5 Комутаційні перенапруги в електричних системах

5.2 Перенапруги при відключенні ненавантаженої лінії з повторними пробоями

Припустимо, що в схемі на рис. 5.5,а вимикач відключає ненавантажену лінію. У вимикачі до відключення протікає синусоїдальний струм, і при обриві цього струму, що відбувається у момент проходження його через нуль, напруга на лінії має амплітудне значення:

.

 

Після обриву струму на лінії зберігається напруга , що створюється зарядом на ємності лінії. Ця напруга впливає на лінійний полюс вимикача. З боку шин напруга у момент відключення падає з  до Е (зникає ємнісний ефект), і далі напруга змінюється з частотою мережі (рис. 5.5,б). Відновлювальна напруга на контактах вимикача змінюється за законом:

.

 

Рисунок 5.5 Вимкнення ненавантаженої лінії з повторними пробоями

а схема мережі; б криві напруги на вимикачі

зі сторони живлення та лінії

Якщо тепер при деякій фазі , яка відлічується від моменту згасання ємнісного струму, виникне повторний пробій дугогасильного проміжку у вимикачі, то виникає перехідний процес ввімкнення лінії з початковою напругою . Напруга на ємності лінії змінюється за формулою:

   (5.3)

 

Максимальна напруга в перехідному процесі залежить від фази , тобто моменту повторного пробою. Можливість виникнення повторного пробою визначається співвідношенням між ходом кривих зростання електричної ізоляції проміжків вимикача і відновлювальної напруги. Ці криві показано на рис. 5.6. Крива  зсунута вліво на час с; що рівний інтервалу від моменту розходження контактів до моменту гасіння ємнісного струму і початку зростання . За час  контакти встигають розійтися на відстань  (  швидкість руху контактів), і на початок зростання  електрична ізоляція проміжків швидко наростає, як це показано пунктирною лінією на рис. 5.6.

 

Рисунок 5.6 Криві відновлювальної напруги  та відновлювальної ізоляції  для вимикача лінії під час інтервалу  між початком розходження контактів та гасінням дуги.

А момент розходження контактів; Б момент гасіння дуги;

В повторне запалення

 

Оскільки момент розходження контактів абсолютно випадковий, тобто величина  має однакову імовірність в межах від нуля до 0,01 с; то умови для виникнення повторного пробою підпорядковуються статистичній закономірності. В найгіршому випадку . Повторний пробій виникає за умови, коли крива  перетинає криву ; якщо цей перетин відбувається у момент максимуму , то перенапруги на лінії досягають максимального значення. Підставляючи у формулу (5.3) , знаходимо, що амплітуда  з урахуванням ємнісного ефекту сягає (33,5) .

У повітряних і сучасних масляних вимикачах швидкість наростання кривої  висока і найбільш ймовірний повторний пробій в початковий момент наростання . Такі повторні пробої не приводять до високих комутаційних перенапруг. У цьому можна переконатися, провівши розрахунок за формулою (5.3) при малих . Тому було запропоновано повторні пробої, що відбуваються при , називати повторними запаленнями і вважати ці комутації безпечними. Це, проте, справедливо тільки при великих , коли можна нехтувати складовою  у формулі (5.3). При  (лінії великої довжини) комутація при  приводить до , що сягає (1,81,9) або (2,32,5), тобто є небезпечною перенапругою для ліній 500-1150 кВ. Тому для цих ліній, які характеризуються низькою , граничний кут , при якому повторні пробої можуть вважатися безпечними повторними запаленнями, повинен бути істотно знижений.

Сучасні вимикачі високої напруги повинні мати дугогасильні системи, які допускають тільки повторні запалення, але не повторні пробої. У системах з такими вимикачами перенапруги при відключенні ненавантаженої лінії є безпечними. Проте в деяких окремих випадках за несприятливої схеми мережі (великі реактивні опори мережі ), при падінні тиску повітря в повітряному вимикачі і т.п. все ж таки можливі повторні пробої, що приводять до перенапруг порядку  або навіть вищих. Відключення ненавантажених ліній вимикачами застарілих конструкцій, особливо в мережах з ізольованою і компенсованою нейтраллю (35 кВ і нижче), часто супроводжуються повторними пробоями і комутаційними перенапругами високої кратності.

Сучасними правилами експлуатації допускається відключення ненавантажених ліній малої довжини і шин підстанцій розєднувачами. Під час відносно повільного розходження ножів розєднувача дуга ємнісного струму в місці розриву може багато разів гаснути і знов запалюватися. Досліди показали, що при
цьому виникають перенапруги до (3,0
3,5). Багатократне спрацьовування розрядника під впливом цих перенапруг може його зруйнувати.