книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

вом и втором этапах отключения выключателя; НВЬШ,ЛІ, UBmtmU— ам­

э. д. с. в момент отключения вспомогательных контактов (при про­ хождении тока в сопротивлении через нулевое значение).

первом этапе отключения перенапряжения возрастают с увеличением

в. Перенапряжеппя па здоровых фазах при разрывах электроперадачів

Аварийное отключение трех фаз одноцепной электропередачи или аварийного одноцепного участка двухцепной электропередачи приво­ дит также к появлению перенапряжений на здоровых фазах линии. Величины этих перенапряжений зависят от времени отключения ава­ рии. Если отключение происходит при ^откл=0,1-^0,2 сек, то угол между векторами э. д. с. эквивалентных генераторов, питающих линию, за время короткого замыкания не успевает заметно возрасти к отключение происходит при значении угла, близком к углу в нормаль­ ном режиме работы электропередачи, т. е. порядка бн=40ч-60°. При отказе в действии первой ступени защиты в нагруженных электропере­ дачах возможно нарушение устойчивости параллельной работы стан­ ций. При этом отключение будет происходить в режиме асинхронного хода. Если нарушение устойчивости произошло из-за возникновения несимметричного короткого замыкания на отключаемой линии, то при определении перенапряжений на ее здоровых фазах необходимо учи­

310

тывать дополнительное повышение на них напряжения вследствие наличия короткого замыкания.

Нарушение устойчивости может произойти и по причине затяги­ вания короткого замыкания в примыкающей системе. В этом случае линия будет отключаться за­

Рис. 13.19. Эквивалентная схема с сосредоточенными пара­ метрами при разрыве электропередачи (а) н схема для оп­ ределения тока через выключатель (б)

Переход от начального к конечному распределению будет сопро­ вождаться перенапряжениями, максимум которых отвечает концу линии. Для ориентировочной оценки кратности возникающих при разрыве перенапряжений можно ограничиться рассмотрением схемы, приведенной на рис. 13.19, а. Для определения начальных условий

•UCo и / о положим, что в момент разрыва э. д. с. Ё1э упреждает э. д. с.

311

Е 2э на угол б, т. е.

Е1в = Е1вт exp (jxр), £ SB= £ 2eB exp [ / (л|> — б)].

Фаза я)) в момент отключения (при і= 0) определяется условием прохождения через нулевое значение тока в выключателе. Ток может быть определен в схеме (рис. 13.19,6), составленной на основе исходной схемы (рис. 13.19, а), с помощью теоремы об эквивалент­ ном генераторе:

где и вшт — амплитуда вынужденной составляющей напряжения в. конце линии при разомкнутом выключателе; хВХі к = -Ѵ( 1 — 6Э*Э) — входное сопротивление схемы относительно конца линии при разом­ кнутом выключателе.

Из условия прохождения тока через нуль

. S i n N>OTM —£ * 8 « Sin (Фоткл— б) = 0

имеем

(13.48)

Напряжение UCo на емкости и ток / 0 в индуктивности хэ в этот момент определятся по формулам:

Из выражений (13.47)-f-(l3.50), в частности, следует, что если в момент отключения 6= 0 или 180°, то фоткл = 0 и / 0= 0 . Когда началь­ ные условия определены, то перенапряжения, возникающие в экви­ валентном контуре (рис. 13.19, а), можно определить по формулам (13.4) -г- (13.6).

На рис. 13.20 приведены зависимости перенапряжений при раз­ рыве от величины угла б для схемы с UBMil — 1,6 £/ф, вычисленные с помощью АВМ и по приближенным формулам (13.47)-=-(13.50) и (13.4)-г- -т~(13.6). Из этих кривых видно, что при высоком і/вът и неблаго­ приятных углах б перенапряжения при разрыве достигают значений, существенно превышающих допустимый уровень для изоляции элект­ ропередач высших классов напряжения.

При расчетах перенапряжений, возникающих в асинхронном хо­ де, следует учитывать, что этому режиму, как правило, предшествует форсировка возбуждения генераторов. Поэтому значение э. д. с. эк­ вивалентных генераторов станции может быть повышено примерно до 1,2 Еиом.

В качестве мер защиты от перенапряжений могут быть использо­ ваны разрядники, реакторы с искровый присоединением, шунтирую­

312

щие сопротивления в выключателях и системная защита и автома­ тика. Защитное действие разрядников и реакторов аналогично случаю включения линии (см. § І3.2, б, в).

На рис. 13.21 приведены полученные на ЦВМ зависимости пере­ напряжений в конце линии при ее разрыве (6=180°) выключателем, оснащенным шунтирующими сопро­ тивлениями, в случае наличия на

.линии в момент отключения одно­ полюсного короткого замыкания.

Umaxft!qm

-ограничения перенапряжений при разрыве электропередачи оказы­ вается примерно такой же, как и для случая ограничения пере­

313

жения из-за повторных зажиганий дуги в выключателе, которые происходят вследствие того, что электрическая прочность дугового

ключенных к линии; сплошные кривые —напряжение на линии м2; штрнх-пунктпрные — напряжение на шинах и х\ пунктирные—ток через выключатель і

промежутка между контактами оказывается меньше восстанавливаю“ щегося на них перенапряжения. При этом включается источник э.д.с. на линию, заряженную до некоторого напряжения, опреде­ ляемого процессом отключения.

Для оценки возможных кратностей перенапряжений воспользу­ емся эквивалентной схемой, приведенной на рис. 13.23, а.

Как видно из рис. 13.23,6, спустя не более чем 0,01 сек после начала расхождения контактов выключателя в момент /1П ток га проходит через нуль, выключатель пытается погасить дугу и на линии остается напряжение. Распределение этбго напряжения в первом

314

315

где %1= ri^riJ (t3l)— коэффициент затухания остаточного напряжения на линии; при отсутствии реакторов яй 0,9 sin Х Х.

Оценим максимальные перенапряжения после первого повторного зажигания дуги в момент t31. Сразу после t31 на емкостях Сп и Сл устанавливается среднее напряжение

где Кс = Сп/Сл— соотношение емкостей.

Затем емкости Сп-}-Сл в колебательном процессе перезаря­ жаются примерно до и выіш. Максимальное перенапряжение в конце линии после первого повторного зажигания можно вычислить при­

где /СУд— ударный коэффициент, соответствующий наибольшему мак­ симуму напряжений, который в соответствии с 13.3 отвечает пер­

Максимальная кратность перенапряжений после первого повтор­ ного зажигания

ной частоты с наложенными высокочастотными составляющими (см.

тель должен окончательно погасить дугу, так как его контакты к этому времени разойдутся уже почти полностью. Вычисленные по формуле (13.57) кратности перенапряжений приведены в табл. 13.8.

Опыт эксплуатации показывает, что масляные и старые воздуш­ ные выключатели, особенно при отключении линий сравнительно небольшой длины, когда отсутствуют шунтирующие реакторы, а также включение и отключение разъединителями малых емкостей шин, иногда дают многократные повторные зажигания дуги при все возрастающем напряжении Аив и соответственно повышенные кратности перенапряжений. Действительно, в момент tml, когда напряжение на емкости Сл проходит через первый максимум и ток через выключатель ів « Сл (dujdt) = 0 (см. рис. 13.23,6), последний вновь пытается погасить дугу. При это^ остаточное напряжение на линии иг(іт1) т и тгх1^> ив(іп1). В случае повторного зажигания в-

316

момент /п2, т. е. спустя еще 0,01 сек, максимальное перенапряжение

U m a x 2 ^ > Ü m a x l И Т 0 К СН О ВЭ П рО Х О Д И Т Ч е р е з Н у Л Ь И Т . Д .

Для оценки предельных перенапряжений примем, что произошел ряд повторных зажиганий дуги в наиболее неблагоприятные моменты времени и ряд соответствующих погасаний в моменты наибольшего напряжения на линии и прохождения тока через нуль, а электри­ ческая прочность междуконтактного промежутка достигла -своего

рическая прочность u3n — Ua, (см. рис. 13.24) и напряжение А«вЫ= ~ 1іі м — ы 2 („)= £/<»• В этот момент произошло п-е повторное зажигание.

. 317'

Вычисленные по формуле (13.59) кратности К„„ы приведены в табл. 13.8.

Эти кратности перенапряжений относятся к наиболее тяжелым условиям возникновения повторных зажиганий. В реальных условиях перенапряжения имеют значительный разброс в основном из-за слу­ чайности процесса восстановления электрической прочности. Чрезвы­ чайно большое влияние на характер и число повторных зажиганий ■оказывает конструкция выключателя. Воздушные выключатели, осо­ бенно с отделителем в сжатом воздухе, дают повторные зажигания весьма редко, причем эти зажигания происходят, как правило, в течение первых после погасания дуги 0,005 сек и не приводят к опас­ ным перенапряжениям. Масляные выключатели, напротив, дают обычно несколько повторных зажиганий при каждом отключении, вследствие чего перенапряжения могут достигать значительных ве­ личин. Как показали опыты в энергосистемах, коэффициент перена­ пряжений в этом случае подчиняется нормальному закону с парамет­

рами Кп — 2,0, (Tfc=0,34.

Таким образом, из табл. 13.8 и приведенных статистических дан­ ных видно, что при отключении линий могут возникать перенапряже­ ния, представляющие несомненную опасность для изоляции и обус-

.ловливающие необходимость принятия специальных мер по их ограни­ чению, особенно в дальних электропередачах высших классов напряже­ ния. Наиболее радикальным средством при этом является применение быстродействующих, особенно воздушных, выключателей и шунти­ рующих реакторов на линии. При наличии реакторов напряжение и3 после погасания дуги меняется с частотой собственных колебаний контура Сл— г/р, которая имеет порядок 50 гц. Поэтому напряжение между контактами выключателя возрастает медленно и повторных зажиганий не возникает, что подтверждается автоматической регист­ рацией перенапряжений в сетях.

В качестве мер защиты от перенапряжений, возникающих при от­ ключении холостых линий, могут быть также использованы разряд­ ники для защиты от коммутационных перенапряжений и шунтирую­ щие сопротивления в выключателях. Эффективность этих мер не от­ личается от таковой в случае включения линии в цикле АПВ и была рассмотрена в § 13.2 б, д.

§ 13.4. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ И ВКЛЮЧЕНИИ ИНДУКТИВНОСТЕЙ

а. Физическая картпна явления

Выключающие устройства с интенсивным дугогашением могут от­ ключить ток раньше его прохождения через нулевое значение. Физи­ чески такое явление неустойчивого горения и обрыва дуги возникает при интенсивном отводе тепла с поверхности дуги, которое пропор­ ционально площади боковой поверхности, т. е. радиусу. Если напря­ женность в стволе дуги приблизительно'" постоянна, то количество

318

выделившейся энергии пропорционально площади ее поперечного^ сечения или квадрату радиуса. В некоторый момент, обычно на падаю­ щей части полупериода тока, количество отводимого тепла оказывается' больше вновь возникающего и дуга охлаждается. Диаметр ее умень­ шается, и диспропорция теплового баланса возрастает. При этом происходит или полное прекращение тока и обрыв дуги, или повторные пробои промежутка.

Математически падающую статическую вольтамперную характе­ ристику дуги (рис. 13.25) можно рассматривать как отрицательноенелинейное динамическое активное сопротивление 7?Д1Ш=дН д/д/д. Если при этом общее активное сопротивление контура отрицательное, то в. нем развиваются высокочастотные автоколебания и при прохождении тока через нуль произойдет его об­ рыв. При этом в контуре возникнут

Наряду с этим при включениях и отключениях трансформаторов с

изолированной нейтралью возможны феррорезонансные перенапряже­ ния. Трансформатор подобно линии обычно включают в два этапа: сначала со стороны более низкого напряжения, а затем более высокого,, а отключают в обратном порядке. При этом опасность могут предста­ вить только коммутации холостого трансформатора, т. е. первый этап включения и второй этап отключения. Разброс фаз или неполнофазныекоммутации приводят к возможности феррорезонанса на первой гар-- монике и опрокидыванию фазы тока намагничивания; эти явления были рассмотрены в § 12.5, в. Переходный процесс при коммутации создает дополнительную вероятность возникновения феррорезонанса. Заземление нейтрали коммутируемого трансформатора, а также на­ грузка на его вторичной стороне в момент коммутации приводят к тому, что возникновение феррорезонанса оказывается маловероят­ ным.

319