Меры для ограничения смещения нейтрали, вызванного наличием дугогасящей катушки в неуравновешенных системах, предлагались неоднократно. Одним из наиболее важных способов является применение насыщенных магнитных цепей.
Насыщенные магнитные цепи
Выше было показано, что использование насыщения позволяет ограничить смещение нейтрали величинами, не превышающими значительно фазное напряжение системы. По этой причине все дугогасящие катушки имеют стальные сердечники. С другой стороны, замкнутый стальной сердечник не является подходящим устройством для аппарата, который должен иметь сравнительно низкое индуктивное сопротивление. Поэтому для дугогасящих катушек применяются стальные сердечники с несколькими воздушными зазорами. Типичный пример такого устройства показан на рис. 210.
В большинстве случаев системы имеют несколько дугогасящих катушек, распределенных между главными частями системы. Нет необходимости, чтобы все катушки достигали насыщения при напряжении, несколько превышающем фазное. Некоторые из них могут работать на отпайках, соответствующих малому индуктивному току и большому числу витков, т. е. при небольших индукциях в сердечнике. Поскольку их насыщение сказывается мало, целесообразно, чтобы некоторые из остальных катушек работали при максимальных токах.
Диссонансная настройка
Если точная настройка катушки осуществляется исходя из условий замыкания на землю и соответствует состоянию насыщения, то при малых смещениях нейтрали автоматически выполняется отклонение от условий настройки (недокомпенсация), что является благоприятным.
Рис. 210. Магнитопровод дугогасящей катушки на 7 620 кВА, 150 — 55 а; напряжение системы на 110 кВ (АЕО).
Умышленное отклонение от точной настройки является разумной мерой при небольших несимметриях, однако трудно решить заранее, какой вид расстройки следует применять. Небаланс, вызванный отключением емкости в одной или двух фазах, усиливается при недокомпенсации, в то время как перекомпенсация усиливает небаланс, обусловленный увеличением емкости одной или двух фаз.
Кратковременный небаланс не является опасным, поскольку развитие колебаний и повышение напряжения в резонансном контуре под действием внешнего источника происходят сравнительно медленно.
Применение диссонансной настройки ограничивается тем обстоятельством, что при значительной активной составляющей остаточного тока расстройка ухудшает гашение дуги [Л. 1]. Было указано (см. § 2 настоящей главы), что это явление наблюдается также в случае замыкания через большое сопротивление.
Из сказанного выше можно сделать заключение, что для предотвращения значительного смещения нейтрали желательно иметь такое устройство, которое работало бы в режиме точной настройки при замыкании на землю и обеспечивало бы значительную расстройку при свободных колебаниях. Пример выполнения этой идеи показан на рис. 211. Вторичная обмотка, индуктивно связанная с главной обмоткой дугогасящей катушки, короткозамкнута при нормальном режиме работы, что значительно уменьшает ее реактивное сопротивление по сравнению с величиной, необходимой для точной настройки. При замыкании на землю выключатель, замыкающий накоротко вспомогательную обмотку, размыкает свои контакты; таким образом, устанавливается реактивное сопротивление, необходимое для компенсации тока замыкания на землю.
Рис. 211. Ограничение смещения нейтрали в нормальном режиме с помощью короткозамкнутой вторичной обмотки или секции главной обмотки.
Вместо того, чтобы применять отдельную вторичную обмотку, можно использовать секцию главной обмотки, лежащую вблизи заземленного конца, шунтируя ее выключателем. Недостатком схемы является потеря присущей компенсирующим устройством мгновенности действия; нежелательный эффект этого замедления является очевидным.
Диссонансная настройка применялась также в устройствах, предназначенных для компенсации высших гармоник, главным образом в нормальном режиме, а не в режиме замыкания на землю.
Однако контуры такого типа, имеющие значительные затухания, вряд ли нуждаются в мерах предосторожности. Технические трудности осуществления точной настройки рассматривались выше в § 1.22 этой главы.
Увеличение активной составляющей остаточного тока
Доводом против увеличения активной составляющей остаточного тока как меры ограничения потенциала нейтрали является ухудшение условий гашения дуги, главным образом при заземлении через большое сопротивление (см. § 2 настоящей главы). Можно применять выключающие устройства, которые обеспечивают повышенные потери в нормальном режиме и позволяют восстановить естественные потери в режиме замыкания на землю. Были предложены также сопротивления с нелинейными характеристиками. При параллельном включении (рис. 212,а) сопротивления должны пропускать относительно большой ток при малых смещениях нейтрали; вольт-амперная характеристика на этом участке может быть линейной.
Рис. 212. Ограничение смещения нейтрали с помощью нелинейных сопротивлений.
а — параллельно выключенное сопротивление; б — последовательно включенное сопротивление.
При больших смещениях нейтрали, приближающихся по величине к фазному напряжению, возрастание тока прекращается (вольт-амперная характеристика достигает насыщения). Такая характеристика может быть получена с помощью бареттеров. Видоизменением этой схемы является включение нелинейного сопротивления последовательно с дугогасящей катушкой (рис. 212,б). В этом случае сопротивление должно быть высоким при малых токах, уменьшаясь с увеличением тока. Падение напряжения на сопротивлении достигает насыщения, когда ток катушки приближается к номинальному значению. Сопротивления с характеристикой такого типа применяются в разрядниках вентильного типа. Можно упомянуть также шунтирование линейными сопротивлениями с использованием тиратронов.
Ни одна из этих схем не получила применения на практике. В некоторых случаях, наоборот, применяется противоположный способ. Для того чтобы обеспечить немедленное и надежное подавление переходных процессов при замыкании на землю, естественные потери системы оставляют без изменения; если же замыкание на землю удерживается в течение некоторого времени, то в цепь с помощью реле вводится дополнительное сопротивление.
Корона может ограничить смещение нейтрали, но в то же время она является источником нежелательного увеличения активной составляющей остаточного тока.
Устранение причин несимметрии
а) Транспозиция. Постоянный емкостный небаланс оказывается пренебрежительно малым, за исключением систем, имеющих одну или, возможно, две линии. Полная транспозиция или соответствующее изменение положения проводов практически исключают небаланс.
Рис. 213. Компенсация емкостного небаланса с помощью вспомогательных фазных реакторов.
б) Избыточная емкость на землю в одной или двух фазах может быть скомпенсирована применением вспомогательных реакторов между этими фазами и землей (рис. 213). Дугогасящая катушка должна быть настроена на утроенную величину наименьшей емкости. Добавочные реакторы должны быть ненасыщенными при напряжениях, близких к линейному, исходя из соображений, приведенных в § 4.2.
в) Постоянный небаланс может быть сделан безвредным путем присоединения дугогасящей катушки к электрическому центру тяжести системы, заменив схему замещения на рис 214,а схемой на рис. 214,б. В этой схеме сохраняется колебательный контур, но отсутствует источник напряжения, который может поддерживать колебания. Это устройство, впервые предложенное Йонасом, и в теоретическом отношении стоит выше, чем принятое в настоящее время практическое решение (см. § 8 настоящей главы).
г) Метод компенсации емкостного небаланса (и, разумеется, емкостного тока) был предложен Петерсеном. Из рис. 215,а видно, что действие источника небаланса, например разности потенциалов между нейтралью 0 и электрическим центром тяжести S, может быть скомпенсировано напряжением, равным по величине и противоположным по знаку, которое включается между нейтралью и дугогасящей катушкой; тем самым катушка как бы присоединяется к точке S', имеющей тот же самый потенциал, что и точка S. Этот метод не ограничивает емкостного небаланса и не нарушает принципа включения дугогасящей катушки в нейтраль трансформатора. Пример включения был дан в § 4.3.4. настоящей главы.
Рис. 214. Включение дугогасящих катушек. а — метод, применяемый на практике; б — теоретически идеальное включение.
Рис. 215. Небаланс, скомпенсированный с помощью вспомогательного напряжения.
а — непосредственное включение; б — включение через трансформатор.
Компенсирующее напряжение может быть также включено между катушкой и землей и получается с помощью трансформаторов, индукционных регуляторов и т. д. (рис. 215,б). В случае применения дугогасящего трансформатора подходящим методом получения компенсирующего напряжения является выбор соответствующих отпаек вторичных обмоток трансформатора, соединенных в разомкнутый треугольник. В § 8 этой главы будет показано, что метод включения вспомогательного напряжения является теоретически наиболее совершенным для идеальной настройки дугогасящей катушки.
