Характеристики коммутационных перенапряжений.

Важнейшей характеристикой перенапряжений является их кратность, т. е. отношение максимального значения напряжения Uмакс к амплитуде наибольшего рабочего напряжения на данной элементе √2Uном.раб

Ударный коэффициент перенапряжений:

Коэффициент установившегося режима:

Следует отметить, что при измерении кратности перенапряжений или при ее расчете Uмакс обычно относят не к величине √ 2Uном.раб, а к фактической амплитуде рабочего напряжения, имеющего место непосредственно перед появлением перенапряжения или установившегося после него. Это не противоречит данному выше определению кратности по формуле (1), поскольку предполагается, что величина Uмакс пропорциональна рабочему напряжению и при повышении напряжения до наибольшего рабочего значения величина кратности не изменится.

Например, при включении (пуске) высоковольтного электродвигателя возможно возникновение перенапряжений с кратностью до 3,3 относительных единиц (о.е.) по отношению к амплитуде наибольшего рабочего напряжения [4], что представляет опасность для его изоляции. Перенапряжения в этом случае не зависят от типа дугогасящей среды высоковольтного выключателя и определяются только моментом включения и разбросом замыкания контактов разных фаз. Исключить эти перенапряжения регулировкой хода контактов выключателя не представляется возможным.

Также перенапряжения характеризуются формой кривой перенапряжения, позволяющей определить воздействия на изоляцию и составом оборудования электрической сети, подверженного действия данного вида перенапряжения.

Амплитуда допустимых перенапряжений на изоляции высоковольтных электрических машин определяется по следующей формуле:

где - номинальное напряжение, - допустимое напряжение.

Допустимая кратность перенапряжений на изоляции машин составляет не более 2,6 - 2,9 по отношению к номинальному фазному напряжению и 2,2 - 2,4 по отношению к максимальному фазному рабочему напряжению.

(3 )

где δВП=1,3 - коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6-35 кВ;

КВП=0,9 - коэффициент кумулятивности.

Величины, числено характеризующие внутренние перенапряжения, оказываются зависимыми от ряда случайных обстоятельств: от схемы сети, ее режима, ее параметров, от наличия средств борьбы с перенапряжениями и эффективности этих средств, а также от некоторых других факторов, например мгновенного значения тока и т.д. Поэтому количественные характеристики внутренних перенапряжений оказываются величинами случайными, требующими при их рассмотрении привлечении методов математической статистики.

Можно найти такие сочетания переходных процессов, которые дают перенапряжения очень высокой кратности. Однако если такое сочетание весьма маловероятно, то его обычно не принимают в расчет, считая, что в этом случае можно допустить перекрытие внешней изоляции или срабатывание защитного аппарата (вентильного разрядника, ограничителя перенапряжения) с его возможным разрушением. В то же время и в этих очень маловероятных случаях должна быть исключена возможность повреждения внутренней изоляции машин и аппаратов. Но не всякое наложение переходных процессов маловероятно. Следует реально считаться с такими процессами, которые являются следствием друг друга. Именно на такие процессы и следует ориентироваться при оценке возможной кратности внутренних перенапряжений и выборе средств их ограничения. [3]

Характеристические уравнения перенапряжения.

Рассмотрим схему замещения для цепи состоящей из вакуумного контактора нагрузки и источника питания см рис.5.

Рис.5 Работа контактора на чисто индуктивный характер нагрузки.

При включенном состоянии контактора цепь характеризуется уравнением составленному по II закону Кирхгофа:

Где - значение напряжения источника питания, -падение напряжения на нагрузке цепи.

В момент размыкания контактов контактора напряжение приложенное к узлам А и Б можно описать следующим выражением:

или заменив получим:

Уравнение описывает процесс в момент отключения нагрузки, а так как в данном примере нагрузка представлена индуктивностью, то в катушке при отключении самоиндукция при убывании тока — оказывается сонаправлена с током в результате к узлам А и Б приложена сумма напряжений источника питания и ЭДС, что мы наблюдаем в виде перенапряжения.

При введении в ту же цепь активного сопротивления (см рис.6) процессы проходят аналогично, за исключением того что активное сопротивление вводит в уравнение дополнительное падение напряжения что ведет к снижению величины перенапряжения и в общем виде характеризующее уравнение выглядит:

.

Рис.6 Работа контактора на активно-индуктивный характер нагрузки.