Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

ляемая по формуле (12.35); w— волновое сопротивление линии, отнесенное к номинальным параметрам трансформатора.

По мере повышения напряжения при самовозбуждении генера­ тора Вр и хШІ увеличиваются (пунктирная прямая на рис. 12.18). Пределом этого увеличения при заданном i ^ = ^ 1 = const является граница соответствующей приближенной области самовозбуждения хпр/ или хпр// (см. рис. 12.18). Поэтому наибольшее перенапряжение-

условиями дает возможность оценить максимальные значения пере­

500 кв (хт= 0,13) и с магнитопроводом из горячекатаной стали,

ствие параметрического самовозбуждения может возникнуть’ затруд­ нение с синхронизацией удаленной станции. В этом случае необходимо либо предусмотреть установку шунтирующих реакторов, либо уве­ личить число одновременно синхронизируемых генераторов, с тем чтобы удовлетворить неравенству хс > хй пли

§12.5. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

а.Физическая картина явления

Вэлектрической сети имеется ряд элементов, характеристики которых при определенных условиях могут оказаться существенно нелинейными,. Так, при повышении напряжения промышленной ча­

273.

стоты на генераторе, трансформаторе, автотрансформаторе или реакторе их магнитопроводы насыщаются и эквивалентная динамическая индук­ тивность L =c№/dt изменяется в широких пределах в течение каж­ дого периода промышленной частоты. При этом возникает опасность возникновения феррорезонансиых перенапряжений на основной, выс­ ших и низших гармонических. На основной гармонической феррорезо­ нансные перенапряжения могут возникнуть, например, в сетях с изоли­ рованной нейтралью или с дугогасящей катушкой. При этом в несим­ метричных схемах (при неполнофазном включении или обрыве провода) ■образуются контуры из последовательного соединения емкости прово­ дов и нелинейной индуктивности трансформатора с насыщенным магшітопроводом. Эквивалентное активное сопротивление контура обыч­ но мало, а внешнее по отношению к нелинейному элементу сопротив­ ление 1/соС имеет емкостный характер и может лежать в интервале

В этом режиме феррорезонансные перенапряжения на основной гармонике сопровождаются опрокидыванием фазы э. д. с.

На высших и низших гармонических возможны различные меха­ низмы возникновения феррорезонанса. Нечетные высшие гармониче- -ские [Зсо, 5со,..., (2£+1)со1 могут возникнуть в любой цепи со сталью даже при синусоидальном потоке, так как в кривой тока намагничи­ вания содержится весь спектр этих гармонических (см. § 12.2 в). Если

.в цепи образуется контур с частотой собственных колебаний, близкой к (2й-}-1)м, то соответствующая высшая нечетная гармоническая на­ пряжения может достигать значительной величины. Четные высшие гармонические (2со, 4оо,.... 2/гш), а также и нечетные могут возник­ нуть вследствие периодического изменения индуктивности шунта на­ магничивания, что при наличии колебательного резонансного кон­ тура для данной гармонической может привести к возникновению ■резонанса типа автопараметрнческого. Автопараметрическим резо­ нансом принято называть параметрический резонанс (см. § 12.4), обусловленный изменением параметров цепи вследствие процессов в

274

получим после преобразований

П

Из (12.63) видно, что параметр 1/L содержит постоянную состав­ ляющую Г0 и спектр четных гармонических с амплитудами Г2А, со­ ответствующими глубинам модуляции параметра (1/L ) = 2Тгк.

Кроме того, высшие четные и нечетные гармонические могут воз­ никнуть в результате переходного процесса. При этом автопараметрические явления приводят к «переходному резонансу», при кото­ ром гармонические затухают очень медленно, главным образом за счет потерь на корону.

Низшие гармонические (со/2, со/3.........со/і), вообще говоря, в сети отсутствуют. Их возникновение возможно только в переходном ре­ жиме, когда частота собственных колебаний контура близка, напри­ мер, к со/3. Возникающее при этом изменение параметра l/L^ с ча­

низшей гармонической со/г и контура с частотой собственных коле­ баний, близкой к kaß.

Для длительного существования какой-либо гармонической не­ обходимо систематическое поступление энергии от источника. При этом трансформатор или реактор с нелинейной характеристикой на­ магничивания играет роль преобразователя энергии промышленной частоты на высшие или низшие гармонические.

Энергия, идущая на поддержание колебаний, должна превышатьпотери на корону (при «;>£/„) и в активных сопротивлениях контура на соответствующей частоте. Это обстоятельство ограничивает ампли­ туду перенапряжений при феррорезонансе, а также изменяет областьпараметров сети, при которых эти перенапряжения возникают.

Таким образом, феррорезонансные перенапряжения могут воз­ никнуть при следующих условиях:

1. Внешняя цепь вместе с нелинейным шунтом намагничивания должна образовывать колебательный контур, в котором выполнены условия резонанса для данной гармонической. Для этого входное со­ противление схемы относительно точки подключения нелинейногошунта должно носить на соответствующей частоте емкостный характер и быть соизмеримым с некоторым средним значением индуктивногосопротивления нелинейного элемента на этой же частоте.

2. Для автопараметрического резонанса степень насыщения сталимагнитопровода в области больших токов должна обеспечить доста­ точную глубину модуляции индуктивности намагничивания, так как

275.

ляюідую частоты ka/i и-аппроксимировать кривую намагничивания конечным полиномом по формуле (12.56), то для определения показа­ теля 2/г-И в (12.56), отвечающего возбуждению гармоники частоты ka> і, можно воспользоваться правилом Хеегнера, согласно которому

б. Феррорезонанс на основной гармонике

Различные несимметричные схемы сети с изолированной нейт­ ралью (рис. 12.20, а) можно привести к простейшей эквивалентной

Рис. 12.20. Схемы для анализа фсррорезоианса на основной гармонике:

а _ схема сети с изолішоваішоП нейтралью; б — эквивалентная схема

обрыве и падении на землю одного конца провода фазы а (включены

Будем считать, что емкости ответвления С'а, С'ь и С'с много меньше соответствующих емкостей сети Са, Сь, Сс. При этом получим па­ раметры эквивалентной,, схемы, показанной на рис. 12.20,6, приве­ денные в табл. 12.5. Сопротивление R учитывает активные сопро­ тивления проводов линии и обмоток трансформаторов; утечка G учитывает потери в стали и нагрузку на вторичной стороне тран­ сформатора (если таковая имеется).

276

Рис. 12.21. Вольтамперная характеристика (а) и вектор­ ные диаграммы для точки 1 (в) и точки 3 (б, г)

Возможные режимы сети проще всего определить графически (рис. 12.21, а) с учетом условий (рис. 12.20,6) параллельного соедине­

ния 1/G II coL^ II 1/а>С1 и их соединения последовательно с R и 1/соС0:

277