Перенапряжения при отключении ненагруженных линий

Перенапряжения при отключении ненагруженных линий возникают вследствие перезарядки линий при повторных зажиганиях дуги между контактами выключателя.

Рассмотрим механизм развития этих перенапрЯжений на простейшей эквивалентной схеме замещения, рис.

Схема замещения при отключении линии Питающая сеть замещена источником э.д.с. e (t), включенным последовательно с индуктивным внутренним сопротивлением Ls и активным — Rs, а линия замещена емкостью С.

Изменение напряжения на линии при повторных зажиганиях дуги в выключателе при его отключении Гашение дуги в выключателе В при его отключении происходит в момент времени t1, когда емкостный ток Iв проходит через ноль, рис. 2.12. Заряд линии медленно стекает на землю через сопротивление утечки изоляции. Постоянная времени разряда имеет порядок десятков секунд, поэтому напряжение U1 на линии в течение половины периода колебаний 50 Гц остается практически неизменным и равным амплитудному значению фазного напряженияUmф. Напряжение на шинах изменяется с частотой источника, поэтому через 0,5 периода, момент t2, разность потенциалов на контактах выключателя будет максимальной и равной Uв=U1Um=2Em. Если в этот момент произойдет повторное зажигание дуги, то емкость линии начнет перезаряжаться в колебательном режиме от начального значения U1Em до установившегося напряжения Uш=е (t). Частота свободных колебаний оказывается примерно на порядок выше 50 Гц и можно пренебречь изменением напряжения источника в интервале t= t3 t2. При этом максимальное напряжение на линии можно рассчитать по следующей формуле.

.

где Куд=1,8 ориентировочное значение ударного коэффициента в эквивалентном контуре с учетом потерь в сопротивлении Rs.

В момент t3 ток i=di/dt=0 и дуга гаснет. Емкость линии остается под напряжением U1макс. Через полпериода Um=Em и напряжение между контактами выключателя повысится до Uв=Em — U1макс=3,6Em (момент t4). Одновременно расходятся контакты выключателя и увеличивается электрическая прочность межконтактного промежутка. Если в момент t4 Uв=Uпр, то произойдет зажигание дуги снова и U2макс= 2,6Em+(Em+2,6Em)1,8=3,9Em и т. д.

Для большинства реальных схем напряжение, остающееся на линии после гашения дуги, оказывается меньшим, чем для упрощенной эквивалентной схемы.

Зажигание дуги в реальных выключателях происходит в случайные моменты времени и процесс нарастания перенапряжений от одного повторного зажигания к другому не приводит к столь быстрому росту их значений. Значение максимального напряжения в переходном процессе зависит от момента повторного зажигания дуги, возможность которого определяется соотношениями между кривыми возрастания электрической прочности межконтактного промежутка выключателя и восстанавливающегося напряжения.

Число повторных зажиганий дуги в некоторых типах масляных выключателей может достигать 12−15 при каждой коммутации фазы. После окончательного гашения дуги остающееся напряжение на линии может достигать (1,61,8)Um, что создает предпосылки для высоких перенапряжений при последующем АПВ.

Кратность перенапряжений зависит также от вида применяемого выключателя. Современные воздушные выключатели практически всегда отключают линию без опасных повторных зажиганий дуги, поэтому в сетях, оборудованных этими выключателями с перенапряжениями рассматриваемого типа можно не считаться. Масляные выключатели имеют меньшую скорость расхождения контактов и в них возникают опасные повторные зажигания дуги.

Исходя из многих экспериментальных данных, вероятность рассматриваемых перенапряжений с кратностью более 3,5 составляет 2%. Практика эксплуатации показывает, что в основном нужно ориентироваться на кратность равную трем. Такие воздействия на изоляцию непосредственной опасности не представляют, но частое их воздействие нежелательно. Однако при снижении уровня изоляции до 2,5Uф и ниже (220−330 кВ) эти воздействия становятся опасными. В сетях 500 кВ и выше в выключателях повторных зажиганий дуги не возникает и этот тип перенапряжений может не учитываться.

Меры ограничения перенапряжений. Радикальной мерой борьбы с перенапряжениями этого типа является применение выключателей без опасных повторных зажиганий дуги. Если таких выключателей нет, то целесообразно оснастить линию средствами снятия остаточного заряда: вынести на линию измерительный электромагнитный трансформатор напряжения. Эффективным оказывается подключение к линии шунтирующего реактора. Приближая форму кривой остающегося на линии напряжения к кривой воздействующей э.д.с., он замедляет рост напряжения между контактами выключателя и тем самым уменьшает вероятность повторных зажиганий дуги.

Ограничение перенапряжений путем применения ОПН или вентильных разрядников возможно, но вследствие многократности зажиганий дуги в ходе каждой коммутации происходит ускоренное расходование ресурса пропускной способности нелинейных резисторов.