Дуговые перенапряжения.

Они существуют в сетях с изолированной нейтралью.

Длительность дуговых перенапряжений соизмерима с длительностью перемежающейся дуги.

ЭДС на шинах до включения линии: E_maxsin(t+)=E_ш.

_k – декремент затухания на k–ой частоте.

, где С₀ – скорость света.

=314 1/с

_k – k-ый корень уравнения.

 – угол между током и напряжением в момент коммутации.

Угол коммутации на определенной частоте:

.

На каждой частоте затухание происходит со своей характеристикой.

Если происходит АПВ, на линии остается остаточный заряд. За время бестоковой паузы заряд разрядится не успевает и при включении он обычно бывает большей величиной.

При АПВ и наличии остаточного тока напряжение на конце будет рассчитываться так:

Пока контакты выключателя не замкнуты происходят стримерные разряды с частотой _k и только после замыкания устанавливается дуга с =50Гц.

U₀ берется с учетом знака остаточного заряда на линии.

При увеличении паузы АПВ происходит уменьшение остаточного заряда и уменьшение уровня перенапряжения.

В плохую погоду перенапряжение меньше за счет быстрого стекания заряда по изоляторам.

Коэффициент внутренних перенапряжений:

Но берутся среднеарифметические параметры: математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение _k.

_k – среднеквадратичное отклонение распределение амплитуды.

Ударный коэффициент равен или больше 1.

О тключение к.З.

1. Откл. Q2.

2. Откл. к.з.Q1.

Напряжение в точке после размыкания контактов:

U(x)=U_н(x)–U(x)

U(x) изменяется в точке после размыкания контактов.

U_н(l)=0

*

 ₁, т.к.  – частота источника, а ₁ первая гармоника собственных колебаний в колебательном контре. ₁ всегда больше , т.к. * имеет большую величину, но не может быть .

k_уд1, k_уд2 – ударные коэффициенты при U_max1 и U_max2.

_уд=1,75(k_уд1–k_уд2)

При оценке перенапряжений при 3-х фазном АПВ нужно учитывать следующие соображения:

1. Если на ЛЭП, где имеются электромагнитные трансформаторы напряжения и нет реакторов, на время паузы АПВ включаются низкоомные резисторы, ускоряющие стекание заряда с проводов ЛЭП. При этом значения и _уд при успешном АПВ, те же что и при оперативном включении ненагруженной ЛЭП.

=1,61 _уд=0,183

2. Если на ЛЭП отсутствуют средства по ускорению стекания заряда с неповрежденных фаз, то тогда мы можем условно считать, что начальное значение напряжения остаточного заряда статистически не зависит от паузы АПВ. Мы считаем в этом случае, что начальное значение остаточного напряжения согласуется с нормальным законом распределения.

U₀=0,75U_ф ₀=0,16 =1,69 _уд=var

Для оценки перенапряжения при однофазном АПВ в электропередачи:

=1,5 _уд=0,12

Если линия длинная и имеется устройство поперечной компенсации, это приводит к перенапряжениям, возникающим на поврежденных фазах, как во время протекания тока к.з., так и после отключения к.з.

Перенапряжения в длинных линиях за счет емкостного эффекта

Длинную линию можно представить в виде:

x=jL

b=jC

Обозначим характеристики этого состояния.

С увеличением длины линии емкость и индуктивность увеличиваются, при этом x_L и x_C уменьшаются.

Если x_L=x_C возникает условие резонанса.

Когда строим кривую, мы рассматриваем идеальный случай, т.е. нет активных потерь и короны, а этого быть никак не может.

Если напряжение поднимется выше U_рабmax, то мощность на проводе по всей его длине может быть соизмерима с мощностью системы.

М естная корона – это несколько процентов потерь, всегда присутствует на ЛЭП. Корона – это дополнительная емкостная проводимость и активные потери. Коронирование можно представить, так что каждая ячейка дополняется активными сопротивлениями и емкостью.

В силу этого кривая будет иметь вид:

Чем больше мощность системы, тем больше ее индуктивное сопротивление. Если мощность, передавая по ЛЭП соизмерима с мощностью системы, то x_и0. Длительность таких резонансных перенапряжений десятки и сотни секунд. Для изоляции подстанции это очень большое время.

На длинных линиях делают такую защиту, чтобы она настроила резонансный контур, допустим, поставив реактор, напряжение в конце линии будет маленькое.

Функция реакторов снятие перенапряжений за счет емкостного эффекта. При этом уменьшается динамическая устойчивость линии, что тоже не очень хорошо. Тогда стали использовать специальное реле и искровой промежуток, тем самым, увеличивая устойчивость.

Разрядники и ОПН в этом случае не помогут, т.к. они снижают уровень грозовых и коммутационных перенапряжений.

Феррорезонансные перенапряжения

Они возникают, если выполняются условия:

1. наличие нелинейной индуктивности L;

2. несимметричный режим;

3. r0.

К онтур, в котором возникают феррорезонансные перенапряжения можно представить в виде:

Феррорезонансные перенапряжения в сетях с глухозаземленной нейтралью

При кз феррорезонанса не возникает, т.к. появляются большие потери.

Представим , что произошел обрыв провода без падения на землю (допустим вблизи подстанции).

У неповрежденных фаз стекание тока на землю есть, но он очень маленький.

U_э=0,5U_ф

Можно попасть в тот и другой режим, т.е. происходит самопроизвольное смещение нейтрали, т.е. происходит феррорезонансный скачок. Такие резкие скачки опасны для межвитковой изоляции.

Очень часто феррорезонансные перенапряжения вызывают ТН.

Феррорезонансные перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью

U_э=1,5U_ф – наиболее распространенный случай в сетях с изолированной нейтралью, так что разрядники и ОПН в этом случае не помогут. Поэтому либо вообще не допускать такого случая (программные мероприятия), либо добавить активное сопротивление. Реле нужно в тех случаях, когда нельзя работать без разомкнутого трансформатора.

В настоящее время добавляют в нейтраль резистор, и характеристика принимает вид:

Способы ограничения перенапряжений

Система защиты от перенапряжений:

1. Ограничение перенапряжений;

2. Исключение возможности перенапряжений:

а. Схемные мероприятия (в том числе сопротивление в нейтрали);

б. Оперативные мероприятия.

Возможно исключить коммутационные мероприятия при плановых коммутациях и АПВ.

а и б – ограничения резонансных мероприятий.

Рассмотрим основные средства ограничения перенапряжений:

А. Защитные аппараты (ПЗ, РТ, РВ, ОПН)

Принцип действия – отвести в землю энергию перенапряжений.

Б. Применение резисторов.

Благодаря способам А мы можем ограничить грозовые, аварийные коммутационные перенапряжения (в том числе дуговые), а способы Б ограничивают резонансные перенапряжения.

В. Выключатели 2-х ступенчатого действия.

Существует способ защиты от перенапряжения управление моментом коммутации выключателя (при этом свободные колебания могут быть исключены), отслеживание угла сдвига между I и U, скорости дионизации среды. Для этого должна быть очень точная механика, как самого выключателя, так и его привода.

Мероприятия 2 ограничены регламентом, схема должна оставаться функциональной.

Применение резисторов тоже не всегда возможно. Для глубокого ограничения перенапряжений (грозовых и коммутационных) используют коммутационные аппараты (ОПН).

1. кз;

2. откл. Q2;

3. откл. Q1;

4. t_апп;

5. Q1 на ВЛ, при этом на ЛЭП остается остаточный заряд U₀, поэтому снижение этой величины это выключатель 2-хступенчотого действия.

Д К – дополнительный контакт.

ШР – ступенчатый резистор.

П рименение опн

Для разных участков схема замещения ОПН разная. 1.

Ток имеет емкостно-омический характер.

R_в обусловлено неизменной во всей области воздействующих напряжений проводимостью, определяемой температурой отрезка.

R_n обусловлено проводимостью и определяющее ВАХ всего резистора в области рабочих напряжений и перенапряжений.

R_в определяется объемным сопротивлением гранул оксида цинка и представляет собой проводимость нелинейного резистора при больших значениях тока.

L следует учитывать в режимах быстрорастущих больших импульсных токов.

2. 3. 4.

П римерная структура материала:

Температура обжига t⁰_обж1300⁰С.

Также присутствует висмут, сурьма, кобальт, марганец.

Оксид цинка составляет 90% всей керамики.

Нелинейность и стабильность характеристики зависит от наличия и состава других материалов керамики, режима обжига материалов, от температуры варистора и окружающей среды и формы, протекающего через резистор тока.

Существует система аварийного выхлопа, необходимая, когда объем, выделяющихся газов очень большой.

В момент протекания большого тока контакт между зернами становится почти равным 0.

U=AI^, где  – вентильность

U ₁₀₀=U_ост на варисторе при I=100А.

Для нелинейного резистора первоначальное значение имеет температурный режим, определяющий каково равновесие и термическая устойчивость.