ИЭ (13.03.02) / Лекции / Презентации / Лекция 2_3
.pdf
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИИ МАЛЫХ ИНДУКТИВНЫХ ТОКОВ
определение |
Малые индуктивные токи – токи величиной 10-20 А, |
|
протекающие в индуктивных элементах – |
||
|
||
|
ненагруженные трансформаторы, реакторы, двигатели |
Напряжение на индуктивном элементе u(t) L dtdi
di |
|
|
|
|
|
di |
|
|
|
dt |
|
|
2 |
dt |
|
1 |
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||
Схема замещения для расчета перенапряжений при отключении индуктивности
ошиновка
Реальная
индуктивность
Источник
питания
После гашения дуги Без учета потерь в стали С учетом потерь в стали
Umax |
|
|
|
|
I max |
Umax |
|
|
1.05I max |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Cэ / L |
1/ R Cэ / L |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I max |
|
|
2UномK |
K коэфиициент формы кривой (i) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 L |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
R |
U 2 |
|
н ом |
||
Pxx |
||
|
L |
Uном2 |
|
i*ххSном |
||
|
Магнитопровод из горячекатанной стали менее склонен к насыщению и имеет относительно меньшие значения R , L , что является причиной более высоких перенапряжений
Пример компьютерной симуляции
Lc 5.8мГн
Rc 0.63Ом
L 57 Гн
Сш 0.25мкФ
R 100 кОм
Сэ 2.5нФ
Особо опасные случаи:
- Отключение из неустановившегося режима, когда ток среза может быть существенно больше стационарного значения
- Отключение реакторов (сердечник имеет воздушный зазор – отсутствует насыщение – большое значение Lр )
|
Lр |
|
U 2 |
- трехфазная |
||
Umax iсреза |
|
Lр |
ном |
Sном мощность |
||
|
|
|
||||
Cэ |
Sном |
|||||
|
|
реактора |
||||
|
|
|
|
|
||
Системные методы снижения перенапряжений: |
шунтирование реактора |
|||||
емкостью (растет Сэ) или резистором равным по порядку величины волновому
сопротивлению контура |
Z р |
Lр |
|
Cэ |
|
|
|
Максимальная кратность перенапряжений при отключении ненагруженных
трансформаторов kn mp и шунтирующих реакторов knш
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.
специальные измерения, максимальная кратность перенапряжений составляет 3.5 - 7.0 – при заторможенном роторе и 3.0 - 3.5 – при двойных замыканиях на землю
Данные специальных измерений в сетях 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 kn max = 7,2 - при включении в цикле АПВ
Дуговые перенапряжения в сетях 3-35 кВ
Причина данного вида перенапряженийоднофазные замыкания на землю, сопровождающиеся неустойчивым горением дуги
Схема сети с изолированной нейтралью
Эквивалентная схема для кабельной сети
Зажигание дуги
Собственная частота колебаний в неповрежденных фазах
|
|
|
1 |
|
|
0 |
314c 1 |
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
LфCф |
|
|
|
|
|||
Umax U уст U уст Uнач U уст U |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
e |
|
Сеть |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
воздушная |
|
0.3 |
- 0.8 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Расчетная модель с противо эдс |
|
|
|
кабельная |
|
0.1 |
– 0.8 |
|
||
Предельный случай при первом зажигании U 0 0
U уст U m , U нач 0 U U m , 1, U max 2U m
|
|
|
Погасание дуги |
|
|
|
|
|
После погасания дуги Uo ≠ 0 |
|
|
|
|
U нач U0 uф (t) |
|
|
|
|
Скачок установившегося напряжений |
|
|
|
|
нейтрали и фаз после погасания дуги |
|
|
|
|
Ua ycm= Ub ycm= Uc ycm= U0 ycm |
|
|
|
|
Порождает переходный процесс |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
до первого зажигания дуги |
U0 |
|
ea |
|
в процессе горения дуги |
|
|
|||
|
uB (tгаш )CB uB (tгаш )CB |
uC (tгаш )CC |
сразу после гашения дуги |
|
|
|
CB CB CC |
|
|
|
|
|
||
ua (t) ea (t) U0 уст |
U0 устe at cos a' t |
U |
B max |
e |
U |
0 уст |
U |
0 уст |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|||
u |
(t) e (t) U |
0 уст |
U |
0 уст |
e bt cos ' |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
b |
|
b |
|
UC max |
eC U0 уст U0 уст |
|||||||||
u |
(t) e (t) U |
|
U |
|
e ct cos ' |
t |
|||||||||
0 уст |
0 уст |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
c |
c |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Модель Н.Н.Белякова Разработана по результатам обработки 10 000 осциллограмм
Результаты наблюдений:
1)Дуга гаснет при каждом переходе суммарного (установившаяся и переходная составляющие) через 0
2)Возникающий при этом пик гашения вызывает зажигание дуги по прошествии половины периода промышленной частоты (0.01 с)
3)При пике гашения (для сетей 3-10 кВ) ниже 0.4 Uном дуга не возобновляется
U |
п гаш |
e (t |
гаш |
) U |
0 уст |
U |
уст |
U0 уст U0 уст ( ea ) U0 уст ea |
U п гаш 2(U0 уст ea ) |
|||||||||||||
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
U0 уст |
0.5U п гаш ea (tгаш ) |
|
При |
U п гаш 0.4U н |
|
U0 уст |
|
|
1.2Uном |
Наибольшее возможное |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
смещение нейтрали |
|
|
|
||||||||||||||||
U B max eb U0 уст U0 уст 3.8U н |
При учете потерь и междуфазных емкостей |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
максимальная кратность перенапряжений K= 3.2 |
- 3.5 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласуется с экспериментом ! |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Системные методы борьбы с дуговыми перенапряжениями. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Дугогасящая катушка (Петерсен) |
Настраивается в резонанс с |
Lp |
|
|
1 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 Cф |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
емкостью сети |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замедляет рост напряжения на дуговом промежутке и |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
существенно снижает вероятность повторных зажиганий |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дуги. Кратность перенапряжений соответствует единичному |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зажиганию дуги |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Статистические характеристики коммутационных перенапряжений
Вероятность появления кратности перенапряжений превышающих заданное значение К за время наблюдения t аппроксимируется выражением
P(K) a 1 exp exp b K c |
|
|
При больших кратностях P(K) a exp b K c |
|
|
Число перенапряжений в год NK, имеющих кратность K |
NK = NП×P(K) |
|
NП - число перенапряжений в год |
|
|
Число перенапряжений с кратностью более K за T лет |
NK aNПT exp b K c |
|
Для кратности, превышаемой 1 раз за t лет имеем |
1 aNПT exp b K c |
|
Максимальная ожидаемая кратности за t лет |
K maxt |
c |
1 |
ln aN |
ПT |
|
b |
||||
|
|
|
|
|