Перенапряжения в отключении малых индуктивных токов. (Лекция 2.3)

1.

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИИ МАЛЫХ
ИНДУКТИВНЫХ ТОКОВ
определение
Малые индуктивные токи – токи величиной 10-20 А,
протекающие в индуктивных элементах –
ненагруженные трансформаторы, реакторы, двигатели
Напряжение на индуктивном элементе
u (t ) L
di
di
dt 2
dt 1
di
dt

2.

Схема замещения для расчета перенапряжений при отключении индуктивности
ошиновка
Реальная
индуктивность
Источник
питания
После гашения дуги
Без учета потерь в стали С учетом потерь в стали
U max
I max
I max
Cэ / L
2U ном K
3 L
U max
1.05I max
1 / R Cэ / L
2
U ном
R
Pxx
L
2
U ном
i*ххSном
K коэфиициен т формы кривой (i )
Магнитопровод из горячекатанной стали менее склонен к насыщению и имеет
относительно меньшие значения R , L , что является причиной более высоких
перенапряжений

3.

Пример компьютерной
симуляции
Lc 5.8 мГн
R c 0.63 Ом
L 57 Гн
Сш 0.25 мкФ
R 100 кОм
Сэ 2.5 нФ

4.

Особо опасные случаи:
- Отключение из неустановившегося режима, когда ток среза может быть
существенно больше стационарного значения
- Отключение реакторов (сердечник имеет воздушный зазор –
отсутствует насыщение – большое значение L р )
U max iсреза
Lр
Cэ
2
U ном
Lр
Sном
Sном
- трехфазная
мощность
реактора
Системные методы снижения перенапряжений: шунтирование реактора
емкостью (растет Сэ) или резистором равным по порядку величины волновому
сопротивлению контура Z L р
р
Cэ
Максимальная кратность перенапряжений при отключении ненагруженных
трансформаторов kn mp и шунтирующих реакторов knш

5.

Перенапряжения при коммутациях высоковольтных электродвигателей
Перенапряжения при отключениях электродвигателей имеют такую же природу,
как и при отключениях трансформаторов или реакторов. Эти перенапряжения
вызваны обрывом тока в выключателе и обусловлены свободными колебаниями,
возникающими в процессе обмена энергией между индуктивностью
отключаемого электродвигателя и емкостью питающего кабеля.
специальные измерения, максимальная кратность перенапряжений составляет
3.5 - 7.0 – при заторможенном роторе и 3.0 - 3.5 – при двойных замыканиях на
землю
Данные специальных измерений в сетях 6-10 кВ
Максимальные кратности перенапряжений при коммутации двигателей
knmax=4,2 -при нормальных оперативных включениях электродвигателей
knmax = 5,2 - при включении двигателя в сеть с однофазным замыканием на землю
kn max = 7,2 - при включении в цикле АПВ

6.

Дуговые перенапряжения в сетях 3-35 кВ
Причина данного вида перенапряжений- однофазные замыкания на землю,
сопровождающиеся неустойчивым горением дуги
Схема сети с изолированной нейтралью
Эквивалентная схема
для кабельной сети

7.

Зажигание дуги
Собственная частота колебаний в
неповрежденных фазах
1
0 314 c 1
LфCф
U max U уст U уст U нач U уст U
e
Расчетная модель с противо эдс
Предельный случай при первом зажигании U 0 0
U уст U m , U нач 0 U U m , 1, U max 2U m
Сеть
воздушная
кабельная
0.3 - 0.8
0.1 – 0.8

8.

Погасание дуги
После погасания дуги Uo ≠ 0
U нач U 0 uф (t )
Скачок установившегося напряжений
нейтрали и фаз после погасания дуги
ΔUa ycm=ΔUb ycm=ΔUc ycm=ΔU0 ycm
Порождает переходный процесс
0
до первого зажигания дуги
U0
ea
в процессе горения дуги
u B (t гаш )C B u B (t гаш )C B uC (t гаш )CC
сразу после гашения дуги
C B C B CC
ua (t ) ea (t ) U 0 уст U 0 устe at cos a' t
ub (t ) eb (t ) U 0 уст U 0 устe bt cos b' t
uc (t ) ec (t ) U 0 уст U 0 устe
ct
cos t
'
c
U B max eb U 0 уст U 0 уст
U C max eC U 0 уст U 0 уст

9.

Модель Н.Н.Белякова
Разработана по результатам обработки 10 000 осциллограмм
Результаты наблюдений:
1) Дуга гаснет при каждом переходе суммарного (установившаяся и переходная
составляющие) через 0
2) Возникающий при этом пик гашения вызывает зажигание дуги по прошествии
половины периода промышленной частоты (0.01 с)
3) При пике гашения (для сетей 3-10 кВ) ниже 0.4 Uном дуга не возобновляется
U п гаш 2( U 0 уст ea )
U 0 уст U 0 уст ( ea ) U 0 уст ea
U п гаш ea (t гаш ) U 0 уст U уст
U 0 уст 0.5U п гаш ea (t гаш )
При U п гаш 0.4U н U 0 уст 1.2 U ном
U B max eb U 0 уст U 0 уст 3.8U н
Наибольшее возможное
смещение нейтрали
При учете потерь и междуфазных емкостей
максимальная кратность перенапряжений K= 3.2 - 3.5
Согласуется с экспериментом !
Системные методы борьбы с дуговыми перенапряжениями.
Дугогасящая катушка (Петерсен)
Настраивается в резонанс с
емкостью сети
Lp
1
3 Cф
Замедляет рост напряжения на дуговом промежутке и
существенно снижает вероятность повторных зажиганий
дуги. Кратность перенапряжений соответствует единичному
зажиганию дуги

10.

Статистические характеристики коммутационных перенапряжений
Вероятность появления кратности перенапряжений превышающих заданное
значение К за время наблюдения t аппроксимируется выражением
P( K ) a 1 exp exp b K c
При больших кратностях
P( K ) a exp b K c
Число перенапряжений в год NK, имеющих кратность K
NK = NП×P(K)
NП - число перенапряжений в год
Число перенапряжений с кратностью более K за T лет
Для кратности, превышаемой 1 раз за t лет имеем
Максимальная ожидаемая кратности за t лет
N K aN ПT exp b K c
1 aN ПT exp b K c
1
K max t c ln aN ПT
b

11.

T
Кратности перенапряжений на шинах подстанций 110-500 кВ
превышаемые в среднем 1 раз за T лет

12.

Кратности перенапряжений, превышаемые в среднем 1раз за T лет на
разомкнутом конце линий 500 кВ с электромагнитными трансформаторами
напряжения и с выключателями с повторными зажиганиями дуги