Установившиеся перенапряжения

Установившийся режим − это резонансы на промышленной частоте, а так же на высших и низших гармониках. В реальных схемах они имеют небольшую кратность, но могут длиться до нескольких секунд. Поэтому рассмотрим только основные виды установившегося режима: резонанс на промышленной частоте (емкостный эффект) и феррорезонанс.

Емкостный эффект наблюдается в длинных линиях на холостом ходу. Рассмотрим схему сети и схему ее замещения (рис.1.9).

Рис.1.9. Схема электрической сети и схема ее замещения

Линия длинная, поэтому в схеме замещения применена П-образная схема замещения. Допустим при включении ЛЭП не сработал выключатель В₂, тогда напряжение в конце линии будет выше, чем в начале (рис.1.10а). Поясним это с помощью векторной диаграммы (рис.1.10б). В цепи протекает емкостный ток, он опережает э.д.с. генератора Е на 90 , а напряжение на L опережает на 90 ток. Поэтому напряжение в начале U₁ и в конце U₂ линии будет выше, чем Е.

Емкостный эффект опасен для линий >1000 км. В них возможен резонанс на частоте 50 Гц, так как паразитные параметры линии такие, что получается резонансный контур. Для оценки максимального напряжения необходимо учесть влияние короны и насыщение стали трансформаторов. Максимальная кратность в схеме (рис.1.9) может быть до К=3 [12].Однако холостой ход таких длинных линий очень мало вероятен. А на реальных ЛЭП 100−500 кВ согласно опыту эксплуатации кратность перенапряжений вследствие емкостного эффекта не превышает К=1,25 [17].

а) б)

Рис.1.10. Распределение напряжения вдоль линии (а) и векторная диаграмма напряжений и токов (б) в исследуемой схеме

Феррорезонанс может возникнуть при насыщении магнитопровода трансформатора. Основые явления, возникающие при феррорезонансе, можно рассмотреть на примере простейшей схемы (рис.1.11), состоящей из последовательно включенных емкости С, активного сопротивления R и индуктивности L с насыщающимся сердечником.

Рис.1.11. Исследуемая схема

Построим функции U=f(I) для трех элементов и последовательно их сложим (рис.1.12).

Рис.1.12.Функция U=f(I) для исследуемой цепи

Если эту схему включить на переменное напряжение, то ток будет нарастать от нуля до максимума и при насыщении сердечника может возникнуть феррорезонанс, который сопровождается следующими явлениями.

1. Возникает опрокидывание фазы. В точке 1 возникает неустойчивый режим и происходит скачкообразный переход в точку 3. Суммарное напряжение (U_RLC) для точек 1 и 3 одно и то же, а вот ток скачком меняет направление (рис.1.13).

Рис.1.13. Векторные диаграммы для точек 1 и 3

Если R=0, то ток меняется на противоположный. Слабо загруженные двигатели начнут вращаться в другую сторону, а сильно загруженные - остановятся.

2. Скачком меняется напряжение, возникает перенапряжение на трансформаторе.

3. Возникает сильная нелинейность тока, возникают высшие гармоники.

В нормальном режиме условия резонанса не выполняются. А вот в аварийных ситуациях эти условия могут выполниться. Феррорезонанс

наблюдался в сети, где была небольшая нагрузка, провод одной фазы оборвался и упал на землю (рис.1.14). В самом неблагоприятном случае кратность может достигать К=3,75, с учетом всех благоприятных факторов кратность обычно не превышает K=2,5.

Рис.1.14. Схема, в которой наблюдался феррорезонанс