4.6.5. Передача хвиль перенапруги з однієї обмотки в іншу

При падінні електромагнітної хвилі на одну з обмоток трансформатора електромагнітні процеси в ній збуджують високі потенціали в іншій обмотці. Можливі 2 види передачі ВН.

1. Ємнісна передача потенціалу в трансформаторах (мал. 4.22). Звичайно у високовольтних трансформаторах ємність на землю обмотки високої напруги багато менше, ніж ємність на землю обмотки низької напруги, тобто C₁₁ << C₂₂. Еквівалентна схема заміщення, представлена на мал. 4.22, б, дозволяє оцінити напруга на вторинній обмотці залежно від напруги хвилі, що прийшла на первинну обмотку:

Рис. 4.22. Ємнісна передача електромагнітної хвилі між обмотками трансформатора при приході хвилі перенапруги по одній з фаз: а) — загальна схема заміщення; б) — еквівалентна електрична схема для розрахунку

При ємнісній передачі електромагнітної хвилі між обмотками трансформатора коефіцієнт трансформації не грає ролі й залежить від C₂₂/C ₁₂. Значні потенціали можуть бути на обмотці 2 (НН), тільки коли З₂₂ мало.

2. Електромагнітна передача напруги в трансформаторах. Падіння хвилі на обмотку НН представлене на мал. 4.23.

У цьому випадку можливі два варіанти.

а) Якщо фази ВН приєднані до ВЛ, то ріст потенціалу буде незначний як на початку, так і в середині обмотки.

б) Якщо фази АВС від’єднані від ВЛ, те

U_A =U_B =U_C ≈U_пад  k_тр ,

де k_тр — коефіцієнт трансформації.

Рис. 4.23. Електромагнітна передача при падінні хвилі перенапруги на обмотку низької напруги

Це небезпечний режим і для внутрішньої й для зовнішньої ізоляції трансформатора. Отже, потрібна установка захисних апаратів від перенапруг на виводах трансформатора.

Наприклад: Хвиля перенапруги падає з боку низької напруги, U_пад= 10 кВ, k_тр= 10/0,4=25. За таких умов U_A=U_B=U_C≈U_падk_тр = 250 кВ, тобто для трансформатора класу 10 кВ ця напруга в 3 рази вище імпульсної іспитової напруги (75-80 кв).

4.7. Перенапруги при відключенні ненавантажених леп і батарей конденсаторів

4.7.1. Відключення ненавантажених вл

При холостому ході лінії струм випереджає напругу практично на 90° (лінія, як ємність). При відключенні лінії, коли контакти вимикача починають розходитися, між ними загоряється дуга. При проходженні струму через 0 (момент t₀ на мал. 4.24), дуга у вимикачі згасне. Лінія залишається зарядженої. На лінії залишається напруга +U_ф, а напруга джерела продовжує змінюватися по синусоїді. Через півперіода напруга джерела досягає значення -U_ф. Отже, між контактами вимикача напруга досягає значення 2U_ф. Міцність проміжку між контактами вимикача за півперіода зростає не більш, ніж до 2U_ф (повітряні вимикачі) і U_ф (масляні вимикачі).

Рис. 4.24. Відключення холостої лінії від джерела при наявності повторного запалювання

Досить імовірним є повторне запалювання дуги у вимикачі в момент t₁, коли напруга джерела дорівнює -U_ф. При цьому лінія буде перезаряджатися від +U_ф до -U_ф. А по лінії буде поширюватися хвиля напруги -2U_ф і проходити струм i=-2U_ф/Z.

Перезарядження ВЛ відбувається в результаті поширення по лінії хвилі із крутим фронтом -2U_ф (компенсація +U_ф і зарядка до -U_ф). На кінці розімкнутої лінії хвиля -2U_ф відіб'ється з тим же знаком, тобто досягне -4U_ф, але результуюча напруга буде -4U_ф+U_ф= -3U_ф. Хвиля струму відіб'ється зі зворотним знаком (мал. 4.25).

При цьому на лінії буде встановлюватися напруга -3U_ф (мал. 4.24), а сумарний струм на ділянках лінії, де пройшла відбита хвиля, стає рівним нулю. Тому, коли відбита хвиля дійде до джерела (контакти вимикача), струм у вимикачі проходить через 0 і дуга гасне (момент t₂). Це час пробігу хвилі струму й напруги значно менше півперіода. Але напруга джерела змінюється синусоідально до +U_ф, а між контактами вимикача напруга досягає 4U_ф. І знову можливе запалювання дуги й т.д.

Рис. 4.25. Хвильові процеси при відключенні холостих ліній

Якби повторні запалювання дуги тривали необмежено довго, то перенапруги на лінії могли б досягти як завгодно великої величини. Але сучасні вимикачі не дозволяють цього. У переважній більшості випадків при відключенні холостих ліній відбувається не більше одного повторного запалювання дуги. Тому напруга на лінії у випадку джерела нескінченної потужності не повинне перевищувати 3U_ф. Оскільки лінії мають значну довжину, необхідно враховувати зниження напруги джерела за час подвійного пробігу хвилі по лінії, а також втрати в лінії. Ці фактори зменшують можливі амплітуди перенапруг на лінії. Перенапруги при відключенні холостих ліній для ряду енергетичних систем стають найбільш важливим видом перенапруг.

Можливі види обмеження подібних перенапруг:

Радикальний спосіб - збільшення швидкості відновлення електричної міцності, тобто швидкості розходження контактів вимикача. Однак зі збільшенням швидкодії вимикачів сильно зростають перенапруги при відключенні холостих (ненавантажених) трансформаторів.

Використання вимикачів із шунтувальними опорами. Недолік - складність конструкції й значна вартість.

Використання вентильних розрядників. Надійно обмежують перенапруги при довжині ліній не більше 200 км. У більш довгих лініях потрібні спеціальні розрядники з підвищеною пропускною здатністю по струму.

Приєднання електромагнітних трансформаторів напруги.