30. Перенапряжения при отключении емкостей и ненагруженных линий.

Значительные коммутационные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях недогруженных линий и конденсаторных батареи.

Рассмотрим отключение сосредоточенной ем­кости, например батареи конденсаторов С, от источника (рис. 27.12, а).

При отключении после начала расхождения контактов выключателя между ними некоторое время про­должает горсть дуга. Допустим, что емкостный ток доста­точно велик, так что дуга гаснет только в момент естествен­ного перехода тока через нуль.

До отключения напряжение на емкости , ,

, . - частота колебаний зависящая от параметров схемы LC.- частота источника.

Если ёмкостный ток большой, то среза тока в выключателе не произойдет и дуга погаснет при прохождении тока через ноль. Напряжение при этом проходит максимальное значение.

Обрыв тока происходит когда напряжение максимально источника ЭДС .

А) После обрыва тока напряжение на ёмкости не меняется и сохраняет величину . Разность ЭДС

.

Это есть восстанавливающееся напряжение на выключателе. Через полпериода напряжение достигает значения . Если больше электрической прочности промежутка, то произойдет повторное зажигание дуги. В схеме возникают высокочастотные колебания, которые накладываются на напряжение 50 Гц. .

Ток через выключатель равен: .

Так как то амплитуда свободной составляющей тока значительно превышает амплитуду вынужденной составляющей. Через полпериода собственных колебаний. , напряжение достигает максимум. .

Суммарный ток определяется свободной составляющей и при переходе через ноль дуга гаснет, а напряжение на емкости остается равным 3U_Ф.

Таким образом, происходит нарастание напряжения при новом погасании и зажигании дуги за счет накопления заряда на емкости.

Б) При отключении ненагруженных линий.

Схема представляет собой многочастотный колебательный контур. При повторных зажиганиях будут возникать свободные составляющие, которые увеличивают напряжение в конце линии. Для коротких линий после повторного зажигания линия мгновенно приобретает потенциал U₀ равное ЭДС источника. Для протяженных линий остающееся напряжение на линии после отключения U₀ больше чем ЭДС источника.

После первого обрыва дуги на линии остаётся заряд Q. Заряд равномерно распределяется вдоль из-за колебательного переходного процесса. После затухания процесса во всех точках линии устанавливается потенциал _U0. При этом напряжение на шинах после отключения равно ЭДС источника. Если имеются реакторы, то после обрыва дуги ёмкость линии будет разряжаться на реактор и будут возникать затухающие колебания с частотой .

Преимущество установки реактора:

1) Уменьшает величину восстанавливающего напряжения (между главными контактами выключателя);

2) Снижает скорость нарастания восстанавливающего напряжения.

31. Перенапряжения при отключении индуктивностей.

Примером отключения малых индуктивных токов является отключение от шин высокого напряжения ненагруженного трансформатора. При работе выключателя происходит так называемый «срез» тока, когда он обрывается в выключателе не при нулевом значении, а при значении I₀ (рис. 27.20,а), которое зависит от амплитуды Imax тока, протекающего через выключатель (рис. 27.20,6). При небольших значениях Imах обрыв тока в выключателе может произойти даже в момент максимума протекающего тока, поэтому в области очень малых амплитуд ток среза I₀ растет пропорционально Imах. Область насыщения соответствует максимальным значениям I₀, определяемым конкретным типом выключателя. При очень больших амплитудах проходящего через выключатель тока явление среза отсутствует из – за образования сильно ионизированного дугового канала.

Рассмотрим срез тока в выключателе схемы рис. 27.21, а , которая соответствует отключению ненагруженного трансформатора выключателем Q. Емкость С в схеме обычно включает в себя входную емкость трансформатора и емкость шин до точки подключения выключателя. Индуктивность L соответствует индуктивности намагничивания трансформатора и может достигать очень больших значений (десятков генри).

Считаем, что произошёл срез тока в момент времени t₀ со значением _I0. Мгновенное напряжение на ёмкости _u0.

В момент обрыва тока мгновенное значение напряжения на емкости равно U₀. В отключаемой части цепи к этому моменту накоплена энергия в магнитном поле и энергия в емкости С. Если не учитывать затухание процесса, то в контуре LC возникают незатухающие колебания, которые описываются уравнением. .

где – собственная частота колебаний контура.

Максимальное напряжение на отключенной цепи можно найти, используя баланс энергии .

Напряжение на отключаемой индуктивности не достигает значения из-за повторных зажиганий дуги в выключателе.

Напряжение между контактами выключателя это разность . Это напряжение значительно возрастает до значения, большего номинального. Первый срез тока происходит в момент _t0 и напряжение начинает возрастать по кривой. Восстанавливающаяся прочность межконтактного промежутка в течение первого полупериода свободных колебаний отключаемого контура, который обычно составляет менее 0,1 периода напряжения источника, еще мала, поэтому повторные пробои в выключателе неизбежны.

Процесс повторных пробоев в выключателе можно упрощенно проиллюстрировать с помощью рис.27.22.

После пробоя напряжение между контактами выключателя снижается почти до нуля, напряжение U_L до величины напряжения источника. В выключателе появляется ток, который резко возрастает. Далее, происходит новый срез тока при меньшем мгновенном значении. При этом, амплитуда ожидаемого оказывается также меньшей, но превосходит значения происходят новые зажигания дуги. Процесс длится до тех пор пока максимум ожидаемого напряжения не станет не станет меньше востанавливающейся

– пробивное напряжение между полностью разошедшимися контактами выключателя.

32. Перенапряжения при автоматическом повторном включении.

Использование АПВ основано на том, что большинство замыканий носит дуговой характер. Поэтому при отключении участка линии с КЗ с двух сторон дуга может погаснуть и линия может быть снова включена через время tапв (рис. 27.9). Цикл АПВ можно подразделить на следующие этапы:

1) отключение линии выключателем Q2, ближайшим к месту КЗ, приводящее к кратковременному режиму одностороннего питания линии;

2) отключение неповрежденных фаз линии выключателем Q1, т. е. обрыв емкостного тока при переходе его через нулевое значение, что соответствует максимуму напряжения на этих фазах;

3) повторное включение разомкнутой линии выключателем Q1;

4) замыкание выключателя Q2 и восстановление нормальной схемы электроснабжения.

После отключения выключателя Q2 напряжения на неповрежденных фазах в начале и в конце линии отличаются друг от друга и от ЭДС источника вследствие емкостного эффекта и КЗ на поврежденной фазе (поперечная несимметрия линии).

После отключения Q1 заряд на поврежденной фазе стекает в землю через дугу. На неповрежденных фазах наступает высокочастотный колебательный процесс выравнивания напряжений вдоль линии. Поскольку ёмкости на протяжении линии имеют неодинаковый заряд, то после затухания процесса заряд распределяется вдоль линии, и по всей длине устанавливается одинаковое напряжение . Это напряжение зависит от длины линии, мощности источника, коэффициента несимметрии и от интервала между срабатыванием выключателей Q1 и Q2. Во время паузы при АПВ заряд стекает в землю через активные проводимости. Поэтому кривая 2 снижается. К концу паузы напряжение становится равным . – это коэффициент, характеризующий снижение напряжения во время бестоковой паузы. – статистическая величина и зависит от места КЗ и погодных условий и состояния поверхности изолятора.