Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

оценки влияния R m на максимальные перенапряжения рассмотрим: схему, приведенную на рис. 13.27,6, с учетом Rm. Предположим,, что обрыв тока происходит мгновенно в наиболее неблагоприятный момент (t = / max). Полагая е —О и пренебрегая Lr<^.L^, имеем

вторая стадия отключения тока через Rlu.

В частности, при выключателе с большим объемом масла не обра­ зуется больших пиков гашения, отключение проходит более «мягко», а роль шунтирующих сопротивлений играет остаточная проводимость газового пузыря.

3. У в е л и ч е н и е ем кост и С, как это следует из (13.64), снижает максимальные перенапряжения. Роль такой емкости может сыграть

20 нф и более перенапряжений при обрыве тока в трансформаторе можно не опасаться.

4. П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь о п е р а ц и й при о т к л ю ч е н и и . Вероятность неблагоприятного обрыва тока существенно снижается, если отключение трансформатора производить сначала со стороны обмотки высшего напряжения, а затем со стороны обмотки низшегонапряжения, где ток намагничивания значительно больше, а интен­

при однофазном замыкании на землю. Если же в сети возникло двухфазное к.з. на землю (рис. 13.28,а), то работает релейная защита и отключается выключатель В. Для определения токов в фазах выключателя / 6 и I с и тока через катушку / L рассмотрим эквивалентную схему, приведенную на рис. 13.28,6. Принимаем симметричную звезду э.д.с. и хь = хс = хт. При этом имеем (см. век­

324

торные диаграммы на рис. 13,28, б):

в фазах b и с выключателя проходят через нуль практически одно-

ной к трем фазам трансформатора после отключения выключателя В. Для ограничения перенапряжений аналогично предыдущему слу«.. чаю можно использовать вентильные разрядники и шунтирующие со­ противления в выключателях. Кроме того, катушку желательно уста­ навливать на центральной подстанции с несколькими отходящими линиями, так как опасность представляет отключение двухполюсного к. з. на последней линии. Желательно также применить пофазное отключение, с тем чтобы здоровая фаза оставалась включенной. Рас--1 четы показывают, что если к подстанции остается приключенной хотя бы одна линия длиной порядка 40 км или более, то ее емкость уже вполне достаточна для ограничения перенапряжений.

Необходимо считаться с возможностью возникновения аналогичных перенапряжений и при других случаях обрыва тока: перегорании

325

токоограничивающего плавкого предохранителя, внезапном набросе нагрузки в ртутном преобразователе и др. Меры по их ограничению аналогичны рассмотренным в § 13.4, в.

13.5. ДУГОВЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

а.Физическая картина явления

Всетях с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью при однофазном дуговом (не металлическом) замыкании на землю наблюдаются многократные зажигания и времен­ ные погасания «перемежающейся» дуги. Возникающие при этом пере­ ходные процессы приводят к возникновению перенапряжений на ава­ рийной и здоровых фазах. Эти перенапряжения будем называть дуго­ выми.

По данным опыта эксплуатации, кратности этих перенапряжений

вбольшинстве случаев лежат в пределах 2—3 /7фт, но в отдельных

ное напряжение. Если сопротивления и другие потери в контурах фазы b сети (Сь, Rb, Lb, La, R a, R3 на рис. 13.29) и аналогично фазы с до­ статочно малы, то этот переход от начальных к новым установившим­ ся напряжениям проходит в колебательном процессе и сопровождает­ ся первым всплеском перенапряжений НЬтак1 и Uc тахХ (рис. 13.30). Через место замыкания на землю протекает емкостный ток і3 с квазистационарной составляющей промышленной частоты, определяю­ щейся формулами (12.18), (12.21) и наложенными высокочастотными или апериодическими переходными составляющими. При прохожде­ нии этого тока через нуль дуга пытается погаснуть. При этом восста­ навливаются электрическая прочность изоляции U„v и напряжение на аварийной фазе і/атах1, которое зачастую значительно превышает

326

возможны многократные зажигания и погасания дуги, всплески пере­ напряжений на здоровых и аварийных фазах, перебрасывание дуги на соседние фазы и переход от однофазного замыкания к двухфазному на землю короткому замыканию. Если где-либо в сети оказался аппарат с ослабленной изоляцией здоровых фаз, то возможно их перекрытие под воздействием дугового перенапряжения. При этом возникает тяжелая авария — двухфазное короткое замыкание в разных точках сети, создающее опасные напряжения на заземляющих устройствах и на

Рис. 13.30. Дуговые перенапряжения по гипотезе Петерса и Слепяна и соответствующие векторные диаграммы

подверженных влиянию цепях связи, автоблокировки и сигнализации. Необходимо принять все меры для того, чтобы возникновение таких аварий было практически исключено. Для этого необходимо: 1) про­ водить систематическую тщательную профилактику, своевременно выявлять и заменять ослабленную изоляцию; 2) тщательно контроли­ ровать и настраивать дугогасящие катушки в эксплуатации, исполь­ зовать их автоматическую подстройку, что ускоряет погасание дуги и снижает перенапряжения; 3) производить быстрые переключения и отключать участок с однофазным замыканием на землю в случае непогасания дуги.

Условия восстановления электрической прочности, погасания и зажигания дуги оказывают большое влияние на возможные кратности перенапряжений. В большинстве случаев, после погасания свободно горящей на открытом воздухе дуги, электрическая прочность изоляции восстанавливается сравнительно медленно. При этом, по гипотезе Петерса и Слепяна, дуга пытается гаснуть при проходе через нуль тока промышленной частоты, когда высокочастотные составляющие уже существенно затухнут, или при апериодическом переходе в случае контуров с большим затуханием.

Если дуга горит под маслом или в узкой щели (например, в тре­ щине компаунда в кабельной муфте) или в других сильно стесненных

327

условиях, то электрическая прочность изоляции восстанавливается весьма быстро. При этом, по гипотезе Петерсена, дуга гаснет при проходе через нуль полного тока с учетом переходной составляющей (колебательной или апериодической).

Наконец, сравнительно часто имеет место промежуточное положе­ ние, когда, по гипотезе Белякова, дуга пытается погаснуть при каж ­ дом переходе через нуль полного тока с учетом собственных колебаний контуров с малыми потерями. Однако восстанавливающееся напряже­ ние "(/восст сначала превышает электрическую »прочность Uap\ проис­ ходят кратковременные «клевки» повторных зажиганий до тех пор, пока UBOCCr не станет меньше Unp и дуга погаснет.

В случае сети с изолированной нейтралью во всех трех гипотезах после погасания дуги на здоровых фазах остается избыточный заряд, образуется напряжение смещения нейтрали и на аварийной фазе спустя примерно половину периода промышленной частоты восста­ навливается перенапряжение Uamахі, достигающее и даже превос­ ходящее 2(/фт (см. рис. 13.30). При этом весьма вероятны повторный пробой деионизирующегося промежутка и повышенные перенапря­ жения на здоровых фазах:

ах2 maxi ^ ^ с ma.\2 ^ с maxi*

Если в сети имеется компенсация емкостного тока на землю, то восстановление напряжения на аварийной фазе в большинстве случаев происходит значительно медленнее и зависит от точности настройки катушки. При точной настройке в большинстве случаев дуга гаснет окончательно. При неблагоприятных случаях (пробой фазной кабель­ ной изоляции и др.), а также при существенной расстройке компен­ сации, как показали исследования Лихачева, наблюдаются повторные пробои через 2-МО полупериодов промышленной частоты.

б. Дуговые перенапряжения по гипотезе Петерса и Слепяпа

Предположим, что сеть работала в симметричном режиме, и в некоторый момент t=0 (на рис. 13.30 при ца= ( /фт) вследствие загряз­ нения и увлажнения или грозового разряда произошло перекрытие изоляции фазы а. Напряжения на здоровых фазах изменяются в коле­ бательном процессе (в случае малых сопротивлений дуги и элементов контура) с частотами собственных колебаний ß^>co.

Строгий анализ переходных процессов даже в простейшей экви­ валентной схеме (см. рис. 13.29) с сосредоточенными параметрами (шесть емкостей, три или четыре индуктивности и активные сопро­ тивления) оказывается громоздким и малонаглядным. Однако возмо­ жен и приближенный анализ. Как видно из рис. 13.30, наибольшие перенапряжения получаются на предшествующей здоровой фазе с при ua(t — 0 ) » (7фт. Максимум составляющей t/DbIHна фазе с насту­ пает при соt яз 30° приблизительно спустя половину периода собствен­ ных колебаний, что соответствует включению контура в наиболее неблагоприятной фазе и дает возможность воспользоваться форму­ лами (13.9), (13.13).

328

Сразу после перекрытия емкость Са фазы а разряжается на землю,

Uvunm — V 3 Ufa, получим максимальную кратность перенапряжений после первого зажигания дуги

Ь“ + Ц + Г с н емностью Сс + Сь + Сас + СаЬ.

Как видно из рис. 13.30, первый максимум наступает в момент времени tml спустя половину периода собственных колебаний кон­ тура. Спустя 0,01 сек, при t = tnl, ток і пройдет через нуль, и дуга погаснет. После этого напряжения на фазах определяются по фор­ мулам:

a0= RB0/2L3, ßo = 1IV LßC^ — частота и декремент собственных коле­ баний контура, состоящего из индуктивностей катушки L, трех фаз

где 6 = / (t32) « 0,9 ч- 1—коэффициент утечки по изоляции.

329