книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

Эффективность реактора с искровым присоединением зависит от характера переходного процесса. Наименьшее повышение перенапря­ жений по сравнению со случаем глухого присоединения наблюдается, когда Искровой промежуток реактора срабатывает на одной из полу­ волн, предшествующей полуволне, отвечающей максимальным пере­ напряжениям. В противном случае повышение перенапряжений ока­ зывается наибольшим.

В качестве иллюстрации на рис. 13.8 приведены результаты расче­ тов переходных процессов при включении линии (рис. 13.8, а) при

Рис. 13.8. Принципиальная схема электропередачи (а) и осцилло­ граммы перенапряжений в конце линии ик, э. д. с. е и тока в реакторе

двух значениях фазы э. д. с. в момент включения: фе=20° (рис. 13.8, б, в, г) и фе=45° (рис. 13.8, д, е, ж). При фе=20° перенапряжения на первом максимуме колебаний превышают уставку искрового проме­ жутка реактора; прифе=45° реактор включается лишь на втором опре­ деляющем максимуме колебаний. Соответственно в первом случае перенапряжения при искровом и глухом присоединении реактора

практически совпадают, а во втором — различаются примерно на 20% .

В табл. 13.7 приведены результаты расчетов математического ожи­ дания и среднеквадратического отклонения максимальных перенапря­ жений при глухом и искровом присоединении реактора. При этом предполагался равномерный закон фаспределения фе в интервале от —90° до +90° и нормальный закон для пробивного напряжения искро-

•800

Т а б л и ц а 13.7

раняется волна «12, которая создает в точке'2 на реакторе перенапряже­ ния. До прихода в точку 2 волны, отраженной последовательно от

Расчеты показывают, что при реальных параметрах перенапря­ жения на реакторе заметно превышают пробивное напряжение И П . Поэтому для защиты изоляции реактора необходимо возможно ближе

301

к нему устанавливать вентильный разрядник коммутационного типа, который будет дополнительно ограничивать перенапряжения на линии (см. § 13.2, б).

рирующие эффективность управления фазой включения при пренебре­ жении потерями в схеме замещения. Из рисунка следует, что эффек­ тивность управления возрастает с увеличением частоты собственных колебаний и начального напряжения на линии.

302

На рис. 13.11, 6 приведены зависимости кратности перенапряже­ ний в конце линии от величины U0 при включении, когда фв= 0 (кри­ вая 1), и при оптимальной фазе включения по формуле (13.44) (кривая 2), а также зависимосты|;Со|1Т=/(£/о)

д. Применение шунтирующих сопротивлений в выключателях

Принципиальная схема выключателя с шунтирующими сопротив­ лениями приведена на рис. 13.12, а. В первом этапе включения замы­ каются вспомогательные контакты ВК, а затем через 1,54-2,0 периода промышленной частоты — главные контакты ГК- Выбор величины сопротивления Rm должен производиться исходя из совместного рас­ смотрения обоих этапов включения.

Примерные осциллограммы перенапряжений, возникающих при включении разомкнутой на конце линии выключателем с шунтирую­ щими сопротивлениями и без них, приведены на рис. 13.12, б, в и г. На рис. 13.12 приведено также напряжение на сопротивлении UR (/), позволяющее судить о расчетных длительностях первого этапа вклю­ чения. Из рассмотрения осциллограмм следует, что увеличение со­ противления Rm приводит к уменьшению перенапряжений в первом этапе включения и к их увеличению во втором. Подобные зависимости

вом этапе включения UTaax = KnUBimm, где коэффициент перенапря­ жений Ка отвечает включению линии выключателем без шунтирую-

303

щего сопротивления. При Rm—>■оо напряжение Umax—>0, посколь­

Рис. 13.12. Принципиальная схема электропередачи (а) и осциллограммы пе­ ренапряжений, возникающих при включении разомкнутой линки выключателем

сшунтирующим напряжением:

=К„ивши, следовательно, зависимость f/max от Яш носит нарастаю­ щий характер (кривая 1" на рис. 13.13)1.

На рис. 13.13 приведены зависимости Um3X от величины # шдля различных значений £/вын. Строго говоря, Отах не является при заданном значении Rm однозначной функцией <7ВЫН, а при данной величине І/Бын зависит от длины линии. Однако в реальном диапа­ зоне изменения £/вын и длины линии эта зависимость несущественна и ею можно пренебречь. Из рис. 13.13 следует, что при больших значениях 1/вын и (Rm> до) определяющим с точки зрения пере­ напряжений является второй этап включения. При этом эффектив­ ность применения сопротивлений таких величин оказывается весьма незначительной. Перенапряжения при включении линий могут быть дополнительно снижены,, если включение главных контактов ГК есуществлять в момент, когда ток в .сопротивлении Rlu и напряже­ ние на них проходят через нулевое значение.

304

Из рис. 13.13 следует, что ограничение перенапряжений при вклю­

в наиболее благоприятный момент, отвечающий нулевому напряже­ нию на сопротивлении (кривая 5 при 1УВЫИ— 1,6£/ф).

Из приведенных кривых следует, что управление моментом шунти­ рования сопротивлением позволяет снизить кратность перенапряжений

»l__j—еГ'"о-|—I 1—^ >-•---- •

I___О^О---- І-----С^О--- 1

ГН ГК-Z

при w < Rm< Qw примерно на 20-1-30%. При Rm = 6w перенапряже­ ния снижаются с 3,2 £/ф до 2,56/ф, а п р и і?ш = ш—с2,8£/фдо 2,0£/ф.

Перенапряжения при шунтировании сопротивления могут быть также снижены путем ступенчатого шунтирования. Современные высоковольтные выключатели выполняются многоразрывными, кото­ рые состоят из последовательно соединенных одинаковых элементов на напряжение порядка 50 кв, выполненных по схеме рис. 13.14, ar

305

■что дает возможность осуществить такое шунтирование. Расчеты по­ казывают, что при включении линий достаточно двухступенчатого шунтирования сопротивления. При этом перенапряжения опреде­ ляются долей сопротивления 7?п, шунтируемой в последнюю очередь. Перенапряжения при ступенчатом шунтировании могут быть еще более снижены, если включение контактов ГК-2 производить в момент, когда ток в сопротивлении R n проходит через нулевое значение. Ступенча­ тое шунтирование сопротивления позволяет применять в выключателе при включении достаточно высокоомное сопротивление.

На рис. 13.14, б приведены зависимости кратностей перенапряже­ ний от величины сопротивления второй ступени R u при общем сопро­ тивлении Яш — R{ + R n = 6 до. Подобная величина суммарного сопро­ тивления выбрана на том основании, что для эффективного ограниче­ ния перенапряжений при отключении линий (см. § 13.3) требуются достаточно высокоомные сопротивления (4-Ьб)до.

Из сопоставления кривых, приведенных на рис. 13.14, б и 13.13, следует, что применение двухступенчатого шунтирования сопротив­ ления позволяет снизить перенапряжения при включении, если Rlu достаточно велико, а £?п мало.

Зависимость коэффициента снижения перенапряжений г) при двух­ ступенчатом шунтировании по сравнению с шунтированием всего

снижаются на 20% как при отсутствии управления моментом шунти­ рования сопротивления Ru, так и при его наличии.

ступенчатого шунтирования с управлением моментом шунтирования дает возможность при R Ui — бдо и R u = до снизить перенапряжения с 3,3 и ф до 2,0 и ф.

Изложенный характер протекания переходных процессов при вклю­ чении незаряженной линии выключателем с шунтирующим сопротив­ лением и зависимость Umax от Rm сохраняются и в случае включе­ ния в цикле АПВ, когда на линии в момент включения имеется неко­ торое начальное напряжение U0. В первом этапе включения наличие UQ 0 проявляется лишь при малых значениях Rül<. до, несколько повышая £/тах по сравнению со случаем U0—0. Во втором, опреде­ ляющем, этапе можно считать, что это влияние отсутствует, так как шунтирование Rm осуществляется практически в установившемся режиме, наступающем после затухания переходного процесса, отве­ чающего первому этапу включения.

§ 13.3. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЛИНИЙ

а. Физическая картина явления

Отключение линии, так же как и ее включение, происходит в две стадии. В большинстве случаев сначала отключаются выключатели

306

всех трех фаз на одном конце (например, В2 на рис. 13.15), а затем: выключатели на другом конце (В1).

На первой стадии отключения на линии могут возникнуть пере­ напряжения вследствие переходного процесса от предшествующегорежима к квазистационарному режиму односторонне включенной ли­ нии. Предшествующий режим может быть нормальным и аварийным.

Рис. 13.15. Принципиальная схема электропередачи

угла сдвига фаз между э. д. с. эквивалентных генераторов в начале іг конце линии (Г1 и Г2 на рис. 13.15) в момент отключения. В небла­ гоприятных случаях при отключении в асинхронном режиме со зна­ чительным расхождением фаз э. д. с. Г1 и Г2 мгновенные значения ивцп и инач на линии со стороны отключающего выключателя могут иметь противоположные знаки и ІІПна здоровых фазах может превы­ шать и тт.

На второй стадии отключения перенапряжения могут возникнуть вследствие повторных зажиганий дуги между расходящимися кон­ тактами выключателя, а также в схемах с шунтирующими реакторами на линии вследствие биений колебаний при переходных процессах в связанных контурах трехфазной линии передачи, отключенной от источников питания с обоих концов. На второй стадии выключатели В1 (см. рис. 13.15) отключают емкостный ток холостой линии. Когда этот ток проходит через нулевое значение, выключатель пытается его отключить. При этом на линии остается напряжение, э. д. с. источника изменяется, и спустя половину периода промышленной частоты (0,01 сек) между контактами выключателя восстанавливается напря­ жение около 2б/ф. Однако электрическая прочность промежутка между расходящимися контактами современных, особенно воздушных, выклю­ чателей восстанавливается в большинстве случаев быстрее. При этом повторных зажиганий дуги между контактами не возникает. Остав­ шийся на проводах заряд постепенно стекает, и перенапряжение опре­ деляется емкостным эффектом. При наличии на линии шунтирующих реакторов емкости проводов разряжаются через них в колебательном процессе (см. рис. 13.1, а). За счет электромагнитной связи между про­ водами и несколько различающихся емкостей, индуктивностей и, сле­

307

довательно, частот собственных колебаний возникают медленно зату­ хающие биения. Поэтому максимальное перенапряжение может заметно превысить квазистационарное, а в отдельных случаях даже несколько превзойти перенапряжение на первой стадии.

Менее быстродействующие — масляные, а в отдельных неблаго­ приятных случаях и воздушные выключатели,— под воздействием восстанавливающегося между контактами напряжения могут дать одно или несколько повторных зажиганий дуги. При этом образуется контур из емкости линии и индуктивности концевых устройств и про­ водов. Емкость линии перезаряжается в колебательном процессе от начального напряжения £/нач до установившегося Umm.

Перенапряжения, возникающие при отключении линий, по данным опытов в сетях и автоматической регистрации (кривые 6 и 7 на рис.

о)

В1

O f

Рис. 13.16. Схема электропередачи с выведенным в ремонт участком цепи (а) и распределение напряже­ ния на аварийной фазе (б) в режи­ ме короткого замыкания (кривая 1) и в послеаварийном режиме (кри­

вая 2)

10.1) могут достигать значительных величин, имеют большой стати­ стический разброс и в ряде случаев могут определять уровень комму­ тационных перенапряжений.

б. Перенапряжения на аварийных фазах при отключении коротких замыканий

При отключении линии-вследствие короткого замыкания на шинах подстанции, а также при разрыве дальних секционированных электро­ передач при коротком замыкании на одноцепном участке линии (рис. 13.16, а) могут возникнуть перенапряжения на аварийных фазах.

На рис. 13.16, б приведено распределение напряжения в аварий­ ном (кривая 1) и послеаварийном (кривая 2) режимах, т. е. после отключения выключателя В1. Максимальные перенапряжения имеют место в конце участка линии, где переходная составляющая наи­ большая.

Наличие начального распределения напряжения несколько умень­ шает переходную составляющую перенапряжений в конце линии по сравнению с включением незаряженной^ линии. Поэтому коэффициент перенапряжений во всехточках линии Кп ^ 2.

•208

Для ограничения перенапряжений, возникающих на аварийных фазах при отключении короткого замыкания, могут быть применены те же меры, что и при включении линии: разрядники; реакторы с искровым присоединением; шунтирующие сопротивления в выключа­ телях. Защитное действие разрядников и реакторов аналогично слу-

Рис. 13.17. Схема электропередачи при отключении к. з. в приемной сети выключателем с шунтирующими сопротив­

сплошные линии (на АВМ) и штрих-пунктирные (аналитический

чаю включения линии и было рассмотрено в § 13.2. Роль шунтирую­ щих сопротивлений в этом случае имеет свою специфику.

При отключении короткого замыкания выключателями с шунти­ рующими сопротивлениями в первую очередь отключаются главные контакты (ГК на рис. 13.17, а), а затем, через один-два периода про­ мышленной частоты, вспомогательные контакты ВК-

Перенапряжения могут быть приближенно определены в эквива­ лентной схеме (см. § 13.16) с сосредоточенными параметрами (рис.

30S