40. Коммутационные перенапряжения. Перенапряжения при включении линии.

В процессе работы энергосистемы возникает необходимость производить видоизменения схем (ремонты, включение и отключение отдельных линий), такое изменение сопровождается коммутацией, при которой неизбежно возникает переходный процесс, который может приводить к появлению перенапряжений. Рассмотрим простейшую модель такого процесса.

М одель включения ненагруженной линии электропередачи

Схема замещения:

C – суммарная емкость включаемой фазы линии относительно земли, L- ее индуктивность, активное сопротивление R – введено для учета потерь в линии.

Задача сводится к переходному процессу в R-L-C контуре, включаемом на синусоидальную ЭДС.

В большинстве случаев, когда линии имеет длину порядка 200-300 км, полная емкость и индуктивность линии относительно невелики, так что собственная частота колебаний данного контура существенно превосходит частоту вынужденной составляющей (промышленная частота). Поэтому мы можем считать, что включение происходит при постоянном значении питающей ЭДС, равным мгновенному значению ЭДС источника E, соответствующему выбранному моменту включения.

О ценки предельных значений кратности перенапряжения для рассматриваемого случая нетрудно сделать, предположив отсутствие потерь в линии, когда затухание равно нулю. При этом наиболее опасный момент включения соответствует, косинусу, стоящему в правой части выражения, равному минус 1. Отсюда имеем простую формулу для оценки, из которой следует, что если линия к моменту включения оказалась заряженной, то максимально достижимая кратность перенапряжения равна 3. В случае незаряженной линии максимальная кратность равна 2.

Осциллограмма коммутации Осциллограмма коммутации

заряженной линии незаряженной линии

В более общем случае, когда собственная частота контура, становится сравнимой с частотой вынужденной составляющей. Максимум напряжения может иметь место не в течение первого, а последующих полупериодов. При этом сближение указанных частот, как мы видели ранее, становится причиной резонансных явлений, и квазистационарных перенапряжений.

Краткая запись для оценки максимального напряжения

Формула для итоговой кратности:

­ - кратность перенапряжений, создаваемая переходным процессом по отношению к квазистационарному режиму в конце линии U_{уст m}

- кратность перенапряжений в квазистационарном режиме

П о результатам статистических исследований была получена аппроксимация вероятности возникновения коэффициента коммутационных перенапряжений с помощью нормального (Гауссового) распределения, представленного данной формулой.

При этом параметры этого распределения среднеквадратичное отклонение и среднее значение коэффициента перенапряжения. Последнее составляет величину менее 2.

41. Коммутационные перенапряжения. Перенапряжения при отключении линии.

Отключение не нагруженной линии может привести к значительным перенапряжениям. Главная опасность – повторные пробои межконтактного промежутка в процессе разведения контактов. В этом случае емкость линии будет перезаряжаться в колебательном переходном процессе. При этом, как показано на стилизованной осциллограмме, при погасании дуги заряд линии может увеличиться на величину амплитуды напряжения генератора. В дальнейшем такой процесс может повториться, каждый раз увеличивая напряжение на линии. Неблагоприятные начальные условия при повторных зажиганиях дуги складываются вследствие весьма медленного (десятки секунд) процесса стекания заряда с емкости линии благодаря высокому сопротивлению утечки ее изоляторов.

I_в – ток выключателя, U_с – напряжение на линии

Для количественной оценки описанного явления перенапряжения при повторных зажиганиях дуги, можно применить приведенную ранее формулу. Используя средневзвешенную оценку ударного коэффициента, найдем перенапряжения для моментов повторного зажигания t₃ и t₄. Соответствующие кратности составят 2.6 и 3.3. Дальнейшие повторные зажигания, очевидно, будут кратно увеличивать напряжение на линии. Реально процесс повторных пробоев имеет статистический разброс и картина не выглядит столь катастрофической, как приведено в данном рассуждении. Однако некоторые типы масляных выключателей допускают в процесс отключения до 10-15 повторных зажиганий дуги, а это увеличивает вероятность появления опасных перенапряжений.

При отсутствии возможности применения выключателей без повторных зажиганий дуги следует предпринять одну из мер, обеспечивающую эффективное стекание заряда с линии: вынос на линию измерительного электромагнитного трансформатора напряжения, подключение шунтирующего реактора; применение разрядников или ОПН с повышенным ресурсом, обеспечивающим многократную коммутацию перенапряжений