Внутренние перенапряжения и защита от них

 

14.5. Меры ограничения внутренних перенапряжений

 

Применение  вентильных разрядников. Вентильный разрядник является аппаратом, который вступает в действие, когда напряжение в точке его установки превышает пробивное напряжение искровых промежутков, и ограничивает перенапряжения на изоляции до допустимого уровня.

Наибольшие перенапряжения возникают на разомкнутом конце  линии. Там же могут быть установлены  реакторы поперечной компенсации, конденсаторы связи, выключатели, разъединители, трансформаторы напряжения. Для их защиты вблизи линейного разъединителя со стороны линии устанавливают комбинированный вентильный разрядник c повышенной пропускной способностью. На него возлагается задача ограничения как коммутационных, так и грозовых перенапряжений.

При коммутационных перенапряжениях амплитуда тока через разрядник после пробоя его искрового промежутка обычно не превышает 1,5…2 кА, однако в силу значительной длительности перенапряжения энергия, рассеиваемая в нелинейном сопротивлении, на несколько порядков превосходит энергию грозового импульса. Условия гашения дуги в разрядниках при коммутационных перенапряжениях получаются более тяжелыми, чем при грозовых. На рис. 8 показаны кривые напряжения в точке подключения разрядника и тока через разрядник. Когда мгновенное значение напряжения на разряднике достигает пробивного напряжения искрового промежутка, происходит подключение его нелинейного сопротивления к фазному проводу (точка a). При прохождении напряжения и тока разрядника через нуль, искровой промежуток обрывает ток. В следующий полупериод разрядник может сработать вновь (точка b), если напряжение на нем растет быстрее, чем восстанавливающаяся прочность его искрового промежутка; при этом напряжение второго и всех последующих пробоев меньше, чем в первый полупериод.

Рис. 8. Работа вентильного разрядника при коммутационных перенапряжениях:

1 – кривая напряжения при переходном процессе; 2 – ток через разрядник

 

Напряжение, при котором повторные пробои больше не происходят, должно быть меньше напряжения гашения U_гаш. Срабатывание разрядника должно прекратиться после затухания переходного процесса, но установившееся напряжение U_уст может значительно превышать фазное напряжение за счет емкостного эффекта или несимметрии. Обычно электрическую прочность искровых промежутков характеризуют напряжением гашения U_гаш.

Поэтому напряжение гашения коммутационных разрядников должно быть значительно выше, чем у грозозащитных разрядников, а коэффициент гашения  k_гаш = U_пр/U_гаш должен быть значительно ниже.

Для разрядников РВМК отношение U_гаш и пробивного напряжения искровых промежутков U_пр равно h = 0,7; в разрядниках РВМКП  
h = U_гаш/U_пр = 0,9. Надежное дугогашение гарантируется, если установившееся напряжение не превышает hU_пр.

В табл. 2 приведены максимальные значения U_y,max в сетях 330…750 кВ, в которых коммутационные разрядники в состоянии погасить дугу. Если установившееся напряжение U_y,max превышает значения, приведенные в табл. 1, то разрядник будет срабатывать многократно, что обычно недопустимо. Поэтому для надежной работы разрядника снижают установившееся напряжение установкой реакторов поперечной компенсации, подключаемых наглухо или через искровой промежуток.

 

Таблица 2 - Допустимые значения установившегося напряжения.

Uном, кВ	Uпр/Uф.max	Uу.max/Uф.max
		h = 0,7	h = 0,9
330	2,5	1,4	1,8
500	2,3	1,3	1,7
750	2,0	1,15	1,5

 

Установка вентильных разрядников для защиты от коммутационных перенапряжений производится по концам линий электропередачи, так как наибольшие перенапряжения возникают на разомкнутом конце. Пробивное напряжение искровых промежутков разрядника должно быть ниже уровня допустимых перенапряжений для установленного по концам линии оборудования и линейной изоляции с достаточной степенью надежности.

Применение  реакторов с искровым присоединением. Глухое присоединение реакторов, обеспечивающих снижение установившегося напряжения при коммутациях, имеет существенный недостаток. Он состоит в том, что глухое присоединение приводит к дополнительным потерям реактивной мощности в нормальных режимах передачи больших мощностей. Поэтому может быть применено включение реакторов через искровой промежуток, шунтированный выключателем (рис. 9).

Рис. 9. Схема электропередачи с реактором, включенным  
через искровой промежуток

При возникновении  перенапряжений, превышающих уставку искрового промежутка U_пр , последний пробивается и подключает к линии реактор, обеспечивая соответствующее снижение U_у . Для ограничения теплового воздействия дуги на электроды промежуток между ними шунтируют выключателем, включающимся от сигнала релейной защиты, которая срабатывает при появлении тока в реакторе. Эффективность действия реактора, подключаемого через искровое присоединение с точки зрения ограничения коммутационных перенапряжений тем больше, чем меньше пробивное напряжение U_пр, искровых промежутков. Нижний предел пробивного напряжения искрового промежутка реактора выбирается по условию отстройки от срабатываний промежутка при повышении напряжения в режиме качаний. При этом учитывается разброс пробивных напряжений. Если принять возможное повышение напряжения при качаниях порядка (1,1…1,2) U_ф.мах и разброс пробивного напряжения искрового промежутка 0,2 U_пр (что отвечает открытому искровому промежутку), то нижний предел пробивного напряжения 0,2U_пр »(1,35…1,5) U_ф.max..

Эффективность действия реактора с искровым промежутком зависит от характера переходного процесса. В табл. 3 приведены данные, показывающие влияние реактора на установившееся и максимальное напряжения.

 

Таблица 3 - Значения перенапряжений в линиях с реакторами

Uу.max/Uф.max		Umax/Uф.max
при отсутствии реактора	при наличии   реактора	глухое   присоединение	искровое   присоединение
1,5	1,3	1,81	1,92
1,9	1,6	2,83	2,92

 

Управление  моментом включения выключателя. Значение перенапряжений, возникающих при включении линии, зависит от фазы ЭДС j в момент включения. Для каждой частоты свободных колебаний электропередачи можно указать такой угол включения, когда возникающее перенапряжение будет минимально. Исключение представляет только случай резонанса (w = w₁), когда при любой фазе включения коэффициент k_уд  = 1.

Возможность управления моментом включения выключателей высокого напряжения в значительной мере определяется конструкцией выключателя и его системы управления.

Разброс во времени  при управляемом включении не должен превышать 
1 мс. Такие требования могут быть выполнены, например, в воздушных выключателях со светооптической и механической системами управления.

Применение  шунтирующих сопротивлений в выключателях. Эффективным средством для ограничения возникающих перенапряжений, служит сопротивление, встраиваемое в выключатели. Принципиальная схема выключателя с шунтирующим сопротивлением показана на рис. 10.

Рис. 10. Применение выключателя с шунтирующим резистором:

ГК – главные контакты; ВК – вспомогательные контакты

 

Такой выключатель имеет  две системы контактов: ГК – главные  контакты и ВК – вспомогательные. При включении линии первыми замыкаются контакты ВК, тем самым вводя последовательно с линией сопротивление R_ш . Соответствующим подбором значения R_ш можно существенно демпфировать колебания напряжения в переходном процессе. Спустя некоторое время, обычно через 1,5…2 периода промышленной частоты, замыкаются контакты ГК, заканчивая операцию включения линии.