Литературный обзор (стр. 2 из 4)
Коммутационные перенапряжения возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети (при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима) за счет энергии, запасенной в емкостных и индуктивных элементах. Наиболее часто такие перенапряжения имеют место при коммутациях линий, индуктивных элементов, конденсаторных батарей[3].
В процессе эксплуатации электрических установок коммутационные перенапряжения возникают при включениях и отключениях цепей, дуговых замыканиях на землю, резонансе участков сети на рабочей частоте или частоте высших гармоник. Для установок с напряжением 330 кВ и выше перенапряжения внутреннего происхождения являются определяющими при выборе уровней изоляции. Характерны для линий с напряжением 330—500 кВ кратковременные перенапряжения при переходных процессах, возникающих в результате нормальных или аварийных коммутационных процессов в системе[5].
Решающее влияние на уровень внутренних перенапряжений оказывают характеристики выключателей. Опытом установлено, что в сетях 110 кВ с масляными выключателями при отключении ненагруженных линий возникают многократные повторные зажигания и появляются перенапряжения, достигающие от 2,5 до 3,1 Uф . При отключении той же системы с глухозаземленной нейтралью с воздушными выключателями перенапряжения не превышают 2,5 Uф.
При отключении ненагруженных трансформаторов возможны перенапряжения более 3Uф. Эти перенапряжения из-за малой длительности могут быть приравнены к атмосферным перенапряжениям. Поэтому для защиты изоляции на подстанциях и станциях от перенапряжений служат обычные вентильные разрядники. Основной мерой защиты от внутренних перенапряжений являлся до сих пор выбор таких уровней изоляции, которые могли бы обеспечить бесперебойную работу электрических аппаратов и трансформаторов при воздействии перенапряжений, возникающих при различных переходных режимах. В настоящее время уровень внутренних перенапряжений для электропередач с напряжением 330 кВ принят 2,7 Uф при условии, что система имеет глухозаземленную нейтраль, защищена вентильными разрядниками, а выключение осуществляется воздушным или малообъемным масляным выключателями. В электропередачах с напряжением 500 кВ необходимо учитывать появление перенапряжений, связанных со специфическими особенностями передачи энергии по длинным линиям. Характерно для длинных линий то, что они имеют большую величину емкости относительно земли. Поэтому при работе их на холостом ходу и включении на полное фазовое напряжение, напряжение на разомкнутом конце значительно превышает напряжение в начале линии. Чтобы устранить такое явление, применяют шунтирующий реактор, который включают между каждым проводом линии и землей в определенных местах линии и тем самым компенсирует ее емкость.
В конструктивном отношении шунтирующий реактор представляет собой индуктивную катушку, помещенную на магнитопровод и опущенную в бак с маслом. Реактор может быть использован для отбора мощности.
Поскольку длинные линии обладают большой индуктивностью, это ведет к уменьшению передаваемой мощности. Для устранения этого явления включают в рассечку линии емкость. Такое устройство называют продольной компенсацией.
К перенапряжениям длинных линий с напряжением 500 кВ относится повышение напряжения основной частоты при одностороннем включении или отключении линии, а также перенапряжения резонансного характера. При разрыве передачи у приемного конца при однофазном замыкании перенапряжения достигают 2,6 Uф. При отключении ненагруженного участка линии при однофазном коротком замыкании и отключенном реакторе перенапряжения достигают 2,8 Uф, а на контактах выключателя 4 Uф. Опыты показали, что на линиях 400 кВ перенапряжения могут изменяться в пределах от 1,6 Uф до 3 Uф. Расчетный уровень внутренних перенапряжений для 400 кВпринимается равным 3 Uф. Этот уровень является предельным и по технико-экономическим соображениям. Для напряжений 500 кВ уровень внутренних перенапряжений снижается до величины 2,5 Uф[22].
Отключение линии с повторным зажиганием дуги.
Если выключателем в начале линии отключить ее в тот момент, когда зарядный ток линии равен нулю, а напряжение достигает максимума, то линия даже при отключенном генераторе будет удерживать напряжение Uф. Через полпериода с момента отключения генератора напряжение на его зажимах изменит знак и достигнет отрицательного максимума. Разность потенциалов на выключателе возрастет до удвоенного значения Uф. Если к этому времени расстояние между контактами выключателя будет невелико, то оно будет пробито и на выключателе появится снова дуга. В линии в это время от генератора к ее концу направится волна с напряжением —2 Uф. Дойдя до конца, она отразится от него до —4 Uф.
Вычитая + Uф из -4Uф, получим - 3 Uф. Таким образом, линии окажется заряженной до -З Uф. Через полпериода напряжение на выключателе за счет перемены знака напряжения источника достигнет +4 Uф. Это напряжение может снова пробить промежуток в выключателе и тогда вновь появится дуга, и напряжение на линии в процесс перезарядки может возрасти до 5 Uф и т. Д[23],.
Отключение ненагруженных линий.
Коммутация линии разбивается на два этапа. При отключении вначале происходит отключение от нагрузки, затем – отключение ненагруженной линии от шин питающей подстанции. При включении вначале производится включение ненагруженной линии под напряжением, а затем включение под нагрузку. Данные измерения в сетях показали, что коммутационные перенапряжения на линиях возникают только при коммутациях ненагруженной линии: ее включение под напряжение или ее отключение от напряжения. Коммутации включения под нагрузку и отключения от нагрузки не сопровождаются перенапряжениями на линиях или вызывают перенапряжения малой кратности, которое можно не учитывать.
Как при включениях, так и при отключениях ненагруженных линии максимальные перенапряжения имеют место на разомкнутом конце линии. В тех случаях, когда коммутация ненагруженной линии производилась выключателями без повторных пробоев дугового промежутка, наибольшие перенапряжения возникали при операции включения. Когда коммутирующий выключатель давал повторные пробои, максимальные перенапряжения могли возникать при операции отключения.
На рисунке 3 представлена схема ненагруженной линии. Выключатель В3 отключает ненагруженную линию Л1. В цепи протекает синусоидальный ток.
Рис. 3. Схема ненагруженной линии (а) и график переходного процесса при повторном зажигании дуги в выключателе (б)
При обрыве этого тока (при его прохождении через нуль) напряжение на линии Л1 имеет амплитудное значение U = Uy.max. После обрыва тока на линии сохраняется напряжение U0= Uy.max, создаваемое зарядом на емкостях линии. На контактах выключателя появляется напряжение Uв(t), вызванное разностью ЭДС источника e = Emaxcos(wt) и напряжение U0, созданное зарядом на линии. Uв(t) = Emaxcos(wt) – U0. Через полпериода промышленной частоты напряжение на контактах выключателя достигнет значения Emax+ U0.
Максимальное напряжение в переходном процессе зависит от повторного пробоя межконтактного промежутка выключателя. Возможность повторного пробоя определяется соотношением между кривыми возрастания электрической прочности промежутков выключателя (2) и восстанавливающегося напряжения (1) (рис. 2.). Если кривая восстанавливающегося напряжения (кривая 1) пересечет кривую роста электрической прочности промежутков выключателя Uпр(t) в точке В, то произойдет повторное зажигание дуги. Если же восстанавливающееся напряжение Uв(t) (кривая 2) растет медленно, то отключение ненагруженной линии произойдет без повторного пробоя.
Рис.4. Кривые восстанавливающейся прочности (Uпр) (1)
и напряжения на выключателе (Uв) (2)
Из опыта эксплуатации известно, что величина перенапряжения составляет 3Uф. При снижении уровня изоляции до 2,5Uф при отключении ненагруженной линии указанные перенапряжения становятся опасным для изоляции[2].
Отключение ненагруженных трансформаторов.
Трансформатор можно выключить воздушным или масляным выключателями. В момент обрыва тока I0 напряжение на трансформаторе будет изменяться колебательным путем с частотой, определяемой индуктивностью Lтр и емкостью Стр трансформатора.