равным току нулевой последовательности, создаваемому устройством при замыкании на землю. Следовательно, нейтрализация емкостных токов на землю будет иметь место не только в условиях замыкания на землю, но также и при нормальной работе. Однако не следует упускать из виду, что емкостные токи на землю являются лишь частью зарядного тока линяй. Помимо емкостей проводов на землю С1е, С2е и С3е (см. рис. 7), имеются также емкости и между проводами: С12, СС22 и C31. Рассматривая отношенияполученные для реальных воздушных линий передачи (используя, например, табл. 23, в которой приведены значения k =, можно установить, что таким путем будет нейтрализоваться только около половины зарядного тока линии. У однофазных кабелей или кабелей типа Н емкости C12 между фазами отсутствуют. В этом случае с помощью настоящего трехфазного дугогасящего аппарата представляется возможным полностью нейтрализовать зарядный ток линии.
Реальное устройство (см. рис. 309), в котором функции нейтрализации емкостного тока на землю и компенсации зарядного тока линии находятся в меньшей зависимости друг от друга, выполнено с воздушными зазорами в боковых стержнях, свободных от обмоток. Такая мера, однако, оказывается пригодной только для ограниченного числа случаев, когда реактивное сопротивление нулевой последовательности лишь немногим меньше требуемого сопротивления прямой последовательности. В противном случае поток в ярме, помимо затруднений для регулирования, будет вызывать дополнительные потери в баке, от которых, конечно, можно избавиться, установив дополнительные обмотки на боковые стержни.
Иногда может потребоваться полная независимость в регулировании реактивных сопротивлений, особенно в тех случаях, когда симметричная индуктивная нагрузка используется для регулирования напряжения в линиях сверхвысокого напряжения. Удовлетворительным решением вопроса является устройство, показанное на рис. 159 (предложено в 1925 г.), которое состоит из вспомогательного трансформатора с соединением обмоток звезда — треугольник, у которого нейтраль заземлена через дугогасящую катушку, а ко вторичной обмотке присоединена регулируемая трехфазная индуктивная нагрузка.
Очевидно, вспомогательный трансформатор не является обязательным, когда имеется подходящий для этой цели силовой трансформатор, лучше с третичной обмоткой 6,6 или 11  кВ. Такое устройство применялось в системе 220  кВ в Германии. В качестве нагрузки использовались трехфазные реакторы, которые по мере надобности включались параллельно.

Рис. 159. Устройство для одновременной компенсации емкостного тока замыкания на землю и зарядных токов линии.
Может показаться, что для этой цели удобным будет дугогасящий трансформатор. Он уже имеет вторичную обмотку, к которой, казалось бы, можно присоединить трехфазную нагрузку в виде внешних реакторов. Однако это недопустимо. На всех трех катушках вторичной обмотки создаются напряжения, равные одной трети составляющей нулевой последовательности, которые будут приложены в таком случае к трем дополнительным реакторам. Следовательно, произойдет не вызываемое необходимостью увеличение тока в нейтрали, причем последний будет всякий раз изменяться при изменении симметричной индуктивной нагрузки. Чтобы устранить этот эффект, было предложено (1929 г.) в дугогасящем трансформаторе иметь еще одну, третью, обмотку, соединенную в зигзаг, специально предназначенную для присоединения индуктивной нагрузки. Таким образом, вывод о том, что дугогасящая катушка является наиболее удачной формой дугогасящего аппарата, сохраняет силу и в тех случаях, когда требуются нейтрализация зарядных токов линии или питание местных потребителей.