5.2 Повышение напряжения, обусловленное емкостным эффектом

Рассмотрим схему, показанную на рис. 5.3, где длинная линия подключена через сопротивление Х_И к источнику Е = U_ф.

Рис. 5.3 Схема линии с односторонним питанием

В этой схеме пря симметричном трехфазном режиме возможны значительные повышения напряжения промышленной частоты, особенно в конце линии, обусловленные прохождением емкостного тока через сосредоточенную индуктивность источника и распределенную индуктивность линии.

Рис. 5.4 Зависимость напряжений на конце разомкнутой линии от ее длины. 1- Х_и=0; 2- Х_и=0,5Z_c

На рис. 5.4 показано относительное значение U₂(l) при сопротивлении источника Х_И = 0 и Х_И =0.5Z_C , где Z_C – волновое сопротивление линии. Эти зависимости имеют ярко выраженный резонансный характер. Для линии, присоединенной к источнику бесконечной мощности, резонанс наступает при l = 1500 км. Если рассматривается линия без потерь, то напряжение в конце линии такой длины равно бесконечности. В действительности, с учетом активного сопротивления напряжение определяется по формуле

(5.3)

где Q – добротность, равная для воздушных линий 10-20, так что U₂ во много раз превосходит номинальное напряжение линии.

При Х_И ¹ 0 точка резонанса сдвинута в сторону меньших длин, так как к индуктивности линии добавляется индуктивность источника.

Длины линий СBH могут достигать 1000 км и более, и U₂/Е в соответствии с кривыми на рис. 5.4 могут возрастать весьма значительно. Рост U₂/Е ограничивается активным сопротивлением проводов и действием короны на них.

Общая корона возникает на проводах линии СВН уже при напряжении (1.15 – 1.2) U_ном и является основным фактором, ограничивающим резонансные повышения напряжения рабочей частоты. Корона эффективно ограничивает перенапряжения, превышающие 2.0 U_ф. Резонансный пик ограничивается короной до (2.5 – 3.0)U_ф. Но из-за их длительности перенапряжения таких значений чрезмерны для передач СВН. Кроме того, интенсивная корона создает помехи для линий связи. Поэтому резонансные перенапряжения требуют ограничения.

Ограничение осуществляется с помощью реакторов поперечной компенсации, компенсирующих емкостный ток линии, протекающий через индуктивное сопротивление источника. Это уменьшает эквивалентную входную емкость линии, что снижает напряжение U₁. Снижается также перепад напряжений между началом и концом линии.

Рассмотрим зависимость эффективности реакторов от места их установки на примере односторонне включенной линии длиной 1000 км, подключенной к источнику с внутренним сопротивлением jX_И = j0.5Z_С. Пусть мощность реактора равна суммарной зарядной мощности линии.

Рассмотрим три случая установки реакторов.

а) Реактор включен в начале линии (рис. 5.5). Он частично компенсирует емкостный ток и уменьшает ток через сопротивление источника. Однако он не влияет на распределение напряжения вдоль линии и на коэффициент передачи. В результате U₁ = 1.5Е, U₂ = 3E. Т.е. ограничение напряжения реактором недостаточно эффективно, хотя без реактора U₁ = 7.25Е, т.е. условия, близкие к резонансным.

Рис. 5.5

б) Реактор в конце линии (рис. 5.6). U₁ = 1.18Е, U₂ = 0.8E, т.е. напряжение в конце линии занижено.

Рис. 5.6

в) Реактор включен в середине линии (рис.5.7).

Рис. 5.7

Распределение напряжения получается более равномерным. U₂ = 1.08Е. Это приемлемо по условиям синхронизации, однако концентрация столь большой мощности реакторов в одной точке линии недопустима с точки зрения условий нормального режима, например, баланса реактивной мощности и устойчивости.

Итак, наименьшее повышение напряжения происходит, если реактор включен в середине линии. Обычно в электропередачах СВН около 2/3 мощности реакторов включается в середине линии, а 1/3 - на генераторном конце линии. При вводе электропередачи в работу её включают сначала со стороны шин приемной системы, а синхронизацию производят на шинах станции.

Для компенсации индуктивного сопротивления линии с целью повышения статической устойчивости электропередачи применяется продольная емкостная компенсация. Поэтому компенсацию осуществляют как продольную, так и поперечную.