12 Дәріс Ішкі асқын кернеу және одан қорғау шаралары

Дәріс мақсаты:

Дәріс мазмұны:

1. Ішкі асқын кернеудің жалпы сипаттамасы

2. Жоспарлық және апаттық қосылу және ажыратылу кезіндегі коммутациялық асқын кернеу.

3. Коммутациялық асқын кернеу кезіндегі электр қондырғыларының ішкі және сыртқы оқшауламаларының электрлік төзімділігі

4. Квазистационарлық асқын кернеулер

5. Ішкі асқын кернеуден шектеу принципі және одан қорғау.

Электр беру желілері индуктивті және сыйымдылықты қасиеттерге ие болады, резонанстық құбылыс мүмкіндігі орын алады. Қарапайым түрде П-тәрізді ауыстыру сұлбасынан көрінеді. Егер желінің ұзындығы электрмагниттік өріс толқынының ұзындығының оннан бірінен аспаса, желі электрлік түрде қысқа деп саналады; 50 Гц жиілікте толқын ұзындығы ауада 6000 км құрайды.

14.1-сурет. Электр беру желілерінің біржелілік сұлбасы (а) және П-тәрізді ауыстыру сұлбасы (б)

Желіні біржақты қоректендіру желінің әр түрлі ұштарындағы ажыратқыштардың коммутациясының сәйкес келмеуінен қосылуы немесе ажыратылуынан пайда болады. 14.1-суретте резонанс желі ұзындығы 1500 км және жүктеме болмаған жағдайда, генератордың ішкі кедергісі өте аз болғанда пайда болады. Генератордың қуаты аз болса (индуктивтілік L шамасы өте үлкен) резонанс желінің аз ғана ұзындығында пайда болады. Желі сымдарында тәж сыйымдылықты ұлғайтады және аз ұзындықтарда резонансқа әкеледі. Резонанста желі соңындағы кернеудің ұлғаюы номинал кернеуден бірнеше есе үлкен болуы мүмкін. Егер желінің ұзындығы салыстырмалы түрде аз болса, онда желі соңында оның параметрлері мен ұзындығына тәуелді болатын кернеудің сәл жоғарылауы байқалады.

Желіге трансформаторлардың қосылуы негізінен жоғарылатылған кернеуде трансформаторлық болаттың қанығуы есебінен желінің сыйымдылықты құбылысын азайтады; бос жүріс тогы есебінен номинал режимде, әдетте, өте азаймайды.

Желі учаскесінің ұзындығын азайту сыйымдылықты құбылыстың асқын кернеуін азайтады. Жүйелерді қосатын желі учаскелерінің үлкен ұзындықтарында (300 км жоғары) және аз қуатында желіге сыйымдылықты токты қарымталайтын шунттаушы реакторлар қондырылады.

3..35 кВ кернеулі электр тораптарына арналған «Электр қондырғылары құрылғысының ережелері» оқшауланған нейтральмен немесе жерлестірілген нейтральмен реактор немесе резистор арқылы жұмыстарды қарастырады. Бұл шара электрмен жабдықтау сенімділігін және трансформаторлар мен ажыратқыштардың қызмет ету мерзімін көтереді, өйткені бір фазалы жерге қысқа тұйықталу аз токтармен сипатталады және ұзақ уақытқа рұқсат етіледі. Мұндай қысқа тұйықталу түрі көбіне электрлік доғаға ұласатындықтан, оны үзу үшін доға сөндіруші реактор көмегімен желі сымдарының сыйымдылықты токтарын қарымталауға тура келеді. Сыйымдылықты ток әуелік желілерінде темірбетонды және металдан жасалған тіректері бар 3-20 кВ кернеулі тораптар мен кернеуі 35 кВ тораптардың бәрінде номинал режимде электр тогы 10 А-ден жоғары болған жағдайда қарымталанады. Ал, ағаштан жасалған тіректілерде - 6 кВ кернеуде 30 А, 10 кВ кернеуде 20 А болады.

Доға сөндіруші реактордың жұмыс режимі 14.2-суретте С фазасында қысқа тұйықталу режимі үшін көрсетіледі. Мұндай қысқа тұйықталуда А сымының сыйымдылығындағы кернеуден ток векторы -қа озып отырады (немесе векторынан -қа қалып отырады). В сымының сыйымдылығында кернеуі әсер етеді, бұл кернеуден ток векторы - қа озып отырады. Доға сөндіруші реакторда кернеу -ға тең және ток бұл кернеуден - қа қалып отырады. Егер және токтары бірдей болса және шарты сақталатын болса, онда тогына тең болатын , және токтарының қосындысы нольге тең болады және қысқа тұйықталудың орныққан тогының доғасы пайда бола алмайды.

14.2-сурет. Доға сөндіруші реактордың қосылу сұлбасы (а), кернеулердің векторлық диаграммасы (б) және токтар қосындысы (с)

Дегенмен, жерге тұйықталу болмаған жағдайда доға сөндіруші реактордың қосылуы нейтральдің резонанстық ығысуын тудыруы мүмкін, бұл жағдай квазистационарлық асқын кернеуге ұласады. Жүйенің қалыпты жұмысындағы мінсіз келтіруде реактордағы кернеу тең болады, мұндағы - доға сөндіруші реактор болмаған жағдайдағы трансформатор нейтралындағы кернеу, -реактордың активті кедергісі. Егер жүйе түгел симметриялы болса, онда нольге тең, бірақ толық симметрия болмайды, ал қатынасы өте үлкен, сондықтан қалыпты режимдегі нейтраль ығысуы фазалық кернеуді едәуір ұлғайтады. Қалыпты режимде реактор кернеуін төмендету үшін симметрия режимін жақсартады.

Доғаны сөндіру кезіндегі асқын кернеулер. Жоғары кернеу тізбектеріндегі коммутацияның көбісі электр разрядының бір түрі - электр доғасының пайда болуымен қатар жүреді. Электр доғасы токтың үлкен тығыздығымен және газ молекулаларының термиялық иондалуымен сипаттталады. Доғаны сөндіруде токтың азаю жылдамдығы торапта пайда болатын асқын кернеулерді анықтайды.

Доға болуының шарттары және оның сипаттамалары оның суу жылдамдығына тәуелді болады. 200-300 А жоғары токтарда және ауадағы қозғалыссыз доғада потенциалдың орташа градиенті 8..10 В/см құрайды. Егер ажыратылатын түйіспелерде кернеу 15..20 В болса15..20 В, доға пайда бола алмайды және ток аз уақытта(1 мс аз) үзіледі, бұл тізбекте өте үлкен токтар мен едәуір индуктивтілік болғанда үлкен асқын кернеулерге әкеледі. 0,4..1 А төмен токтарда доғадағы жылу балансы сақталмайды және тізбек ажырауы үлкен асқын кернеулі көптеген орнықсыз разрядтар тудырады.

Ажыратылатын түйіспелерде үлкен токтар мен кернеулерде қасиеттері вольт-амперлік сипаттамамен анықталатын орнықты доға (тұрақты токтың орныққан доғасы үшін статикалық және айнымалы кернеуде динамикалық) пайда болады. Доға сөнуі жылдамдығының пайда болатын асқын кернеулерге әсерін бейнелеу үшін резисторлы және орамалы элементтері бар тұрақты токтың қарапайым тізбегіндегі (14.3-сурет) үрдістерді қарастыру жеткілікті болады.

Кирхгофтың екінші заңына сәйкес . Доғаның вольтамперлік сипаттамасының 14.4а-суреттегідей орналасуы мен ток болса, болады, сондықтан тізбектегі ток шамасына дейін өседі де, болады, токтың өзгерісі болмайды және доға ұзақ уақыт бойы жанып тұрады. орнықсыз тепе-теңдік нүктесі деп аталады.

14.3-сурет. Тұрақты ток тізбегінің сұлбасы

14.4 -сурет. Орнықты (а) және орнықсыз (б) электр доғасының вольтамперлік сипаттамасы

Доға сөнуі үшін шамасын доғаны соза отырып, ұлғайту қажет. Егер оның вольтамперлік сипаттамасы 14.4б-суреттегідей барлық жерде түзуінен жоғары болса, онда барлық жерде болады, қоректендіру көзі доғаны ұстап тұра алмайды және доға сөнеді. Осыдан, токтың азаю жылдамдығы тізбек параметрлерімен және доға ұзаруының жылдамдығымен анықталады.

Айнымалы кернеуде доғаның тогы периодты түрде нольге дейін төмендейді және доға толық сөнеді. Егер аралықтағы қайта қалпына келетін кернеу аралықтағы тесіп өту кернеуінен төмен болса, онда доға қайта жана алмайды және ток табиғи түрде тоқтайды, осы себептен айнымалы токтың доғасының сөнуі едәуір оңай болады.

14.3-суреттегі сұлба нүктелерінің потенциалдары уақыт өтуімен 14.5-суреттегідей болып өзгереді. b нүктесінің потенциалы теңдеуімен анықталады, ал c нүктесінің потенциалы, яғни доғадағы кернеу

тең болады.

14.5-сурет. Доға сөнуі кезіндегі асқын кернеулер

14.5-суретте пайда болатын асқын кернеудің тізбектегі токтың азаю жылдамдығымен анықталатыны көрсетілетін b нүктесінде кернеудің уақыт өтуімен өзгеру қисығы көрсетілген.

Коммутациялық асқын кернеулер. Коммутациялық асқын кернеулер жүктелмеген желілердің қосылуынан болады, квазистационарлық асқын кернеуге сыйымдылықты құбылыстың есебінен желінің сыйымдылығы мен индуктивтілігінің сөнуші тербелістері үстемеленеді. Тербелмелі құраушының амплитудасы немесе қосылу бұрышында максимал болады және оның шамасы орныққан режимнің екі амплитудасын құрайды. Желінің өзіндік тербелістерінің жиіліктері торап жиілігімен сәйкес келсе, тербелмелі құраушының амплитудасы еріксіз құраушының он еселік шамасына жетуі мүмкін. Мұндай асқын кернеуді азайту үшін келесі шараларды қолданады:

• екісатылы қосылысты шунттаушы резисторларды қолдану, әуелі кедергілері 600..1200 Ом резистормен, содан кейін 10..20 мс өткен соң осы резисторды шунттау (14.6-сурет);

14.6-сурет. Шунттаушы резисторлы ажыратқыштың сұлбалары

• қолайлы қосу уақытын таңдауға мүмкіндік беретін ажыратқыштар;

• вентильдік разрядтағыштар мен асқын кернеуді шектегіштерді (ОПН) қолдану;

• желіні ұзындығы 250..300 км аспайтындай учаскелерге секциялау.

Бірфазалы немесе екіфазалы автоматты қайта қосылуда өтпелі үрдіс жүктелмеген желінің қосылуынан желінің бүлінбеген фазаларында заряд болуымен ерекшеленеді. Реакторсыз желілерде заряд оқшаулатқыштардың активті өткізгіштіктері арқылы жерге ағып кетеді және құрғақ ауа-райында орташа есеппен АПВ 0,4 с-қа кешіккен жағдайда қалған зарядтың кернеуі бастапқының 60-70%-ын құрайды. Жалпы, АПВ кезінде асқын кернеулер жүктелмеген желілердің қосылуына қарағанда жоғарырақ болады.

Үлкен коммутациялық асқын кернеулер тек қана қосылулар кезінде ғана емес, сонымен қатар жүктелмеген желілер мен конденсаторлық батареялардың ажырауы кезінде де орын алады. Едәуір асқын кернеулер сыйымдылықты элементтің ажырауы кезінде ажыратқыштың ажырайтын түйіспелері арасындағы тесілулердің қайталануынан пайда болуы мүмкін. Түйіспелер арасындағы тесіп өту кернеуі ауалық ажыратқыштарда түйіспелерінің тез орын ауыстыруы мен интенсивті үрленуі есебінен майлы ажыратқыштарға қарағанда тез өседі. Токтың ноль арқылы өткенде доға сөнеді, ал жарты периодтан кейін сыйымдылықты элементтегі қалған кернеуден қалпына келетін түйіспелердегі кернеу тораптық кернеудің екі еселенген амплитудасын құрайды. Егер ол тесіп өту кернеуінен үлкен болса, онда тізбек қайта қосылады. Ток нольдік мән арқылы өткенде токтың келесі үзілуі болады және тесіп өту қайталануы мүмкін. Коммутация кернеу максимумында тесіп өтулер болатын бірінен соң бірі кезектескен ажыратулар мен қосылулар сериясынан және ажыратылған тізбектегі үрдістің кешігуінен (раскачивание) тұрады. Осылай пайда болатын асқын кернеулердің шамасы өте үлкен болатындықтан, жүктелмеген желілер мен конденсаторлар батареясының ажыратылу үрдістерінде қайта жануды болдырмайтын ажыратқыштарды қолданған тиімді.

Қысқа тұйықталуларды ажырату асқын кернеулерге әкеледі, өйткені қорғаныс селективтілігінің есебінен желінің бөлігі ғана ажыратылады, ал қалған бөлігі қысқа тұйықталуға жақын орналасқан ажыратқыш ажырағаннан кейін кернеуі қалпына келетін желіні құрайды. Желіде бойлық қарымталау құрылғысының болуы желінің қоректендіру көзінің кернеуі амплитудасының үш еселік мәнінен асатын асқын кернеудің ұлғаюына әкеледі.

Жүктелмеген трансформаторды ажырату (және кез келген индуктивті элементті) ажыратқышпен токты кескенде трансформатор индуктивтілігі-тізбек сыйымдылығы контурындағы үлкен амплитуданың сөнетін тербелістерінің пайда болуына ықпал жасайды. Осы кезде ажыратқышта доғаның қайта жағылуы асқын кернеуді шектейді, дегенмен қайта жағылу саны көбейсе, жұмыстық кернеудің төрт амплитудасына жететін асқын кернеулер болуы мүмкін. Трансформаторлық қосылуларға қондырылған разрядтағыштар асқын кернеулерді шектейді.