2. 2. Перенапряжения при отключении ненагруженных линий

Одним из наиболее часто возникающих в эксплуатации видов коммутационных перенапряжений являются перенапряжения при отключении ненагруженной линии. Такие перенапряжения возникают вследствие повторных зажиганий дуги между расходящимися контактами выключателя. Ненагруженная линия представляет собой емкость. На рис. 2.3 представлена схема отключения емкости.

Рис. 2.3. Схема отключения ненагруженной линии:

Г – генератор; L– индуктивность генератора; В – выключатель;С– емкость

Во включенном состоянии через конденсатор проходит ток i_c , который на 90º опережает напряжение U_г (рис. 2.4). Пусть в промежуток времени t₀ – t₁ произошло расхождение контактов в выключателе, за расходящимися контактами горит электрическая дуга, поэтому цепь не прерывается.

Рис. 2.4. Временная диаграмма напряжения и тока при отключении ненагруженной линии

В момент t₁ емкостный ток проходит через нуль и дуга гаснет. Напряжение на емкости в момент t₁ будет U_C. К моменту времени t₂ напряжение на генераторе изменится до –U, на емкости остается +U, следовательно, на контактах выключателя будет 2U. Под действием двойного напряжения возможен пробой масла между контактами, так как от горящей дуги остались продукты горения и электрическая прочность масла не успела восстановиться за 0,01 с. Когда происходит пробой масла и повторное зажигание дуги, начинается колебательный процесс перезарядки емкости c напряжения U до напряжения –U. Частота колебаний определятся величиной C и индуктивностью генератора L: . Колебания будут носить затухающий характер из-за наличия активного сопротивления проводов, осью колебаний будет напряжение генератора. Амплитуда напряжения в моментt₂ достигает трехкратного значения, при этом емкостный ток равен нулю. С этого момента возможны два варианта развития событий: 1) дуга не гаснет, и емкостный ток высокочастотных колебаний затухает; 2) дуга гаснет, и напряжение на емкости остается равным 3U. Через половину периода напряжение генератора вновь станет равным +U, а напряжение между контактами выключателя будет 4U. Перезарядка конденсатора с напряжения –3U до напряжения U будет сопровождаться колебательным процессом с амплитудой колебаний 4U и повышением напряжения на линии до 5U. При таких перенапряжениях начинают срабатывать разрядники.

Ограничение перенапряжений при отключении ненагруженных линий может быть достигнуто, прежде всего, в результате применения выключателей, не дающих повторных зажиганий дуги. Как эффективное средство снижения перенапряжений могут применяться выключатели с шунтирующим сопротивлением R (рис. 2.5, а). Первым размыкается шунтированный выключатель В1, напряжение на линии уменьшается. Вторым размыкается нешунтированный выключатель В2, за счет наличия сопротивления процесс разряда носит апериодический характер.

Возникновение перенапряжений можно избежать при отключении трансформаторов со стороны низкого напряжения (рис. 2.5, б). В этом случае линия разрядится через обмотку трансформатора.

а б

Рис. 2.5. Схемы отключения ненагруженной линии: Г – генератор; В1, В2 и В – выключатели; Ш – шины подстанции; Л – линия