метрию системы, а также вводят некоторую расстройку реактора от резонанса. Большая несимметрия возникает при неодновременной работе фаз выключателей, поэтому важно обеспечить минимальный разброс в действии фаз (в пределах 2..4 полупериодов частоты 50 Гц).

15.3. Перенапряжения при гашении дуги

Большинство коммутаций в цепях высокого напряжения сопровождаются возникновением электрической дуги, которая представляет собой вид электрического разряда, характеризуемый большой плотностью тока и термической ионизацией молекул газа. Скорость снижения тока при гашении дуги определяет возникающие перенапряжения в сети.

Условия существования дуги и ее характеристики зависят от скорости ее охлаждения. При токах более 200-300 А и неподвижной дуге в воздухе средний градиент потенциала на дуге составляет 8..10 В/см. Если напряжение на размыкаемых контактах меньше 15..20 В, то дуга возникнуть не может и ток прерывается за очень короткое время (менее 1 мс), что при больших токах и значительных индуктивностях в цепи приводит к большим перенапряжениям. При небольших токах, менее 0,4..1 А, не обеспечивается баланс тепла в дуге и размыкание цепи сопровождается многочисленными неустойчивыми разрядами со значительными перенапряжениями.

При достаточно больших токах и напряжениях на размыкаемых контактах возникает устойчивая дуга, свойства которой определяются вольтамперной характеристикой (статической для установившейся дуги постоянного тока и динамической при отключении или при переменном напряжении). Для иллюстрации влияния скорости гашения дуги на возникающие перенапряжения достаточно рассмотреть процессы в простейшей цепи постоянного тока с резистором и катушкой по рис. 15.3.

Согласно второму закону Кирхгофа U = iR + L dtdi +uд. При располо-

жении вольтамперной характеристики дуги по рис. 15.4а и токе i > I1 по-

лучается L dtdi =U −iR −uд > 0 , так что ток в цепи растет вплоть до значе-

ния I2 , и при токе I2 получается L dtdi =U −iR −uд = 0 , изменения тока не

будет и дуга будет гореть длительно. Точка i = I1 является точкой неустойчивого равновесия.

113

		a	R	b		L		c
		u a=U		u b		i	u c=u д
		Рис. 15.3. Схема цепи постоянного тока
а)	u			б)	u			вах дуги
		вах дуги
	U	i R			U
								i R
		L di
		dt	U-i R			− L di
		uд	i				dt	uд	i
	0 I1				0
		I	I2 IКЗ					I	IКЗ
Рис. 15.4. Вольтамперная характеристика устойчивой (а) и неустойчивой
		(б) электрической дуги

Чтобы дуга могла погаснуть, необходимо увеличивать uд , например,

путем растягивания дуги. Если ее вольтамперная характеристика будет везде выше прямой (U −iR) , как на рис. 15.4б, то везде

L dtdi =U −iR −uд < 0, источник питания не сможет поддерживать дугу, ток

будет уменьшаться и дуга погаснет. Скорость снижения тока при этом будет определяться параметрами цепи и скоростью удлинения дуги. Удлинение дуги может быть естественным, как в роговых разрядниках, или принудительным под действием магнитного поля; изменение вольтамперной характеристики дуги может быть и под действием принудительного ее охлаждения.

При переменном напряжении ток дуги периодически снижается до нуля и дуга полностью прекращается. Если восстанавливающееся напряжение на промежутке меньше пробивного напряжения промежутка, то дуга возникнуть больше не может и ток естественным образом прекращается; по этой причине гашение дуги переменного тока происходит значительно легче гашения дуги постоянного тока.

Потенциалы точек схемы рис. 15.3 меняются во времени, что показано на рис. 15.5. Потенциал точки b определяется равенством ub =U −iR , а

потенциал точки c, то есть напряжение на дуге, равен

114

uc =U −iR − L di	=U −iR + L di	= ub + L	di .
dt	dt		dt
u
		u c	di
U			L dt
	i i R
	u b		t
0		τ
Рис. 15.5. Перенапряжения при гашении дуги

На рис. 15.5 показано кривая изменения во времени напряжения в точке b, из которой хорошо видно, что возникающее перенапряжение определяется скоростью снижения тока в цепи.

15.4. Коммутационные перенапряжения

Коммутационные перенапряжения возникают при включении ненагруженной линии, при котором на квазистационарное перенапряжение за счет емкостного эффекта накладываются затухающие колебания на емкости и индуктивности линии, частота которых зависит от длины линии. Амплитуда колебательной составляющей максимальна при угле включения 90о или 270о и величина ее составляет порядка двух амплитуд установившегося режима. При совпадении частоты собственных колебаний линии с частотой сети амплитуда колебательной составляющей может достигнуть десятикратной величины вынужденной составляющей. Для снижения этого типа перенапряжений используют следующие меры:

•шунтирующие резисторы с двухступенчатым включением, сначала с резистором сопротивлением 600..1200 Ом, а затем через 10..20 мс шунтирование этого резистора (рис. 15.6);

а)		1		б)		1
								2
		Rш 2					Rш

Рис. 15.6. Схемы выключателя с шунтирующим резистором

• применение выключателей, позволяющие выбирать наиболее благо-

115

приятный момент включения;

•использование вентильных разрядников и ОПН для ограничения перенапряжений;

•секционирование линий на участки длиной не более 250..300 км.

При автоматическом повторном включении после однофазного

или двухфазного замыкания переходный процесс отличается от включения ненагруженной линии возможным наличием зарядов на неповрежденных фазах линии. Заряд на линии без реакторов стекает на землю через активные проводимости изоляторов, и в среднем для сухой погоды при задержке АПВ на 0.4 с напряжение оставшихся зарядов составляет 60-70% первоначального. В целом перенапряжения при АПВ обычно выше, чем при включении ненагруженных линий.

Значительные коммутационные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях ненагруженных линий и конденсаторных батарей. Значительные перенапряжения при отключении емкостного элемента могут возникнуть из-за повторных пробоев между расходящимися контактами выключателя. Пробивное напряжение межконтактного промежутка гораздо быстрее расчет у воздушных выключателей с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьем, чем у масляных выключателей. При переходе тока через ноль дуга прекращается, а через полпериода из-за остающегося на емкостном элементе напряжения восстанавливающееся напряжение на контактах составит двойную амплитуду сетевого напряжения, и если оно окажется больше пробивного напряжения, то возникает повторное включение цепи. Следующий обрыв тока произойдет при прохождении тока через нулевое значение и может опять произойти повторный пробой. Коммутация представляет собой серию чередующихся отключений и включений с пробоями на максимумах напряжений и раскачиванием процесса в отключаемой цепи.

Из-за больших значений возникающих перенапряжений подобного типа целесообразно применять выключатели, не дающие повторных зажиганий в процессе отключения ненагруженных линий и конденсаторных батарей.

К появлению перенапряжений приводит и отключение коротких замыканий, поскольку при этом из-за селективности защиты отключается только часть линии, а оставшаяся часть представляет собой линию, на которой восстанавливается напряжение после отключения ближнего к короткому замыканию выключателя. Наличие на линии устройства продольной компенсации приводит к увеличению перенапряжений, которые могут превысить трехкратное значение амплитуды напряжения источника питания линии.

Отключение ненагруженного трансформатора (и любого другого индуктивного элемента) сопровождается возникновением при срезе тока выключателем затухающих колебаний большой амплитуды в контуре ин-

116