46. Коммутационные перенапряжения, возникающие при отключении ненагруженных тр-ров

При отключении тока нагрузки или тока КЗ гашение дуги в выключателях высокого напряжения происходит при переходе тока через нулевое значение. В этом случае запасенная в индуктивности энергия равна нулю и перенапряжения практически не возникают. Когда же отключаются малые индуктивные токи (например, ток холостого хода трансформатора, который составляет единицы или даже доли процентов номинального тока трансформатора), обрыв тока происходит раньше его естественного прохождения через нулевое значение и в этой ситуации могут развиться значительные коммутационные перенапряжения. Схема для анализа таких перенапряжений представлена на рис.

Рис. 4.44. Принципиальная (а) и расчетная (б) схемы при отключении ненагруженного трансформатора: Т – трансформатор; В – выключатель; ВН, НН – шины высокого и низкого напряжения; e(t) – ЭДС источника питания; С – входная емкость трансформатора; L – индуктивность намагничивания трансформатора

Явление обрыва тока получило название среза тока, а ток i₀ называют током среза. Емкость С в расчетной схеме замещения включает в себя входную емкость трансформатора и суммарную емкость ошиновки от трансформатора до выключателя. Индуктивность L расчетной схемы моделирует индуктивность ненагруженного трансформатора.

Пусть контакты выключателя начали расходиться в момент времени t_н, между контактами загорается дуга, в выключателе начинается активный процесс дугогашения и в момент t₀ происходит срез тока. Напряжение на емкости С в это мгновение равно U₀. В колебательном контуре остается энергия, запасенная в индуктивности и в емкости. В контуре возникнут колебания с максимальной амплитудой напряжения на емкости

Напряжение может достигать больших значений. После первого среза тока напряжение на емкости С начинает возрастать.

После повторного пробоя напряжение на емкости становится равным ЭДС, в цепи вновь появляется ток, в выключателе вновь начинается процесс дугогашения и происходит новый срез тока, но уже при меньшем значении, чем i₀. Вследствие этого и ожидаемое напряжение оказывается меньше. Но если оно достаточно велико, то вновь возникнет повторный пробой в выключателе, и так будет длиться до тех пор, пока максимальное напряжение между контактами выключателя не сделается меньше восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка выключателя. защита от этих перенапряжений может осуществляться с помощью обычных грозозащитных вентильных разрядников или ОПН.

47. Напряжения, воздействующие на изоляцию в процессе эксплуатации.

1) Рабочее напряжение. Длительно воздействует на изоляцию высоковольтных конструкций в течение всего срока службы (20…30 лет). Величина этого напряжения устанавливается в соответствии с номинальным напряжением электрической сети. Для каждого класса напряжения наибольшее рабочее воздействующее напряжение (линейное) определяется как

причем значение коэффициента К принимается в соответствии с данными, приведенными в табл. «Соответствие коэффициента К и классов напряжения».

Uраб наиб=Краб*Uном

Краб=1,2; 1,5 1,1 1,05

Uн=3-20 кВ 35-220кВ 330кВ 500,750,1150кВ

а) изолированная нейтраль б) заземленная нейтраль

U_{раб.наиб} U_{раб.ф.наиб}

2) Внутренние ПН

Спектр значений ВПН лежит в широких пределах. Так, при однофазных замыканиях на землю и внезапных сбросах нагрузки, кратность перенапряжений для классов 110…500 кВ не должна превышать 1,38U_ф. н (заземленная нейтраль) и 1,73U_ф. н в сетях с изолированной нейтралью.

При отключении ненагруженных трансформаторов кратность ВПН может достигать (3,5…4,0)U_ф. н при длительности до 100 мкс с частотой до 10 кГц.

Величины воздействующих напряжений при ВПН ограничиваются вентильными разрядниками. Для внутренних перенапряжений уровень воздействующих напряжений оценивается как

, (3.3)

где U_раз – наибольшее пробивное напряжение разрядника при промышленной частоте; 1,07 – коэффициент, учитывающий статистический разброс пробивных напряжений разрядника.

3) Атмосферные перенапряжения

возникают на изоляции электрооборудования как при прямых ударах молнии в провод или опору ЛЭП, так и при разряде молнии вблизи линии.

Для защиты оборудования от набегающих волн на подстанции устанавливаются грозозащитные вентильные разрядники.

Значение воздействующих напряжений на изоляцию оборудования при АПН

(3.4)

где U_{раз. ост} – остаточное напряжение на разряднике при токе молнии 5 кА для изоляции класса напряжения 110…220 кВ и при токе 10 кА для класса напряжения более 300 кВ; К_г – коэффициент, учитывающий перепад напряжения между разрядником и защищаемым объектом за счет индуктивности ошиновки между ними.

При ограничении крутизны набегающей волны и рациональном расположении разрядников на подстанции можно принять для силовых трансформаторов К_г = 1,2 и для остального оборудования К_г = 1,3–1,4.

Нелинейные ограничители перенапряжений имеют существенно меньшее остающееся напряжение при токах координации, поэтому применение этих ограничителей позволяет существенно снизить значения воздействующих не только внутренних, но и грозовых перенапряжений.