Особенности ЭМС на подстанциях высокого напряжения

Рис. 10.21. Схема замещения горизонтального про­водника

M, и напряжение U определяется, в основ­ном, разностью потенциалов заземлителя.

Это логически правильно, так как L определяет общий магнитный поток про­водника заземления, в то время как раз­ность L - М определяет часть потока, огра­ниченную проводником, расположенным над поверхностью земли.

Так как магнитное поле быстро убывает с ростом расстояния до шины заземления, становится очевидным, что часть магнит­ного потока, оказывающая наибольшее влияние, — это та часть, которая ограни­чена петлей, образованной двумя горизон­тальными проводниками.

Заметим, что величина L - M = L

=µ₀l/2π (lnd+h/√ 2ad – 1)

— это ни что иное, как

собственная индуктивность петли, образо­ванной обоими проводниками, a √ 2ad — эквивалентный радиус проводника, распо­ложенного в земле.

Также очень важным является понятие зоны влияния или критической длины l_с: на самом деле, чем выше частота и меньше сопротивление грунта, тем меньше эта величина и соответственно тем больше будет вклад составляющей, связанной со скалярным потенциалом заземлителя, в общее напряжение V по сравнению с наве­денной составляющей.

По указанным причинам синфазное напряжение U в общем случае не равно разности скалярных потенциалов заземли-

теля между точками А и В, но эта величина обычно принимается в качестве наиболь­шего возможного напряжения.

Но если расстояние между источником и приемником помехи мало и сравнимо с поперечными размерами проводника или проводник заземления не является оголен­ным и не находится в контакте с почвой, т.е. отсутствует стекание тока с проводника в грунт и зона влияния увеличивается (по сравнению с критической длиной l_с), дру­гими словами, если проводник заземления является экраном кабеля или параллель­ным заземленным проводником, то потен­циал поверхности заземлителя более не является реальным синфазным напряже­нием, появляющимся на выводе заземлен­ной цепи,

Этот вывод имеет большое значение, так как практически он означает следующее: вклад той части сети заземления, которая расположена над поверхностью земли, в снижение уровня помех не равен вкладу подземного контура заземления. Надземная сеть заземления имеет гораздо большую роль в снижении ВЧ-помех и помех, вызван­ных переходными процессами.

Во всех ситуациях, когда кабель защи­щается параллельным заземленным про­водником или экраном, уровень возмуще­ний может быть оценен после выполнения следующих расчетов (или измерений):

• синфазного напряжения U' в отсут-­
ствие проводника или экрана;

• тока, протекающего по проводнику
или экрану;

• результирующего напряжения U
через передаточное сопротивление.

Пример таких расчетов приведен в [1]. Предлагаемый здесь метод оценки уровня синфазных помех с использованием теории цепей, естественно, весьма приближенный, так как эта теория слабо подходит для рас­чета ВЧ-процессов в диссипативной среде. Это является следствием того, что волновые эффекты проявляются в почве на гораздо более низких частотах, чем в воздухе (на

346 Г а а ■ а 10. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОМЕХ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И ПОДСТАНЦИЯХ

частоте 1 МГц при р = 100 Ом-м длина волны в почве составляет 22 м, а в воздухе — 300 м).

Гораздо более строгий подход к реше­нию данной проблемы основан на теории антенн. Ниже приводится пример, иллюст­рирующий некоторые из сделанных выво­дов.

В угол контура заземления, подобного тому, что изображен на рис. 10.19 и 10.22 (глубина прокладки которого в грунте с па­раметрами р = 1000 Ом • м и E_г = 9 состав­ляет 0, 8 м), вводится импульс тока с пара­метрами 0, 25/100 мкс.

На глубине 0, 3 м (рис. 10.22) проклады­вается кабель, заземленный на одном конце. Рассматриваются два возможных пути про­кладки кабеля: первый — вдоль проводника

заземления (1—2 — 3), второй— напрямую от точки 1 до точки 3.

Синфазное напряжение, возникающее на незаземленном конце кабеля, может быть выражено как сумма двух составляющих:

U_т = ∆ ф - U_l

где ∆ ф — разность потенциалов заземли-теля при переходном процессе, однозначно определяемая для точек 1 и 3; U_l — напря­жение, определяемое трассой прокладки и изменяющимся магнитным полем.

На рис. 10.23 показаны напряжение при переходном процессе и обе его составляю­щие для обеих трасс прокладки кабеля (рис. 10.23, а для пути 1— 2 — 3 и рис. 10.23. б для пути 1— 3).

Из рис. 10.23, 6 видно, что в соответ­ствии с выводами, сделанными на основе теории цепей, помехи частично ослабля­ются ЭДС, наведенной изменяющимся маг­нитным потоком. Этот эффект усиливается, если трасса прокладки кабеля совпадает с проводником заземления.

На практике на амплитуду и форму им­пульса напряжения могут оказывать влия­ние многие факторы. Некоторые факторы оказывают определяющее влияние на обе составляющие напряжения. Примером таких факторов являются форма импульса

Рис. 10.23. Напряжения на незаземленном конце кабеля

10.5. Особенности ЭМС на подстанциях высокого напряжения

тока молнии и удельное сопротивление грунта.

На составляющую, связанную с повы­шением потенциала заземлителя оказы­вают влияние, главным образом, следую­щие факторы:

• точка ввода тока молнии в заземли-
тель;

• плотность сетки заземлителя в месте
ввода тока молнии;

• точка заземления кабеля (его экрана).
На наведенную составляющую напря-­
жения оказывают влияние факторы:

• трасса прокладки кабеля;

• расстояние от кабеля до контура
заземления;

• наличие параллельного заземленно­го провода или надземной сети заземления.

Кроме того, существует множество дру­гих параметров, которые могут принимать­ся во внимание: форма заземлителя и его размеры, глубина прокладки, материал проводников, наличие вертикальных элект­родов и т.п.

В настоящее время стало возможным проведение подробного параметрического анализа, включающего в себя варьирование указанных параметров при помощи чис­ленных методов. Примеры соответствую­щих программ приведены в [1].

Прямой удар молнии в ВЛ встречается гораздо чате, чем прямой удар молнии в ПС. Ее последствия имеют существенно меньшее значение.

Следствием удара молнии в ВЛ может быть перекрытие изоляции и, вследствие этого, появление импульса напряжения с очень крутым фронтом, спектральный состав которого содержит гораздо более высокие частоты, чем импульс напряже­ния, вызванный самой молнией.

В этом случае уровень помех может сравняться с тем уровнем помех, который имеет место при пробое изоляции оборудо­вания или коммутационных операциях на самой ПС.

Быстрые переходные процессы, выз­ванные коммутациями в цепях низкого напряжения. В индуктивных цепях низкого напряжения, связанных с цепями управле­ния выключателями или разъединителями, а также в других цепях очень низкого напря­жения (12—24 В), содержащих реле, при коммутациях могут иметь место быстрые переходные процессы, амплитуда напряже­ния при которых может составлять нес­колько киловольт (подробнее см. § 10.8).

Взаимодействие с чувствительными цепями происходит при связи через общее полное сопротивление в цепях питания или посредством емкостной и индуктивной свя­зей между цепями (т.е. между жилами од­ного кабеля или между неэкранированными кабелями, проложенными в одном пуч­ке). Однако происходит довольно быстрое демпфирование помех, и уровень помех в соседних цепях ограничивается.

Наряду с электромагнитными реле, источником помех также могут быть тирис­торы, коммутации тока в цепях освещения (газоразрядные лампы). Последний источ­ник создает гораздо более низкий уровень помех, чем реле и тиристоры.

Разряды статического электричества. Разряды статического электричества соз­дают помехи, встречающиеся в любых условиях. Однако климатические условия (температура, влажность) на обычной ПС, в общем случае, контролируются гораздо менее строго, чем на электростанции или в помещении щита управления. Кроме того, в пределах ПС могут перемещаться транс­портные средства и мебель, поэтому счита­ется, что вероятность возникновения силь­ных разрядов статического электричества на ПС выше.

Возмущения, создаваемые радиопере­дающими устройствами. При работе бри­гад оперативного управления и ремонтных бригад в полевых условиях, а также в пре­делах здания широко используются порта­тивные устройства радиосвязи.