Коммутация электрических систем.

При эксплуатации электроэнергетических систем довольно часто возникает необходимость отключения или подключения потребителей электроэнергии, а также снятия питания с отдельных участков системы для проведения обслуживания. Кроме того, важно обеспечить как можно более быстрое отключение от системы участков с повреждениями, вызывающими протекание токов короткого замыкания для сохранения электроснабжения остальной части системы. Все вышеперечисленные операции требуют выполнения отключений (коммутаций) электрического тока, что является особенно непростой задачей в случае отключения поврежденного участка, когда величина отключаемого тока (ток короткого замыкания) может достигать десятков тысяч ампер, а время, отведенное на отключение аварийной части системы ограничено промежутком 50-100 миллисекунд.

Любая коммутация (включение или отключение) какого-либо элемента сети (трансформатора, электродвигателя, конденсаторной батареи, воздушной или кабельной линии и т.д.) вызывает переходный процесс. Это связано с тем, что сеть является совокупностью индуктивностей и емкостей основного электротехнического оборудования, поэтому подключение или отключение некоторого элемента сопровождается выделением запасенной в установке энергии, представляющей собой отношение величин амплитуд перенапряжения и рабочего напряжения, другими словами переход сети от режима до коммутации к режиму после коммутации сопровождается изменениями токов в элементах и напряжений на них. Как правило, этот переход имеет вид затухающих колебаний, в процессе которого напряжение на емкостях оборудования относительно земли или между фазами может достигать величин значительно больших, чем номинальное и оказывающих стрессовые воздействия на коммутационный аппарат и систему в целом. Это и называется перенапряжениями.

Классификация коммутационных перенапряжений.

Рассмотрим следующие виды перенапряжений:

1) Коммутационные перенапряжения при включении ненагруженной ЛЭП. В этом случае потребитель не пострадает, но можно повредить коммутационное оборудование.

2) Коммутационные перенапряжения при отключении ненагруженной ЛЭП, оставшаяся энергия распределяется между L и С и начинается волновой процесс;

3) Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов и реакторов.

4) Коммутационные перенапряжения при АПВ.

5) Дуговые перенапряжения. Существуют в сетях с изолированной нейтралью. Длительность дуговых перенапряжений соизмерима с длительностью перемежающейся дуги.

6) Включении электродвигателей при автоматическом вводе резерва (АВР) или автоматическом повторном включении (АПВ);

7) Дуговых замыканиях на землю

8) Отключении электродвигателей;

Результаты оценки максимальных уровней внутренних перенапряжений в сетях 6-35 кВ даны в таблице 1

Таблица 1 Результаты оценки максимальных уровней внутренних перенапряжений в сетях 6-35 кВ

В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.

Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например - расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напряжение.

Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.

Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.

Коммутации могут быть оперативными (плановыми), например:

а) включение и отключение ненагруженных линий

б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;

в) отключение конденсаторных батарей.

Однако чаще внутренние перенапряжения возникают при аварийных коммутациях в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики.

К аварийным коммутациям можно отнести:

а) отключение выключателями короткого замыкания;

б) автоматическое повторное включение линий;

в) внезапный сброс нагрузки и др.

Внутренние перенапряжения обычно проявляются в виде колебаний. Всякая электрическая система обладает колебательными свойствами, однако в нормальном режиме работы эти колебательные свойства обычно не проявляются. Колебательные свойства электрической системы, могущие вызвать появление перенапряжений, проявляются при нарушении баланса между генерируемой и поглощаемой энергией. Причиной нарушения баланса может явиться внезапное отключение элементов, способных поглощать энергию (активной нагрузки, сосредоточенных и распределенных сопротивлений и проводимостей схемы).

Если параметры колебательного контура соответствуют резонансным или близки к ним, то возникают резонансные перенапряжения - перенапряжения установившегося режима. В системе с элементами, имеющими линейные характеристики может возникнуть линейный резонанс. Если же элементы электрической сети имеют нелинейный характер (ненагруженные трансформаторы, реакторы), то возникает нелинейный феррорезонанс. Резонансным перенапряжениям предшествует переходный режим - коммутационные перенапряжения. В том случае, если условия в колебательном контуре электрической сети далеки от резонансных, то внутренние перенапряжения при коммутациях имеют только переходный характер, т.е. являются коммутационными.