Коммутационные перенапряжения, создаваемые вакуумными выключателями

Ответ:Коммутационные перенапряжения, создаваемые выключателями при отключениях ненагруженных трансформаторов, и их ограничение. Значительный объем экспериментальных данных по коммутационным перенапряжениям, вызванных отключением ненагруженных трансформаторов средних классов напряжений, систематизирован. В основном эти данные относятся к воздушным и масляным выключателям. Наибольшие зарегистрированные кратности составляют 4…6 о.е. и зависят главным образом от величины тока среза и параметров сети. Там же приведена методика оценки таких перенапряжений для любого типа выключателей и систематизированы результаты многочисленных экспериментов, доказывающих возможность среза тока для многих типов выключателей, а не только для вакуумных. Объем экспериментальных данных по таким коммутациям собственно для вакуумных и особенно для элегазовых выключателей невелик и не позволяет судить о каких-либо их особенностях, которые не учитываются в расчетных методиках. Ниже, на основании компьютерного моделирования, показано, что с большой долей уверенности можно считать, что отключение установившихся токов холостого хода трансформаторов в сетях 6-10 кВ вакуумным или элегазовым выключателем в основном не вызывает опасных перенапряжений. Однако, прерывание неустановившегося тока намагничивания может привести в случае малой емкости сети со стороны трансформатора к более существенным перенапряжениям. Математическая модель сети и трансформатора: При анализе коммутационных перенапряжений, связанных с отключением ненагруженных трансформаторов, использовалась расчетная схема рис. 1.
Схема замещения сети и трансформатора, предназначенная для расчета по программному комплексу NRAST приведена на рис. 2. Кабель (или шинопровод) представлен трехфазной «Т-схемой» замещения, источник питания – трехфазной эдс, индуктивностями L. – (сети и трансформатора) и суммарной емкостью Сш шин или другого оборудования на левом полюсе выключателя. Используя возможности NRAST, в математической модели трансформатора учитывались: нелинейные свойства электротехнической стали в виде типовой характеристики индукции В от напряженности магнитного поля Н: B=f(H); реальные размеры стержней и ярм трехстержневого магнитопровода трансформатора, а также размеры воздушных стержней (см. п. 1.1), позволяющие моделировать рассеяние в межобмоточных каналах.

Рис. 1. Расчетная схема сети с трансформатором.

Рис. 2 Расчетная схема замещения трехфазной сети. При компьютерном моделировании переходных процессов, приведенных ниже, принято Е =5,4 кВ; L =6,32 мГн; С =0,06 мкФ;

С =0,013 мкФ; L/2=0,00126мГн; R/2=0,001 Ом; С =0,0024 мкФ; С =0,03 мкФ; R=100 кОм.

Схема соединений обмоток трансформатора на стороне 6-10 кВ – треугольник. Учет нелинейности кривой B=f(H) для стали, используемой в трансформаторах современных конструкций позволяет с достаточной точностью учесть составляющую потерь в стали трансформатора на гистерезис [33, 34]. Потери в стали на вихревые токи учитывались по каталожным данным для промышленной частоты. Определенное на основании этих данных активное сопротивление RT включалось параллельно каждой из фаз обмотки трансформатора, соединенной в треугольник (рис. 2). В работе не принималось во внимание увеличение потерь на вихревые токи вследствие переходного процесса (путем введения частотно- зависимого активного сопротивления в модель трансформатора). Учет этой частотной зависимости более актуален для схем сети с малой расчетной емкостью присоединения. Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов выключателями различных типов: При отключении ненагруженных трансформаторов в схеме рис. 1 основным "механизмом", создающим перенапряжения высокой кратности, является среда тока. Наиболее существенными факторами, влияющими на перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов при возможном срезе тока являются: величина тока среза; емкость между выключателем и трансформатором (емкость кабеля, шинопровода или входная емкость трансформатора при отсутствия кабеля); исходный режим трансформатора, предшествующий отключению; форма кривой намагничивания трансформатора; мощность трансформатора; потери (на гистерезис и вихревые токи). Рассматривались две расчетные коммутации: отключение ненагруженного трансформатора из установившегося режима и отключение ненагруженного трансформатора в цикле В-О, когда апериодическая составляющая потокосцепления трансформатора имеет максимальное значение. Пример коммутации отключения первой фазы ненагруженного трансформатора напряжением 6 кВ, мощностью 400 кВА при длине кабеля 10 м и токе среза icp=l,7 А приведен на рис. 3. "Здесь показан ток в одной из фаз выключателя (первой отключаемой), фазные напряжения относительно земли на полюсе выключателя со стороны сети и со стороны трансформатора и напряжение на контактах отключаемого полюса. При отсутствии повторных зажиганий дуги в выключателе перенапряжения на отключаемой фазе трансформатора в данном случае имеет вид однократного импульса амплитудой 4,67 о.е. (рис.3.3). Диапазон амплитуд токов намагничивания трансформаторов 6-10 кВ мощностью 25…6300 кВА составляет ixxm=0,1…7 А (при коэффициенте формы 1,5…1,6, показывающем отношение амплитуды тока к его действующему значению). Предполагаем, что

Рис. 3 Отключение первой фазы ненагруженного трансформатора 6 кВ мощностью S.=400 кВА из установившегося режима со срезом тока величиной /. =1,7 А; длина кабеля 1=1 Ом;

Рис.3.4 Зависимость кратностей максимальных перенапряжений Кпер на трансформаторе от мощности трансформатора и длины кабеля при срезе тока холостого хода на максимуме (но не более 5 А). максимальное значение тока среза icp<5 А, и что в наихудшем случае срез происходит вблизи максимума тока холостого хода. Зависимость кратностей перенапряжений при варьировании величины тока среза i , длины кабеля 1ка6 и мощности трансформатора St можно получить из рис.3.4, где приведены результаты расчетов подобных рис.3.3. Как видно из рис.3.4 кратность перенапряжений растет с мощностью трансформатора (при неизменной длине кабеля) т.к. растет максимально возможный ток среза (из-за увеличения тока намагничивания трансформатора). Однако здесь играют роль потери холостого хода трансформатора, также увеличивающиеся с ростом мощности, поэтому зависимость Кпср от мощности имеет нелинейный характер. Увеличение длины кабеля, очевидно, снижает кратность перенапряжений. Если ориентироваться на одноминутное испытательное напряжение трансформаторов 6-10 кВ, равное примерно 6…7 кратному номинальному амплитудному фазному напряжению для масляных трансформаторов и 4…5 кратному для сухих трансформаторов, то из рис.3.4 видно, что например при длине кабеля, питающего трансформатор 1к>25 м, такая коммутация неопасна для трансформаторов любой мощности и типа. В других случаях (для сухих трансформаторов и при малой длине кабеля) со стороны трансформатора или на трансформаторе должны быть установлены ОПН. Несколько другая картина имеет место при редкой коммутации отключения ненагруженного трансформатора с неустановившимся током намагничивания, который многократно превышает его установившееся значение, рис. 5. Здесь на поле тока выключателя показан возможный диапазон At моментов начала движения контактов выключателя, при котором ток в этот момент больше возможного тока среза .

Рис. 5. Отключение первой фазы ненагруженного трансформатора 6 кВ мощностью 400 кВА из неустановившегося режима со срезом тока iq=5 А, кабель длиной 1К=М м, dU, /dt=°° кВ/мсек.

Иными словами — мгновенное значение неустановившегося тока в течение At= 11,3 мсек превышает ток среза. Таким образом, гашение дуги не происходит вплоть до момента t , когда мгновенное значение тока выключателя становится меньшим тока среза icp (рис. 5). Если момент начала движения контактов попадает в начало интервала At, то к моменту trauj, прочность межконтактного промежутка становится большой, и срез тока не приводит к повторным зажиганиям, при этом возникает однократный значительный импульс перенапряжения (см. рис. 5, где Umax=6,8, здесь мы предполагаем, что срез тока возможен при любом межэлектродном расстоянии вакуумного выключателя). В случае, когда начало движения контактов окажется относительно близко к моменту среза тока и восстанавливающаяся электрическая прочность межконтактного промежутка будет недостаточной для того, чтобы выдержать восстанавливающееся напряжение, может произойти несколько повторных зажиганий дуги в выключателе, сопровождающихся снижением максимальной кратности перенапряжений.