5 Комутаційні перенапруги в електричних системах

5.2 Перенапруги при відключенні ненавантаженої лінії з повторними пробоями

Припустимо, що в схемі на рис. 5.5,а вимикач відключає ненавантажену лінію. У вимикачі до відключення протікає синусоїдальний струм, і при обриві цього струму, що відбувається у момент проходження його через нуль, напруга на лінії має амплітудне значення:

.

Після обриву струму на лінії зберігається напруга , що створюється зарядом на ємності лінії. Ця напруга впливає на лінійний полюс вимикача. З боку шин напруга у момент відключення падає з  до Е (зникає ємнісний ефект), і далі напруга змінюється з частотою мережі (рис. 5.5,б). Відновлювальна напруга на контактах вимикача змінюється за законом:

.

Рисунок 5.5 – Вимкнення ненавантаженої лінії з повторними пробоями

а – схема мережі; б – криві напруги на вимикачі

зі сторони живлення та лінії

Якщо тепер при деякій фазі , яка відлічується від моменту згасання ємнісного струму, виникне повторний пробій дугогасильного проміжку у вимикачі, то виникає перехідний процес ввімкнення лінії з початковою напругою . Напруга на ємності лінії змінюється за формулою:

   (5.3)

Максимальна напруга в перехідному процесі залежить від фази , тобто моменту повторного пробою. Можливість виникнення повторного пробою визначається співвідношенням між ходом кривих зростання електричної ізоляції проміжків вимикача і відновлювальної напруги. Ці криві показано на рис. 5.6. Крива  зсунута вліво на час с; що рівний інтервалу від моменту розходження контактів до моменту гасіння ємнісного струму і початку зростання . За час  контакти встигають розійтися на відстань  ( – швидкість руху контактів), і на початок зростання  електрична ізоляція проміжків швидко наростає, як це показано пунктирною лінією на рис. 5.6.

Рисунок 5.6 – Криві відновлювальної напруги  та відновлювальної ізоляції  для вимикача лінії під час інтервалу  між початком розходження контактів та гасінням дуги.

А – момент розходження контактів; Б – момент гасіння дуги;

В – повторне запалення

Оскільки момент розходження контактів абсолютно випадковий, тобто величина  має однакову імовірність в межах від нуля до 0,01 с; то умови для виникнення повторного пробою підпорядковуються статистичній закономірності. В найгіршому випадку . Повторний пробій виникає за умови, коли крива  перетинає криву ; якщо цей перетин відбувається у момент максимуму , то перенапруги на лінії досягають максимального значення. Підставляючи у формулу (5.3) , знаходимо, що амплітуда  з урахуванням ємнісного ефекту сягає (33,5) .

У повітряних і сучасних масляних вимикачах швидкість наростання кривої  висока і найбільш ймовірний повторний пробій в початковий момент наростання . Такі повторні пробої не приводять до високих комутаційних перенапруг. У цьому можна переконатися, провівши розрахунок за формулою (5.3) при малих . Тому було запропоновано повторні пробої, що відбуваються при , називати повторними запаленнями і вважати ці комутації безпечними. Це, проте, справедливо тільки при великих , коли можна нехтувати складовою  у формулі (5.3). При  (лінії великої довжини) комутація при  приводить до , що сягає (1,81,9) або (2,32,5), тобто є небезпечною перенапругою для ліній 500-1150 кВ. Тому для цих ліній, які характеризуються низькою , граничний кут , при якому повторні пробої можуть вважатися безпечними повторними запаленнями, повинен бути істотно знижений.

Сучасні вимикачі високої напруги повинні мати дугогасильні системи, які допускають тільки повторні запалення, але не повторні пробої. У системах з такими вимикачами перенапруги при відключенні ненавантаженої лінії є безпечними. Проте в деяких окремих випадках за несприятливої схеми мережі (великі реактивні опори мережі ), при падінні тиску повітря в повітряному вимикачі і т.п. все ж таки можливі повторні пробої, що приводять до перенапруг порядку  або навіть вищих. Відключення ненавантажених ліній вимикачами застарілих конструкцій, особливо в мережах з ізольованою і компенсованою нейтраллю (35 кВ і нижче), часто супроводжуються повторними пробоями і комутаційними перенапругами високої кратності.

Сучасними правилами експлуатації допускається відключення ненавантажених ліній малої довжини і шин підстанцій роз’єднувачами. Під час відносно повільного розходження ножів роз’єднувача дуга ємнісного струму в місці розриву може багато разів гаснути і знов запалюватися. Досліди показали, що при
цьому виникають перенапруги до (3,03,5). Багатократне спрацьовування розрядника під впливом цих перенапруг може його зруйнувати.