Основні види комутаційних перенапруг - студопедія

Класифікація внутрішніх перенапруг

Загальна характеристика внутрішніх перенапруг

Небажані ефекти від впливу перенапруг можуть виникати також в інших системах, що знаходяться в зоні дії електромагнітних полів мережі високої напруги. Сукупність цих ефектів становить вплив на навколишнє середовище на біосферу (людей, фауну, флору), а також заважає і небезпечний вплив на техносферу (пристрої провідного і радіозв'язку, телемехані-етичні пристрої, лічильно-вирішальну електронну техніку, низьковольтні мережі електропостачання і т. П.) . Саме ці впливи визначають умови електромагнітної сумісності функціонування електричної мережі та інших систем.

Найважливішою характеристикою перенапруг на ізоляції є їх кратність, т. Е. Ставлення максимального значення напруги U макс до амплітуди найбільшої робочої напруги на даній ізоляційної конструкції Ö2 Uном.раб.

Слід зазначити, що при вимірюванні кратності перенапруг або при її розрахунку Umax зазвичай відносять не до величини Ö2Uном раб, а до фактичної амплітуді робочої напруги, що має місце безпосередньо перед появою перенапруги або усталеного після нього. Це не суперечить даному вище визначенню кратності за формулою (1), оскільки передбачається, що величина Umax пропорційна робочою напругою та при підвищенні напруги до найбільшого робочого значення величина кратності не зміниться.

Перенапруги, крім того, характеризуються рядом інших параметрів, які враховуються при виборі електричної ізоляції і засобів її захисту від перенапруг.

Повторюваність визначається очікуваним числом випадків виникнення перенапруг за даний проміжок часу.

Форма кривої перенапруги характеризується довжиною фронту, тривалістю, кількістю імпульсів і часом існування даного перенапруги.

Широта охоплення мережі визначає число ізоляційних конструкцій, на які одночасно впливає дане перенапруження.

Важливе значення мають також статистичні характеристики збитку в разі пошкодження ізоляції.

Всі перераховані параметри перенапруг є, як правило, випадковими величинами, що визначає необхідність статистичного підходу до їхнього дослідження і обгрунтування вимог до електричної міцності ізоляції і характеристикам захисних пристроїв.

Залежно від місця докладання можна виділити різні типи перенапруг. Найбільше практичне значення мають фазні перенапруги. Вони впливають на ізоляцію струмоведучих частин електрообладнання від землі або заземлених конструкцій. До цієї ізоляції нормально докладено фазна напруга. Однак в мережах з ізольованою нейтраллю слід враховувати, що в процесі пошуку місця замикання на землю (тривалістю від хвилин до декількох годин) до фазної ізоляції може бути докладено лінійна напруга.

Міжфазні перенапруги розглядаються при виборі міжфазни- ізоляції, наприклад - відстаней між проводами різних фаз на лініях і підстанціях, обмотками різних фаз трансформаторів, машин, реакторів. Робочою напругою для цих видів ізоляції є лінійна напруга.

Внутріфазние перенапруги виникають між різними токоведущими елементами однієї і тієї ж фази, наприклад між сусідніми витками або котушками обмотки трансформатора, а також між нульовим проводом і землею.

Перенапруги між контактами комутуючих апаратів виникають в процесі відключення ділянки мережі або при несинхронної роботі двох ділянок мережі.

Внутрішні перенапруги виникають в електричних системах в результаті комутацій.

Комутації можуть бути оперативними (плановими), наприклад:

а) включення і відключення ненавантажених ліній;

б) відключення ненавантажених трансформаторів і реакторів поперечної компенсації;

в) відключення конденсаторних батарей.

Однак частіше внутрішні перенапруги виникають при аварійних комутаціях в результаті дії релейного захисту або протиаварійної автоматики.

До аварійних комутації можна віднести:

а) відключення вимикачами короткого замикання;

б) автоматичне повторне включення ліній;

в) раптовий скидання навантаження і ін.

Внутрішні перенапруги зазвичай проявляються у вигляді коливань. Будь-яка електрична система має коливальними властивостями, проте в нормальному режимі роботи ці коливальні властивості зазвичай не виявляються. Коливальні властивості електричної системи, що можуть викликати появу перенапруг, проявляються при порушенні балансу між генерується і поглинається енергією. Причиною порушення балансу може з'явитися раптове відключення елементів, здатних поглинати енергію (активного навантаження, зосереджених і розподілених опорів і провідностей схеми).

Якщо параметри коливального контуру відповідають резонансним або близькі до них, то виникають резонансні перенапруги - перенапруження усталеного режиму. В системі з елементами, що мають лінійні характеристики може виникнути лінійний резонанс. Якщо ж елементи електричної мережі мають нелінійний характер (ненавантажені трансформатори, реактори), то виникає нелінійний ферорезонансу. Резонансним перенапряжениям передує перехідний режим - комутаційні перенапруги. У тому випадку, якщо умови в коливальному контурі електричної мережі далекі від резонансних, то внутрішні перенапруги при комутаціях мають тільки перехідний характер, тобто є комутаційними.

Внутрішні перенапруги характеризуються: кратністю

формою кривої перенапруги, що дозволяє визначити впливу на ізоляцію і складом устаткування електричної мережі, схильного дії даного виду перенапруги.

Перераховані характеристики мають великий статистичний розкид, так як їх значення залежать від великого числа факторів, в тому числі що мають випадковий характер.

Амплітуда допустимих перенапруг на ізоляції високовольтних електричних машин визначається за такою формулою:

де U - номінальна напруга, U - допустиме напруження.

Допустима кратність перенапруг на ізоляції машин становить не більше 2,6 - 2,9 по відношенню до номінального фазній напрузі і 2,2 - 2,4 по відношенню до максимального фазному робочій напрузі.

де - коефіцієнт імпульсу при внутрішніх перенапруженнях для класу напруги 6 - 35;

k - коефіцієнт кумулятивности.

Нижче приведена табл.1.1. допустимих кратності внутрішніх перенапруг для електрообладнання напругою 6 - 35 кВ з нормальною ізоляцією.

Величини, чисельно характеризують внутрішні перенапруги, виявляються залежними від ряду випадкових обставин: від схеми мережі, її режиму, її параметрів, від наявності коштів боротьби з перенапруженнями і ефективності цих засобів, а також від деяких інших чинників. Тому кількісні характеристики внутрішніх перенапруг виявляються величинами випадковими, які вимагають при їх розгляді залученні методів математичної статистики.

Можна знайти такі поєднання перехідних процесів, які дають перенапруги дуже високої кратності. Однак якщо таке поєднання дуже малоймовірно, то його зазвичай не беруть до уваги, вважаючи, що в цьому випадку можна допустити перекриття зовнішньої ізоляції або спрацьовування захисного апарату (вентильного розрядника, обмежувача перенапруги) з його можливим руйнуванням. У той же час і в цих дуже малоймовірних випадках повинна бути виключена можливість пошкодження внутрішньої ізоляції машин і апаратів. Але не всяке накладення перехідних процесів малоймовірно. Слід реально рахуватися з такими процесами, які є наслідком один одного. Саме на такі процеси і слід орієнтуватися при оцінці можливої ​​кратності внутрішніх перенапруг і виборі засобів їх обмеження.

Узагальнення досвіду експлуатації для випадків пошкодження обладнання через виникнення внутрішніх перенапруг дозволило В.С.Полякову сформулювати три умови. поєднання яких необхідно, щоб виникали перенапруги.

Перша умова - параметри мережі (ємність і індуктивність елементів) повинні мати характеристики, зміна яких може призвести до утворення резонансного контуру в схемі нульової послідовності. Як правило, це мережі з струмом однофазного замикання на землю до 10 А. Це означає, що не в кожній мережі можливе виникнення перенапруг, і це підтверджується практикою, так як ушкодження як правило відбуваються, повторюючись на одних і тих же ділянках мережі, в той час як на інших ділянках мережі таких пошкоджень не відзначається.

Друга умова - на цих ділянках мережі внутрішні перенапруги виникають, якщо в контурі нульової послідовності загасання значно менше критичного. Це загасання вноситься навантаженням понижуючих трансформаторів і електродвигунів, тому пошкодження електрообладнання відбуваються в режимі, коли навантаження в мережі не перевищує 30% потужності понижуючих трансформаторів або електродвигунів, то - є мережа працює в ненавантаженому режимі. При цьому збудження перенапруг полегшується за рахунок високого рівня напруги при роботі мережі в ненавантаженому режимі.

Третя умова - певний характер початкового події. Ферорезонансні перенапруги виникають при неповнофазних режимах харчування знижувальних трансформаторів та електродвигунів, а дугові перенапруження - при певному характері дуги (однополуперіодіческая або апериодическая) однофазного замикання на землю. При металевому замиканні або безперервно горить дузі перенапруг не виникає.

Різні види внутрішніх перенапруг відрізняються один від одного своєю кратністю, формою, частотою повторюваності і тривалістю впливу на ізоляцію. Імовірність виникнення того чи іншого виду перенапруг залежить від складу мережі, і за даними вітчизняних і зарубіжних досліджень, в мережах власних потреб (СН) потужних електростанцій і великих промислових підприємств, найчастіше виникнення перенапруг пов'язано з неповнофазного режимами.

Комутаційні перенапруги в літературі часто називають перенапруженнями перехідного режиму. Вони існують порівняно малий час, але в порівнянні з грозовими перенапруженнями в сотні разів більше.

tф = 100-300 мкс, tи = 1000-3000 мкс

Якщо міцна ізоляція витримала сильне короткочасне вплив, то вона витримає і більше.

Джерелом внутрішніх перенапруг є генератор самої системи. Оскільки потужність генераторів нормована, то і перенапруги не можуть бути ¥.

У сталих перенапруг частота збігається з частотою мережі.

Ударний коефіцієнт перенапруг:

, Коефіцієнт сталого режиму: Þ kпер = kуд kуст

Сталі перенапруги в літературі називають резонансними. Їх тривалість може досягати кілька секунд.

Боротися з резонансними перенапруженнями дуже складно, тому що через їх тривалого впливу виділяється велика кількість енергії і жоден захисний апарат не витримує цього.

На лініях 330 кВ і вище є небезпечними перенапруги за рахунок ємнісного ефекту лінії. Вони виникають тільки в ненавантажених лініях, тобто в момент якихось компенсацій. Такі перенапруги обмежують реакторами.

При ізольованій нейтралі напруга на здорових фазах при перенапруженні збільшується в раз, а при заземленої нейтралі в 1,4 рази.

У 60 роках стали розвиватися лінії високої і надвисокої напруги. Відбувалося становлення єдиної енергетичної системи. Проводилися дуже великі дослідження роботи цих ліній.

Будь-яка система має L і C елементи.

L: трансформатори, генератори, реактори, синхронні компенсатори і т.д.

З: провідники (ЛЕП), ємність ошиновки підстанції, ємність всіх ізоляційних конструкцій, спеціальні батареї конденсаторів, які використовуються для поліпшення якості електроенергії.

У нормальному режимі в енергосистемі такого контуру утворитися не може.