Глава восьмая
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДУГОГАСЯЩИХ АППАРАТОВ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Существующие точные методы расчета емкостных токов замыкания на землю сложны и неудобны для применения к практическим расчетам.
Основные зависимости были изложены в § 3 и 4 гл. 1 и применены для двухцепных линий (см. § 5.1 гл. 6).
Для расчетов необходимы данные о расположении проводов и тросов относительно друг друга и земли. Петерсен [Л. 1] предлагает употреблять эффективную высоту провода над землей, которую можно получить как разность средней высоты провода на опоре Н и произведения коэффициента k на максимальную стрелу провеса. Значения коэффициента k даны в табл. 42.
Практически можно использовать среднюю величину k= 0,7.
Выражения для потенциальных коэффициентов рii и рiк, данные в формулах (16), содержат натуральные логарифмы. В практических расчетах более удобно применять десятичные логарифмы, а полученные величины корректировать умножением на числовые величины 0,04826 или 0,07766 соответственно для емкостей в микрофарадах на километр или милю.
В действительности не все величины Q, полученные из решения уравнений, имеют практический интерес. Заряды тросов не нужны, так как они только показывают, что по тросам протекает пропорциональный этим зарядам емкостный ток замыкания на землю.
Таблица 42а
На основании этих данных можно вычислить потенциальные коэффициенты, которые определены соотношениями (16), и составить систему уравнений по типу (15), связывающих потенциалы проводов U с их зарядами Q. Линейная зависимость между U и Q дает возможность использовать принцип наложения, так что уравнения могут быть применены для определения только величин нулевой последовательности. Потенциалы фазных проводов равны потенциалу нейтрали, потенциалы тросов равны нулю, а потенциалы изолированных проводов являются неизвестными. Допускается, что неизвестные заряды проводов, находящихся под напряжением, распределены между ними равномерно (однако это допущение несправедливо при строгом анализе). Заряды тросов также неизвестны, а заряды изолированных проходов известны и равны нулю.
Задача заключается в нахождении емкостных токов основной частоты, которые являются произведением зарядов Q и ω=2πf. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо решать систему уравнений (15), которая дает неизвестные Q в зависимости от известных U. Порядок решения станет ясным из двух числовых примеров следующих двух параграфов.
Однако такие опыты могут быть недостаточны для получения точных величин. В § 1.2.1 гл. 6 было сказано, что при однофазных замыканиях в системе с изолированной нейтралью образуются составляющие обратной последовательности, которые при отсутствии демпферных обмоток приводят к возникновению высших гармоник. Ток замыкания содержит большие высшие гармоники, в особенности если опыты протекают при малой нагрузке. В этих случаях величина тока замыкания значительно больше, чем величина составляющей основной частоты, на которую должны быть настроены компенсирующие устройства [Л. 10].
Непосредственные измерения
В существующих системах с изолированной нейтралью ток замыкания на землю может быть определен из опыта путем осуществления искусственного замыкания одной фазы на землю. Опыт может быть проделан на отходящей линии или на секции шин с использованием масляного выключателя для включения и отключения замыкания.
Между фазой и землей включается трансформатор тока с подходящим коэффициентом трансформации; на вторичную сторону включаются реле и амперметр. Реле отстраивается от ожидаемого тока замыкания на землю, но немедленно действует на отключение, если разовьется двойное замыкание на землю.
Рис. 287. Кривые для ориентировочного определения емкостного тока замыкания на землю.
Мы видели (см. § 1.2 гл. 6), что в компенсированных системах составляющие обратной последовательности практически отсутствуют; емкостный ток замыкания имеет хорошую синусоидальную форму. Остаточный ток замыкания содержит небольшую основную составляющую и очень небольшие высшие гармоники.
В некомпенсированных системах результат измерения тока замыкания может также зависеть от возрастаний напряжения и тока основной частоты, которые происходят благодаря наличию сосредоточенных индуктивностей на пути емкостного тока (например, благодаря тому, что основная часть емкостного тока протекает в кабельный участок через высоковольтные линии, реакторы и т. п.). Такой случай был описан в § 10.10.1 гл 2. Метод непосредственного измерения является основным только для сравнительно малых систем.
Изменение емкостного тока и тока утечки в течение года
Незначительные изменения в величине емкостного тока замыкания могут происходить за счет изменения расстояния от провода до земли [Л. 11]. Рост растений в летнее время может быть причиной незначительного возрастания емкостного тока замыкания. Такого же эффекта можно ожидать при глубоком снеге. Так, в итальянской системе 130 кВ [Л. 12] снег толщиной 40 см, изменив эффективную высоту провода на 2,5%, вызвал увеличение емкости на землю на 0,5%. В этой же системе наблюдали различные другие явления. Увеличение диаметра провода за счет сильного инея приводило к увеличению емкости на 0,6—1,8%. Было замечено, что увеличению емкости на 0,6—0,7% соответствовало понижение окружающей температуры на KFC. С другой стороны, было выявлено, что изменения в стреле провеса летом и зимой равны в среднем 2% при максимуме 6%.
Все это наводит на мысль, что наблюдаемые изменения емкости являются результатом влияния нескольких факторов.
В той же системе было обращено внимание на изменения тока утечки летом и зимой. Кривые, показывающие, изменения тока утечки, были даны в § 7 гл. 5. Ясно, что эта составляющая тока замыкания на землю не может быть рассчитана с достаточной точностью.
В табл. 46 приведены наблюдавшиеся изменения токов утечки высоковольтных линий; изменения взяты по отношению к току при проводимости утечки 3,1·10 (некоторая
средняя проводимость, составленная с учетом различных утечек отдельных фаз линии).
Таблица 46
