Сети 22 и 44 кВ (линии на деревянных опорах). Применяется резонансное заземление. Шунтирующее дугогасящую катушку сопротивление на активный ток 10—20 а нормально отключено и включается в том случае, если замыкание на землю не прекратится в течение 1—2 сек.
На некоторых секциях с длинными параллельно идущими линиями сопротивления нормально включены для того, чтобы избежать применения поперечной компенсации, и временно отключались для гашения замыкания. Общая мощность дугогасящих катушек 10 000 кВА.
Ниже приводятся результаты работы четырех систем 44 кВ и двух систем 22 кВ за период 1943—1946 гг:
а) 44 кВ (протяженность 1 260 км). Из общего числа 695 замыканий 64,8% были преходящими однофазными замыканиями, 20,5%—преходящими многофазными замыканиями (с успешным ручным или автоматическим повторным включением), 14,7%—устойчивыми замыканиями.
В среднем 91% всех однофазных замыканий были ликвидированы без отключения выключателем поврежденного участка.
б) 22 кВ. Из общего числа 349 замыканий 37,5% были преходящими однофазными замыканиями, 52,5% — преходящими многофазными замыканиями (с успешным повторным включением), 10%—устойчивыми замыканиями.
Хотя в сетях с таким распределением замыканий полезный эффект катушек ограничен, компенсирующее устройство работало удовлетворительно, ликвидировав 85,5% всех преходящих однофазных замыканий на землю.
Часть многофазных замыканий в этих случаях могла бы быть ликвидирована быстродействующим. повторным включением.
Сеть 77 кВ. Общая протяженность 1 350 км. Линии на деревянных опорах с незаземленными траверсами без троса.
Число грозовых дней в году 11. Сеть имеет компенсированную нейтраль; установлены четыре дугогасящие катушки общей мощностью 18 000 кВА.
Активная составляющая результирующего тока замыкания на землю 15 а. Шунтирующее сопротивление на 75 а нормально включено параллельно одной из катушек.
За период эксплуатации (1941 —1945 гг.) из общего числа 171 замыкания вследствие грозы 44 (26%) были однофазными замыканиями на землю и 127 (74%)—многофазными. Система с линиями такой конструкции неблагоприятна для применения резонансного заземления.
Устройство компенсации дало все, что можно было от него ожидать, погасив 95% всех однофазных замыканий на землю. Все многофазные замыкания были такими с момента их возникновения.
Специально поставленные опыты с искусственным замыканием на землю показали, что гашение дуги зависит больше от суммарного остаточного тока замыкания на землю, чем от того, какой он был, активный или реактивный. В некоторых случаях дуга гасла, прежде чем отключалось активное сопротивление на 75 а.
Сеть 132 кВ. Общая протяженность 1100 км. Липни па деревянных опорах с не заземленными траверсами, без тросов. Число грозовых дней в году 11.
Сеть имеет компенсированную нейтраль с восемью дугогасящими катушками общей мощностью 39 000 кВА. Активная составляющая результирующего тока замыкания на землю 15 а. Шунтирующее сопротивление нормально включено параллельно одной из катушек.
За период 1941—1945 гг. из общего числа 115 замыканий вследствие грозы 30 (26%) были однофазными замыканиями на землю, 85 (74%)—многофазными замыканиями с самого момента их возникновения.
Дугогасящие катушки, ликвидировав 93,5% всех однофазных замыканий, сделали все, что можно было от них ожидать при этих обстоятельствах.
Сеть 220 кВ. Протяженность сети в 1937 г. была равна 495 км, затем в 1945 г. она выросла до 2 280 км. В связи с этим емкостный ток замыкания на землю увеличился до 2 000 а. Наиболее протяженная линия имеет длину 480 км. 48% линий (по протяженности) сооружены на металлических опорах портального типа с одним или двумя тросами. Остальная часть линий сооружена на деревянных опорах портального типа с двумя тросами, заземленными только с помощью якорей для оттяжек. Из-за низкой проводимости почвы сопротивления заземления опор высоки. Применение противовесов на 179 км линий с металлическими опорами и 715 км линий с деревянными опорами помогло снизить сопротивления заземления у 50% опор в этой части до величин меньше 38 и 51 Ом соответственно.
Число грозовых дней в году 8 на севере и И на юге. Сеть заземлена с помощью десяти дугогасящих катушек общей мощностью 250 Мва. Шунтирующее сопротивление на 160 а нормально включено параллельно одной из катушек. Первая катушка была рассчитана на двухчасовую работу, последующие — на 5—10 мин. Резонансное заземление было выбрано из-за высоких сопротивлений заземления опор и недостаточно надежной защиты тросами.
Общее число грозовых замыканий за период 1936—1945 гг. было 116, из которых 51% были однофазными замыканиями на землю, что соответствует 0,52 на 100 км в году.
Эксплуатация имеет три характерных периода:
а) С 1936 г. до 22 июня 1945 г. и с 28 июня 1942 г. до середины 1943 г.
В течение этого периода протяженность сети увеличилась с 495 до 1 540 км. Активная составляющая возросла с 20 до 70 а.
Из 233 грозовых замыканий на землю 90% были погашены без отключения линии.
Имели место 19 двух- и трехфазных замыканий.
С 22 июня 1941 г. до 28 июня 1942 г. сеть, имевшая тогда 1 200 км линий, эксплуатировалась с глухо заземленной нейтралью. В то время осуществлялось перераспределение дугогасящих катушек в системе, для того чтобы снизить повышение напряжения, возникающее на здоровых фазах некоторых протяженных секций при недокомпенсации. Это опытное мероприятие было рекомендовано для облегчения режима работы выключателя.
Катушки были размещены на периферии системы, однако в дальнейшем эта схема из- за наличия очень длинных линий должна была быть преобразована с тем, чтобы давать минимум активной составляющей.
В течение этого года имели место 8 однофазных замыканий на землю, которые были отключены выключателем.
б) Середина 1943 г. до 1944 г.
В течение этого периода имели место два фактора, которые могли препятствовать успешной эксплуатации компенсированной сети. Активная составляющая достигла 200 а, и не было регулярного контроля за настройкой катушек. Только 8 однофазных замыканий на землю из 16 были ликвидированы, причем отмечалось, что некоторые из этих замыканий были погашены с трудом через 1—2 сек.
в) 1945 г. Указанная в п. «б» проблема была проанализирована (см. ниже). В результате размещение катушек было изменено, благодаря чему снизилась активная составляющая и был организован тщательный контроль за настройкой катушки. Из 12 однофазных замыканий на землю вследствие грозы (почти все на секции без противовесов) 9 были погашены.
На основании этого опыта эксплуатации были сделаны следующие выводы:
- В шведской сети 220 кВ имеется предел остаточного тока, свыше которого погасание дуги становится ненадежным. 100% гашений было получено при остаточном токе (активная составляющая) менее 120 а. однако при токе 200 а этот процент снижался в 2 раза.
- Защитный эффект дугогасящих катушек в сети с высокими сопротивлениями заземления опор и неудовлетворительной тросовой защитой эквивалентен эффекту применения противовесов и грозозащитных тросов с малыми углами.
Особо важное значение для шведской сети 220 кВ с очень длинными линиями имеет влияние размещения катушек на активную составляющую тока замыкания на землю. Анализ проблемы шведскими инженерами иллюстрируется таблицей экспериментальных результатов, полученных при трех различных конфигурациях сети (см. § 9.2.1 гл. 6).
Активная составляющая тока определяется главным образом сопротивлением нулевой последовательности линии; потери на корону пренебрежимо малы, а потери в катушке создают не более 25 а к полной величине остаточного тока.
В настоящее время система 220 кВ работает с глухо заземленной нейтралью.
Новая система 380 кВ [Л. 36] имеет линии на металлических портальных опорах; трансформаторы— со ступенчатой изоляцией. Общая протяженность линий 950 км должна в будущем увеличиться еще на 480 км. Нейтраль этой системы заземлена наглухо.
В отношении земляной защиты информация [Л. 37] была дана для систем 220 кВ.
Реле напряжения нейтрали и реле направления мощности нулевой последовательности в сочетании с реле времени были настроены так, чтобы отключить поврежденную линию после того, как вновь включится заземляющее сопротивление на 160 а. Опыт работы защиты был не вполне удовлетворительным из-за влияния активной составляющей тока нулевой последовательности. На линиях, оборудованных быстродействующим повторным включением, используется высокочастотная защита для одновременного отключения линии на обоих концах.
Сравнительно малое число однофазных замыканий на землю в шведских сетях даст возможность предположить, что дугогасящие катушки не могут сильно снизить число отключений. Для борьбы же с двух- и трехфазными замыканиями применяется АПВ [Л. 38 и 39]. В первоначальной опытной эксплуатации было найдено, что трехфазное АПВ, применяемое в системах с напряжением до 44 кВ, было успешным в 82% случаев многофазных коротких замыканий, в других 14% было успешным замедленное повторное включение (автоматическое или ручное) и в 4% случаев коротких замыканий требовался ремонт.
Эти положительные результаты привели к применению АПВ в сетях более высоких напряжений. Например, в сети 220 кВ быстродействующее повторное включение (трехфазное, за исключением выключателей с пневматическими приводами, было успешным в 8 случаях из 14). Однако следует иметь в виду, что применение АПВ на сильно загруженных линиях в малых системах может вызвать нарушение устойчивости.
В Норвегии резонансное заземление нашло применение в сетях всех напряжений, включая 66 и 132 кВ (см. рис. 236 в § 5.7 гл. 6). Сеть 132 кВ состояла из двух радиальных линий, которые сначала работали как две отдельные секции. Было найдено, что при грозах иногда происходили перекрытия изоляции нейтрали, сопровождавшиеся отключением линий. Это в основном и привело к соединению двух секций на шинах электростанции Норе, что дало хорошие результаты. Устойчивые замыкания на землю существовали в течение 30 мин и 1 ч при падении деревьев на линию, при этом питание не прекращалось и линия работала с одной заземленной фазой.
Кроме шведских данных, имеется доклад о практике заземления в Финляндии [Л. 40] в сетях 20, 110 и 220 кВ.
В сетях 20 кВ имеется 17 800 км линий; средняя протяженность линий системы 200 км. Линии на деревянных опорах, без троса. Практика заземления различна: изолированная нейтраль, дугогасящие катушки и глухое заземление.
Так как однофазных замыканий мало, то назначение дугогасящей катушки состоит в снижении напряженности электрического поля в местах, где трудно обеспечить удовлетворительное заземление. Селективная земляная защита в таких сетях была признана дорогой. По этой причине было найдено выгодным применение глухого заземления нейтрали. В сетях с изолированной нейтралью было 10 отключений на 100 км в году, из которых половина грозовых.
Сети 110 кВ имеют суммарную протяженность 2 000 км. Линии в основном на деревянных опорах с заземленными траверсами. Было испробовано как резонансное, так и глухое заземление.
Сеть 220 кВ, первоначально имевшая 480 км линий на металлических опорах, большинство которых имело два троса, работала с резонансным заземлением нейтрали. Результаты получились вполне удовлетворительными, катушка смягчала неблагоприятное влияние высоких сопротивлений заземления опор. В дальнейшем сеть значительно выросла, емкостный ток замыкания на землю увеличился до 800 а и мощность четырех катушек, по 180 а каждая, стала недостаточной. В 1954 г. было осуществлено глухое заземление нейтрали одного из трансформаторов на каждой подстанции.
