Коммутационные перенапряжения

Коммутационные перенапряжения в литературе часто называют перенапряжениями переходного режима. Они существуют сравнительно малое время, но по сравнению с грозовыми перенапряжениями в сотни раз больше.

t_ф=100-300 мкс, t_и=1000-3000 мкс

Если прочная изоляция выдержала сильное кратковременное воздействие испытательного напряжения, то она выдержит и большую часть воздействующих коммутационных перенапряжений (координация изоляции).

Источником внутренних перенапряжений являются генераторы самой системы. Так как мощность генераторов нормирована, то и перенапряжения не могут иметь бесконечно большую величину.

Кратность перенапряжений: составляет обычно от 2 до 3,5.

Любая система имеет индуктивные (L) и емкостные (C) элементы.

L: трансформаторы, генераторы, реакторы, синхронные компенсаторы, двигатели.

С: проводники (ЛЭП), емкость ошиновки подстанции, емкость всех изоляционных конструкций, специальные батареи конденсаторов, которые используются для улучшения качества электроэнергии.

В нормальном режиме в энергосистеме такого контура образоваться не может.

В колебательном контуре происходят волновые

процессы при R » 0; Х_L @ Х_С.

Если условие резонанса не выполняются,

то резонансных перенапряжений не будет, а если выполняются, резонансные перенапряжения будут больше коммутационных. Условие R»0 выполняется только при отсутствии нагрузки.

С_мф – междуфазная емкость. С_мф имеет значения на порядок ниже, чем С.

Рассмотрим следующие виды перенапряжений:

1) Коммутационные перенапряжения при включении:

- ненагруженной ЛЭП (в этом случае потребитель не пострадает, но можно повредить коммутационное оборудование).

2) Коммутационные перенапряжения при отключении:

- ненагруженной ЛЭ (оставшаяся энергия распределяется между L и С и начинается волновой процесс);

- ненагруженных трансформаторов и реакторов (оставшаяся в аппарате энергия вызывает волновой процесс в обмотке).

3) Коммутационные перенапряжения при АПВ.

4) Дуговые перенапряжения (они существуют в сетях с изолированной нейтралью). Длительность дуговых перенапряжений соизмерима с длительностью перемежающейся дуги.

Перенапряжения при включении ненагруженной линии.

ЭДС на шинах до включения линии: E_maxsin(wt+j)=E_ш.

,

где d_k – декремент затухания на k–ой частоте, , где С₀ – скорость света, w=314 1/с, w_k – k-ый корень уравнения , , j – угол между током и напряжением в момент коммутации.

Угол коммутации на определенной частоте: .

На каждой частоте затухание происходит со своей характеристикой.

Если происходит КЗ и действует АПВ, на линии остается остаточный заряд. За время бестоковой паузы (∆ t ) заряд разрядится не успевает и при включении имеет большую величину.

При АПВ и наличии остаточного тока напряжение на конце будет рассчитываться по следующей формуле:

Пока контакты выключателя не замкнуты, происходят стримерные разряды с частотой w_k и только после замыкания устанавливается дуга с w = 50Гц.

U₀ берется с учетом знака остаточного заряда на линии.

При увеличении паузы АПВ происходит уменьшение остаточного заряда и уменьшение уровня перенапряжения.

В плохую погоду перенапряжения меньше за счет быстрого стекания заряда по изоляторам.

Коэффициент внутренних перенапряжений

Берутся среднеарифметические параметры - математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение s_k.

s_k – среднеквадратичное отклонение распределение амплитуды.

Ударный коэффициент равен или больше 1.

Отключение короткого замыкания (К..З.)в цикле АПВ

Рассмотрим наиболее неблагоприятную с точки зрения развития событий ситуацию:

1) К.З. отключается Q2; 2) отключается Q1.

Напряжение в точке после размыкания контактов U (x)=U _н (x) – DU (x).

D U (x) изменяется в точке после размыкания контактов; U _н (l) = 0.

*

w₁¹w, так как w – частота источника, а w₁ первая гармоника собственных колебаний в колебательном контуре. w₁ всегда больше w, так как * имеет большую величину, но не может быть бесконечно велика.

U

k_уд1, k_уд2 – ударные коэффициенты при U_max1 и U_max2. t

s_уд = 1,75 (k _уд1 – k _уд2)

При оценке перенапряжений при 3-х фазном АПВ нужно учитывать следующие соображения.

1) Если на ЛЭП, на которой имеются электромагнитные трансформаторы напряжения и нет реакторов, на время паузы АПВ включаются низкоомные резисторы, ускоряющие стекание заряда с проводов ЛЭП, то значения и s_уд при успешном АПВ те же, что и при оперативном включении ненагруженной ЛЭП.

= 1,61; s_уд = 0,183

2) Если на ЛЭП отсутствуют средства по ускорению стекания заряда с неповрежденных фаз, то тогда мы можем условно считать, что начальное значение напряжения остаточного заряда статистически не зависит от паузы АПВ (∆ t ). Мы считаем в этом случае, что начальное значение остаточного напряжения согласуется с нормальным законом распределения.

U₀ = 0,75U_ф s ₀ = 0,16 = 1,69 s _уд = var.

Для оценки перенапряжения при однофазном АПВ в электропередачи:

= 1,5 s _уд = 0,12

Если линия длинная и имеется устройство поперечной компенсации, это приводит к перенапряжениям, возникающим на поврежденных фазах, как во время протекания тока к.з., так и после отключения к.з.

ЛЕКЦИЯ 12. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА (РЕЗОНАНСНЫЕ)

Установившиеся перенапряжения имеют частоту, совпадающую с частотой сети. Эти перенапряжения в литературе называют резонансными. Их длительность может достигать несколько секунд. Иногда резонанс возникает на гармониках напряжения.

Бороться с резонансными перенапряжениями очень сложно, так как из-за их длительного воздействия выделяется большое количество энергии и не один защитный аппарат (в том числе ограничитель перенапряжений) не выдерживает этого.

На линиях 330 кВ и выше являются опасными перенапряжения за счет емкостного эффекта линии. Они возникают только в ненагруженных линиях в результате каких-то коммутаций. Такие перенапряжения ограничивают реакторами.

При изолированной нейтрали напряжение на здоровых фазах при перенапряжении увеличивается в раз (1,7), а при заземленной нейтрали в 1,4 раза.

В 60 годах стали развиваться линии высокого и сверхвысокого напряжения. Происходило становление единой энергетической системы. Проводились очень большие исследования работы этих линий.