5 Комутаційні перенапруги в електричних системах

5.10 Обмеження комутаційних перенапруг

5.10.3 Вплив реакторів і трансформаторів напруги на розвиток комутаційних перенапруг

В ряді схем при відключенні ліній електропередачі на них залишаються приєднаними реактори поперечної компенсації і трансформатори напруги. По індуктивності цих елементів залишкові (вільні) заряди на проводах лінії, що відключається, можуть стікати в землю. В результаті знижуються відновлювальні напруги і комутаційні перенапруги при відключенні лінії вимикачем з повторними пробоями і при включенні лінії в циклі АПВ.

У схемі з реактором після обриву струму у вимикачі напруга на лінії не залишається постійною, як в схемі без реакторів, а має коливальний характер з власною частотою .

Власна частота  близька до робочої (звичайно дещо нижча, оскільки реактори Р компенсують тільки частину ємності лінії).

Криві напруг на лінії і на вимикачі показані на рис. 5.23. З цих кривих видно, що через півперіоду, коли за відсутності реакторів можна чекати найбільш небезпечного повторного запалення, відновлювальна напруга в даній схемі тим менша, чим ближче частота  до робочої частоти. Дослідження показали, що при  і повторному пробої в найсприятливіший момент кратність перенапруг знижується до 1,5–2,0.

Рисунок 5.23 – Криві напруг на шинах  на лінії  і на контактах вимикача  при відключенні лінії з реактором поперечної компенсації

При повторному включенні в циклі АПВ за час безструмової паузи коливання на лінії сильно згасають і початкова напруга  до моменту повторного включення знижується. Тим самим обмежуються перенапруги при повторному включенні.

У схемі з електромагнітним трансформатором напруги заряд лінії після обриву струму у вимикачі стікає через нелінійну індуктивність трансформатора напруги. Магнітну характеристику індуктивності, що насичується, можна подати у вигляді ламаної, показаної на рис. 5.24,а. Коли потік досягає значення  індуктивність трансформатора змінюється стрибком з дуже високого значення нормального режиму  до малої величини  в режимі насичення. Цей процес можна умовно подати у вигляді схеми заміщення, показаної на рис. 5.24,б.

Рисунок 5.24 – Крива намагнічування (а) і розрахункова схема (б) насичення індуктивності трансформатора напруги

Замикання ключа К знижує індуктивність ланцюга з  до . Послідовно включено активний опір  обмотки трансформатора. Замикання ключа К відбувається, коли потік  індуктивності  досягає значення .

Напруга на індуктивності, що насичується до точки насичення, рівна:

,

де  – час від моменту включення схеми на джерело з постійною напругою  (момент обриву струму у вимикачі) до моменту, коли потік  виявиться рівним , тобто до моменту замикання ключа К. Вважаючи, що в цей час напруга на ємності С не змінюється, знаходимо:

.

Припустимо тепер, що в робочому (синусоїдальному) режимі індукція в магнітопроводі близька до точки насичення, що дозволяє прийняти . Отже  півперіоду робочої частоти. Таким чином, через  в схемі заміщення на рис. 5.24 відбувається замикання ключа К, внаслідок чого ємність С розряджається через малу індуктивність  і активний опір . Розряд ємності носить характер сильно згасаючих нелінійних коливань (для ліній 110-220 кВ) або є аперіодичним (для ліній 500 кВ).

Опори  трансформаторів напруги складають приблизно 25 Ом на 1 кВ номінальної напруги. Так, наприклад, НКФ-500 має  = 12,5 кОм. Такий опір цілком достатній для повного розряду ємності лінії за час безструмової паузи при АПВ. Отже, електромагнітні трансформатори напруги служать ефективним засобом запобігання найбільш небезпечним перенапругам при повторних включеннях. Прикладом цього можуть слугувати ЛЕП 500 кВ, на яких встановлені трансформатори напруги НКФ-500 і не встановлені розрядники РВМК. На цих лініях автоматичні катодні осцилографи не записали перенапруг вище 2,5. На напругах 110-220 кВ електромагнітні трансформатори напруги ефективно обмежують також перенапруги при відключенні ліній вимикачами з повторними пробоями.

У мережах 330-1150 кВ застосовуються найбільш економічні ємнісні трансформатори напруги. Ці трансформатори, очевидно, не можуть відвести заряди з лінії. Тому при їх використанні особливо доцільно виконання вимикачів з дешевими високоомними шунтувальними опорами, здатними розряджати лінію за безструмову паузу циклу АПВ.