Ограничение внутренних перенапряжений

Кратность кратковременных (коммутационных) перенапряжений может достигать (при изолированной нейтрали) K_max 3−3,5 в следующих случаях:

− при дуговых перенапряжениях;

− при АПВ ЛЭП;

− при отключении ненагруженных трансформаторов и др.

Для заземленной нейтрали кратность перенапряжений K_max 3.

Длительные перенапряжения до (2−3) U_ф могут возникать при феррорезонансах.

Значения допустимых кратностей перенапряжений для изоляции электрооборудования на напряжения 6−1150 кВ приведены в табл.1.1.

Таблица.1.1

Класс напряжений
Допустимые кратности перенапряжений	4,5	4,5	3,5			2,7	2,5	2,1	1,8

Из таблицы следует, что изоляция электрооборудования на напряжения до 220 кВ включительно рассчитана на такие перенапряжения. Но с 330 кВ внутренние перенапряжения превосходят уровни изоляции установок, поэтому их необходимо ограничивать.

Основные принципы защиты от внутренних перенапряжений:

1) схемные мероприятия, т.е. ограничение числа режимов, в которых могут возникать опасные перенапряжения;

2) ограничение амплитуд установившихся перенапряжений

(K = K_уст ∙К_пер);

3) ограничение перенапряжений переходного процесса;

4) ограничение длительности или исключение опасных режимов с помощью релейной защиты и системной автоматики.

Схемные мероприятия обычно применяют при плановом включении:

− установка пониженных коэффициентов трансформации при включении;

− отключение трансформатора производится сначала со стороны обмотки внешнего напряжения, а затем со стороны обмотки низшего напряжения (здесь ток больше и мала вероятность погасания до прохождения через нуль);

− применение схем без выключателей на стороне высшего напряжения (исключается режим холостого хода ЛЭП, так как в конце линии ненагруженный трансформатор).

Ограничение амплитуд установившихся перенапряжений:

− применение реакторов на ЛЭП;

− установка трансформаторов напряжения на ЛЭП для саморазряда ЛЭП в беcтоковую паузу ЛЭП.

Ограничение перенапряжений переходного процесса можно разбить на две группы:

а) устройства, которые вступают в действие, когда напряжение превышает заданную величину:

− вентильные разрядники;

− реакторы с искровым присоединением;

− искровые промежутки.

б) устройства, ограничивающие перенапряжения при каждой коммутации:

− шунтирующие сопротивления в выключателях;

− выключатели с управляемым моментом коммутации.

Ограничение длительности или исключение опасных режимов с помощью релейной защиты. Вопросы релейной защиты в курсе не рассматриваются. Релейная защита – это уже крайняя мера.

Рассмотрим некоторые мероприятия подробнее.

Ограничение амплитуд установившихся перенапряжений

Применение реакторов на ЛЭП. Снижению перенапряжений вследствие емкостного эффекта способствуют шунтирующие реакторы (рис.1.23).

а) б)

Рис. 1.23. Включение реактора в конце ЛЭП (а) и распределение напряжения вдоль линии при наличии реактора (б)

При включении реактора максимальное напряжение будет не в конце, а на расстоянии (l -D l).Однако глухое присоединение нецелесообразно в нормальных режимах, оно приводит к дополнительным потерям, поэтому лучше реактор включить через искровой промежуток, шунтированный включателем. При возникновении перенапряжений, превышающих установку искрового промежутка U_пр, последний пробивается и подключает к линии реактор. Искровое соединение приводит к повышению перенапряжений на 3−6 %, но уменьшает потери.

Устройства для разряда ЛЭП в беcтоковую паузу. Вынос трансформаторов напряжения на ЛЭП приводит к быстрому саморазряду ЛЭП через активное сопротивление обмоток (рис. 1.24).В сухую погоду при t_апв=0,4с в бестоковую паузу заряд стекает до 60−70 %.

Рис. 1.24. Включение трансформаторов напряжения на ЛЭП

Ограничение перенапряжений переходного процесса

Вентильные разрядники. Большинство разрядников II-IV групп защищают только от грозовых перенапряжений. Речь идет о комбинированных разрядниках РВМК. Ограничение коммутационных перенапряжений для разрядника – очень тяжелый режим, дуга загорается несколько раз.

Уровень изоляции электроустановок U≥330 кВ определяется именно вентильными разрядниками, а возможные кратности перенапряжений (К=3) уменьшаются до значений, указанных в табл. 1.1.

Шунтирующие сопротивления в выключателях. На рис. 1.25 приведена схема выключателя с шунтирующим сопротивлением.

Рис. 1.25. Схема выключателя с шунтирующим сопротивлением

На первом этапе у выключателя замыкаются вспомогательные контакты ВК, а затем через 1,5−2 периода промышленной частоты – главные ГК. Выбор R_ш должен производиться исходя из обоих этапов. При перенапряжения будут небольшими на обоих этапах.

Управление моментом включения выключателя. При изучении АПВ было сказано, что самый неблагоприятный момент включения, когда по разную сторону от контактов противоположные напряжения.А самое благоприятное – когда эти напряжения равны. Если в этот момент замкнуть контакты, то перенапряжения будут минимальные.

На рис. 1.26 приведены расчетные коэффициенты перенапряжения при благоприятном и неблагоприятном моментах включения [5].

Рис. 1.26. Коэффициент перенапряжения в зависимости от частоты собственных колебаний контура: 1− при неблагоприятном; 2− при благоприятном моментах включения