Особенности ограничения перенапряжений, возникающих при коммутации линий, вентильными разрядниками и выключателями с шунтирующими сопротивлениями

Для линий СВН в связи с весьма высокой стоимостью изоляции желательно ограничить коммутационные перенапряжения до такого уровня, при котором как линейная, так и подстанционная, главным образом наружная, изоляция определялась бы в основном рабочим напряжением.

Наибольшие перенапряжения возникают на разомкнутом конце линии, где могут быть установлены реакторы поперечной компенсации, конденсаторы связи, разъединители, выключатели, трансформаторы напряжения. Для их защиты вблизи линейного разъединителя со стороны линии устанавливается комбинированный вентильный разрядник, который защищает как от грозовых, так и от коммутационных перенапряжений.

При коммутационных перенапряжениях амплитуда тока через разрядник после пробоя его искрового промежутка обычно не превышает 1,5 — 2 кА, но в силу значительной длительности перенапряжения энергия, рассеиваемая в нелинейном сопротивлении разрядника, на несколько порядков превосходит энергию грозового импульса. Условия гашения дуги в разрядниках тоже тяжелее, чем при грозовых импульсах.

Для исключения повторных срабатываний разрядника в течение переходного процесса при коммутациях напряжение гашения коммутационных разрядников должно быть значительно выше, чем у грозозащитных, а коэффициент гашения Кгаш=Uпр/Uгаш должен быть значительно ниже. Например, для разрядника РВМК-500-П Кгаш=1,25, что обеспечивает при Uпр=(2,42,5)Uф напряжение гашения Uгаш=(1,92)Uф. Так как при обрыве дуги в разряднике происходит повышение напряжения на линии, то допустимое установившееся напряжение должно быть на 10−15% меньше Uгаш. Если это сделать не удается, то установивщееся напряжение можно снизить установкой реакторов поперечной компенсации, подключаемых к линии через искровой промежуток, рис. 2.17, или наглухо.

Глухое подключение приводит к дополнительным потерям реактивной мощности в нормальных режимах работы. Поэтому лучше реактор подключать через искровой промежуток (ИП), шунтированный выключателем (ШВ). При U2Uпр происходит пробой ИП и реактор подключается к линии. Для ограничения воздействия дуги на электроды ИП срабатывает от релейной защиты ШВ.

Схема подключения вентильного разрядника и реактора Эффективность действия реактора тем больше, чем меньше пробивное напряжение искровых промежутков (Uпр). Нижний предел Uпр выбирается по условиям отстройки от срабатывания ИП при повышении напряжения в режиме качаний с учетом разброса Uпр. Отсюда нижний предел Uпр (1,351,5)Uфm.

Эффективным средством ограничения коммутационных перенапряжений служит сопротивление, встраиваемое в выключатель. Возможны два варианта включения сопротивления: последовательное — рис. 2.18,а и параллельное — рис.

Схемы выключателей с шунтирующими сопротивлениями:

а) последовательное включение; б) параллельное включение В обоих схемах при включении линии первыми замыкаются вспомогательные контакты ВК, вводя последовательно с линией Rш, затем через 1,5−2 периода промышленной частоты включаются главные контакты ГК. При отключении первыми размыкаются ГК, затем ВК. В схеме рис. 2.18,а через вспомогательные контакты не проходит полный рабочий ток и они могут быть выполнены облегченными. Недостатком ее является то обстоятельство, что на главные контакты в отключенном положении ложится полная разность напряжений между источником и линией. В схеме рис. 2.18,б на каждый из контактов приходится половина напряжения, но вспомогательные контакты должны быть выполнены на полный рабочий ток.

Благоприятное действие шунтирующих сопротивлений состоит в демпфировании свободных колебаний напряжения во время включения ненагруженной линии и в уменьшении остаточного заряда при отключении ненагруженной линиии и при АПВ.

Выбор величины щунтирующего с опротивления.

Включение ненагруженной линии. При подключении линии к источнику с нулевым внутренним сопротивлением через активное сопротивление равное волновому Rш=Zл, колебательный процесс практически отсутствует, так как нет отражений от начала линии. Если источник имеет внутреннее индуктивное сопротивление Хс, то для апериодического переходного процесса необходимо иметь Rш>Zл, так как к распределенной индуктивности линии добавляется индуктивность источника. Однако на практике нет необходимости добиваться полной апериодичности. Достаточно получить существенное снижение свободной составляющей напряжения, что выполняется при Rш=200−400 Ом. Кроме того, после закорачивания Rш вновь возникает переходной процесс и его интенсивность будет тем слабее, чем меньше разница между установившимися напряжениями при включенном Rш и без него. Это условие выполняется, если Rш<|Zвх|, где Zвх — модуль входного сопротивления вкючаемой линии.

Такое же значение шунтирующего сопротивления является эффективным при ограничении перенапряжений, возникающих при отключении несимметричных к.з. и асинхронного хода, так как переходные процессы имеют большое сходство.

Отключение ненагруженной линии. Оптимальным при отключении ненагруженной линии является случай, когда нет повторных пробоев между контактами выключателя, приводящих к опасным перенапряжениям. Поэтому задачей, возлагаемой на Rш является не демпфирование свободных колебаний при повторных пробоях, а уменьшение восстанавливающегося напряжения до значения, при котором практически не наблюдается повторных пробоев. Для этой цели используются Rш=3000 Ом.

Таким образом, главный недостаток применения Rш состоит в том, что нет такого значения сопротивления, которое бы в равной степени эффективно устраняло любые коммутационные перенапряжения, Вместе с тем оно усложняет конструкцию выключателя, поэтому Rш в выключателях с Uном500 кВ не применяются.