Полевые эксперименты. Заключения
Нельзя сказать, что современных знаний о природе и величине коммутационных перенапряжений и их зависимости от способов заземления достаточно, чтобы дать вполне обоснованные рекомендации по конструкции оборудования. Теоретические анализы сложны и утомительны и едва ли идут дальше начала разрешения проблемы. Опыты на моделях, несомненно, дают ценные сведения при специфических условиях, но они имеют существенный недостаток, связанный с необходимостью пользоваться каким-то определенным, заранее предусмотренным механизмом повторных зажиганий дуги. Поэтому последнее слово должно принадлежать полевым экспериментам, которые подкрепляют принципиальные результаты теоретических анализов и опытов на моделях.
Естественно, что при анализе полевых записей перенапряжения, вызванные замыканиями на землю и коммутационными операциями, часто не разделяются. Полевые регистрации показывают, что оба эти типа перенапряжений не превосходят 5—6-кратного фазного напряжения, причем перенапряжения, превышающие 5,5, имеют место не более чем в 0,5% всех случаев [Л. 57—59].
Гилкесон и Дженни с помощью автоматических осциллографов провели эксперименты в шести системах, работающих с различными способами заземления, исследовав в общей сложности около 4 000 км линий. Авторы пришли к заключению, что все способы заземления (глухое заземление, заземление через активное сопротивление и с помощью дугогасящей катушки) образуют одну группу условий для возникновения перенапряжений, системы с изолированной нейтралью — другую.
Рис. 63. Перенапряжения, вызванные отключением линии, имевшей однофазное замыкание на землю (по результатам исследования на модели)
заземление через индуктивное сопротивление;
— заземление через активное сопротивление.
Рис. 64. Перенапряжения, вызванные отключением линии, имевшей двухфазное замыкание на землю (по результатам исследования на модели).
заземление через индуктивное сопротивление;
— заземление через активное coпроtиbление
Включая все типы коммутационных перенапряжений, Гилкесон получил для систем, работающих с изолированной нейтралью:
Те же авторы сообщают, что максимальные динамические перенапряжения, зарегистрированные осциллографом в системах с напряжением 26—140 кВ, для различных способов заземления имеют величины:
в долях амплитуды фазного напряжения. Цифры в скобках относятся к измерениям с помощью клидонографов.
Соответствующими данными для систем, заземленных любым способом, являются:
Более 4,0-кратного нормального напряжения
фаза—земля...................................................................... в 2,7 %
Более 4,7-кратного нормального напряжения
фаза—земля................................................................................................ в 0%
Рис. 66. Кривые вероятности грозовых и коммутационных перенапряжений (в процентах).
Неизвестные.
●
Некоторые экспериментальные данные для отдельных сверхвысоковольтных систем приведены в табл. 9. При анализе экспериментального материала не следует пытаться обобщать влияние одного из многих параметров.
а) Прежде всего следует допустить существование значительного «фактора незнания».
б) Что касается наивысших полученных экспериментально величин коммутационных перенапряжений, то они не опровергают возможности осуществления предсказанного теорией механизма нарастания напряжения, так как эти величины могут быть ограничены разрядным напряжением линейной изоляции или пробивным напряжением промежутков выключателя.
в) Помимо амплитуды, важной характеристикой перенапряжения является вероятность того, что данное перенапряжение будет превзойдено. Преобладает мнение, что в этом отношении глухое заземление нейтрали является более благоприятным. Тем не менее следует заметить, что имеются другие и не менее важные факторы и что система с изолированной нейтралью иногда имеет преимущества по сравнению с системами того же рабочего напряжения, имеющими глухо заземленную нейтраль. Это указано на рис. 66, взятом из [Л. 62], авторы которой приходят к заключению, что коммутационные перенапряжения имеют одинаковый порядок величин в разных системах независимо от способа заземления нейтрали. Кривые вероятности амплитуд коммутационных перенапряжений весьма полезны для оценки увеличения числа перекрытий вследствие применения более низкого уровня изоляции. Условия часто облегчаются конфигурацией системы. Например, когда отключается линия, которая на своем отдаленном конце соединена с трансформатором, имеющим заземленную нейтраль, заряды с линии стекают и перенапряжения уменьшаются.
Таблица 9
г) Параметры сети на стороне шин оказывают некоторое влияние на механизм повторных зажиганий дуги.
д) Тип выключателя и его дугогасящие свойства также оказывают влияние на коммутационные перенапряжения.
Обычные масляные выключатели с точки зрения перенапряжений, по-видимому, работают удовлетворительно во всех системах с номинальным напряжением вплоть до 33 кВ. При более высоких номинальных напряжениях наблюдается увеличение частоты появления перенапряжений, которые, однако, имеют относительно небольшую величину.
Некоторые высоковольтные масляные выключатели, обладающие слабой дугогасящей способностью при малых токах, способны давать несколько повторных зажиганий. Попытки улучшить конструкцию выключателя (высокая скорость или многократный разрыв) могут повести к уменьшению числа повторных включений, но одновременно максимально возможная величина перенапряжений увеличивается.
Именно по этой причине конструкции высоковольтных выключателей на 115 кВ и выше неоднократно подвергались изменениям, и можно утверждать, что возникновение более чем 2.5-кратных перенапряжений маловероятно. Вследствие статистической природы повторных зажиганий дуги в выключателях максимальные теоретические знания перенапряжений практически не осуществляются. В новейших конструкциях выключателей (импульсные, воздушные) вероятность повторных зажиганий практически полностью исключается.
Шунтирующие сопротивления в выключателях дают возможность разрядиться линии и устраняют перенапряжения при отключении линии электропередачи. Один ведущий американский завод использует встроенные сопротивления во всех высоковольтных масляных выключателях бакового типа.
е) Результаты экспериментов в системах могут быть различными в зависимости от того, снабжены ли системы грозовыми разрядниками или нет. Новые виды выключателей проектируются с учетом ограничивающего действия грозовых разрядников, что должно значительно снизить уровень максимальных перенапряжений. Льюис [Л. 63] считает, что для таких систем кратность перенапряжений может, достигать 3—3,5. При этом предполагается, что грозовой разрядник способен длительное время пропускать малые токи, но даже и в этом случае предпочитают применять выключатели с минимальной тенденцией к повторным зажиганиям.
ж) Американская статистика (см. табл. 17) не обнаруживает большого числа аварий, вызванных коммутационными перенапряжениями в системах 100 кВ и выше.
