Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

мгновенного перераспределения зарядов между емко­ стями потенциал фазы А будет иметь величину

^ . = X t/* = ° 'W *

В этот момент потенциал поврежденной фазы мгно­ венно снижается до нуля (рис. 11-2), потенциал нейтра­ ли возрастает до фазного напряжения, а потенциалы

Рис. 11-1. Дуговое замыкание фазы С трехфазной линии в сети с незаземленной нейтралью.

а — схема замещения сети: L — индуктивность источника (индуктивностью ли­ ний пренебрегаем) ; сд=св = Сс — емкости проводов линии относительно зем­

нейтрали для заземления наглухо или через дугогасящую катушку с настраи­ ваемой индуктивностью Lq (для исключения дуговых замыканий); б — вектор­ ная диаграмма напряжений при замыкании фазы С на землю, когда Uс —

——Уф (в установившемся режиме U'А и V 'в ).

проводников фаз Л и В за счет получения дополнитель­ ных зарядов от источника должны возрасти до 1,5Нф. Переход системы от начального состояния {UAn=-0JU^) к установившемуся {U'A= 1,5С/ф) совершается в виде колебаний напряжения с амплитудой, определяемой раз­ ностью конечного 1,5Нф и начального 0,7£7ф потенциа­ лов:

1,51/ф— 0,7[/ф=0,8Нф.

2 7 0

При этом:

1.Угловая частота колебания сок значительно больше рабочей угловой частоты сос. Это позволяет считать в ин­ тервале времени ^ = 0 и t = tMакс э. д. с. источника по­ стоянной.

2.Ток замыкания на землю состоит из двух состав­ ляющих: тока, обусловленного высокочастотными коле­ баниями с амплитудой 0,8Нф, и тока промышленной частоты сос.

Рис. 11-2. Потенциалы проводов фаз А, С и нейтрали относительно земли при перемежающемся дуговом замыкании фазы С на землю, когда при t= 0 Uc = —Uф (заземлитель нейтрали ЗН отключен).

чину имеет высокочастотная составляющая емкостного тока замыкания и дуга гаснет при его первом переходе через нулевое значение. Амплитуда напряжения при этом равна 2,3U$, а заряды на емкостях СА и Св равны

Q= 2,3U<bCA.

При погасании дуги сеть отделяется от земли, и за­ ряд емкостей СА и Св, равный 2Q, распределяется на

271

все три емкости проводов относительно земли. Вследст­ вие этого потенциал нейтрали поднимается до величины

2 ,3 (7 ф -д -« = > 1,э{Уф.

В случае повторного гашения дуги при прохождении через нуль высокочастотной составляющей тока замыка­ ния потенциал нейтрали поднимается до величины

— З Д /ф- | - ~ — 2 Д /Ф.

Аналогично процесс можно рассматривать и дальше, однако перенапряжения будут получать все меньшие приращения. С учетом затухания высокочастотных коле­ баний перенапряжения не превышают: у поврежденной фазы 3,5£/ф, в неповрежденных 3,65б/ф. Однако главная опасность дуговых перенапряжений при замыкании фазы на землю заключается в том, что они длительно охваты­ вают всю сеть данного напряжения, включая и распре­ делительные устройства. Предупредить возможность дуговых замыканий и длительных перенапряжений мож­ но путем заземления нейтралей сетей через настроенные индуктивности (дугогасящие катушки) или наглухо

(рис. 11-1,а).

Заземлением нейтралей через дугогасящие катушки можно уменьшить (компенсировать) емкостный ток в месте замыкания на землю до значения, при котором дуга в месте замыкания на землю гаснет и снова не воз­ никает.

Глухое заземление нейтралей, исключая возможность возникновению дуговых перенапряжений и снижая крат­ ность (по отношению к Uф) внутренних перенапряжений

(примерно в раз), оказывается весьма благоприят­ ным с точки зрения снижения атмосферных перенапря­ жений.

В отечественных электросетях напряжением ПО кВ и выше принято заземлять нейтрали наглухо, а в элек­ тросетях 35 кВ и ниже нейтрали принято заземлять через дугогасящие катушки (при больших токах замы­ кания на землю) либо не заземлять (при малых токах замыкания на землю).

Глухое заземление приводит к необходимости отклю­ чать поврежденный участок сети при замыкании на зем­ лю одной фазы.

272

Применение быстродействующих АПВ практически исключает этот недостаток.

То или иное заземление нейтрали исключает воз­ можность появления опасных длительных перенапряже­ ний при замыканиях на землю, поэтому с точки зрения уровня изоляции имеют существенное значение другие виды кратковременных внутренних перенапряжений.

Перенапряжения при отключении ненагруокенных ли­ ний. При отключении линии без нагрузки емкостный ток отключается (обрывается) на контактах выключателя при подходе к нулевому значению, когда напряжение на проводе близко к 17ф. Напряжение на отключенном проводе сохраняется тем продолжительнее, чем лучше изоляция и меньше ток утечки. Через полпериода (0,01с) с момента отключения разность потенциалов на контак­ тах выключателя возрастает до удвоенного фазного напряжения. Если в этот момент расстояние между контактами еще невелико, то оно пробивается и по линии распространяется волна — 2Пф, которая при отражении от разомкнутого конца линии достигает величины — 4£/ф. Результирующее напряжение составит —4Нф+ Нф= = ЗНф. Еще через полпериода напряжение на контактах выключателя за счет перемены знака э. д. с. источника питания достигает 4Нф. Если при этом напряжении меж­ ду контактами выключателя еще не будет достаточного расстояния, обеспечивающего необходимую электриче­ скую прочность, то произойдет аналогичный процесс и напряжение на линии может возрасти до 5Е/ф, однако перенапряжения обычно не выходят за пределы 3,5Нф.

Перенапряжения при отключении непогруженных трансформаторов. Отключение тока холостого хода трансформаторов часто сопровождается его обрывом раньше, чем он достигает своего нулевого значения.

При этом освобождаемая магнитная энергия в транс­ форматоре 0,5Li2 преобразуется в электрическую энер­ гию 0,5CU2c . Не учитывая потери энергии, можно напи­

сать: 0,5Li2o6v = 0,5CU2c , откуда Uc = io6p]/LC~1, где L

и С — индуктивность и емкость трансформатора.

Учитывая большую величину индуктивности транс­ форматора и весьма малую величину емкости, можно ожидать значительных перенапряжений. Однако в экс­ плуатации они обычно не превышают 3£/ф при глухом заземлении нейтралей и (4 ж-5) t/ф в сетях с малыми

токами замыкания на землю, так как в любом случае ток обрывается контактами выключателя при значениях, близких к нулевому.

П-3. АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Электрические параметры разряда молнии. Молния —•

это электрический разряд в атмосфере между облаком и землей или между облаками, несущими разноименные электрические заряды. Разряд молнии начинается при критической напряженности электрического поля (£кР = 25ч-30 кВ/см) прорастанием к земле слабосветящегося канала — лидера со скоростью 100—1000 км/с (лидер­ ная стадия). При достижении лидером земли возникает главный разряд — нейтрализация зарядов в канале лиде­ ра с большой скоростью (6-104—105 км/с), характери­ зуемый прохождением в месте удара большого импульс­ ного тока— тока молнии, интенсивным свечением канала и образованием ударной звуковой волны. Обычно при разряде молнии наблюдается несколько повторных импульсов тока за счет лритекания зарядов с других частей облака.

Основными количественными характеристиками раз­ ряда молнии в расчетах приняты: амплитуда импульсно­ го тока / м, кА, которая практически не зависит от вели­ чины сопротивления поражаемого объекта; средняя кру­ тизна фронта импульсного тока а: атф = /м, где Тф — дли­ на фронта импульса, мкс (рис. 11-3). Длина волны тока молнии обычно принимается равной тв= 40 мкс. Ампли­ туда и крутизна фронта тока молнии могут изменяться в широких пределах, поэтому их представляют в виде эмпирических кривых или формул в функции вероят­ ности '($7 , Фа)

Наиболее часты токи молнии до 50 кА. Токи от 50 до 100 кА наблюдаются редко « их учитывают при про­ ектировании ответственных объектов.

Амплитуда волны перенапряжения в месте разряда оценивается по формуле

устройства объекта поражения (обычно ZK> Z 0).

274

Защита от прямых ударов молнии. Защиту РУ и дру­ гих объектов от прямых ударов молнии осуществляют при помощи молниеотводов. Молниеотвод состоит из ме­ таллического молниеприемника, который возвышается

Рис. 11-3. Зона защиты стержневого молниеотвода и .параметры импульсного разряда молнии.

1 — сечение зоны защиты на высоте h x; 2 — граница зоны защиты; h — высота