5 Комутаційні перенапруги в електричних системах

5.4 Відновлювальні напруги при відключенні коротких замикань

Відключення короткого замикання розглянемо на простій схемі рис. 5.8,а, в якій  і   параметри мережі. Ємнісна провідність  звичайно дуже мала, і при робочій частоті нею можна нехтувати. Комутація відключення короткого замикання відбувається при проходженні індуктивного струму через нульове значення. Напруга на вимикачі може бути знайдена із схеми на рис. 5.8,б, в якій джерело струму  вмикається на коливальний контур . Напруга  виражається формулою

.                           (5.6)

Рисунок 5.8 Відключення короткого замикання за вимикачем

а початкова схема; б розрахункова схема; в крива

Крива  показана на рис. 5.8,в. На початковій ділянці кривої  визначають  

швидкість відновлювальної напруги (ш.в.н.) після обриву дуги у вимикачі. Якщо ш.в.н. менше швидкості відновлення електричної ізоляції між контактами, то вимикач успішно відключає струм к.з. У іншому випадку дуга у вимикачі спалахує знов, що затягує відключення короткого замикання або навіть приводить до руйнування дугогасильних камер вимикача. За сучасними нормами вимикачі повинні маркуватися не тільки за потужністю , яка відключається, але і за допустимою швидкістю відновлення напруги. Для напруг 110-220 кВ нормується ш.в.н. у 1 кВ/мкс на початковій частині кривої .

Найбільшою небезпекою для вимикача є короткі замикання на лінії на відстані декількох кілометрів від вимикача так звані невіддалені короткі замикання (рис. 5.9,а). Заміщаючи лінію коливальним контуром , приходимо до розрахункової схеми, показаної на рис. 5.9,б. Напруга  виражається 

.  (5.6,a)

 

Рисунок 5.9 Відключення невіддаленого короткого замикання,

а початкова схема; б розрахункова схема;

в крива  та її складові

 

Частоти коливань рівні відповідно  і .

Внаслідок малої величини  і  частота . Найбільш небезпечні короткі замикання за малим  і реактивним опором , що відповідає 13 км лінії.

В цьому випадку струм короткого замикання  практично не відрізняється від струму к.з. на шинах живильної підстанції, напруга  вже достатньо висока, а частота відновлювальної напруги, з боку лінії , ще велика. Крива  та її складові для невіддаленого короткого замикання, побудовані за формулою (5.6,а), показані на рис. 5.9,в.

Формули (5.6) і криві  на рис. 5.8 і 5.9 дійсні при заміщенні ліній П-подібними схемами. У реальних, розгалужених мережах крива напруги  з боку шин аперіодична з амплітудою порядку . У початковій своїй частині, приблизно до 70% амплітуди,  наростає прямолінійно зі швидкістю (ш.в.н.) , де   еквівалентний хвильовий опір ліній, підключених до шин (без врахування лінії, на якій відбулося коротке замикання). При невіддалених коротких замиканнях і врахуванні хвильових параметрів ділянки лінії до місця к.з. відновлювальна напруга з боку лінії має пилкоподібну форму і ш.в.н. з боку лінії рівна , де   хвильовий опір лінії. Отже, сумарна ш.в.н. рівна . Враховуючи, що  завжди, то ш.в.н. при невіддаленому короткому замиканні значно перевищує нормовані значення. Тому в багатьох країнах проводять спеціальні випробування вимикачів в схемі невіддаленого короткого замикання.