Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов

Перенапряжение — это напряжение, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (uном) на изоляции элементов электрической сети. В зависимости от места приложения различаются перенапряжения фазные, междуфазные, внутриобмоточные и междуконтактные. Последние возникают при приложении напряжения между разомкнутыми контактами одноимённых фаз коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей).

Различают следующие характеристики перенапряжений:

• 1)
• 2) длительность воздействия;
• 3) форму кривой ;
• 4) широту охвата элементов сети.

Эти характеристики подвержены статистическому разбросу, так как зависят от множества факторов.

При технико-экономическом обоснования мер защиты от перенапряжений и выборе изоляции необходимо учитывать и статистические характеристики ущерба (математическое ожидание и дисперсии) вследствие простоя и внеочередного ремонта оборудования энергосистемы, а также вследствие порчи оборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса у потребителей электроэнергии.

Внутренние перенапряжения вызываются переходными электромагнитными процессами в электрических цепях. Эти процессы охватывают коммутации в системе, резонансные и феррорезонансные явления, явления параметрического возбуждения колебаний, а также наложение двух или нескольких переходных режимов (комбинированные перенапряжения).

Коммутационные перенапряжения могут сопутствовать операциям включения и отключения нагрузки в нормальном и аварийных режимах, К.З. и разрывом цепи, внезапным изменениям нагрузки и т. п.

Резонансные явления могут возникнуть как на основной частоте, так и на высших гармонических, источники которых обычно имеются в электрических системах (насыщение трансформаторов, несимметрия нагрузки генераторов и др.).

Причиной параметрического резонанса является периодическое изменение параметров цепи, например, индуктивности фаз явнополюсной машины, когда машина не имеет успокоительных обмоток. Комбинированные перенапряжения могут возникать при всяком опасном повышении напряжении из-за вторичных процессов — перекрытий К.З., отключений, АПВ и т. п.

Внутренние перенапряжения характеризуются:

• 1) уровнем или кратностью по отношению к амплитудному значению номинального фазового напряжения;
• 2) длительностью, изменяющейся в широких пределах — от сотен мкс. до многих секунд;
• 3) повторяемостью;
• 4) степенью распространения — по всей системе или только в ее ограниченных частях.

При определении численных значений этих параметров приходится учитывать, что внутренние перенапряжения являются процессами случайными, поэтому указанные значения имеют вероятностный характер и могут быть оценены лишь на основе статистических методов. Внутренние перенапряжения имеют относительно большую длительность, что делает их более опасными для изоляции, чем кратковременные атмосферные перенапряжения.

С ними связана опасность повреждения грозозащитных аппаратов. На внутренние перенапряжения в электрических сетях оказывает влияние способ заземления нейтрали, что в известной степени предопределяет решение вопросов, касающихся уровня изоляции.

Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов — этот тип перенапряжений связан с остаточными зарядами на разрыве дуги и повторными зажиганиями дуги в выключателе. Рассмотрение случая отключения линии рассматривается на простейшей схеме замещения (рисунок 2.1 и рисунок 2.2).

Рисунок 2.1 — а) простейшая схема замещения; б) схематическое изображение волновых процессов в линии с выключателем.

Рисунок 2.2 — Отключение холостой линии В выключателе до отключения течет синусоидальный ток, и при обрыве этого тока, происходящим в момент прохождения его через нуль, напряжение на линии имеет амплитудное значение Uл. После обрыва тока на линии сохраняется напряжение Uл, создаваемое зарядом на емкости линии. Это напряжение воздействует на линейный полюс выключателя.

Со стороны шин напряжение в момент отключения падает с Uл до uш (исчезает емкостной эффект) и далее напряжение изменяется с частотой сети. Пусть в момент максимального напряжения замещения напряжения (за полупериод Т/2) на контактах выключателя произошло повторное зажигание дуги, т. е. Сш и С+ включается параллельно заряженные до uл и uш. В результате перераспределения зарядов устанавливается напряжение.

После его выравнивания наступает колебательный процесс перезарядки емкости с1+сш до напряжения источника. В процессе колебания напряжение достигает максимального значения до 3uф. Через выключатель протекает ток, амплитуда которого может быть значительной при малом L и большом сл. После затухания колебаний наступает установившийся режим, в котором сл и сш соединены параллельно через дугу в выключателе. При ближайшем прохождении через нуль тока рабочей частоты и дальнейшем расхождении контактов, вновь наступает гашение дуги. Затем может повторится описанный процесс зажигания дуги с высокочастотными колебаниями. Однако при таком развитии процесса кратность перенапряжения не будет превышать кратность в первом цикле, как реальные характеристики выключателя вносят существенные изменения в количественную сторону процесса. Исходя из рассмотренной картины развития перенапряжения можно отметить следующее:

• 1. Развитие перенапряжений определяется в первую очередь характеристиками выключателей, от которых зависит вероятность повторных зажиганий.
• 2. Перенапряжения на линии и шинах для коротких линий имеют одинаковую кратность.
• 3. Перенапряжения снижаются при увеличении затухания высокочастотных колебаний при повторных зажиганиях дуги.

Существенного снижения кратности перенапряжений можно ожидать при наличии на шинах конденсаторных батарей поперечной компенсации или кабельных линий, так как Сш может оказаться больше Сл (при Сш =2 Сл предельная кратность перенапряжений 2uф).

Отключение ненагруженных линий 500 кВ обычно не сопровождается повторными пробоями при использовании воздушных выключателей при включенных шунтирующих реакторах. Поэтому в них не предусматривают защиту от внутренних перенапряжений. Применение современных воздушных выключателей на ВЛ обеспечивает снижение расчетного уровня перенапряжений до 2,5 uф [3,C.188].