• Что такое фактурная штукатурка
• Выбираем сухие строительные смеси
• Преимущества напряженного железобетона
• Что влияет на выбор кровельного материала
• В чем преимущество пробковых полов

Уе-УД- В. земли; у-уд. в. воды; h-высота П.; X-ширина подошвы П. При ft=0,5; Ув=1,5; у = 1,0 получается:

X > 4h. (4)

Если П. состоит из шпунтовой стенки высотой h с присыпкой земли в виде откоса под углом 9? к горизонту (9?-угол естественного откоса) и с распором вверху, то вертикальная шпунтовая стенка будет под-вернена изгибающему моменту:

max 7 5

£:, = f cos

где Н-давление на единицу длины стенки;

H = Wa+E,; (6)

-давление воды по ф-ле (3); J?-давление земли;

l-sinyl/2\8 , 1-2 sin2g9 / Распорка д. б. рассчитана на опорное давление А = 0,2Н. При П., ограниченных с обеих сторон шпунтовыми стенками, вверху жестко соединенными, ширина Ь зависит от высоты /г П. и от материала засыпки. При отсутствии вверху распорок обе стенки в верхних концах дадут прогиб на величину д, причем в верхнем соединении будет действовать горизонтальное усилие Z. Для наружной стенки, обращенной к воздушной стороне, будем иметь:

El \ 3 30

Для внутренней стенки, омываемой водой, прогиб будет равен:

Ei \ ъ т ) Из ф-л (8) и (9) получим:

Z-U-V.\ (10)

В ф-лах (8), (9) и (10) Е-модуль упругости, I-момент инерции, h-высота шпунтовых стенок, р-равномерно распределенное давление на наружную стенку, pi-то же на внутреннюю стенку. Сопротивления опор выразятся соответственно ур-иями:

(11)

И

2 ~ 2 1-

где Wf-давление воды по формуле (3); Е,.- давление земли;

S,- = f tg(45°-g, (13)

где 9)э^40°, а у^1,8. Изгибающие моменты определяются из равенств-для наружной стенки:

<-тах ~ +

ДЛЯ внутренней стенки:

(14)

(15)

В том случае, когда П. снабжена вверху распорками, величины д равны нулю, т. е. прогиб отсутствует; распорки д. б. рассчитаны при этом на опорные усилия:

(Pi+V)h

(16)

(17)

Изгибающие моменты, действующие на шпунтовые стенки, будут иметь значения-для наружной стенки:

Мт = -Ah -Ь A,h + Р', (18)

для внутренней стенки:

M , = -A-bf. (19)

Шпунтовые стенки П. обыкновенно делают деревянные; железные и железобетонные шпунтовые стенки применяют лишь в тех случаях, когда к ним предъявляются особенно большие требования.

Расчет отдельно стоящих деревянных П. (в виде . шпунтового ряда), поддерживающих земляную стенку фундаментных рвов или котлованов, сводится к следующему. П. рассматривается как балка, заделанная нижним концом в грунт на глубину t и изгибаемая силою i? давления земли, отстоящей от плоскости заделки на длину I, причем

(20) (21)

Коэф. безопасности выразится отношением: где

я = ? (fe+OHgP;-); (23) lE-l(h + {y, (24)

U-h + lt. (26)

В ф-лах (20)-(26) h-высота U. в м; у^- вес 1 грунта в кг; -угол трения грунта. При высоте напора до 3 ж применяют одиночные досчатые П. толщиной до 10 см, при высоте напора 4,5-5 м-одиночные брусчатые толщиной более 10 см, а при высоте напора 6 м - двойные брусчатые П. Железные П. в виде отдельно стоящего шпунтового ряда применяются плоские- при высоте напора до 6-7,5 м, коробчатые- до 8 - 8,5 j№ и Z-образные-до 9 - 10 м. О рудничных П. и их расчете см. Водонепро-нищемые рудничные перемычки.

Лит.: Б р и л и н г с. р., Формулы и таблицы для расчета инженерных конструкций, ч. 1-2, 3 изд., М.-Л., 1931; его же, Нормы для расчета инженерных конструкций, М., 1927; Справочник для инженеров строительной специальнбсти, т. 1, М., 1928; Фрик о. иКнолль К., Части зданий и строительные работы, пер. с нем., М., 1929; Д м о х о вс к и й в. К., Курс оснований и фундаментов, М.- Л., 1927;С т а ц е н к о в., Части зданий, 8 изд., М.- Л., 1930; Handb. Ing., Т. 1, В. 3; Р г а п Z 1 и S О., Der Grundbau, В., 1927; Е п g е 1 s Н., Handbuch des Wasserbaues, В. 1-2, 3Aufl., В., 1923; Hetzell Gr. u. Wundrara O., Die Grundbautechnilc u. ihre maschinellen Hllfsmittel, Berlin, 1929; Krey H., Erddruck, Erdwiderstand u. Tragfahigkeit des Bau-grundes, 3 Aufl., Berlin, 1927; Taschenbuch 1. Bauiiige-nieure, hrsg. von M. Foerster, Bande I-2, 5 Auflage, Berlin, 1928. C. Брилинг.

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ, всякое увеличение напряженности электрич. поля в какой-либо части установки до величин, которые м. б. опасны для состояния изоляции установки. П. по линии передачи энергии и вообще в электрических сетях появляются при всяких изменениях в режиме работы этих сетей. Однако не всякие П. могут быть опас-

ньши для эксплоатации линий и сетей. Рассмотрим несколько ближе физич. природу появления П. В каждый данный момент силе тока г на линии соответствует запас энергии магнитного поля , напряжению же

соответствует количество электрич.энер-

гии, где С и L-соответственно самоиндукция и емкость линии. При изменении условий'работы линии (ее выключение или включение, изменение нагрузки, заземление провода и связанное с этим перераспределе-ние'потенциала вдоль линии или наконец появление посторонних зарядов на линии, вызванных грозовыми разрядами) новому состоянию работы линии будет соответствовать новое распределение энергии электрического и магнитного полей. Переход от одного состояния работы линии к другому совершается при помощи блуждающих электрич. волн и импульсов, к-рые разносят энергию.

Фиг. 1.

рассеивая ее в сопротивление линии, и стремятся распределить ее равномерно в электромагнитном поле, окружающем линию. Примером такого электрич. импульса меняет служить движение по линии электрич. заряда, индуктированного в линии при грозовом разряде (фиг. 1). Заряд q, индуктированный на линии под грозовым облаком в момент молнии, освободится, и половина такого заряда начнет двигаться, в одном направлении по линии, а другая половина- в другом, стремясь распределить заряд равномерно по линии, как это указано стрелками на схеме. Дойдя до разомкнутого конца линии, каждая из половин заряда отразится от конца, причем плотность заряда на конце линии в момент отражения удвоится, что вызовет за собою и удвоение величины напряжения е, т. к, е=д-С, где С- емкость участка линии, занимаемого зарядом. Отразившись у конца линии, заряд начнет двигаться в обратном направлении, пока не отразится у другого конца линии, и так далее, пока он не рассеется по линии, потеряв свою энергию в сопротивлении линии, т, к. при движении вдоль линии величина заряда будет все время убывать. Ряд периодически следующих друг за другом импуль-

сов противоположного знака дает электрич, блуждающую волну (фиг, 2), Отражаясь у концов ш. . линии и комбинируясь друг с другом, блуждающие волны могут вызвать появление стоячих волн тока и напряжения на линии. Вследствие расхождения фаз'тока и напряжения в стоячих волнах процесс будет происходить таким образом, что в момент максимума магнитной энергии электрич, энергия будет минимум, и наоборот, и мы будет иметь

непрерывный переход электрич, энергии в энергию магнитного поля и наоборот, причем при этих переходах самая энергия будет постепенно поглощаться сопротивлением линии, что вызывает затухание электрических колебаний на линии, Caaaifi период колебаний будет зависеть от величины емкости и самоиндукции линии и ее длины и может получиться весьма мальп ! (число периодов--весьма большим) независимо от частоты передаваемого по линии переменного тока. При таком обмене между энергией электрического и магнитного полей величины этих энергий д. б. равны, т. е. мы должны иметь

= -, или е = г|/ с

То же самое соотношение между током и напряжением мы будем иметь и в блуждающих волнах. Т, о, если сила тока в линии изменилась с величины г до величины ij, то освободившаяся при этом энергия магнитного поля вызовет напряжение

к-рое, налагаясь на напряжение е линии, создаст напряжение

е, -Ь е = е rf (ii - г) j/

Частота вызванных таким образом колебаний будет зависеть от величины емкости и саморшдукции линии и будет тем больше, чем короче линия,

Величина П вызванньгк грозовьгми разрядами или заземлением линии через вольтову дугу, например при порче изоляторов, м, б. весьма значительна и может угрожать целости изоляции линии и соединенных с нею приборов и трансформаторов. При изменениях режима работы линии, как уже было указано, возникают переходные электромагнитные процессы, выражающиеся в появлении блуждающих волн, напряжение к-рых налагается на рабочее напряжение линии, что и ведет к появлению П,

Нек-рые из видов П, являются неизбежным спутником эксплоатации линии, т, к, вытекают из самих физич, свойств линии и природы происходящих в ней процессов. Сюда относятся П., к-рые можно характеризовать как П, внутреннего происхождения; они подразделяются на 1) П. при изменениях нагрузки; 2) П. при включении и выключении линии; 3) П. при перерыве коротких замыканий на линии; 4) П. при заземлении линии. КП.внешнег о'п р о-исхождения относятся такиеП к-рые появляются независимо от того, находится ли линия под напряжением или нет. К такого рода П. относятся П., вызываелште в линии под влиянием атмосферных электрич. разрядов. Нек-рые из этих П. не представляют никакой опасности для линии, другие же, наоборот, могут достигнуть весьма значительной величины, опасной для линии и приключенных к последней приборов.

П. внутреннего происхождения. При изменении силы тока нагрузки от го до г максимальная величина могущего возникнуть П. линии будет:

В обыкновенных условиях нормальной работы линии эти П. будут незначительны даже при выключении линии, к-рое представляет частный случай изменения нагрузки от io до 0. Если происходит выключение линии, в котором имеется короткое замыкание, то в виду большой величины тока короткого замыкания г„. в линии могут получиться большие П. в зависимости от момента, в который происходит выключение. Действительно, пусть в момент выключения < = 0 короткого замыкания напряжение на линии имеет величину 6 = Е^ sin а, где Е^-амплитуда напряжения и а-фазный угол напряжения в момент короткого замыкания. Тогда в момент выхслючения линии сила тока в линии будет

г =f- sin (а-9?),

и она будет постоянна вдоль линии, если пренебречь емкостью линии (т. к. зарядный ток линии мал по сравнению с током короткого замыкания), причем

кажуп];ееся сопротивление линии, а 9 = arc tg д

фазный угол сдвига тока. При вьпслючении короткого замыкания, вследствие того что энергия была распределена равномерно по линии, получаются блуждающие волны, которые комбинируются т. о., что появляется ряд стоячих волн разного числа периодов. Стоячие волны напряжения опережают пространственно и во времени стоячие волны тока на . Пучность тока получается на месте

короткого замыкания, и узел-у разомкнутого конца линии. Для напряжения же, наоборот, мы будем иметь пучность у разомкнутого конца и узел у места короткого замыкания. Т. к. в момент выключения короткого замыкания энергия магнитного поля была равномерно распределена вдоль провода, то в итоге получились стоячие волны. Отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока равно волновому сопротивлению

линии а = l/ Число периодов затухаю-

пщх стоячих волн зависит от длины линии, причем наименьшее число периодов соответствует установлению в линии волны и равно

/ = -

Кроме основной гармоники в линии устанавливаются еще стоячие волны высших гармоник с числом периодов

/ = ЛЛ,

причем число четвертей волн равно порядковому номеру гармоники. При мальгх числах периода вся длина лишш 1о играет роль, и небольшие равномерности в постоянных каждох! практич. линии не имеют заметного влияния на число периодов основных колебаний. Наоборот, при больших частотах гармоник колебаний всякие неравномерности в постоянных линии (как то: изменение коэф-тов самоиндукции и взаимной индукции, емкости вследствие непараллельности

проводов друг другу и поверхности земли) имеют уже значительное влияние на частоту получающихся колебаний высокой частоты, т. к. длины по-чучающихся при этом волн делаются уже соизмеримыми с длинами, соответствующими неравномерностям в постоянных линии. Так. обр. практически всякая линия свободно резонирует на любое число периодов колебаний, если.последнее велико.

Коэф. затухания волн возрастает с увеличением порядка гармоники, т. к. при увеличении частоты увеличивается сопротивление провода и уменьшается его самоиндукция вследствие поверхностного эффекта и кроме того проводимость активной утечки, обусловленная главн. обр. явлением короны, также возрастает с увеличением частоты. Так. обр. затухание высших гармоник будет итти тем быстрее, чем выше порядок гармоники, и блуждающая, или стоячая, волна будет с течением времени постепенно очищаться от высших гармоник, и ее форма будет при ее распространении все больше и больше приближаться к синусоиде основной гармоники. Последнее обстоятельство имеет существенное значение, т. к, при очищении волны от высших гармоник будет сглаживаться фронт волны и крутизна последнего будет уменьшаться, благодаря чему волна сделается менее опасной для изоляции линии и включенных в последнюю аппаратов.

При рассмотрении вопроса о выключении короткозамкнутой линии мы имели различные условия по концам линии, а именно один конец был за.мкнут накоротко, а другой разомкнут. При этом четверть наибольшей длины волны получилась равной д.тйне линии. Если бы при размыкании линии условия на обоих ее концах были одинаковы, как например при размыкании линии при холостом ходе, то в линии установились бы колебания т. о., что половина наибольшей длины волны была бы равна длине линии, причем в линии могли бы установиться как четные, так и нечетные гармоники. При выключении замкнутого контура (фиг. 3), в

Фпг. 3.

последнем может при колебаниях установиться длина полной волны или же кратное число полных волн. Амплитуды волн тока и напряжения пропорциональны

г,( = 81п(а-гф), го

т. е. величине тока в момент выключения, и следовательно будут наибольшими, если выключение произошло в момент прохождения тока короткого замыкания через максимум

т. е. при а-(р

2. При этом отношение

напряжения основной гармоники стоячей волны к амплитуде переменного тока будет:

с

Так как для воздушных линий

;400 Q,

00,45 Q/KM, то при длине линий i=100 км мы получили бы:

е 4-400 Еп я. 45

= 11,3,

т. е, П. достигло бы значительной величины. По счастию однако при современных магуля-пых выключателях (см.) разрьш тока происходит обыкновенно в момент прохождения последнего через нуль, чем избегаегся появление больших П. при выключении. Однако при взрыве напр. масляного выключателя разрыв тока мог бы произойти и не в момент прохождения последнего через нуль, что повело бы к значительным П. в цепи, так же как и в случае выключения постоянного тока. Современная америк. практика стремится при очень высоких напряжениях по возможности не допускать включения и выключения со стороны высокого напряжения и предпочитает производить все включения и выключения со стороны низкого напряжения трансформаторов, чтобы избегнуть П. в сети высокого напряжения.

Рассмотрим теперь случай включения линии и для простоты возьмем слчай включения на напряжение постоянного тока. При включении на переменный ток явление будет протекать приблизительно таким же образом, как и при включении на постоянный ток, в виду того, что продолжительность установления напряжения будет мала по сравнению с периодом переменного тока и напряжение переменного тока не успеет сильно измениться за период времени зарядки линии, т. к. последний процесс будет протекать весьма быстро. При включении линии на напряжение постоянного тока в линию устремится волна напряжения

е = Во и волна тока г= Е^. При движении по линии волна будет затухать, и часть заряда электричества, движущегося о волной, будет итти на зарядку линии и сообщение ей потенциала. Дойдя до разомкнутого конца линии, движение электрич. заряда будет остановлено, последний будет отброшен обратно в линию и начнет налагаться на заряд, движущийся по направлению к открытому концу линии, благодаря чему напряжение линии у открытого конца удвоится. При движении отраженной волны по линии в направлении к месту включения напряжение на линии будет удваиваться, и когда волна дойдет до начала линии, напряжение у начала линии удвоится благодаря наложению падающей и отраженной волны. При этом сила тока по всей линии сделается равной нулю, т. к. ток в линии явится результатом движения в линии двух одноименных количеств электричества в про-тивоположньгх направлениях. Когда напряжение вдоль всей линии удвоится, а ток будет равен нулю, вся энергия во.лны превратится в электростатич. энергию электрич. поля линии, и линия начнет разряжаться, т.к. оба провода линии соединены электрически, благодаря чему в линии возникнут

затухающие колебания, после прекращения которых линия получит постоянный потенциал Ео. При заземлении одного из проводов линии передачи происходит перераспределение потенциалов проводов. Если до заземления потенциалы проводов были симметричны относительно потенциала земли и были равны соответственно

то после заземления потенциал заземленного провода сделается равным О, разность потенциалов между другим проводом и землей увеличится и сделается равной разности потенциалов Е^ между проводами. При этом произойдет также перераспределение зарядов на проводах и увеличится энергия электростатическ.поля одного провода,электростатическая же энергия заземленного провода сделается равной 0. Такое перераспределение потенциалов, зарядов и энергии, осуществится появлением блуждающих волн

Фиг. 4.

при переходном процессе. При заземлении провода Ь (фиг. 4) на последнем освободится заряд - , где Со-емкость провода по отношению к земле. Этот заряд будет стекать в землю, что равносильно движению заряда + из земли. Последний

заряд дойдет до конца провода а, причем его величина вдоль всего провода будет

2 9J>. у конца а провода заряд претерпит

отражение. В момент отражения сила тока по всему проводу от & до <г будет равна

и напряжение на проводе Ь будет О, напряжение же на проводе а будет равно -\-Е,. Энергия электрич. поля провода Ъ будет в этот момент равна О, энергия же провода

а будет равна Так как до заземления энергия обоих проводов была

~ 2 V 2 j 4

ТО разность энергий-

CoEI СоЕр СоЕ2 2 4 4

будет получена от источника тока, к-рый дает эту энергию

в форме магнитного поля, обусловленного движением заряда

под влиянием эдс источника тока {Lq-самоиндукция одного провода). Падающая и отраженная волны, комбинируясь, создадут затухающую стоячую волну, к-рая будет

иметь амплитуду Е^, колеблющуюся около

напряжения -\-Eq для провода а и около О для провода Ъ. Затухая, эта волна сообщит проводу а потенциал 0. Т. о. в результате электростатич. энергия провода а будет

т. е. будет соответствовать заряду провода а при потенциале Eq, и провод Ь будет иметь потенциал 0.

Заземление одного из проводов линии передачи наглухо ведет только к перераспределению потенциалов в системе, но не влечет за собою опасных П. Тем не менее, за-вемление одной из фаз линии передачи считается на практике одним из самых опасных явлений на линии электропередачи, т. к. может повести к весьма большим П., обусловленным тем, что заземление на линиях не происходит наглухо, но обыкновенно через вольтову дугу, к-рая и является собственно источником П. При возникновении дуги воздух ионизируется, и дуга продолжается до тех пор, пока ток в дуге не пройдет через нуль, когда дуга гаснет. Так. обр. в момент погасания дуги соединение с землей прерывается, и потенциал провода, на к-ром была заземляющая дуга, опять начнет повышаться до нормального, причем при достижении напряжением нек-рой величины дуга может возникнуть вторично, тем более, что путь длянев уже подготовлен, благодаря ионизации предшествующей дугой. Провод опять окажется заземленньш через дугу и все явление повторится сначала. В результате получится ряд следующих друг за другом соединений через дугу на землю с последуюндам размыканием земляного соединения, как видно из осциллограммы (фиг. 5), на которой верхняя кривая да- ет напряжение

провода, а нижняя кривая- ток через заземляющую дугу. Из осцилло-

17 V Фиг. 5.

граммы видно, как в момент зажигания дуги напряжение провода падает путем ряда колебаний и как затем после погасания дуги оно при помопщ колебаний повышается до нового зажигания дуги. Так. обр. в системе дуги может получиться длительный ряд повторных П., к-рые уже сами по себе могли бы повредить изоляции линии под влиянием их длительного воздействия на нее. При таких колебаниях может случиться, что волны, вызванные зажиганием дуги, не успеют затухнуть до ее последующего зажигания и смогут наложиться на колебания, которые вызваны новьш зажиганием дуги. Благодаря этому амплитуда колебаний начнет расти, причем последняя может достигнуть

весьма больших величин, крайне опасных для изоляции линии, тем более, что эти колебания будут колебаниями весьма высокой частоты. Так. обр. дуга может явиться генератором незатухающих и возрастающих по амплитуде колебаний. Электрическая дуга мон^ет превращать получаемую ею от генераторов, питающих ]ш v линию, энергию низкой частоты и энергию колебаний высокой частоты. Этим свойством дуга обязана тому, что она обладает гистерезисом (запаздыванием) тока, что особенно относится к дуге между металлическими электродами, между которыми получается обыкновенно на практике дуга па линии.

Характеристика дуги приведена на фиг. 6, из которой ясно видно свойство дуги иметь запаздывание тока, причем площадь кривой цикла пропорциональна энергии, поглощаемой за период дугой и превращаемой последней в энергию колебаний высокой частоты. Дуга, шунтированная емкостью G и самоиндукцией L (фиг. 7), обладает свойством давать незатухающие колебания, что зависит от характеристики дуги, к-рая может быть выражена прибли-зите.чьно следующей ф-лой:

Фиг. 6.

е = а 4-

ы

Фиг. 7.

где е-напряжение и г-ток в дуге, а и b-некоторые постоянные. Действительно, если ток в дуге по какой-нибудь причине уменьшится, то напряжение на дуге возрастает, а это вызовет увеличение тока через емкость и самоиндукцию. Если емкость невелика, то благодаря току самоиндукции произойдет перезаряд емкости. Это в свою очередь вызовет повышение напряжения на борнах дуги, и емкость начнет разряжаться чере дугу. При таком разряде сила тока в дуге усилится, и напряжение на борнах дуги начнет падать, что будет способствовать переразряду емкости. При разряде емкости сила тока в дуге, упадет, что вызовет повышение напряжения на борнах дуги с последующим зарядом емкости. Так. обр. будут вызваны колебания в дуге, частота которых будет зависеть от величины емкости С и самоиндукции L и будет приблизительно равна

Дуга, шунтированная емкостью и самоиндукцией, как-раз имеет место при заземлениях через дугу на линиях передачи, благодаря присутствию емкости и самоиндукции проводов. Т. о. при благоприятных обстоятельствах в комбршации емкости проводов и их самоиндукции легко могут возникнуть условия для появления незатухаю-

щах колебаний, к-рые представляют на линии одно из самых опасных явлений в отношении П. и для устранения возможности появления к-рых приходится принимать ряд мер для защиты линии.

Защита от заземляющих дуг. Наилучшим способом запщты линий от заземляющих дуг, согласно америк. практике, является заземление нейтрали на повыси-тельной подстанции, для чего обмотка высокого напряжения повысительного трансформатора д. б. соединена звездой. Заземление нейтрали д. б. сделано наглухо или же через небольшое сопротивление, к-рое служит только для того, чтобы ограничить силу тока короткого замьшания фазы при ее заземлении. Максимальные реле на масляных выключателях трансформатора выключают ли-нию со стороны низкого напряжения при коротком замьпсании после заземления, что ведет к погасанию дуги. Часто устраивают так. обр., что реле после выключения автоматически опять включает линию, чтобы не прерывать работы линии, если заземление носило случайный характер. Если же при вторичном замыкании дуга возникает вновь и следовательно повреждение линии носит устойчивый характер, реле вторично выключает линию и на этот раз уже окончательно. Заземление нейтрали наглухо или же через небольшое сопротивление представляет большое преимущество в том отношении, что рабочее напряжение проводов незаземленных фаз по отношению к земле не может сделаться больше фазного напряжения системы, тогда как при изолированной нейтрали или при ее заземлении через большое сопротивление оно может достигнуть линейного напряжения, что очень существенно для линий весьма высокого напряжения, т. к. позволяет несколько облегчить изоляцию линий и трансформаторов. При большом числе линий заземление нейтрали позволяет сразу и просто обнаружить, на котором из фидеров произошло заземление, причем поврежденный фидер сразу выключается, что чрезвычайно существенно для целей удобства и надещрости эксплса-тагщи линий.

Т. о. несомненно, что заземление нейтрали наглухо или через небольшое сопротивление представляет большие преимущества для длинных линий передачи высокого напряжения или же при большом числе линий и значительной протяженности системы. Этим следует объяснить, что в настоящее время 95% всех америк. линий высокого напряжения имеют заземленную нейтраль. Здесь характерно отметить, что около 15 лет тому назад только ок, 50% всех американских линий имели заземленную нейтраль, оста.льные работали при изолированной нейтрали или при заземлении через большое сопротивление, причем большинство последних линий вынуждены были перейти на работу с заземленной нейтралью под давлением данных практики эксплоатации линий. На нек-рых из америк, линий с изолированной нейтралью применяются автоматич. гасители дуг (см,). Существенною частью гасителя является селективное реле, к-рое м. б. электростатическим или электромаг- 1

яитным и к-рое, поворачиваясь автоматически, замьшает ток в выключающем соленоиде масляного выключателя, соединяющего поврежденную фазу с землей. Т. о. дуга шунтируется масляньпл выключателем и гасится. Каждая из фаз имеет свой заземляющий масляный вьжлючатель, к-рый включает и выключает фазы через добавочное сопротивление, что делается для облегчения конструкции масляного выключателя. После первого выключения масляный выключатель опять автоматически включается и, если дуга не погасла, вторично выключается и остается в этом положении. Т. о. линия может продолжать работать без пе-рерьша с поврежденной?фазой, причем напряжение здоровых фаз достигнет величины линейного напряжения по отношению к земле. Масляные выключатели отдельных фаз д. б. блокированы между собою, чтобы одновременно не могло происходить заземление двух фаз.

В Германии проф. Петерсеном был предложен способ гашения дуг путем компенсации токов в дуге при помопщ индукционной катушки. Рассмотрим сначала применение катушки Петерсена в однофазной цепи (фиг. 8). Пусть емкость про-

водов по отношению к земле будет С, и самоиндукция катушки, включенной между серединой обмотки высокого напряжения трансформатора и землей, пусть будет L. При заземлении одной из фаз, например 1, под влиянием эдс трансформатора Е ток пойдет по контуру: земля, емкость С неповрежденного провода, а, О, Ь, земля в месте повреждения. Если пренебречь сопротивлениями трансформатора и линии, этот ток будет опережающий реактивный и будет равен 1= =£7 2ппС. С другой стороны , под влиянием половины эдс трансформатора ftЕ потечет ток по контуру: земля, самоиндукция L, Ь. ф^, 9

земля в месте повреждения. Этот ток-реактивный отстаюпщй и будет равен

-t 2-2nL

Т. О, через место заземления потекут два тока IcVL 1, один из которых будет отстающий, а другой опережающий, как показано на диаграмме (фиг. 9). Если подобрать самоиндукцию т.о., чтобы i(7=Jx, т. е. настроить катушку самоиндукции на резонанс токов в заземляющей дуге, то произойдет компенсация реактивных токов в дуге, и последняя вообще не слюяет возникнуть. Необходимая для этого величина самоиндукции будет равна

J =

2(2л?г)2С

Как показывает опыт, самоиндукция L может отличаться на 30-40% от той, которая соответствует резонансу, и тем не менее происходит гашение дуги. Вообще говоря, нельзя настроить катушку на резонанс для всех точек линии, т. к. при заземлении в конце линии к самоиндукции катушки будет прибавляться еще самоиндукция провода, к-рая однако будет незначительной по сравнению с самоиндукцией катушки.

При заземлении через дугу потенциал провода будет равен нулю. Если амплитуда половины разности потенциалов между проводами (фазное напряжение) равна Ер, то при частоте основного переменного тока п периодов разность потенциалов переходного процесса на катушке будет равна = =jE?pe~ sin (ot, где o)= 27tn и a есть коэф-т затухания, зависяпщй от сопротивления цени. Затухающее напряжение на катушке будет иметь частоту основного переменного тока в виду Того, что самоиндукция катушки настроена на резонанс с емкостью С линии при числе периодов основного переменного тока и поэтому будет соответствовать числу периодов свободных колебаний. Потенщ1алы относительно земли здоровой фазы и поврежденной фазы будут соответственно равны:

*i = Ерш sin oit + Ерт е~ sin cot =

= sinft)f (l-f-e-°0. 2 = Ерш e~° sin cot - Ерш sin cat = ---Eprn&in(ot(l-e~). Напряжение v vvi v, начиная с момента заземления, представлены графически на диаграмме фиг. 10. Напряжение заземленной фазы после перерыва дуги медленно возрастает в течение нескольких периодов до ве-

, -at . , £р„в sin cut

Фиг. 10.

ЛИЧИНЫ фазного напряжения, что^затруд-няет вторичное зажигание дуги. Тем не менее через дугу будут течь не только реактивные ГОКИ, но будет иметь место также и активная составляющая тока, обусловленная утечкой тока через изоляторы на землю, а также и тем, что катушка Петерсена и провод линии передачи имеют нек-рое сопротивление, благодаря чему диаграмма токов, проходящих через дугу, представится фиг. 11, на к-рой представляет активную составляющую тока, т. наз. остаточный ток (Reststrom), к-рый не м. б. компенсирован реактивным током катушки. По данным Петерсена остаточный ток составляет обыкновенно 4-15% от компенсирующего реактивного тока катушки. Если остаточный ток велик по абсолютной величине, что будет иметь место в протяженной системе передачи энергии, т. к. утечка будет возрастать

пропорционально длине линий, то он может оказаться достаточным для питания дуги, к-рая таким образом не будет погашена катушкой Петерсена. То же может произойти при случайном увеличении утечки тока, как напр. в случае дождя или росы на изоляторах линии. Отсюда ясно, как и показывает практика с катушкой Петерсена, что применение ее д.б. ограничено такими системами, в которых зарядный ток на землю не очень велик, во всяком случае не

Фиг. и.

больше 100 А. Так. обр. катушка Петерсена применима на линиях на 100 kV и не очень бо.тьшой длины. Для линий высокого напряжения катушка Петерсена имеет еще тот недостаток, что напряжение здоровой фазы поднимается до линейного во время заземления, что ведет к увеличению стоимости изоляции .чинии. Для таких линий несомненно более выгодным является прямое за-

земление нейтрали. Как показал опыт и практика, в случае отказа гасить ду1;у катушка Петерсена может дать повод к большим перенапряжениям, к-рые в отдельных случаях доходили до 250-400%.

Для избежания П. при применении ка тушки Петерсена в случае отказа погасить заземляющую дугу в Америке было предложено включить в цепь катушки максимальное реле с вьщержкой времени, к-рое следовательно приходило бы в действие, если ток в катушке продолжается длительное время, т.е. если дуга не погашена катушкой. Это реле может выключить линию непосредственно со стороны низкого напряжения, или же оно может вхшючить масляный выключатель, шунтирующий катушку, к-рый т. о. превратит всю систему в систему с заземленной нейтралью и переведет заземление в однофазное короткое замыкание, следствием которого будет автоматическое выключение линии со стороны низкого напряжения. В случае же трехфазной системы катушка Петерсена включается в нейтра.чъ,как это показано на схеме фиг. 12. Для случая заземления фазы 8 диаграмма токов и напряжений может бычь представлена диаграммой (фиг. 13), из которой следует,что при резонансе токов в дуге долж-

но быть соблюдено равенство: 2Е<асУ'=- ,

Зшас

При заземлении в какой-нибудь другой фазе ток в катушке автоматически поворачивается по фазе. Катушки Петерсена изготовляются с железным сердечником, насыщение которого для правильной работы катушки д. б. невелико. Катушка д. б. изолирована на фазное напряжение и ее мопщость вкУ д. б. равна 1Е. Если имеется несколько линий, то каждая из линий должна иметь при своем трансформаторе катушку, выключаемую вместе с линией, т. к. необходимая общая величина самоиндукции катушки пропорциональна длине приключенных линий.

В случае нескольких линий вместо приключения к каждой из линий по катушке Петерсена бывает удобнее приключить к шинам станции гасительный трансформатор, предложенный ВапсЬ'ом, действующий аналогично катушке Петерсена, как это видно из схем фиг. 14 и 15. Гасительный

геле-ратор

Фиг. 14.

трансформатор имеет четыре стержня, на трех из к-рых имеется обмотхса высокого напряжения, включенная звездой и имею-шая заземленную нейтраль. Вторичная обмотка включена треугольником, в который введена катушка самоиндукции L с регулируемой величиной самоиндукции. При заземлении на одной из фаз, например 5, токи во всех трех фазах обмотки низкого напряжения будут находиться в фазе и будут равны по величине, тогда как в отсутствии заземления эти токи будут равны ну.пю вследствие равновесия эдс в трехфазной системе. Токам во --

вторичной обмот- -

ке будут соответ- -

ствовать токи в обмотке высокого напряжения, причем величина последних будет зависеть от величины самоиндукции L, и следовательно может быть подобрана такой, чтобы получилась компенсация тока в дуге. Направление токов показано стрелками на фиг. 15.

Как было приведено выше, современная америк. практика применяет обыкновенно заземление нейтрали наглухо или же через

Фиг. 15.

небольшое сопротивление. В установках, питаемых непосредственно генераторным напряжением, по данным Льюиса (W. W. Lewis) применяется обыкновенно сопротивление, изменяющееся в пределах от О до 10 Q. Большинство установок высокого напряжения имеют наглухо заземленную нейтраль трансформатора, если же заземление делается через сопротивление, то величина последнего колеблется в пределах от 10 до 150 Q. С точки зрения устойчивости параллельной работы систем, введение сопротивления в нейтраль является желательным, т. к. этим увеличивается устойчивость па-ралле.чьиой работы благодаря уменьшению токов нулевой последовательности прирдно-фазном коротком замыкании на землю, к-рое чаще всего имеет место на практике. Введением сопротивления в нейтраль облегчается также работа масляных выключателей при выключении коротких замыканий и ослабляется влияние на соседние установки слабого тока. С другой стороны, для правильной работы релейной запщты установки необходимо допущение известной силы тока, текущего через нейтраль при однофазном коротком замыкании, хотя в нек-рых установках эта сила тока получается чрезмерной, и с точки зрения релейной запщты было бы так лее вполне допустимо введение нек-рого сопротивления в нейтраль установки. Чем меньшее сопротивление введено в нейтраль, тем меньше получаются П. на здоровых фазах при заземлении одной фазы через дугу на землю. Подсчеты показывают, что при незаземленной нейтрали при возникновении заземления на землю через дугу при емкостном опережающем токе в дугу П. на двух здоровых фазах могут достигнуть 7,5-кратной величины амплитуды фазного напряжения. Однако если иметь в виду естественное затухание колебаний в системе, то эти П. не превысят 5-5,5-кратпой величины амплитуды фазного напряжения.

При наглухо заземленной нейтрали в неповрежденных фазах колебаний не получается при заземлении одной из фаз через дугу. При заземлении нейтрали через сопротивления в неповрежденных фазах получаются колебания при коротком замыкании одной из фаз на землю, причем П. на неповрежденных фазах при соответствующем выборе сопротивления заземления могут достигнуть 2,5-кратной величины амплитуды фазного напряжения. Ниже приводятся данные (по Льюису) кратности П. по отношению к амплитуде фазного напряжения при замыкании на землю одной из фаз:

Заземление через дугу Кратность П.

Момент возникновения дуги...... 2,5

Установившаяся дуга:

а) без учета затухания........ 7,5

б) с учетом затухания........ 5,5

в) с учетом затухания и емкости между проводами............ 6,5

Заземление нейтрали через сопротивление не выше критического .... 2,5 Нейтраль заземлена наглухо..... 1,0

Если нормальный зарядный ток трехфазной линии равен i , то при наглухо заземленной нейтрали реактивная составляющая опережающего тока 1с в месте замыкания на землю равна обыкновенно по данным Льюиса

Ic=0,7 1 . При нейтрали, заземленной через сопротивление, 2 лежит обыкновенно в пределах 0,75-1,5 2 . При трехжильных кабелях 1с заключается обычно в пределах от 0,75 до 1,73 1 и в трехфазных системах, состоящих из трех одножильных кабелей, 1а изменяется в пределах от 1 до 3 J . При заземлении нейтрали через небольшое сопротивление при замыкании на землю одной фазы ток получается отстающим по фазе и почти в фазе с фазным напряжением, если сопротивление заземления велико. Сопротивление заземления В, д. б. выбрано всегда с таким расчетом, чтобы отстающая реактивная составляющая тока короткого замыкания в месте замыкания на землю была всегда больше или по крайней мере равна опережающей составляющей 1. При таком выборе заземляющего сопротивления R не возникают опасные дуги замыкания на землю, вызывающие сильные колебательные процессы в линии, и напряжение на неповрежденных фазах не поднимается свыше 2,5-кратного по отношению к амплитуде фазного напряяения, что не представляет никакой опасности для изоляции линий и аппаратуры.

Критическое сопрот и~в л е н и е заземления. Величина критич. сопротивления заземления определяется след. обр. Пусть R-величина критического сопротивления в Q, Е-.чинейное напряжение между проводами в kV, Р-мощность в kVA, принятая за единицу при определении реактивных сопротивлений в %; ж-реактивное сопротивление в % до места заземления на землю; Iq-опережающая составляющая реактивного тока в месте замыкания на землю; к-отношение отстающей составляющей реактивного тока к опережающей составляющей в месте замыкания на землю (к не д. б. меньше 1 при включении'критич. сопротивления R в нейтраль). Величина реактивного сопротивления, выраженная в Q:

\ ,/ 3 / \ Р / 100 р

Отстающая реактивная составляющая тока короткого замыкания Ig в месте замыкания на землю равна:

б 1 ооо

10 £2

Уз-р

Отн.ошение реактивной отстающей составляющей тока короткого замыкания к опережающей составляющей зарядного тока I в месте замыкания на землю получится равным WE3X - h

Решая последнее уравнение относительно И, получим для величины критич. сопротивления ф-лу, предложенную Е. Clarke;

100 Р

Защита от грозовых П. Одной из самых действительных мер для защиты ог грозовых П. являются заземленные тросы, протянутые над линией. Для защиты линий обыкновенно применяется один трос на вершине опоры при двух-, трехфазных цепях с вертикальным расположением проводов и два троса над проводами, расположенные между последними, в случае однофазной цепи с расположением проводов в одной горизонтальной плоскости. Диаметр стального оцинкованного троса бывает обыкновенно Vg или 1/2 . Однако понижение напряжения волн на 30-45 %, достигаемое благодаря применению троса, может иметь весьма существенное значение для линий не очень высокого напряжения, для которых абсолютная величина получающегося П. имеет весьма важное значение, т. к. напряжения, к-рые получались бы без применения троса, во много раз превосходили бы нормальное рабочее наиряжение линии, и изоляция линии могла бы сильно пострадать от них. Это доказывается статистикой повреждений изоляторов на линиях, причем в литературе неоднократно отмечалось - резкое падение числа поврежденных изоляторов с установкой заземленного троса над линией. Вопрос о применении троса еще м. б. спорным в отношении линий очень высокого напряжения, изоляция к-рых свободно выдерживает напряжения, получающиеся при грозовых разрядах. На американских линиях 220 kV заземленные тросы все-таки применены для защиты линий. Роль и значение троса на линии передач выяснились особенно за последнее время благодаря целому ряду весьма ценных исследований тех явлений, которые имеют место на линии передач при грозовых разрядах. Эти исследования сделались возможными благодаря изобретению и усовершенствованию клайдонографов и катодных осциллог р'а ф о в, при помощи которых стало возможным регистрировать процессы в момент грозовых разрядов, протекающие крайне быстро во времени в течение нескольких миллионных долей секунды. Клайдонографы (см. Осциллограф) позволяют определить полярность волны и максимальную амплитуду последней, в то время как катодные осциллографы (см.) дают полную запись волны во времени на светочувствительной пластинке или фильме.

Исследования волн и импульсов, возникающих при грозовых разрядах, производились как в лабораторных условиях при помощи мощных генераторов, так и в условиях работы линий передач во время естественных гроз. Эти исследования, произведенные как в Америке, так и в Европе, показывают, что грозовые П. в линиях передачи трудно объяснить только одними индуктированными зарядами во время даже весьма близких от линии грозовых разрядов, но что эти П. следует объяснить непосредственными ударами молнии в линии передачи. Этот факт в корне изменяет прежнюю 1Точку зрения на роль троса и других приборов в деле защиты линии от грозовых разрядов. Наблюдение показывает, что грозовые П. при индуктированных в линии зарядах полу-

чаются приблизительно наполовину меньше, чем вычисленные теоретически в предположении мгновенного исчезновения поля грозового облака после удара молнии, как это обыкновенно принималось при вьшодах. Это обстоятельство указьшает на то, что поле грозового облака не исчезает сразу же после разряда молнии, но что объемные заряды в атмосфере, образовавпшеся при ударе молнии, не могут мгновенно нейтрализоваться и на это требуется нек-рое, хотя м. б. и весьма краткое время. Наибольшие П. получаются при непосредственном ударе молнии в провода линии передачи или заши-щаюгцие ее заземленные тросы. При таких непосредственных ударах П. и силы тока в линии могут достигнуть! весьма больших величин. Обыкновенно при ударах молнии кроме главного стержня разряда имеется еще целый ряд разветвлений разряда; сила тока в к-рых меньше, чем в главном стержне . Непосредственные удары молнии в линию происходят обыкновенно главным образом при посредстве этих ответвлений от главного стержня молнии. Разряд молнии пол^чается апериодическим, и если при разряде молнии и возникают колебания, то их следует объяснить вторичньши причинами вследствие индукционных влияний при разрядах на проводах и изоляторах в присутствии емкости и самоиндукции.

По данным проф. Маттиаса разряд молнии обыкновенно направлен от облака к земле и в редких случаях в обратном направлении. Соотношение числа случаев образования разряда молнии в направлении от облака к числу случаев образования разряда молнии iB обратном направлении составляет приблизительно 6:1. По данньпд проф. Маттиаса сила тока в главном стержне молнии колеблется в пределах от 1 до 50 ООО А, причем кроме главного стержня имеется еще целый ряд ответвлений, число к-рых доходило в указанных наблюдениях до 42. Длительность разряда в ответвлении молнии составляет приблизительно 0,5-20 микросекунд ([Л.СК.). Обычно скорость изменения градиентов потенциала электрич. поля под облаком составляет ок. 2 ООО kV/jw в ск, хотя проф. Маттиас наблюдал в отдельных случаях изменение градиента потенциала, превосходившее бо.лее чем в 10 раз указанное выше. Скорость изменения электрического поля под облаком обыкновенно недостаточна, чтобы вызвать сколько-нибудь значительные П. в линии, к-рые получаются опасными при непосредственном ударе молнии или ее разветвлений в проводы и.ли заземленные тросы линии. Пик (F. W. Реек) на основании своих наблюдений дает следуюпще характеристики грозовых разрядов: напряжение молнии порядка 100 ООО ООО V; сила тока в мольши -100 ООО А; энергия разряда - 4 kWh; мгновенная мощность в молнии- 100 млрд. ЬР; продолжительность разряда- несколько fxCK. (1-10 ji-CK.); критический градиент разряда молнии-330 kV/.i*.

Общая величина энергии, которая расходуется в течение года на грозовые разряды на всей поверхности земли, соответствует приблизительно энергии центральной станции, работающей непрерывно при мопщости

1 200 ООО kW. Что же касается волн импульсов, появляющихся на линии при грозовых разрядах, то Пик дает для них следующую характеристику; волны большого напряжения имеют подъем фронта в течение нескольких fck.; напряжение волн падает наполовину в течение 5-20 jack. Сила тока в линии во время импульса достигает 2 000-5 000 А. Волны получаются апериодическими и имеют весьма значительное затухание. Коэфициент импульса на линии для волн сильных грозовых разрядов получается равным 2. Напряжение волны возрастает пропорционально высоте проводов над уровнем земли, причем заземленный трос над линией снижает это напряжение приблизительно наполовину. По америк. данньш 75% всех аварий на линиях высокого напряжения обусловлено грозовьшси разрядами, являющимися главньпи врагом линий передач, от к-рого гл. образом необходимо защищать линии передачи энергии. Льюис систематически исследовал кратность П. на различных американских установках в течение ряда лет. На кривых фиг. 16 приведены результаты исследований за 1929 год на установках Pennsylvania Power and Light Company (кривая 1) напряжением 220 kV и Ohio Power Company (кривая 2) на-прян'ением 132 kV. На оси абсцисс отложена кратность П. по отношению к амп.литуде фазного напряжения, а по оси ординат отложено число П. в % от общего числа грозовых перенапряжений. Как видно из кривых, П. достигали 14-кратной величины, причем такого рода П. бывали очень часто на установке в 220 kV. Последнее обстоятельство объясняется отчасти тем, что эта установка находится в местности, отличающейся весьма ча-стьпди и сильными грозами, а также и тем обстоятельством, что на этой установке защитный трос применен только на части линии в виду усиленной изоляции самой линии. Что касается абсо-лютных величин числа перенапряжений грозового характера на этой установке, то было 14 случаев П. свыше 2 400 kV из общего числа 45 грозовых П. свыше 300 IcV. Льюис исследовал также затухание волн грозовых П. на существуюгцих установках. Напряжение волны в kV м. б. выражено следующей ф-л ой:

hseo +1

где бо-напряжение волны в месте ее возникновения в kV; fc - постоянная; s - расстояние в км от места возникновения волны; е-напряжение волны в kV на расстоянии s км от места ее возникновения. Затухание волны пол^чится равным (в kV/ot):

Фиг. 16.

4 = = -

Cfefie, + l)a