Дуговые перенапряжения

Рассмотрим сеть с изолированной нейтралью (рис. 1.19). В таких сетях наблюдаются многократные зажигания и погасания дуги. Это приводит к большой кратности перенапряжений на здоровых фазах. Эти перенапряжения называются дуговыми, они определяют уровень изоляции электрооборудования.

Рис. 1.19. Исследуемая схема

Условия восстановления электрической прочности, погасания и зажигания оказывают большое влияние на возможные кратности перенапряжений.

Существует три гипотезы поведения дуги и разные расчетные кратности перенапряжений.

1. Гипотеза Петерса и Слепяна хорошо описывает свободно горящие дуги на открытом воздухе, например, возникающие при перекрытии гирлянды. Электрическая прочность изоляции после погасания дуги восстанавливается сравнительно медленно. Дуга пытается гаснуть при переходе через нуль тока промышленной частоты, когда высокочастотные составляющие существенно затухнут (рис. 1.20 а).

Рис. 1.20. Погасание дуги по гипотезам Петерса и Слепяна (а) и

Петерсена(б)

2. Если дуга горит под маслом или в узкой щели (например, в трещине кабельной муфты), то электрическая прочность изоляции восстанавливается весьма быстро, и дуга гаснет по гипотезе Петерсена при переходе через нуль полного тока с учетом высокочастотной составляющей (рис. 1.20б).

3. Сравнительно часто имеет место промежуточное положение, когда, по гипотезе Белякова, дуга пытается погаснуть при каждом переходе через нуль полного тока с учетом высокочастотных колебаний. Однако пока восстанавливающееся напряжение превышает электрическую прочность изоляции, проходят «клевки» повторных зажиганий до тех пор, пока не станет меньше и дуга погаснет.

В учебнике Д.В. Разевига [12] приведены расчетные кратности перенапряжений по различным гипотезам в зависимости от параметров сети с учетом затухания (рис. 1.21). Наибольшие перенапряжения возникают по гипотезе Петерсона.

Рис. 1.21. Расчетные кратности перенапряжений по различным гипотезам в зависимости от параметров сети: 1 − по гипотезе Петерсена;

2 − по гипотезе Белякова; 3 − по гипотезе Петерса и Слепяна

В учебнике М.В. Костенко [5] приведены расчетные кратности перенапряжений для одинаковых параметров сети:

− по гипотезе Петерса и Слепяна K_max ;

− по гипотезе Белякова K_max ;

− по гипотезе Петерсена K_max .

По данным опыта эксплуатации, эти перенапряжения в большинстве случаев лежат в пределах K_max =2−3, но в отдельных случаях при горении дуги в стесненных условиях могут достигать K_max = 3,5−4.

Они возникают многократно и охватывают всю сеть, поэтому дуговые перенапряжения в сетях 6−35 кВ определяют уровень коммутациионных перенапряжений и минимальный уровень изоляции в эксплуатации.

Защитное действие дугогасящей катушки

Если на напряжение 6−35 кВ расчетный ток превышает определенную величину, то в нейтраль ставят дугогасящие катушки (рис. 1.22).

Если реактор выбрать из условия ω∙L= 1/(3 ω∙C_ф), то суммарный ток замыкания очень мал (он равен относительно небольшой активной составляющей) и дуга гаснет почти в 100 % случаев.

Рис. 1.22. Схема подключения реактора нейтраль трансформатора

Их защитное действие проявляется в трех направлениях:

1. Снижается ток замыкания и увеличивается вероятность его погасания

.

Полная компенсация целесообразна, если несимметрия емкостей по фазам С_Ф (рис. 1.19) не превышает 0,75 % [1]. При большей асимметрии предпочтительна некоторая (до 5−10 %) перекомпенсация. Иначе это приведет к недопустимому смещению нейтрали U_н >0,01U_ф, а на одной из фаз напряжение достигнет U_с » 1,15U_ф, это может привести к перекрытию увлажненной и загрязненной изоляции (например, при восходе солнца). В сетях 6−10 кВ допускается расстройка не более 5 % (ток замыкания не более 5 А), а в сетях 35кВ − до 10 % (ток замыкания не более 15 А).

2. Уменьшается скорость восстановления напряжения на аварийной фазе после погасания дуги, что затрудняет ее повторное зажигание. Без реактора на поврежденной фазе после погасания дуги будет 2-кратное перенапряжение, а при наличии реактора после погасания дуги напряжение на нейтрали U_н продолжает уменьшаться в колебательном режиме, а напряжение на поврежденной фазе U_а нарастает медленно.

3. Так как напряжение на нейтрали не остается постоянным и уменьшается, то значительно ниже перенапряжение на здоровых фазах. При хорошей настройке катушки U_max < 2 U_ф. Если катушка настроена плохо U_max может достигать 3∙U_ф (1 % случаев).