Влияние высоковольтные линии электропередачи энергосистем

Линии электропередачи считаются высоковольтными, если напряжение между одним из проводов и землёй больше 250 В.

Высоковольтные ЛЭП, служащие для передачи энергии на большие расстояния, имеют U= 35 750 кВ ~ тока f = 50 Гц или 800 1000 кВ постоянного тока.

Распределительные ЛЭП электрических сетей строятся только переменного тока и чаще всего с U= 6 или 10 кВ. ЛЭП могут быть воздушными и кабельными.

Преимущественное распространение получили воздушные линии. На одной ЛЭП могут быть подвешены 1 или 2 3-хфазные цепи. Подключаются ЛЭП к линейным обмоткам трансформаторов. Схемы подключения могут быть различны.

Если линейные обмотки трансформаторов соединены в звезду и имеют нейтраль, изолированную от земли, то 3-хфазная, 3-хпроводная ЛЭП, присоединённая к этим трансформаторам, называется линией передачи с изолированной нейтралью.

Если нейтральные точки линейных обмоток трансформаторов соединены с землёй накоротко или через так называемую дугогасящую катушку, то ЛЭП, присоединённую к таким трансформаторам, называют линией передачи соответственно с заземлённой или компенсированной нейтралью.

ЛЭП с изолированной, заземлённой и компенсированной нейтралью называют симметричными системами, если все 3 фазы выполняются у них одинаковыми проводами, а напряжения и токи фазв сумме дают нуль.

ЛЭП, в которых в качестве одного из проводов используется земля, называются несимметричными системами.

К несимметричным В. В. линиям относятся:

тяговые сети переменного тока U= 27 кВ и f= 50 Гц,

тяговые сети постоянного тока U= 3300 В.

Рассмотрим случай симметричной ЛЭП с изолированной нейтралью. Если к проводам такой системы подключены симметричные нагрузки и подведено симметричное напряжение, то во всех 3-х проводах напряжения относительно земли (и токи) равны по величине и сдвинуты по фазе на 120^о.

Как следует из вектороной диаграммы (рис. 2), на которой точке 0 соответствует потенциалу земли, геометрическая сумма векторов напряжений равна нулю. Поэтому вольтметр, включённый между средней точкой звезды и землёй, покажет нуль.

Электромагнитная энергия в симметричной системе распространяется вдоль проводов параллельными потоками, которые называют междуфазовыми волнами.

В проводах линий. подверженных влиянию, симметричные ЛЭП индуктируют U и I, которые взаимно компенсируют (уравновешивают) друг друга. Их геометрическая сумма не равна нулю только потому, что провода, подверженные влиянию, находятся на разных расстояниях от проводов влияющей ЛЭП (рис 3).

Расстояние между ЛЭП и линиями А, Т и С в реальных условиях всегда намного больше, чем расстояния между проводами ЛЭП, и симметричные системы могут вызывать в цепях связи только мешающие магнитные и электрические влияния за счёт фазовых напряжений и токов.

Реальные ЛЭП являются системами частично несимметричными. Это значит, что в нормальном режиме работы такой ЛЭП геометрическая сумма векторов U относительно земли не равна нулю и в системе обнаруживается некоторое остаточное U. Это U, действующее между средней точкой звезды и землёй, образует неуравновешенное электрическое поле и является напряжением земляной волны (рис. 4)

Поэтому практически реальная ЛЭП с изолированной нейтралью может вызывать в соседних цепях АТС мешающие влияния, обусловленные не только фазовыми U и I, но U₀ и I₀ земляной волны.

Фазовые U и I называют U и I прямой последовательности;

U₀ и I₀ земляной волны называют U₀ и I₀ нулевой последовательности.

В случае неисправности, например, при заземлении 1 фазы, ЛЭП с изолированной нейтралью становится несимметричной (рис. 6).

Напряжение земляной волны резко возрастает. Оно становится равным U₀= 1,73 U_Л, где U_Л - линейное напряжение ЛЭП.

Такое напряжение U₀ в зависимости от условий сближения может вызвать в соседних цепях, подверженных влиянию, повышенные мешающие или даже опасные электрические влияния.

Напряжения и токи ЛЭП, кроме основной гармоники f = 50 Гц, содержат высшие гармоники от 0,1 до 150 кГц и имеют наибольшие амплитуды в спектре тональных частот (0 - 4 кГц).

Гармонический состав U и I ЛЭП зависит от нагрузки. Особенно больших значений достигают гармоники в линиях передачи, питающих установки с ртутными выпрямителями (электротяговые подстанции, преобразовательные подстанции для ЛЭП постоянного тока, мощные радиостанции и т. п.).

Таким образом, в аварийном режиме эти ЛЭП могут оказывать одновременно опасные и мешающие влияния. Опасные влияния вызывает основная гармоника U f = 50 Гц, а мешающие - высшие гармонические.

Для трёхфазной трехпроводной ЛЭП с заземлённой нейтралью справедливо всё, что и для ЛЭП с изолированной нейтралью. Разница заключается в том, что под действием U₀ напряжения нулевой последовательности в заземлённой нейтрали линии появляется ток I₀ нулевой последовательности, замыкающийся через землю. Этот ток (рис. 7,8) возбуждает неуравновешенное магнитное поле земляной волны.

В нормальном режиме работы ЛЭП с заземлённой нейтралью создаёт в цепях А, Т и С мешающие влияния за счёт U и I₀ прямой и нулевой последовательности.

В аварийном режиме (при заземлённой одной фазе) в неисправной фазе возникает большой ток КЗ I_КЗ (рис. 8). Ток земляной волны I_З, являющийся геометрической суммой токов всех фаз линии, резко возрастает. Этот ток подобен току однопроводной линии. В соседних цепях он вызывает опасное магнитное влияние большой мощности, кратковременное, т. к. через 0,15 - 1,2 с после появления КЗ срабатывает автоматическая защита и линия будет выключена.

Дата добавления: 2014-11-28