11.3.1. Отключение намагничивающих токов
Быстрая деионизация дугового пути, необходимая для отключения токов короткого замыкания, при отключении малых токов может привести к их резкому обрыву. Механизм явления доступен анализу, и более детальные расчеты приведены в § 11.2.1 гл. 6. Ограничивающим фактором является пробивное напряжение между контактами выключателя, которое не должно быть превзойдено восстанавливающимся напряжением. Последовательные повторные зажигания дуги не приводят к кумулятивному нарастанию перенапряжений: запасенная магнитная энергия постепенно расходуется; возможный переходный процесс вызывает быстрое уменьшение тока, что не позволяет преодолеть возрастающую диэлектрическую прочность отключающего устройства.
* В иностранной литературе все перенапряжения при отключении цепей объединяются единым термином "switching surges". В настоящем переводе в качестве эквивалентного выбран термин коммутационные перенапряжения·. В советской литературе ранее этот термин употреблялся в более широком смысле, однако потом он был заменен термином внутренние перенапряжения.
Оценивая важность перенапряжений этого класса, следует отметить три факта:
Рис. 62. Напряжения переходного процесса, вызванные отключением неповрежденной линии.
заземление черев индуктивное сопротивление; заземление через активное сопротивление.
Перенапряжения ограничиваются трансформатором и частью оборудования, присоединенного к его зажимам. Они не выявляются на лишенной стороне выключателя и не распространяются в систему.
Перенапряжения зависят от дугогасящих свойств выключателя. Коммутация с низко-вольтной стороны может вызвать более высокие перенапряжения благодаря относительно большей прочности дугового промежутка.
Способ заземления не является определяющим фактором.
В качестве примера мы приводим результат опытов, проведенных с трансформатором мощностью 20 000 кВА, который отключался выключателем 11 кВ с воздушным дутьем. В серии 36 коммутационных операций перенапряжения превышали 1,5; 2,0; 2,5; 3,5 и 4,0- кратные амплитудные напряжения фаза — нейтраль в 100; 86, 33; 5,5 и 0 процентов всех опытов.
Отключение линий передачи
Анализ перенапряжений, возникающих при отключении линий электропередачи, весьма сложен, даже если пользоваться идеализированной схемой их образования. Значительно быстрее можно получить результаты, если воспользоваться моделью сети [Л. 33 и 56].
а) Неповрежденная линия.
Рис. 62 показывает, что наименьшие перенапряжения между фазами и землей и на контактах выключателя получены для резонансного заземления нейтрали, которое в этом случае лучше глухого заземления и заземления через активное сопротивление. Напряжение между нейтралью и землей возрастает при увеличении модуля заземляющего сопротивления независимо от его характера. Это свойство рассмотрено в § 11.2.2 гл. 6.
Опыты, проведенные в одной из систем 230 кВ [Л. 54 и 61], дают отличную картину. Здесь перенапряжения при глухом заземлении нейтрали были меньше, чем при резонансном заземлении, причем разница получалась меньшей, когда выключатели были снабжены шунтирующими сопротивлениями. Возможно, это связано с тем, что в системах, которые не были глухо заземлены, обрыв токов в одной из трех фаз воздействовал на другие две —обстоятельство, не принятое в расчет при теоретическом анализе.
Условия возникновения и величины этих перенапряжений зависят существенно от условий обрыва выключателей зарядных токов линии. Если выключатель предотвращает повторные зажигания дуги, проблема таких перенапряжений едва ли возникает. С этой точки зрения выключатели, в которых дутье не зависит от интенсивности дуги, столь же надежны, как и выключатели с шунтирующими сопротивлениями.
б) Линии с однофазным или двухфазным замыканием на землю.
Для любого вида несимметричного замыкания в неповрежденных фазах выключатель будет обрывать только зарядный ток линии. Напряжения переходного
процесса, возникающие в таких условиях, могут быть более значительными, чем рассмотренные в случае «а».
Рис. 63 и 64 показывают результаты опытов на той же модели системы. Теперь видно, что для обоих видов замыканий перенапряжения возрастают с ростом индуктивного и активного сопротивлений заземления нейтрали. Резонансное заземление при этих условиях хуже, чем малое активное и малое индуктивное сопротивления. Уровень этих перенапряжений для всех способов заземления тревожно высок. При наличии двух повторных включений кривые на рис. 63 и 64 показывают наиболее высокие перенапряжения между линией и землей: 4,5- и 5,5-кратные нормальному амплитудному напряжению соответственно при глухом и резонансном заземлении нейтрали. Хотя опыты на модели сети, где выбираются наиболее неблагоприятные моменты повторных зажиганий, дают верхний предел перенапряжений, данные записей, полученных в эксплуатации, указывают примерно на тот же уровень перенапряжений. Как указывалось [Л. 86], при отключении однофазного замыкания на землю кумулятивного нарастания напряжения не наблюдается, если R0>2X0.
Напряжения переходного процесса на нейтрали, которые согласно опытам на той же модели могут встретиться в системах с неглухим заземлением нейтрали, едва ли превышают двойное фазное напряжение. Системы, заземленные через активные сопротивления, не имеют перенапряжений в нейтрали.
На контактах отключающего устройства перенапряжение приближается к 5- и 7-кратному соответственно при глухом и резонансном заземлении нейтрали. Однако в действительности перенапряжения будут ограничены напряжением перекрытия между контактами. Именно восстанавливающаяся прочность выключателя в значительной мере определяет механизм повторных замыканий, что в значительной мере лишает приведенные выше кривые их практического значения. Из этого следует, что перенапряжения при отключении холостых линий с однофазным и двухфазным на землю замыканиями зависит не столько от способов заземления нейтрали, сколько от свойств выключателя. Для данной конструкции выключателя преимущества глухого заземления и заземления через активное сопротивление нейтрали, указанные на рис. 63 и 64, на практике сводятся не к снижению абсолютных величин перенапряжений, а к уменьшению вероятности их возникновения.
Очень важно отметить, что в системе, имеющей две линии, максимальные перенапряжения, как указано на рис. 63 и 64, заметно ниже. В действительности кривые, приведенные для случая, в котором аварийная система состоит из одной уединенной линии, не отражают практических условий в системах с резонансным заземлением. Анализ свойств одиночной линии с резонансным заземлением, данный в § 11.2.3 гл. 6, указывает, что такая конфигурация сети не должна применяться на практике. Следовательно, кривые, изображенные сплошной линией и приведенные слева на рис. 63 и 64, являются скорее теоретическими, чем имеющими практическое значение для резонансного заземления.
