5.3.1. Перенапряжения при включении разомкнутой линии

Любая линия обладает распределенными емкостью и индуктивностью и потенциально обладает колебательными свойствами (см. рис. 5.1). При включении холостой линии под напряжения в первый момент не все распределенные индуктивности пропускают ток. С течением времени увеличивается число подключенных к линии LC контуров, а в них возникают гармонические колебания напряжения на различных частотах. Максимальные перенапряжения появляются в тот момент времени, когда с амплитудой установившегося напряжения совпадают амплитуды отдельных составляющих гармонических колебаний. Тогда без учета затуханий:

,

где и – амплитуды первой и второй гармоник.

Однако такое совпадение происходит не в первый момент после включения линии, а по истечении некоторого времени. Чем больше время запаздывания таких совпадений, тем больше будет сказываться эффект затухания. Характер изменения напряжения на линии при ее включении показан на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Форма напряжения при включении разомкнутой линии

На величину сильно влияет фаза питающего напряжения в момент включения выключателя. Наибольшие перенапряжения появляются при включения выключателя в момент амплитуды питающего напряжения. Таким образом, величина носит статистический, вероятностный, характер. Максимальное значение появляется с вероятностью 0,023.

На линиях СВН необходимо учитывать, что установившиеся перенапряжения превышают напряжение источника питания за счет емкостного эффекта. Следовательно, такие коммутационные перенапряжения практически всегда опасны для изоляции линий СВН и требуют применения специальных мер для их ограничения.

5.3.2. Перенапряжения при автоматическом повторном включении выключателя (апв)

Рассмотрим цикл АПВ на линии при однофазном КЗ в точке К вблизи выключателя (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема замещения линии при однофазном коротком замыкании

Первым от релейной защиты отключится ближайший к месту КЗ выключатель и в здоровых фазах на линии появятся перенапряжения за счет емкостного эффекта и несимметрии. После отключения КЗ выключателем емкость проводов здоровых фаз окажется заряженной до напряжения в общем случае больше напряжения источника питания. В течение паузы АПВ ( ) этот заряд уменьшится на 30-40 % за счет токов утечки.

В момент включения выключателя от автоматики АПВ наибольшее перенапряжение появится в том случае, если знак заряда линии и знак питающего переменного напряжения в момент включения имеют противоположные значения. При этом возникает сложный переходной процесс, состоящий из двух процессов: разряд заряженной линии через источник питания, обладающего индуктивностью, и включение разомкнутой линии под напряжение (см. п. 5.3.1). Ударный коэффициент при этом носит статистический характер, и максимальное его значение составляет для линий до 220 кВ и для линий СВН.

Меры ограничения таких перенапряжений направлены на снижение остаточного заряда линии в период паузы АПВ. Для этой цели на линиях до 220 кВ можно применить выносной измерительный трансформатор напряжения (ТН). В этом случае остаточный заряд линии стекает через активное сопротивление ТН. Для линий СВН такой способ не подходит, так как заряженная емкость линии и шунтирующие реакторы образуют колебательный контур и в период паузы АПВ в линии происходят собственные колебания напряжения с частотой около 45 Гц. Для такой частоты ТН обладает большим сопротивлением, и разряда емкости не происходит. На контактах выключателя при этом появляется напряжение биения с частотой и если выключатель включится в максимум напряжения биения, то и достигнет наибольшего значения.