4.6.5. Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую

При падении электромагнитной волны на одну из обмоток трансформатора электромагнитные процессы в ней возбуждают высо­кие потенциалы в другой обмотке. Возможны 2 вида передачи ВН.

1. Емкостная передача потенциала в трансформаторах (рис. 4.22).

Обычно в высоковольтных трансформаторах емкость на землю обмотки высокого напряжения много меньше, чем емкость на землю обмотки низкого напряжения, т.е. С₁₁ << С₂₂. Эквивалентная схема за­мещения, представленная на рис. 4.22, б, позволяет оценить напряжение на вторичной обмотке в зависимости от напряжения волны, пришедшей на первичную обмотку:

При передаче электромагнитной волны между обмотками трансформатора коэффициент трансформации не играет роли и зависит от . Значительные потенциалы могут быть на обмотке 2 (НН), только когда мало.

Рис. 4.22. Емкостная передача электромагнитной волны между обмотками трансформатора при приходе волны перенапряжения по одной из фаз: а) — общая схема замещения; б) — эквивалентная электрическая схема для расчета

2. Электромагнитная передача напряжения в трансформаторах. Падение волны на обмотку НН представлено на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Электромагнитная передача при падении волны перена­пряжения на обмотку низкого напряжения

В этом случае возможны два варианта.

а) Если фазы ВН присоединены к ВЛ, то рост потенциала бу- дет незначителен как в начале, так и в середине обмотки.

б) Если фазы ABC отсоединены от ВЛ, то

,

где k_тр — коэффициент трансформации.

Это опасный режим и для внутренней и для внешней изоляции трансформатора. Следовательно, нужна установка защитных аппаратов от перенапряжений на выводах трансформатора.

Например: Волна перенапряжения падает со стороны низкого напряжения, U_naд = 10 кВ k_тр = 10 / 0,4 = 25. При таких условиях

кВ, т. е. для трансформатора класса 10 кВ это напряжение в 3 раза выше импульсного испытательного на­пряжения (75-80 кВ).

Лекция №11

4.7. Перенапряжения при отключении ненагруженных лэп и бата­рей конденсаторов

4.7.1. Отключение ненагруженных вл

При холостом ходе линии ток опережает напряжение практически на 90 (линия, как емкость). При отключении линии, когда кон­такты выключателя начинают расходиться, между ними загорается дуга. При прохождении тока через 0 (момент t₀ на рис. 4.24), дуга в выключа­теле погаснет. Линия остается заряженной. На линии остается напряже­ние +U_ф, а напряжение источника продолжает изменяться по синусоиде. Через полпериода напряжение источника достигает значения -U_ф. Сле­довательно, между контактами выключателя напряжение достигает зна­чения 2U_ф. Прочность промежутка между контактами выключателя за полпериода возрастает не более, чем до 2U_ф, (воздушные выключатели) и U_ф (масляные выключатели).

Весьма вероятным является повторное зажигание дуги в вы­ключателе в момент t₁, когда напряжение источника равно -U_ф. При этом линия будет перезаряжаться от +U_ф до -U_ф. А по линии будет распространятся волна напряжения -2 U_ф и проходить ток .

Рис. 4.24. Отключение холостой линии от источника при наличии повторного зажигания

Перезарядка ВЛ происходит в результате распространения по линии волны с крутым фронтом - U_ф (компенсация + U_ф и зарядка до - U_ф). На конце разомкнутой линии волна -2 U_ф отразится с тем же знаком, т.е. достигнет -4 U_ф, но результирующее напряжение будет -4 U_ф + U_ф = -3 U_ф. Волна тока отразится с обратным знаком (рис. 4.25).

При этом на линии будет устанавливаться напряжение -3 U_ф, (рис. 4.24), а суммарный ток на участках линии, где прошла отраженная волна, становится равным нулю. Поэтому, когда отраженная волна дой­дет до источника (контакты выключателя), ток в выключателе проходит через 0 и дуга гаснет (момент t₂). Это время пробега волны тока и на­пряжения значительно меньше полпериода. Но напряжение источника изменяется синусоидально до + U_ф, а между контактами выключателя напряжение достигает 4 U_ф,. И снова возможно зажигание дуги и т.д.

Puc. 4.25. Волновые процессы при отключении холостых линий

Если бы повторные зажигания дуги продолжались неограни­ченно долго, то перенапряжения на линии могли бы достигнуть сколь угодно большой величины. Но современные выключатели не позволяют этого. В подавляющем большинстве случаев при отключении холостых линий происходит не более одного повторного зажигания дуги. Поэто­му напряжение на линии в случае источника бесконечной мощности не должно превышать 3 U_ф. Поскольку линии имеют значительную длину, необходимо учитывать снижение напряжения источника за время двой­ного пробега волны по линии, а также потери в линии. Эти факторы уменьшают возможные амплитуды перенапряжений на линии. Перена­пряжения при отключении холостых линий для ряда энергетических систем становятся наиболее важным видом перенапряжений.

Возможные виды ограничения подобных перенапряжений:

Радикальный способ — увеличение скорости восстановления электрической прочности, т.е. скорости расхождения контактов выклю­чателя. Однако с увеличением быстродействия выключателей сильно возрастают перенапряжения при отключении холостых (ненагружены) трансформаторов.

Использование выключателей с шунтирующими сопротивле­ния. Недостаток - сложность конструкции и значительная стоимость.

Использование вентильных разрядников. Надежно ограничи­вают перенапряжения при длине линий не более 200 км. В более длин­ных линиях нужны специальные разрядники с повышенной пропускной способностью по току.

Присоединение электромагнитных трансформаторов напряже­ния.