1.3. Внутренние перенапряжения

1.3.1.Классификация внутренних перенапряжений

Внутренние перенапряжениявызваны колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. Внутренние перенапряжения можно условно разбить накоммутационныеиустановившиеся.

Коммутационные перенапряжения возникают в следующих случаях:

– при включении ЛЭП;

– при автоматическом повторном включении (АПВ) ЛЭП;

– при отключении ЛЭП;

– при отключении трансформатора;

– дуговые и др.

К установившимся перенапряжениям относятся:

– резонанс на промышленной частоте;

– резонанс на высших гармониках;

– феррорезонанс на промышленной частоте;

– феррорезонанс на высших и низших гармониках;

– параметрический резонанс и др.

Для каждого вида перенапряжений необходимо определить максимальную кратность перенапряжений:

.

Кратность К в соответствии с видами перенапряжений разобьем на две составляющие: К=К∙К, где К=, К=.

1.3.2. Установившиеся перенапряжения

Установившийся режим − это резонансы на промышленной частоте, а так же на высших и низших гармониках. В реальных схемах они имеют небольшую кратность, но могут длиться до нескольких секунд. Поэтому рассмотрим только основные виды установившегося режима: резонанс на промышленной частоте (емкостный эффект) и феррорезонанс.

Емкостный эффектнаблюдается в длинных линиях на холостом ходу. Рассмотрим схему сети и схему ее замещения (рис.1.9).

Рис.1.9. Схема электрической сети и схема ее замещения

Линия длинная, поэтому в схеме замещения применена П-образная схема замещения. Допустим при включении ЛЭП не сработал выключатель В₂, тогда напряжение в конце линии будет выше, чем в начале (рис.1.10а). Поясним это с помощью векторной диаграммы (рис.1.10б). В цепи протекает емкостный ток, он опережает э.д.с. генератора Е на 90, а напряжение наLопережает на 90ток. Поэтому напряжение в началеU₁и в концеU₂линии будет выше, чем Е.

Емкостный эффект опасен для линий >1000 км. В них возможен резонанс на частоте 50 Гц, так как паразитные параметры линии такие, что получается резонансный контур. Для оценки максимального напряжения необходимо учесть влияние короны и насыщение стали трансформаторов. Максимальная кратность в схеме (рис.1.9) может быть до К=3 [12].Однако холостой ход таких длинных линий очень мало вероятен. А на реальных ЛЭП 100−500 кВ согласно опыту эксплуатации кратность перенапряжений вследствие емкостного эффекта не превышает К=1,25 [17].

а) б)

Рис.1.10. Распределение напряжения вдоль линии (а) и векторная диаграмма напряжений и токов (б) в исследуемой схеме

Феррорезонансможет возникнуть при насыщении магнитопровода трансформатора. Основые явления, возникающие при феррорезонансе, можно рассмотреть на примере простейшей схемы (рис.1.11), состоящей из последовательно включенных емкости С, активного сопротивленияRи индуктивностиLс насыщающимся сердечником.

Рис.1.11. Исследуемая схема

Построим функции U=f(I) для трех элементов и последовательно их сложим (рис.1.12).

Рис.1.12.Функция U=f(I) для исследуемой цепи

Если эту схему включить на переменное напряжение, то ток будет нарастать от нуля до максимума и при насыщении сердечника может возникнуть феррорезонанс, который сопровождается следующими явлениями.

1. Возникает опрокидывание фазы. В точке 1 возникает неустойчивый режим и происходит скачкообразный переход в точку 3. Суммарное напряжение (U_RLC) для точек 1 и 3 одно и то же, а вот ток скачком меняет направление (рис.1.13).

Рис.1.13. Векторные диаграммы для точек 1 и 3

Если R=0, то ток меняется на противоположный. Слабо загруженные двигатели начнут вращаться в другую сторону, а сильно загруженные - остановятся.

2. Скачком меняется напряжение, возникает перенапряжение на трансформаторе.

3. Возникает сильная нелинейность тока, возникают высшие гармоники.

В нормальном режиме условия резонанса не выполняются. А вот в аварийных ситуациях эти условия могут выполниться. Феррорезонанс

наблюдался в сети, где была небольшая нагрузка, провод одной фазы оборвался и упал на землю (рис.1.14). В самом неблагоприятном случае кратность может достигать К=3,75, с учетом всех благоприятных факторов кратность обычно не превышает K=2,5.

Рис.1.14. Схема, в которой наблюдался феррорезонанс