Иногда приводятся доводы, что благоприятный эффект дугогасящих аппаратов ограничивается системами с воздушными линиями. В кабельных системах проблема гашения открытой дуги не представляется столь существенной. Ликвидация кратковременных замыканий и предупреждение дуговых замыканий теряют свое значение, если повреждение развивается в виде канала в твердом диэлектрике, а возможность атмосферных перенапряжений ограничена.
Для того чтобы рассмотреть эту проблему со всех сторон, необходимо учесть следующие соображения:
- Многие кабельные системы содержат станционное оборудование открытого типа, где возможны дуговые перекрытия. Другие системы являются смешанными, т. е. содержат и кабельные и воздушные сети.
- Емкостный ток замыкания на землю в кабельных системах очень высок; компенсация емкостного тока позволяет ликвидировать опасные последствия, например ограничить разрушение изоляции, предупредить переход однофазного замыкания в междуфазное.
- Большинство повреждений в кабелях (66%) по данным американской статистики [Л. 9] происходит в результате пробоя с заземленной оболочки на внутренние части. В кабелях типа Н или других аналогичных конструкциях все замыкания происходят между жилами и землей (причины замыканий в кабельной сети рассматривались в § 1.7 гл. 3).
- Однородная изоляция кабелей фабричного изготовления чередуется с изоляцией концевых и соединительных муфт, которые представляют ослабленные места в кабельной сети.
- Возможность дуговых замыканий в кабелях не исключается. Наоборот, дуги, развивающиеся в узких каналах, заполненных парами органических веществ, могут иметь перемежающийся характер, а тенденция к повышению напряженностей гашения приводит к увеличению восстанавливающегося напряжения.
- В системах с изолированной нейтралью несимметричная нагрузка генераторов при больших токах замыкания на землю является нежелательной. Включение дугогасящих катушек уменьшает несимметричную нагрузку.
- В системах с глухо заземленной нейтралью короткое замыкание на землю ставит в тяжелые условия генераторы и их демпферные обмотки, по которым протекают большие токи обратной последовательности; многие повреждения генераторов были вызваны именно этой причиной. Возвращение тока замыкания на землю по защитной оболочке, в особенности в трехфазных кабелях, также вызывает известные трудности (см. § 16.1.2). В то же время увеличивается число случаев, когда кабельная изоляция подвергается расширению и сжатию, после которых в изоляции остаются пустоты и опасность местных повреждений. Синхронные двигатели и вращающиеся преобразователи также могут выходить из строя. Все эти опасные последствия исключаются при установке дугогасящих катушек.
- Даже в тех случаях, когда остаточный ток в компенсированной кабельной сети достаточно велик, чтобы привести к постепенному развитию пробоя между фазами, получается значительное увеличение времени пробоя. В средних условиях можно продолжать работу при однофазном замыкании в течение нескольких часов, прежде чем оно перейдет в междуфазное короткое замыкание. Опыты показывают, что даже в тех случаях, когда остаточный ток превосходит 100 а, время перехода однофазного повреждения в междуфазное имеет порядок нескольких минут, в течение которых с помощью релейной защиты можно определить место повреждения и отключить поврежденный участок. Правда, в системах с глухим заземлением нейтрали релейная защита срабатывает значительно быстрее, но при этом система подвергается упомянутому выше вредному действию тока короткого замыкания и опасности серьезных повреждений в месте замыкания. Если повреждение происходит в соединительной муфте, то может произойти взрыв.
- Пробой на землю часто происходит не мгновенно, а развивается в течение некоторого промежутка времени. Если этот пробой в его начальной стадии может рассматриваться как замыкание на землю через сопротивление, то дугогасящая катушка будет оказывать благоприятное действие, как это описано в предыдущем параграфе. Начальная стадия пробоя заслуживает внимания. Может случиться так, что изолирующая среда (масло или пропитывающая масса) под влиянием нагрева уменьшает свою вязкость и заполняет канал развивающегося пробоя, тем самым восстанавливая его электрическую прочность и ликвидируя дефект.
Ниже приводятся некоторые интересные данные относительно работы дугогасящих катушек в кабельной сети.
Кабельная сеть 6 кВ с общей длиной 85 км (кабели с поясной изоляцией) работала в течение 3 ч при однофазном замыкании на землю без перехода в междуфазное короткое замыкание. В кабельной сети 10 кВ наибольшая зарегистрированная длительность работы в таких условиях составляла 10 ч. В системах, где применялись кабели с отдельно освинцованными жилами или кабели типа Н, также проходили часы, прежде чем однофазное замыкание на землю переходило в междуфазное короткое замыкание.
Важнейшие распределительные кабельные сети, в которых установлены дугогасящие катушки: Беваг—Берлин (30 кВ), Москва (35 кВ), Вена (26 кВ), Женева (18 кВ).
Система 30 кВ Берлинской электрической компании (Беваг) [Л. 2 и 55] представляет особенный интерес ввиду своих больших размеров и огромного тока замыкания на землю.
В 1936 г. общая длина кабелей в этой системе составляла 960 км, а емкостный ток 2 900 а. Осциллограмма, приведенная на рис. 183, была получена в то время и дает кривые остаточного тока, потенциала нейтрали и линейного напряжения.
Рис. 183. Остаточный ток в крупной кабельной системе (Беваг).
а — точная настройка; б — небольшая перекомпенсация.
Верхняя осциллограмма снята при идеальной настройке, нижняя — при перекомпенсации 2,4%. Результаты анализа этих кривых приведены в табл. 31.
Таблица 31
Идеальная настройка
Суммарный остаточный ток............................................... 122 а
Активная составляющая...................................................... 90,4а—3,2 %
Реактивная , —
Гармонические составляющие (пятая гармоника).... 82 а—3%
Небольшая расстройка
Суммарный остаточный ток............................................... 136 а
Активная составляющая...................................................... 111,6 а—4 %
Реактивная 67 а—2,4 %
Гармонические составляющие............................................ 39 a—l,4 %
В 1947 г. общая длина системы возросла до 1 600 км, а емкостный ток — до 4 000 а. Остаточный ток был ограничен величиной около 250 а. Дугогасящие катушки (общее количество 41 шт.) на суммарный ток 4 330 а были распределены между 18 станциями. Номинальные токи отдельных катушек (исходя из длительности работы 2 ч) менялись от 45 до 400 а, большей частью находясь в пределах 60—170 а. Большинство трансформаторов, к которым присоединялись катушки, имело мощность 12 500 кВА, коэффициент трансформации 30/6 кВ, схему соединений звезда — звезда с третичной обмоткой (30% мощности), соединенной в треугольник.
Настройка устанавливалась с помощью «компенсатора», который будет описан в гл. 10. Точность настройки контролируется диспетчером.
