книги / Техника высоких напряжений

к трем фо:юм сети

- 4 J --

!ï : ï A J

-уШ

-Z 3 C

Рис. 38-16. Схема трехфазного дугогасящего аппарата (транс­ форматор Бауха).

трансформатора Бауха. Первичная обмотка трансформатора собрана по схеме звезда с заземленной ней­ тралью, а вторичная обмотка со­ единена в треугольник, замкнутый на регулируемый дроссель с ин­ дуктивностью Li. При нормальном

режиме сумма э. д. с. в треугольни­ ке равна нулю и ток во вторичной обмотке отсутствует. Через первич­ ную обмотку проходят незначитель­ ные токи холостого хода, сумма ко­ торых (т. е. ток в нейтрали) практи­ чески равна нулю. При замыкании одной фазы на землю в первичной и вторичной обмотках появляются э. д. с. иулевой последовательности

соответственно £/ф и £/ф (w, и

Трансформатор Бауха может быть включен в любой точке сети, не считаясь с наличием «подходя­ щих» трансформаторов (в соответ­ ствии с соображениями, изложенны­ ми выше). Однако включение транс­

форматора Бауха приводит к до­ полнительным потерям (потери хо­ лостого хода) в отличие от дугога­ сящей катушки, у которой в сим­ метричной сети потери холостого хода равны нулю.

Перенапряжения при отключе­ нии холостых линий и емкостей имеют много общего с перенапря­ жениями при дуговых замыканиях на землю, так как в обоих случаях они связаны с постепенным .накоп­ лением заряда на отключаемой ем­ кости при повторных зажиганиях дуги. В данном случае повторные зажигания дуги происходят между контактами выключателя, отклю­ чающего холостую линию от источ­

ния длиной /, имеющая волновое со­ противление 2, отключается непо­

средственно от шин источника бес­ конечной мощности с фазовым на­ пряжением С/ф. Когда выключатель еще был замкнут, через него прохо­ дил зарядный (емкостный) ток хо­ лостой линии, который опережал напряжение практически на 90° Так как обрыв дуги выключателем про­

проходит через максимум, после от­ ключения емкости линии остаются заряженными до, амплитуды на­ пряжения источника.

Предположим, что первый обрыв дуги произошел в момент времени, когда напряжение источника и=

а напряжение источника продолжа­ ло свое синусоидальное изменение. Через полпериода напряжение источника стало и= + 11ф, и, следо­

и повторного зажигания дуги в вы­ ключателе. Это подтверждается исследованиями скорости восстанов­ ления прочности отключающего промежутка выключателей, которые показали, что за полпериода проч­ ность между контактами воздушных выключателей возрастает до вели­ чины не более 2 t/ф, а для масляных

выключателей не более t/ф.

Если повторное зажигание дуги произойдет при положительном ма­ ксимуме напряжения источника, то линия будет стремиться перезаря­ диться от напряжения — 11ф до на­

пряжения + £/ф. Поэтому по линии будет распространяться волна напря­ жения 4 -2 и ф и проходить ток i =

=2£/ф_

Рис. 39-2. Распределение напряжения вдоль отключаемой холостой линии в различные моменты времени.

а — после первого зажигания дуги до отражения волны от конца линии; б — то же после отраже­ ний; в — после второго зажигания дуги до отра­ жения волны от конца линии; г — то же после отражения.

ратным знаком, следовательно, во всех участках линии, где прошла от­ раженная волна, суммарный ток

влинии становится равным нулю. Поэтому, как только отраженная волна дойдет до начала линии, ток

ввыключателе проходит через нуль

идуга в нем вновь может оборвать­ ся (повторное угасание дуги).

После угасания дуги напряже­ ние на линии, очевидно, остается неизменным и равным + 3 ( У ф , а на­

пряжение источника продолжает

изменяться по синусоиде. В связи с этим напряжение между контакта­ ми выключателя возрастает от ве­ личины 2^/ф, которую оно имело

непосредственно после угасания ду ги, до 4[/ф через полпериода, ког­ да напряжение источника снова из­

менит свой знак и станет равным

и = —С/ф.

Если предположить, что в этот мо­ мент времени произойдет второе по­ вторное зажигание дуги, то линия должна будет перезарядиться от на­ пряжения -j-ЗУф до напряжения источ­

ника, т. е. — [7ф. В линии возникнет волна с напряжением — 4С/ф, сопро­ вождающаяся протеканием тока i —

_ 4£/ф z

На рис. 39-2,б показано распре­ деление напряжения вдоль линии при движении этой волны, а на рис. 39-2,г

после ее отражения от конца линии. Так же как и в предыдущем слу-

о 2/

чае, через время 2х = — после по­

вторного зажигания дуги ток через выключатель проходит через нуль и дуга снова может оборваться; после чего линия остается заряжен­ ной до напряжения — 5£/ф.

На рис. 39-3 показано измене­ ние во времени напряжения источ­ ника, напряжения в начале линии и тока через выключатель. Из графи­ ка видно, что предыдущие рассуж­

за время двойного пробега вдоль ли­ нии, которое для длинных линий может иметь заметную величину. Например, для линии длиной 300 км время двойного пробега 2т = 2 000

г

L I

Рис. 39-3. Отключение холостой линии от источника бесконечной мощности при на­ личии повторных зажиганий.

а— напряжение источника; б — напряжение в на­ чале линии; в — ток через выключатель,

связи с чем первый максимум на­ пряжения будет равен 2,81 t/ф вме­

длины снижение напряжения источ­ ника за время 2т практического

значения «не имеет. Если бы повтор­ ные зажигания дуги в выключателе продолжались неограниченно долго в рассмотренной выше последова­

не происходит, так как современные выключатели имеют значительную скорость восстановления электриче­

чаев при отключении холостой ли­ нии происходит не более одного пов­ торного зажигания дуги, при кото­ ром соглаоно вышеизложенному пе­ ренапряжение на линии не должно превышать 3,0 £/ф.

В рассмотренной схеме рис. 39-1, когда линия отключалась от источ­ ника бесконечной мощности, напря­ жение на шинах в процессе отклю­ чения оставалось, естественно, неиз­ менным, поэтому никаких перена­ пряжений на изоляции оборудова­ ния подстанций -не возникало. В дей­ ствительности источник обладает определенной индуктивностью, ко­ торая может оказать заметное влия­ ние на величину перенапряжений. Влияние этой индуктивности может быть проанализировано с помощью схемы рис. 39-4. Процессы в этой схеме будут аналогичны рассмот­ ренным выше, однако напряжение и ток бегущей по линии волны будут постепенно нарастать от нуля до ма­ ксимума. Благодаря этому ток в выключателе не будет проходить через нуль в момент прихода от-

Рис. 394. Расчетная схема отключения холостой линии.

раженной от конца линии волны и для определения времени угасания волны необходимо учитывать отра­ жение волны от начала линии. Так как в начале линии включена ин­ дуктивность Lo, это отражение бу­ дет иметь сложный характер, что значительно затрудняет расчеты. Поэтому анализ этой схемы проще производить методом, разобранным в § 30-7 применительно к схеме рис. 30-33, от которой рассматривае­ мый случай отличается только на­ чальными условиями и тем обстоя­ тельством, что линия включается на источник синусоидального,.а не по­ стоянного напряжения.

Предположим, как и раньше, что повторное зажигание дуги произош­ ло в момент времени, когда напря­

f l W - ^ + t / . T r f ü r -

Теперь нетрудно найти в опера­ торной форме интересующие нас ве­ личины, которые могут быть полу­ чены на основании (30-55) — (30-58)

путем замены £/„ на U (р). Напряжет

ние в конце линии

Ц (р)г

( 3 9 - 2 )

pL„ sh pz + z ch pz

Напряжение в начале линии

U (р) z ch px

( 3 9 - 3 )

pL0sh pz -j- z ch p~.

Ток в начале линии (ток через вы­ ключатель)

Будем искать оригинал напряже­ ния в конце линии, пользуясь теоре-

шемуся значению напряжения, а кор­

После нахождения частот собст­ венных колебаний установившегося и переходного режимов определение амплитуд колебаний может быть осуществлено с помощью формулы разложения (39-7). Опуская доволь­ но громоздкие промежуточные пре­ образования, приведем лишь окон­ чательные решения. Интересующие нас величины могут быть определе­ ны по следующим формулам.

Напряжение в конце линии

U2 (t) = A cos да/ —

Jk = l

Ток через выключатель

Из графиков рис. 30-31 следует, что значение со„т при увеличении но­ мера гармоники постепенно прибли­ жается к величине (k— 1)я. Так как sin(&— 1) я = 0, при этом 5 к ->-0 и

амплитуда гармоники быстро умень­ шается с увеличением ее номера. Поэтому с достаточной для практи­ ки точностью, особенно при боль­ ших отношениях Т/т, достаточно учи­ тывать только две первые гармони­ ки. В качестве примера на рис. 39-5

Эти исследования показали, что на­ личие других линий, отходящих от

этих линий уменьшает коэффициент отражения в начале линии. Поэтому перенапряжения в рассмотренной нами простейшей схеме являются наибольшими и кривые рис. 39-6 действительно определяют предель­ ные величины перенапряжений при отключении холостых линий.

Однако на практике интерес представляют не только предельные возможные величины перенапряже­ ний, но и вероятность их возникно­ вения, которая может быть опреде­ лена только в результате исследо­ ваний, проведенных в реальных си­ стемах. Таких исследований к на­ стоящему времени накопилось до­ статочно много и они прежде всего показывают, что рассмотренная вы­ ше схема развития перенапряжений соблюдается очень редко. Действи­ тельно, после первого гашения ду­ ги, когда на линии остается напря­ жение— [Уф, а э . д. с. источника из­

меняется по синусоиде, напряжение между контактами выключателя из­ меняется так, как показано на рис. 39-7. Восстановление же элек­ трической прочности дугового про­ межутка выключателя может про­ исходить с различными скоростями, которые в первую очередь зависят от конструкции выключателя и при

Рис. 39-7. К определению момента повтор­ ного зажигания дуги.

одинаковых условиях опыта имеют значительные статистические раз­ бросы. Схематически зона возмож­ ных значений восстанавливающейся прочности показана на рис. 39-7 за­ штрихованной областью, нижняя об­ разующая которой соответствует масляным выключателям, а верх­ няя воздушным выключателям, обеспечивающим более интенсивную деионизацию дугового промежутка.

Из рис. 39-7 следует, что сов­ ременные быстродействующие вы­ ключатели могут вообще не давать повторных зажиганий дуги, благо­ даря чему отключение холостых линий вообще не будет сопровож­ даться перенапряжениями. В слу­ чае же, если повторное зажигание будет иметь место, то это в подав­ ляющем большинстве случаев будет происходить до максимума напря­ жения источника, благодаря чему перенапряжения должны быть су­ щественно меньше, чем в рассмот­ ренном выше наиболее неблагопри­ ятном случае.

Опыты в системах полностью подтверждают это предположение. Например,, во время наладочных испытаний на линии 400 кв Волж­

ская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва из 56 опытов по отключе­ нию холостой линии только в 10

случаях наблюдались повторные зажигания. При этом напряжение на шинах не превышало 2,6 Uф, напряжение на линии 2,9 [Уф и на­

что перенапряжения в начале ли­ нии не превосходят 2,4 [Уф. Напря­

жение на шинах подстанции в этих опытах достигали иногда 4 [Уф, но

эти величины относятся к случаю, когда нейтраль трансформатора была изолирована или заземлена через катушку Петерсена, что для

костного сопротивления линии и, следовательно, ток опережает на­ пряжение приблизительно на 45°. Опыты показали, что выключатели с шунтирующими сопротивлениями снижают предельную величину пе­ ренапряжений с 3,5 i/ф до 2,5 Uф,

что уже безопасно даже для изоля­ ции со сниженным уровнем.

Хотя в настоящее время разра­ ботан целый ряд конструкций вы­ ключателей с шунтирующими сопро­ тивлениями, они не нашли еще ши­

ключении холостых линий с помощью обычных грозозащитных разрядни­ ков. Этому вопросу был посвящен целый ряд исследований, на осно­ вании которых можно сделать сле­ дующие выводы:

1. Разрядник, установленный на шинах, уменьшает напряжение на шинах, но мало влияет на величину

на линии, ограничивает перенапря­ жения как на самой линии, так и на шинах. При этом, наибольшее влия­ ние оказывает разрядник, включен­ ный в конце линии.

3. При срабатывании разрядни­ ка через него проходит ток, ампли­ туда которого не превышает вели­ чину t/nep/2, где Uпер — величина пе­

ренапряжений при наличии разряд­ ника, а г — волновое сопротивление

линии.

значительно меньше, чем при атмосферных перенапряжениях.

Длительность прохождения это­ го тока определяется величиной С/?р, т. е. произведением емкости линии на сопротивление разрядни­

ка. Емкость одной фазы линии на 100 км имеет порядок 1 мкф. Со­ противление разрядника 220 кв при

напряжении 2U$ имеет порядок 300 ом, следовательно, длительность

прохождения тока через разрядник при длине линии 100 км составляет около 300 мксек, т. е. значительно

больше, чем при атмосферных пере­ напряжениях. Поэтому, несмотря на небольшую амплитуду тока, энер­ гия, выделяющаяся в рабочих со­ противлениях разрядника, может оказаться недопустимо большой и разрядник может быть разрушен. Ориентировочно можно считать, что обычные грозозащитные разрядни­ ки, установленные на линии, спо­ собны надежно ограничивать пере­ напряжения в том случае, если дли­ на отключаемой линии не превы­ шает 200 км. В линиях большей

длины можно применять только спе­ циальные разрядники с повышенной пропускной способностью.

Укажем еще на одну возмож­ ность ограничения перенапряжений которая обнаружилась во время на­

ключаемой линии оставались при­ соединенными трансформаторы на­ пряжения. При увеличении напря­ жения на линии происходит очень сильное насыщение сердечников этих трансформаторов, их индуктив­ ность резко снижалась и через эту сниженную индуктивность происхо­ дило стекание в землю оставшихся на линии зарядов.

торов (рис. 39-10) от источника, об­ ладающего определенной индуктив­ ностью L0. В настоящее время бата­ реи конденсаторов все чаще приме­ няются в электрических системах для улучшения коэффициента мощ-