Для экранированных кабелей с зазем­ленными на обоих концах экранами, наве­денные напряжения U будут уменьшены на коэффициент ослабления помехи:

где R — сопротивление экрана; - сопро­тивление заземлителя ПС; - сопротив­ление заземлителя ПС на удаленном конце (допускается, что оно не подвержено воз­действию тока КЗ); - реактивное сопро­тивление контура экран/земля.

С другой стороны, наличие связи между заземлителями обеих подстанций предпо­лагает наличие тока , протекающего по экрану кабеля, и выноса потенциала заземлителя на удаленный конец кабеля:

и

где - новый потенциал заземлителя; - потенциал заземлителя удаленной подстанции.

Рекомендуется проверять, в частности при небольших расстояниях между ПС, превышают ли эти токи и напряжения допустимый уровень, и существует ли вероятность насыщения экранов.

Повышение потенциала заземлителя. вызванное протеканием тока однофазного КЗ, может иногда превышать 5 кВ, приводя к появлению перенапряжений в недоста­точно защищенных цепях.

Более того, если параллельно воздуш­ной ВЛ или силовому кабелю на протяже­нии значительного расстояния проложен кабель связи, то протекающий ток КЗ будет оказывать на него влияние посредством индуктивной связи. Вызванные таким образом синфазные перенапряжения могут достигать нескольких киловольт и опреде­ляться множеством различных факторов, среди которых находятся амплитуда тока КЗ, длина пути совместной прокладки, рас­стояние между источником и приемником помех и разделение токов между землей и молниезащитными тросами или оболочкой и броней силового кабеля.

Для того чтобы получить общее пред­ставление о проблемах, возникающих в линиях связи, приведем здесь основные положения:

• емкостная связь имеет место только между ВЛ и воздушными линиями связи. Она может становиться заметной, если рас­стояние между линиями составляет менее 50 м;

• основная причина возникновения помех — это, несомненно, индуктивная связь, возникающая при КЗ. Такая связь может иметь место как с воздушными, так и подземными линиями связи.

Особое значение имеет длина зоны вли­яния. При воздействии на линию связи тока однофазного КЗ на ВЛ ВН с возвратом тока в земле на расстоянии менее харак­терными являются наведенные напряжения порядка 10 В/(км∙кА), Здесь - удельное сопротивление земли.

Для кабелей связи, проложенных в земле вблизи силовых кабелей, наведенные напря­жения могут превысить 100 В/(км∙кА).

Естественно, во всех указанных ситуа­циях может присутствовать фактор экрани­рования из-за наличия у ВЛ молниезащитного троса ( ), экрана или парал­лельного заземленного проводника у под­земного кабеля ( ) и/или экрана кабеля связи ( ).

Общий коэффициент ослабления помехи редко представляет собой произведение отдельных коэффициентов.

---

Помехи, вызываемые воздействием молнии. В отличие от обычных коммутаци­онных операций молния при прямом попа­дании в ПС может вызвать разрушительное воздействие. В этом случае будет иметь место связь через общее сопротивление (например, повышение потенциала зазем­лителя) или прямая наводка в чувст­вительных цепях. Связь излучением может оказывать влияние только на уровень помех.

Полезно напомнить, что если длитель­ность фронта импульса тока молнии на порядок больше, чем у токов переходных процессов, то амплитуда импульса может быть выше на порядок при одном и том же уровне помехи.

Прямое индуктивное влияние тока мол­нии, протекающего в проводнике заземле­ния, на цепь, проложенную вблизи него, частично обсуждалось ранее. Соответству­ющий уровень помех может быть оценен по выражениям, приведенным в подрисуночной подписи к рис. 10.3.

В зависимости от относительного рас­стояния между проводниками, длины зоны влияния и амплитуды тока молнии резуль­тирующее возмущение будет варьироваться в широких пределах.

Очень важное замечание, о котором сле­дует напомнить, касается числа проводни­ков заземления. Недостаточно обеспечить только протекание тока молнии по кратчай­шему пути к заземлителю, но и необходимо разделить его на несколько частей для сни­жения амплитуды каждой составляющей.

При токах молнии, как и при токах КЗ, наибольший уровень помех будет в цепях, выходящих за пределы контура заземления. Принимая во внимание значение протекаю­щих токов, потенциал заземлителя может легко достичь несколько десятков или доже сотен киловольт.

Даже в пределах территории заземли­теля ситуация является сложной, так как потенциал сетки не может быть одинако­вым как в случае с током промышленной частоты. Это вызвано индуктивными явле­ниями, учет которых необходим при повы­шении частоты.

Если контур заземления выполнен из изолированных проводников или проло­жен выше уровня земли (как в случае с сетью заземления) и на краях присоединен к идеальной земле, то чем ближе сеть к контуру, тем меньше будут наведенные в ней напряжения. Если же контур заземле­ния расположен в земле, то ситуация будет следующей.

Вследствие наличия рассеяния в прово­дящей среде ток, протекающий по каждой шине заземления, уменьшается с увеличе­нием расстояния до места введения тока в контур. Это утверждение справедливо для любой частоты, однако на высоких часто­тах увеличенное реактивное сопротивле­ние шин приводит к тому, что ток начинает стекать с шин более интенсивно, так как распределенное сопротивление почвы ста­новится меньше сопротивления самих шин заземления.

Данная ситуация проиллюстрирована на рис. 10.18, где показан контур заземле­ния, состоящий из одиночной горизонталь­ной шины, представленной сосредоточен­ной индуктивностью, с подключенными по краям сопротивлениями и , определя­ющими сопротивление растекания тока в почве.

---

Если предположить, что для низких частот

_,

а для высоких частот

_,

Рис. 10.18. Простейшая модель горизонтального заземлителя

то потенциал точки ввода тока

;

.

Отсюда следует, что в действительности скалярный потенциал земли около контура заземления при высокой частоте будет выше, чем при промышленной частоте.

Данное утверждение иллюстрируется на рис. 10.19 и 10.20, на которых приведено распределение потенциала по заземлителю, рассчитанное при введении постоянного тока 1 кА в центр сетки при частоте 0,5 МГц. Сетка представляет собой квадрат размерами 60×60 м² с шагом сетки 10 м, рас­положенной на глубине 0,5 м и выполнен­ной из медных проводников радиусом 5 мм.

Понятие поверхности потенциала заземлителя проиллюстрировано на рисун­ках очень наглядно, но при этом следует имеет ввиду, что наряду с гальванической связью между рассматриваемой цепью и контуром заземления может существовать сильная магнитная связь.

Для пояснения этого явления добавим в схему на рис. 10.18 новую цепь, состоящую из одиночного проводника, проложенного над поверхностью земли и заземленного в точке удара молнии (рис. 10.21).

В данной схеме синфазное напряжение U, приложенное к цепи, можно определить по формуле

,

или

,

где - взаимная и иду живность между проводниками; - разность скалярных потенциалов заземлителя между точками А и В; - круговая частота.

Теперь следует оценить влияние каждого из этих двух параметров. Для этого необ­ходимо рассчитать значения L и М.

Рис. 10.19. Распределение потенциала на поверхности земли при Ом∙м

Рис. 10.20. Распределение потенциала на поверхности земли при кА, МГц, Ом∙м ( )

Указанные параметры могут быть рас­считаны последующим выражениям:

;

,

где а - радиус проводника; h - расстоя­ние от проводника до поверхности земли; d - глубина прокладки проводника; l - длина зоны влияния заземляющего провод­ника, т.е. расстояние, на котором почти весь ток стекает с проводника в грунт (может быть принято равным критической длине , которая будет введена позднее).

Из приведенных выражений следует, что если расстояние d+h становится много большим радиуса а, индуктивность L начи­нает превышать взаимную индуктивность М, и напряжение U определяется, в основ­ном, разностью потенциалов заземлителя.

Рис. 10.21. Схема замещения горизонтального про­водника

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 это ни что иное, как собственная индуктивность петли, образо­ванной обоими проводниками, - эквивалентный радиус проводника, распо­ложенного в земле.

Также очень важным является понятие зоны влияния или критической длины : 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 U по сравнению с наве­денной составляющей.

По указанным причинам синфазное Напряжение U в общем случае не равно разности скалярных потенциалов эаземлителя 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 ), 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 тон 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 в отсут­ствие проводника или экрана;

• тока, протекающего по проводнику или экрану;

• результирующего напряжения U через передаточное сопротивление.

10.5. Особенности ЭМС на подстанциях высокого напряжения

т

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 частоте 1 МГц при 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 Ом∙м и 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.

Рис. 10.22. Сетка заземления к две трассы проклад­ки кабеля

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

,

где - разность потенциалов заземли­теля при переходном процессе, однозначно определяемая для точек 1 и 3; - 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, б 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 тока молнии и удельное сопротивление грунта.

Рис. 10.23. Напряжения на незаземленном конце кабеля

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

• точка ввода тока молнии в заземлитель;

• плотность сетки заземлителя в месте ввода тока молнии;

• точка заземления кабеля (его экрана).

На наведенную составляющую напря­жения 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 чаще, 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.

---

Смотрите также файлы

• Санитарлы-қорғаныс аймақты анықтау және зиянды қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу.docx

• шпоры саясаттану.docx

• все формулы вышмат.doc

• Алгебра 1 семестр.pdf

• ЭОиУП A416 5В070200 каз Тузелбаев.pdf