2.10 Перенапряжение при коммутации

КОНДЕНСАТОРОВ И ДЛИННЫХ ЛИНИЙ

а) Перенапряжения при отключении конденсатора. Рассмотрим процесс отключения конденсатора С в схеме рисунка 2.21, а. Зависимости токов и напряжений во времени даны на рисунке 2.21, в. Поскольку нагрузка чисто емкостная, ток i_c в цепи опережает напряжение источника на 90°.

Пусть контакты разошлись в точке 1 и дуга погасла в точке 2. В этот момент напряжение на конденсаторе достигает амплитудного значения напряжения источника. Напряжение на шинах (слева от выключателя) также равно напряжению источника, так что разность потенциалов на контактах выключателя и практически равна нулю. Если пренебречь сопротивлением утечки конденсатора, то после гашения дуги можно считать, что напряжение на конденсаторе постоянно и равно U_C.

Напряжение на шинах U_ш меняется по закону , и далее разность потенциалов на контактах выключателя будет изменяться по закону

.

По истечении полупериода напряжение на промежутке достигает значения 2Е. Если прочность междуконтактного промежутка превышает 2Е, то на этом процесс отключения заканчивается.

Напряжение, появляющееся на контактах в установках высокого напряжения, может пробить промежуток. Рассмотрим наиболее тяжелый случай, когда пробой промежутка происходит через 0,01 с после погасания дуги. В момент пробоя (точка 3) напряжение на промежутке равно 2Е. При пробое возникает высокочастотный процесс изменения напряжения. Амплитуда переходной составляющей в начальный момент равна 2Е. Частота колебаний определяется индуктивностью источника и отключаемой емкостью С. Напряжение высокочастотной составляющей колеблется около ЭДС источника как около нулевой линии. Из-за наличия потерь в емкости эта составляющая затухает.

Высокочастотный ток колебательного разряда, меняясь с той же частотой f₀ отстает от напряжения на 90°. ,а дуга с высокочастотным током погаснет в первый нуль тока (точка 4), то напряжение на конденсаторе будет равно 3Е а напряжение на зажимах выключателя − 2Е. Через полупериод основной частоты к промежутку будет приложено напряжение 4Е.

Если промежуток не выдержит этого напряжения, возникает повторный пробой с амплитудой переменной составляющей высокой частоты 4Е. В том случае когда дуга с током высокой частоты будет погашена и первый путь тока (точка 5), напряжение на конденсаторе станет равным 5Е.

Если не учитывать затухания, то при каждом повторном пробое напряжение возрастает на 2Е. При первом пробое оно равно 3Е, при втором − 5Е и т. д. Таким образом, повторные пробои дают чрезвычайно опасные перенапряжения, которые могут привести к повреждению изоляции оборудования.

а – схема замещения; б – отключение ёмкостного тока при наличии шунта ; в – процесс отключения ёмкостного тока при наличии повторных пробоев

Рисунок 2.21 − Отключение емкостного тока

Повторные пробои должны быть устранены либо за счет быстрого роста прочности промежутка, либо снижением напряжения на емкости после гашения дуги в точке 2 за счет разряда этой емкости на шунтирующий резистор (рисунок 2.21, б). В этом случае сначала размыкается контакт К1 и вводится сопротивление после чего отключается ток контактом К2. Расчеты напряжения на контактах выключателей и выбор . Величина выбирается так, чтобы, с одной стороны, снизить напряжение на контактном промежутке и избежать повторных пробоев, с другой − обеспечить надежное отключение оставшегося тока контактом К2.

При отключении длинной не нагруженной на конце линии процесс проходит аналогичным образом, если не появляется повторный пробой. При повторных пробоях в линии возникают волновые процессы, которые в конечном счете создают примерно такие же высокие потенциалы в установке, как и при отключении конденсатора.

б) Перенапряжения при включении длинных линий. При включении длинных не нагруженных на конце линий электропередачи и при их АПВ возможны перенапряжения, опасные для установленного оборудования. Для борьбы с этими перенапряжениями используются два способа. При первом способе специальной схемой управления контакты выключателя замыкаются тогда, когда разность потенциалов на них равна нулю. При этом исключается причина возникновения переходного процесса, создающего перенапряжение. Выключатель должен иметь стабильное время включения, поддерживаемое с высокой точностью, и довольно сложную схему управления. Поэтому пока этот способ распространения не получил. При втором способе применяется схема с предвключаемым резистором (рисунок 2.21, г). Здесь е(t) − ЭДС источника, х − его индуктивное сопротивление, u₁ - напряжение на левом выводе выключателя, u₂- напряжение в начале линии длиной . При включении линии вначале включаются вспомогательные контакты К1 и в цепь вводится резистор . Введение этого резистора усиливает процесс затухания и снижает перенапряжения. Спустя 1,5 − 2 периода сети переходной процесс заканчивается, включаются главные контакты К2 и процесс включения завершается.