Коммутационные перенапряжения. В главе 1.3.1 приведено пять видов коммутационных перенапряжений, оценим максимально возможные кратности перенапряжений для каждого вида.

В главе 1.3.1 приведено пять видов коммутационных перенапряжений, оценим максимально возможные кратности перенапряжений для каждого вида.

Включение ЛЭП рассмотрим на примере простейшего случая (рис.1.15).

Рис.1.15. Исследуемая схема

В этой схеме многое зависит от схемы замещения ЛЭП. Для ЛЭП до 200−300 км более точна Т-образная схема замещения, а для линий до 400 км – П-образная. (Если длина ЛЭП свыше 400 км, то нужно рассматривать линию с распределенными параметрами и определять перенапряжения методом бегущих волн). Для обеих схем замещения схему можно преобразовать к простейшему контуру (рис.1.16).

Рис.1.16. Схема простейшего контура

Напряжение на емкости в этой схеме равно:

Uc= Uвын(t)+ Uпер(t) ,

где Uвын(t) − вынужденная составляющая напряжения; ω − частота источника; ψ − фаза включения напряжения; Uпер(t) − переходная составляющая; β − частота собственных колебаний контура ( );

ψ_п − фаза включения; δ − коэффициент затухания собственных колебаний контура ( ).

Для самого неблагоприятного случая ; R=0; фаза включения , тогда получим:

.

Для этого случая максимально возможная кратность К≈2. Есть факторы, которые увеличивают максимальное значение, а есть факторы, которые его уменьшают.

Рассмотрим факторы, которые увеличивают кратность:

1. Пусть у выключателя есть разброс фаз. Первой включается фаза А, по ней идет волна, на соседних проводах тоже будет волна с амплитудой 20−30 % от фазы А. Максимальное значение К_max можно определить так: К_max =(Uуст−Uнач)=(Е − (−0,25Е))=1,25Е.

2. Если ЛЭП > 400 км, то процесс включения линии следует рассматривать в виде бегущих волн. Максимально возможная кратность в этом случае К ≈ 2,44.

Приведем факторы благоприятные, то есть уменьшающие Ucmax.

1. Потери на корону снижают максимальные перенапряжения: первый максимум уменьшается на 5−15 %, второй − на 15−25 %.

2. Наличие других ЛЭП, отходящих от подстанции, также снижает максимальную кратность перенапряжений.

Достоверность расчетов была проверена экспериментально. Научно-исследовательский институт постоянного тока (НИИПТ) провел 300 измерений на действующих ЛЭП 110−330 кВ [5]. По этим данным была построена функция распределения. Закон близок к нормальному, только есть небольшое отклонение в правой части. У функции распределения математическое ожидание равно Кп = 1,61, среднеквадратическое отклонение = 0,18. Если максимальное значение кратности вычислить по формуле , то возникновение перенапряжений больше этой величины возможно лишь в 2,3 % случаев. Однако у функции распределения есть небольшое отклонение в правой части, поэтому для большей надежности возьмем . Для нормального закона вероятность возникновения большей кратности 0,13 %.

Перенапряжения при АПВрассмотрим на схеме (рис.1.17):

Рис.1.17. Исследуемая схема

Большинство замыканий на ЛЭП – дуговые, поэтому очень эффективно использование на ЛЭП АПВ. Пусть дуговое замыкание в фазе А, срабатывают выключатели В₁ и В₂. В бестоковую паузу (0,3 – 1 с) дуга гаснет и после включения ЛЭП вновь работает. Однако при этом в фазах В и С возникают большие перенапряжения, так как ЛЭП включается не на нулевые начальные условия.

Найдем наибольшую возможную кратность перенапряжений. Емкостной ток гаснет при прохождении через нуль. Ток сдвинут по отношению к напряжению на 90 , значит в этот момент . В бестоковую паузу по образовавшемуся каналу заряд с фазы А стек, а на фазах В и С − остался. Рассмотрим фазу С: пусть на фазе С , включим в самый неблагоприятный момент, когда с другой стороны выключателя . Расчеты показывают, что в этом случае или К_max=3.

Есть факторы, которые уменьшают максимальную кратность:

1. За время бестоковой паузы заряд медленно стекает с провода, обычно до (0,6−0,7)Е.

2. Потери на корону снижают максимальные перенапряжения.

Но есть факторы, которые увеличивают максимальную кратность:

1. При погасании дуги возник переходный процесс и напряжение на проводе Uc может оказаться Uc>E.

Опять обратимся к статистике. В НИИПТ для t_АПВ=0,35 c были получены следующие данные [5]: математическое ожидание , среднеквадратическое отклонение , тогда . Вероятность появления большего всего 2,3%. Но это для нормального закона, а здесь есть отклонение. Если взять , то .

Значительные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях ненагруженных линий. При отключении холостых линий перенапряжения возникают из-за повторных зажиганий дуги в выключателе. Рассмотрим схему (рис. 1.18.)

Рис. 1.18. Исследуемая схема

Отключение ЛЭП происходит в две стадии. В большинстве случаев сначала отключаются выключатели всех трех фаз на одном конце (например, В₂), а затем отключаются выключатели на другом конце. Тогда после срабатывания выключателя В₂ линия будет на холостом ходу.

На второй стадии отключения перенапряжения могут возникать вследствие повторных зажиганий дуги между расходящимися контактами выключателя. Предельная прочность у воздушных имаслянных выключателей практически одинакова. Но у воздушных выключателей электрическая прочность U_пр в результате дутья восстанавливается очень быстро (через 0,01с уже U_пр 2Е), поэтому обычно повторных зажиганий между контактами воздушных выключателей не возникает. А вот у масляных выключателей электрическая прочность восстанавливается медленно (через 0,01 с U_пр < Е), поэтому наблюдается одно или несколько повторных зажиганий дуги.

В [5] приведены расчетные перенапряжения в схеме замещения с учетом затухания напряжения на ЛЭП. Например, для ЛЭП-220 кВ получены следующие данные:

− кратность перенапряжений с одним повторным зажиганием К_max=2,35;

− кратность перенапряжений с несколькими повторными зажиганиями К_max=3,45.

Здесь же приведены статистические данные. По этим данным масляные выключатели дают обычно несколько повторных зажиганий при каждом отключении. Как показали опыты в энергосистемах, коэффициент перенапряжений в этом случае подчиняется нормальному закону со следующими параметрами: математическое ожидание ; среднеквадратическое отклонение . Тогда K_max . Если взять , то K_max .

Наиболее радикальное средство уменьшения кратности – применение воздушных выключателей. В этом случае расчетная кратность пренапряжений снижается до K_max = 2,5 и даже до K_max = 2 [12].

При отключении ненагруженного трансформаторасовременный выключатель обычно обрывает ток раньше его прохождения через нулевое значение, при этом могут возникнуть перенапряжения большой кратности. Расчетная кратность при одном повторном зажигании может достигать K_max = 2 [5].