ИЭ (13.03.02) / Лекции / Текст / Лекция 2_3

Лекция 2_3

Слайд_1

При отключении малых индуктивных токов (10-50 А), например, в случае ненагруженного трансформатора или маломощного реактора, часто происходит явление среза тока. При этом погасание дуги отключения происходит не при нулевом значении тока, а ранее поскольку плазма дуги при малых токах менее горячая и устойчивая. В особенности данное явление характерно для современных вакуумных выключателей. Быстрое разрушение дугового столба до пересечения кривой тока нулевой отметки приводит к сохранению в отключенном контуре, состоящем из собственно индуктивности и ее паразитной емкости.

Слайд_2

Простейшую оценку максимального напряжения в отключаемом контуре можно сделать из предположения отсутствия в нем потерь и непосредственно применит формулу Томпсона, связывающую амплитуды напряжения и тока (в нашем случае тока среза)

I max

Umax Cэ /L

Наличие потерь в стали трансформатора или реактора обуславливает появление в схеме замещения отключаемой индуктивности активного сопротивления Rμ. Кроме того следует принимать во внимание и условие насыщения стали трансформатора. Поэтому окончательно оценочная формула имеет вид выражения обведенного рамкой. На этом же слайде приведены расчетные формулы для оценки максимальных токов намагничивания трансформатора Iμmаx, индуктивности намагничивания Lμ.

Отметим, что материал сердечника трансформатора определенным образом влияет на амплитуду перенапряжения. Например, сердечник из горячекатанной стали менее склонен к переходу в режим насыщения и в процессе отключения имеет более приводит к более высоким значениям Lμ, чем в случае сердечника их холоднокатанной стали. При этом в первом случае амплитуда перенапряжения оказывается выше. Трансформаторы класса 110 кВ и выше, выпущенные после 1970 года, практически все имеют сердечник из холоднокатаной стали. Однако в эксплуатации еще можно

встретить трансформаторы на основе горячекатаной стали, коммутации которых приводят к большим перенапряжениям.

Слайд_3

На данном слайде приведен пример компьютерной симуляции перенапряжений при отключении ненагруженного трансформатора. Здесь эквивалентная емкость Сэ является суммой емкостей трансформатора, трансформатора напряжения, трансформатора тока и выключателя. Cш – емкость ошиновки.Rc и Lcрезистивностьи индуктивность источника напряжения. В данном расчете выполнено моделирование отключения с повторным зажиганием дуги. При втором отключении наблюдается более высокая кратность перенапряжения, равная 4, что объясняется более высоким током среза.

Слайд_4

При оценке данного вида перенапряжений следует иметь в виду, что отключение может происходить из неустановившегося режима, связанного с его предшествующим включением. Например, ошибочное включение трансформатора на короткое замыкание с последующим отключением, неуспешное АПВ. В неустановившемся режиме броски тока намагничивания могут существенно превышать номинальные значения,. В соответствии с этим и кратности перенапряжения возрастают.

Существенные перенапряжения рассматриваемого вида имеют место в случае коммутации шунтирующих реакторов. Их магнитопроводы имеют воздушный зазор, поэтому кривая намагничивания близка к прямой. Поэтому имеем простую формулу для оценки кратности перенапряжений

Umax=iср(Lp/Cэ)^0.5. Характерные токи среза 40-50 А для реакторов сетей 500 кВ 60-70 А в сетях 750 кВ. Ограничения перенапряжений можно достичь , устанавливая параллельно реактору емкость, в качестве которой можно использовать конденсатор связи. Также в выключателях можно устанавливать шунтирующие резисторы порядка волнового сопротивления коммутируемого контура (десятки кОм). Максимальная кратность перенапряжении при коммутации трансформаторов и реакторов в сетях различных классов приведена в таблице.

Слайд_ 5

Перенапряжения при коммутациях высоковольтных электродвигателей.

Перенапряжения при отключениях электродвигателей имеют такую же природу, как и при отключениях трансформаторов или реакторов. Эти перенапряжения вызваны обрывом тока в выключателе и обусловлены свободными колебаниями, возникающими в процессе обмена энергией между индуктивностью отключаемого электродвигателя и емкостью питающего кабеля. Они могут возрастать при отключении синхронного электродвигателя в режиме асинхронного хода, а также при двухфазных КЗ статорной обмотки машины.

В аварийных режимах работы двигателя рост скольжения сопровождается ростом тока в статоре, что в свою очередь при отключении увеличивает кратность перенапряжения.

Как показывают специальные измерения, максимальная кратность перенапряжений составляет 3.5 - 7.0 – при заторможенном роторе и 3.0 - 3.5

– при двойных замыканиях на землю.

Обобщенные данные по сетям 6-10 кВ

Максимальные кратности перенапряжений при коммутации двигателей

knmax=4,2 -при нормальных оперативных включениях электродвигателей

knmax = 5,2 - при включении двигателя в сеть с однофазным замыканием на землю

knmax = 7,2 - при включении в цикле АПВ

Слайд_8

Дуговые перенапряжения в сетях 3-35 кВ.

В сетях 3-35 кВ, работающих с изолированной или заземленной через дугогасящей реактор нейтралью, причиной внутренних перенапряжений могут быть однофазные замыкание на землю, сопровождающиеся неустойчивым горением дуги.

Схема замещения сети содержит источник трехфазной ЭДС нагруженной трехфазной сетью, замещенной фазными емкостями на землю и

междуфазными емкостями. Токи нагрузки, циркулирующие в контурах, не оказывает существенного влияния на исследуемые здесь процессы. Поэтому все трансформаторы, подключенные к данной сети можно заменить одним эквивалентным, нагруженным полной емкостью сети. Кроме того, в случае кабельных сетей с пофазной экранировкой жил межфазные емкости в схеме замещения отсутствуют.

Слайд_9

В представленной выше схеме перенапряжения на фазных емкостях складываются из трех составляющих: напряжения промышленной частоты, обеспечиваемое источниками питания; постоянной составляющей, вызванной при потерей симметрии заряда фаз ; переходной составляющей процесса перезаряда фазной емкости при внезапных изменениях сети, вызванных зажиганием или погасанием дуги.

Первое зажигание дуги в поврежденной фазе может возникнуть в любой момент, однако наиболее вероятно зажигание дуги в момент максимума напряжения. Гашение дуги возможно при переходе полного тока (вынужденная +переходная составляющие) через нуль. После гашения дуги напряжение на дуговом промежутке восстанавливается в соответствии с развитием переходного процесса. При достижении восстанавливающегося напряжением напряжения пробоя дугового промежутка дуга зажигается вновь. Частота свободных колебаний, возникающих при размыкании и замыкании поврежденной фазы существенно выше частоты ЭДС питающей сети. Поэтому, как это делали ранее, можем воспользоваться упрощенной формулой

Значения ударного коэффициента для различных сетей приведены в таблице. Верхнюю оценку для переходной составляющей получаем в предельном случае, когда начальное напряжение равно максимальному с противоположным знаком. Имеем максимум равный двум амплитудам фазного напряжения.

Слайд_10

После погасания дуги, поскольку предшествовавший процесс вызвал несимметрию сети. Поэтому на нейтрали останется некоторая постоянная составляющая, в соответствии с этим изменятся параметры установившегося режима по сравнению с начальным. Поскольку это изменение внезапно, то

возникнет переходный процесс, описываемый стандартными выражениями, в соответствии с которыми начнут меняться напряжения на поврежденной фазах. Из этих выражений видно, что величина перенапряжения определяется начальным условием .Последняя определяется длительностью бестоковой паузы на поврежденнолй фазе. Если она достигаетне менее полупериода промышленной частоты, то может достичь существенных значений и соответственно возрастает кратность. Таким образом, величина пика гашения и определяет напряжение смещения нейтрали.

Слайд_11

Процесс развития дуговых перенапряжений зависит от многих случайных факторов, поэтому большое значение приобретают масштабные экспериментальные исследования. На данном слайде кратко обобщены результаты таких исследований.

1)Дуга гаснет при каждом переходе суммарного (установившаяся и переходная составляющие) тока через 0

2)Возникающий при этом пик гашения вызывает зажигание дуги попрошествии половины периода промышленной частоты (0.01 с)

3)При пике гашения (для сетей 3-10 кВ) ниже 0.4 Uном дуга не возобновляется

Исходя из вывода 3) находим предельное напряжение смещения нейтрали 1.2 Uном. Этому соответствует предельная кратность K=3.8. Реально измеренный уровень дуговых перенапряжений 3.2-3.5

Системной мерой борьбы с дуговыми перенапряжениями является катушка Петерсена – реактор, включаемый в нейтраль трансформатора, настроенный в резонанс с емкостью сети.

Слайд_13

Как мы видели, изучая коммутационные перенапряжения, на величину их кратности влияют много параметров и сочетаний этих параметров, которые часто носят случайный характер, например, пики гашения дуги или моменты пробоя промежутков между контактами выключателей и т.д. Поэтому данные о перенапряжениях, в нашем случае коммутационных, не являются полностью детерминированными и носят статистичекий характер На данном слайде приведены аппроксимации функции распределения кратности

перенапряжений. Эти формулы позволяют оценить появление конкретного значения кратности при наблюдении в течении заданного промежутка времени. Данные оценки имеют большое значение для координации изоляции высоковольтных электросетей.

Слайд_14

Обработанные результаты наблюдений за перенапряжениями на подстанциях приведены на данном слайде. Следует обратить внимание на то, что на мощных подстанциях кратность перенапряжений существенно ниже, чем на других

Слайд_15

Обобщенные результаты наблюдений за перенапряжениями на линиях электропередач приведены на данном слайде.