Воздушных и кабельных линий

Ток нулевой последовательности воздушной линии протекает через землю и по заземленным цепям, расположенным параллельно данной линии (защитные тросы, рельсовые пути вдоль линий и т.п.).

Главную трудность представляет достоверное определение сопротивления нулевой последовательности воздушной линии с учетом распределения тока в земле. Достаточно полное и строгое решение распределения тока в земле выполнено Карсоном [8]. Заменив воздушную трехфазную линию эквивалентной схемой в виде трех двухпроводных линий «провод – земля», Карсон показал, что индуктивность такой линии может быть определена как индуктивность эквивалентной двухпроводной линии с расстоянием между проводами D₃. Это расстояние называется глубиной возврата тока через землю. При f = 50 Гц, средней удельной проводимости земли 10^-4 1/Ом.см ; D₃ ≈ 1000 м.

В симметричных трехфазных системах прямой и обратной последовательностей взаимоиндукция фазы, принятой за основную, с соседними фазами уменьшает индуктивное сопротивление линии. В системе нулевой последовательности взаимоиндукция, наоборот, приводит к увеличению магнитного потока фазы. Поэтому сопротивление нулевой последовательности много больше сопротивления прямой последовательности (х_о > х₁ = х₂).

При наличии хорошо проводящего заземленного троса на линии сопротивление х_о уменьшается за счет взаимоиндукции трос – провод, т.к. ток в тросе направлен встречно токам в проводе (рис.6.4). Влияние стального троса меньше из-за большого удельного сопротивления стали. Сопротивление нулевой последовательности двухцепной воздушной линии тем больше, чем больше параллельных цепей линии, т.к. при одинаковом направлении токов нулевой последовательности взаимоиндукция параллельных цепей повышает их общее сопротивление.

Рис. 6.5. Одноцепная воздушная линия с заземленным тросом

Расчетное выражение для определения сопротивления нулевой последовательности одноцепной линии без троса имеет вид

х_о = 0,435 lg D₃/R_{с р,} (6.6)

где D₃ – глубина возврата тока через землю, м;

R_{с р} – средний геометрический радиус трех проводов, м.

Одноцепная ВЛ с одним тросом определяется по аналогичной формуле с учетом троса [4]:

х_о^т = х_о – х_{о п-т} – х_{о т,} (6.7)

где х_{о п-т} – сопротивление взаимоиндукции между проводами линии и тросом,

х_{о т} – сопротивление нулевой последовательности троса.

При приближенных практических расчетах средние значения соотношений между индуктивными сопротивлениями х_о и х₁ приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Средние значения соотношений между х_о и х₁ для воздушных линий электропередачи

Сопротивление нулевой последовательности кабельных линий зависит от типа кабеля, способа его прокладки, параметров оболочек кабеля и характера его заземления, параметров заземлителей.

В ориентировочных расчетах для трехжильных кабелей обычно принимают

х_о = (3,5…4,6) х₁, r_o ≈ 10 r_1. (6.8)

При расчетах сетей с изолированными нейтралями требуется знать также емкостное сопротивление нулевой последовательности кабелей. Эти данные указываются заводом-изготовителем или находятся расчетным или экспериментальным путем.

Схемы замещения отдельных последовательностей

При применении метода симметричных составляющих к расчету любого несимметричного режима одной из первоочередных задач является составление схем замещения в общем случае всех трех последовательностей: прямой, обратной и нулевой. При аналитическом решении задачи по этим схемам находят результирующие сопротивления отдельных последовательностей рассматриваемой системы относительно места, где возникла несимметрия. Из схемы замещения прямой последовательности кроме того находят результирующую ЭДС относительно той же точки. Параметры элементов схем замещения выражают в именованных или относительных единицах, приводя их соответственно к выбранной за основную ступени напряжения или к выбранным базисным условиям.

Схема прямой последовательности идентична схеме, которую составляют для расчета любого симметричного трехфазного режима.

Поскольку пути циркуляции токов обратной последовательности те же, что и токов прямой последовательности, схема обратной последовательности по структуре аналогична схеме прямой последовательности. Различие между ними состоит в том, что в схеме обратной последовательности ЭДС всех генерирующих ветвей условно принимают равными нулю.

За начало схемы прямой или обратной последовательности выбирают точку, в которой объединены свободные концы всех генерирующих и нагрузочных ветвей. Это точка нулевого потенциала схемы соответствующей последовательности. Концом схемы прямой или обратной последовательности считают точку, где возникла рассматриваемая несимметрия. При продольной несимметрии каждая из схем имеет два конца: ими являются две точки, между которыми расположена данная продольная несимметрия. К концу или между концами схем отдельных последовательностей приложены напряжения соответствующих последовательностей, возникшие в месте несимметрии.

Ток нулевой последовательности по существу является однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и другие параллельные ей цепи, поскольку путь токов нулевой последовательности отличается от пути токов прямой и обратной последовательности. Схема нулевой последовательности в значительной мере определяется соединением обмоток трансформаторов и автотрансформаторов.

а б

U₀

U₀

Рис. 6.6. Напряжение нулевой последовательности: а – при поперечной ,

б – продольной несимметриях

Составление схемы нулевой последовательности следует начинать, как правило, от точки, где возникла несимметрия. В зависимости от вида несимметрии к этой точке прикладывается напряжение нулевой последовательности, или относительно земли (рис.6.5.а); или последовательно, в рассечку фазных проводов (рис.6.5.б). Когда напряжение нулевой последовательности приложено относительно земли, то при отсутствии емкостной проводимости для циркуляции токов нулевой последовательности необходима по меньшей мере одна заземленная нейтраль в той же электрически связанной цепи, где приложено это напряжение.

При продольной несимметрии, т.е. когда напряжение нулевой последовательности введено последовательно в фазные провода, циркуляция токов нулевой последовательности возможна даже при отсутствии заземленных нейтралей, если при этом имеется замкнутый контур через обходные пути той же электрически связанной цепи. При этом в земле циркулирует наведенный ток, следуя по трассе линии.

Сопротивление, через которое заземлена нейтраль элемента схемы, должно быть введено в схему нулевой последовательности утроенной величиной.

На рис. 6.6 показан пример составления схемы нулевой последовательности для случая поперечной несимметрии. Стрелками указаны пути циркуляции токов нулевой последовательности.

в) х_2-3 х₄ х₅ х ₆ х₉ х₁₀ х₁₁ х₁₂

3х₁₄ U₀ х₇ м₀ 3 х₁₃

Рис. 6.7. Пример схемы нулевой последовательности: а - исходная схема, б – схема в трехфазном исполнении, в – схема замещения нулевой последовательности

Сопротивление, через которое заземлена нейтраль трансформатора, генератора, двигателя, нагрузки должно быть введено в схему нулевой последовательности утроенной величиной. Это обусловлено тем, что схему нулевой последовательности составляют для одной фазы, а через указанное сопротивление протекает сумма токов нулевой последовательности всех трех фаз.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: