книги / Техника высоких напряжений

Рис. 40-1. Схема для анализа перенапряжений при отключе­ нии индуктивностей.

маторов) степень ионизации дуги оказывается незначительной, и под действием рабочего дутья выключа­ теля может произойти очень бы­ стрый распад дугового столба еще до того, как ток проходит через свое нормальное нулевое значение. При этом сопротивление дуги скачком возрастает, а ток в дуге резко сни­ жается до нуля. Происходит так на­ зываемый «срез» тока, который и является основной причиной пере­ напряжений. Мгновенное значение тбка, которое может быть «среза­ но», зависит от степени ионизации дуги в этот момент времени и от дугогасящих способностей выклю­ чателя. В зависимости от амплиту­ ды тока /м через выключатель вели­ чина тока среза / ср изменяется при­ близительно так, как показано на рис. 40-2. При очень малых токах срез может происходить на ампли­ туде, поэтому / ср растет пропорцио­ нально / м. После того как / м дела­ ется равной максимально возмож­ ному для данного выключателя то­ ку среза, величина / ср практически перестает изменяться, а момент сре­ за постепенно перемещается к мо­ менту прохождения тока через нуль.

Рис. 40-3. Развитие перенапряжений при отключении индуктивности без учета по­ вторных зажиганий дуги в выключателе. Заштриховано напряжение между контак­ тами выключателя.

В дальнейшем ток среза снова на­ чинает уменьшаться, так как при больших амплитудах переменного тока степень ионизации канала дуги сильно возрастает, что затрудняет его быстрое разрушение. Наконец, при значениях / м больше определен­ ной величины явление среза вообще отсутствует.

что в этот момент времени в индук­

сятки ампер и меньше), отключае­

Рис. 40-2. Примерный характер зависимо­ сти тока среза от амплитуды тока через выключатель.

должна быть пренебрежимо мала и не может оказывать существен­ ного влияния на протекание про­ цесса. После обрыва тока энергия

L2/ 2

—трЕ. оказывается „запертой" в кон­

туре LjCj, что приводит к возник­ новению колебаний в этом контуре,

ные зажигания дуги в выключателе неизбежны.

После обрыва тока в выключа­ теле в связи с расхождением кон­ тактов электрическая прочность межконтактного промежутка посте­ пенно возрастает, как это показано на рис. 4 0 - 4 . Воздушные выключа­

тели с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьем имеют вначале значительно более быстрый рост электрической проч­ ности, чем масляные выключатели, предельная же прочность между контактами у выключателей обоих типов практически одинакова, так как она определяется нормами. Данные рис. 40-4 относятся к вы­ ключателям напряжением ПО кв,

у которых предельная прочность близка к 4 [Уф. Следует отметить, что кривые рис. 4 0 - 4 являются гру­

бым приближением и характеризу­ ют лишь верхний предел электриче­ ской прочности между контактами. Эксперименты по определению вос­ станавливающейся прочности вы­ ключателей обнаруживают очень большой разброс величин, который, помимо известного нам статистиче­ ского характера пробоя, определя­ ется разбросами в скорости рас­ хождения контактов, интенсивности дутья, а также фазой тока в мо­ мент расхождения контактов. По­ этому фактическое пробивное на­ пряжение всегда ниже, чем это указано на рис. 40-4.

Рис. 40-4. Нарастание электри­ ческой прочности между кон­ тактами выключателей.

/ — в о зд у ш н ы е вы кл ю ч ател и ; 2 — м а с л я н ы е вы кл ю чател и .

Рис. 40-5. Схематическая картина образо­ вания повторных зажиганий в выключа­ теле.

Процесс повторных пробоев между контактами выключателя можно схематически иллюстриро­ вать с помощью рис. 40-5. Первый срез тока, как и раньше, происхо­ дит в момент времени /о, после чего

нием (40-1). Контакты выключате­ ля начали расходиться в момент т. е. несколько раньше среза тока.

Если бы дуга погасла в момент tK

то восстанавливающаяся прочность выключателя изменялась бы так, как показано кривой [Увос. В дей­ ствительности, конечно, до момен­ та t0, пока дуга в выключателе теше

горит, фактическая прочность про­ межутка между контактами равна нулю. Но в момент среза тока вследствие интенсивного распада дугового столба прочность проме­ жутка очень быстро возрастает до величины,, определяемой кривой [УВОсПримем в первом приближе­ нии этот рост мгновенным. Тогда повторный пробой между контакта­ ми произойдет в тот момент време­ ни, когда кривая напряжения на выключателе пересечется с кривой [Увос. После этого напряжение меж­ ду контактами выключателя сни­ зится практически до нуля, а на­ пряжение U2 до величины напря­

жения источника. На рис. 40-5 на­

ние [/2. Следовательно, уменьше­

ние <У0жид и увеличение затуханий способствуют снижению перенапря­ жений.

При увеличении скорости восста­ новления прочности длительность существования повторных зажига­ ний также сокращается, однако не­ трудно видеть, что при этом вели­ чины перенапряжений возрастают.

Приведенные выше рассужде­ ния очень грубо описывают картину развития перенапряжений при от­ ключении индуктивностей. Процесс осложняется колебаниями напряже­ ния со стороны источника в конту­ ре L\C\, нелинейным характером

кривой намагничивания отключае­ мой индуктивности, благодаря чему колебания напряжения и тока, по­ мимо основной частоты, содержат также высшие гармоники, более сложным характером обрыва тока, который начинается еще до осуще­ ствления среза, и т. д. Однако даже на основании упрощенной картины ясно, что предельная величина пе­ ренапряжений на контактах вы­ ключателя может быть равна пре­ дельной прочности промежутка между контактами, а .напряжение на отключаемой индуктивности при

ние при отключении индуктивностей во всяком случае не должно превы­ шать 5£/ф (где {Уф— амплитуда фа­ зового напряжения). Исключение представляет искусственная схема, когда в сети данного напряжения используется выключатель более высокого номинального напряже­ ния. В этом случае предельное значение {УВОс по сравнению с но­ минальным напряжением сети бу­ дет значительно превышать 4t/ф, в связи с чем и перенапряжения мо­ гут быть весьма большими.

Совершенно естественно, что пе­ ренапряжения в 5£/ф должны рас­ сматриваться в качестве верхнего предела, который может быть до­ стигнут в исключительных случаях,

при стечении ряда неблагоприятных обстоятельств. Нужно провести очень большое количество опытов для того, чтобы получить величину, близкую к этому пределу. Поэтому часто результаты экспериментов представляют в виде кривых веро­ ятностей, подобных показанной на рис. 40-7. Для конкретного случая рис. 40-7 лишь в очень редких опы­ тах перенапряжения достигали (4,5—5) t/ф, наиболее же вероят­ ная величина перенапряжений со­ ставляла всего 2,2(/ф.

Поскольку перенапряжения при отключении индуктивностей лишь в очень редких случаях достигают своей предельной величины и имеют форму кратковременных всплесков, они не представляют серьезной опасности для изоляции с нормаль­ ным уровнем. Действительно, дли­ тельность перенапряжений при от­ ключении индуктивности во всяком случае не превышает 5 периодов, т. е. 0,10 сек. При такой длительно­

сти на основании рис. 16-26 проч­ ность изоляции трансформаторов по крайней мере в 1,55 раза больше одноминутной прочности. Поэтому, например, при напряжении 220 кв,

для которого испытательное напря­ жение t/ncn=400 кв, т. е. 3,14t/ф,

фактическая прочность изоляции при рассматриваемых перенапряже­

трансформаторов практически ис-

Рис. 40-7. Вероятность перенапряжений при отключении холостого трансформатора мощностью 20 ЬАва воздушным выключа­

телем.

обратно в сеть. Эти сопротивления подобны тем, которые рекомендо­ вались выше для ограничения пере­

ния дуги, благодаря чему ограни* чивать перенапряжения при отклю­ чении индуктивностей путем соот-

ветствующего конструирования вы­ ключателей едва ли возможно.

Наиболее реальным способом ограничения перенапряжений явля­ ется применение разрядников, по­ стоянно включенных на выводы трансформатора. Энергия, запасен­ ная в индуктивности трансформато.

ра, невелика и значительно меньше пропускной способности разрядни­ ков стандартного типа. Например, в трансформаторе 121 кв, 31 500 ква при / ср= 6,4 а запасена энергия все­ го около 1 000 дж , в то время как разрядник ПО кв без труда рассеи­

вает энергию, на порядок большую.

ципиально возможно возникновение всех перечисленных видов резо­ нансных явлений. Например, пара­ метрический резонанс возникает при коротких замыканиях в цепи гидро­ генератора, включенного на холо­ стую линию электропередачи доста­ точно большой длины; субгармо­ нические колебания возникают в дальних электропередачах, снаб­ женных установками продольной компенсации, и т. д. Следует отме­ тить, что применение линий элек­ тропередачи очень большой длины значительно расширило возможно­ сти возникновения резонансных пе­ ренапряжений, интерес к которым очень сильно вырос во время про­ ектирования первой дальней пере­ дачи 400 кв Волжская ГЭС имени

В. И. Ленина — Москва.

41-2. РЕЗОНАНСНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ

Если рассматривать простейшие колебательные контуры, то, как из­ вестно, перенапряжения при резо­ нансе возникают в схеме последо­ вательного соединения емкости и индуктивности, например в схеме рис. 41-1, в которой г представляет

собой активное сопротивление ка­ тушки индуктивности и соедини­ тельных проводов.

Рассмотрим включение этой про­ стейшей схемы на синусоидальное напряжение

й (0 = ^м sin (ш*+<{)), (41-1)

где величина угла i|) определяется моментом включения рубильника К.

Напряжение на емкости колеба­ тельного контура «с складывается из составляющей установившегося

Рис. 41-1. Схема простейшего линейного колебательного кон­ тура.

режима £/уст и переходной состав­ ляющей Ипер. В установившемся режиме напряжение на емкости колеблется с частотой сети оз, соб­ ственная же частота колебаний кон­ тура равна:

с которыми нам придется иметь дело, активное сопротивление г мно­

« • “ -ST***'-

Первое слагаемое этого выраже­ ния дает установившееся напряже­ ние на конденсаторе, второе пере­ ходную составляющую.

Зависимость амплитуды устано­ вившегося напряжения от величины отношения (о/ш0 показана на рис. 41-2

сплошной линией для конкретного