Omezování kapacitních proudů
Vodiče zavěšené na stožárech představují vlastně kondenzátory se vzduchovým dielektrikem. Zcela
konkrétně lze proto u vedení rozlišovat dílčí vzájemné kapacity mezi jednotlivými vodiči a dílčí
kapacitu vodičů proti zemi. Z těchto dílčích kapacit se pak stanoví pro každé samostatné vedení jeho
tzv. provozní kapacita. Zpravidla se udává v uF/km.
Na negativní důsledek kapacity vedení můžeme poukázat jednoduchým příkladem. Jestliže na konci
vedení není připojen žádný spotřebič, vedení pracuje naprázdno, a přesto odebírá ze zdroje
(elektrárny) jistý proud. Tímto proudem jsou nabíjeny již zmíněné kapacity, a proto se mu říká
nabíjecí proud vedení. Představuje nemalé hodnoty. Např. u jednoduchého 100 kV vedení dlouhého
100 km s vodiči průřezu 150 mm2, průměrné výšce nad zemí 9 m a vzdáleností mezi vodiči 5,3 m,
které má provozní kapacitu 8,8 \uF/km, je nabíjecí proud asi 16 A, nabíjecí příkon pak 2,7 MVA. Jeli totéž vedení dlouhé 400 km, je nabíjecí proud již 63A a nabíjecí příkon 10,8 MVA. Tento příkon
představuje velmi podstatnou část ztrát elektrické energie při jejím přenosu. Příklad jasně naznačuje,
že nejde o zanedbatelné ztráty a že je nutné v rámci správného hospodaření s elektrickou energií
negativní důsledky kapacity vedení plně respektovat.
Sítě vn se provozují téměř výhradně s izolovaným uzlem. Vlivem dílčích kapacit vodičů proti zemi
C1, C2, C3 procházejí vodiči každé fáze tzv. zemní kapacitní nebo zemní nabíjecí proudy Ic1, Ic2,
Ic3. Velikost těchto proudů bývá v bezporuchovém stavu u jednoho vodiče přibližně 0,003 až 0,0035
A, na jeden kilometr jeho délky a 1 kV sdruženého napětí.
Za normálního bezporuchového stavu, kdy platí C 1 = C2 = C3 = C, jsou v souměrných sítích s
pravidelně transponovanými vodiči zemní nabíjecí proudy všech fází stejné a vzájemně elektricky
posunuté o 120°. Jejich fázorový součet se tedy rovná nule.
Dojde-li v této soustavě k jednofázovému zemnímu spojení, klesne napětí postižené fáze na nulu.
Uzel soustavy má pak proti zemi napětí fázové Us a napětí ostatních fází proti zemi vzroste na napětí
sdružené Us = Uf x Ѵ3. Vlivem sdružených napětí procházejí nyní kapacitami C, a C2 zdravých fází
nabíjecí proudy:
a fázorově se sčítají. Při jejich fázovém posunu 60° je výsledný kapacitní proud:
Tento proud prochází místem zemního spojení a zemí k uzlu transformátoru, dále nepostiženými
fázemi opět k místu zemního spojení. Velmi obtížně se vypíná a při obloukovém zemním spojení je
příčinou opalování až přetaveni vodičů, přerušovaného zemního spojení a přepětí.
Kapacitní proudy jsou tím větší, čím jsou vedení delší. U venkovních sítí vn nemají být celkové
kapacitní proudy větší než 60 A, u kabelových sítí ne větší než 350 A.
Z uvedeného je patrné, že kapacita vedení způsobuje značné obtíže jak při jeho provozu, tak i při
zemních spojeních.
Kapacitní zemní proudy je tedy nutné účinně omezovat - kompenzovat. Ve venkovních a kabelových
sítích se doporučuje kompenzovat zemní kapacitní proud už od 10 A. Při proudech nad 20 A je
kompenzace již nutná.
Kompenzace spočívá v tom, že se uzel transformátoru spojí přes tzv. zhášecí tlumivku (Petersenovou
zhášecí tlumivku) se zemí. Při zemním spojení prochází touto tlumivkou s vhodně zvolenou
indukčností proud, který se vrací přes zem, místem zemního spojení vodiče a poškozenou fází zpět
k tlumivce.
Při zemním spojení má tlumivka fázové napětí U, a prochází jí proud:
Tímto proudem je pak kompenzován zemní kapacitní proud ostatních dvou fází.
Z podmínky kompenzace (IC = IL) se velmi snadno určí potřebná indukčnost
tlumivky ze vztahu:
Vliv kapacity vedení na obrázku:
a) bezporuchový stav,
b) jednofázové zemni spoje:
c) kompenzace kapacitních proudů Petersenovou zhášecí tlumivkou
Kdyby šlo o zemní spojení obloukové, oblouk by působením tlumivky zhasl. Proto se jí říká zhášecí
tlumivka. Síť při jednofázovém zemním spojení s kompenzovaným zemním kapacitním proudem
může pak zůstat určitou dobu dále v provozu až do doby, kdy je porucha zjištěna a odstraněna.
Při normálním bezporuchovém provozu a úplné souměrnosti soustavy sítě není mezi uzlem a zemí
žádné napětí, a proto tlumivkou neprochází žádný proud. Se změnou kapacity sítě vlivem připojení
dalších vedení, odboček, vypnutím části vedení apod. je třeba měnit i indukčnost tlumivky i její
výkon. Proto se dnes používají zhášecí tlumivky s plynule řiditelnou indukčností. Požadovaná
indukčnost se nastavuje změnou vzduchové mezery v magnetickém obvodu.
Zhášecí tlumivky se připojují nejčastěji k uzlu hlavního napájecího transformátoru sítě, aby byla
kompenzována trvale celá napájená oblast.
Je třeba ještě podotknout, že při vícenásobném zemním spojení jsou zhášecí zařízení neúčinná. V tom
případě je nutné část sítě postižené těmito poruchami okamžitě vypnout.
Při navrhování, zkoušení a provozu zařízení ke kompenzaci kapacitních zemních proudu v sítích
vysokého napětí je nutné respektovat ustanovení ČSN 33 3070.
Download

REE 6 hodina