Отключение ненагруженной линии переменного тока
В сетях с изолированной нейтралью при отключении ненагруженных линий вследствие того, что потенциал нейтрали не фиксирован, возрастает влияние одной фазы на другие и возникают большие перенапряжения. Это способствует более высокому значению восстанавливающегося напряжения на межконтактном промежутке коммутационного аппарата. В результате могут создаваться условия для повторных пробоев промежутка (характерно для аппаратов с низкой скоростью движения контактов), что, в свою очередь, увеличивает перенапряжения. Например, при отключении ненагруженной линии переменного тока масляными выключателями могут возникнуть повторные зажигания дуги в выключателе. При каждом таком зажигании по линии распространяются волны напряжения с крутым фронтом.
 |
Допустим, что в начале линии включен источник питания с напряжением Uф, линия работает в режиме холостого хода (конец линии разомкнут). Выключатель, расположенный в начале линии, отключает ее в тот момент, когда емкостный ток линии проходит через нулевое значение (рис. 1.14, а). Величина напряжения будет максимальна и на линии сохранится напряжение, амплитудное значение которого равно фазному. Через полпериода с момента отключения линии напряжение на источнике питания достигнет отрицательного максимума, и разность потенциалов на выключателе возрастет до 2Uф. Если в этот момент времени расстояние между контактами мало, то произойдет его пробой под действием удвоившегося напряжения — возникнет электрическая дуга. Линия будет перезаряжаться до отрицательного минимума -Uф, так как по линии распространяется волна -2Uф (рис. 1.14, б). На конце разомкнутой линии волна -2Uф отразится с тем же знаком и напряжение волны достигнет величины -4Uф, но так как на линии имелось напряжение +Uф, то результирующее напряжение будет равно -4U +Uф = -3Uф. Когда отраженная волна достигнет начала линии, ток в выключателе спадет до нуля и дуга в выключателе по
гаснет. На линии останется заряд, удерживающий ее потенциал на уровне -3Uф. Через полпериода напряжение за счет источника вновь изменит знак и напряжение на выключателе достигнет +4Uф. Если это напряжение достаточно для нового пробоя между контактами в выключателе, то вновь появится дуга, и напряжение на линии в процессе перезарядки может снова возрасти.
Распространение по линии таких перенапряжений может стать причиной ухудшения изоляции линии и в некоторых случаях привести к ее пробою (если на изоляции сказывается процесс старения — ухудшение своих характеристик в ходе эксплуатации).
В воздушных выключателях электрическая прочность промежутка нарастает более быстро, чем в масляных включателях. Кратность перенапряжений в воздушных выключателях при малых токах среза больше, чем в масляных выключателях, а при значительных токах среза эта разница невелика. Максимальная кратность перенапряжений может достигать порядка 4Uф. При больших токах кратность перенапряжений определяется максимально возможным значением тока среза. При малых токах масляный выключатель дает меньшие перенапряжения из-за относительно медленного расхождения контактов, и кратность перенапряжений является функцией отключаемого тока, волнового сопротивления, коэффициента затухания системы, заземления нейтрали.
Экспериментальные данные показывают, что при отключении ненагруженных линий масляными выключателями перенапряжения в 2% случаев достигают 4,5Uф, а перенапряжения, превышающие 3Uф, составляют примерно 7 %.
Отключение ненагруженных трансформаторов
 |
Рассмотрим схему замещения цепи, образующейся при отключении трансформатора (рис. 1.15, а). Здесь Lсис, Ссис — индуктивность и емкость источника питания (системы); Lтp, Стр — индуктивность и емкость трансформатора. На рис. 1.15, б показано изменение напряжения в точках А и В схемы замещения при обрыве тока, близком к нулевому значению. После обрыва тока i = Iо возникают колебания напряжения в точке А с частотой, определяемой индуктивностью и емкостью трансформатора. Из-за потерь энергии колебания постепенно затухают. В точке В при обрыве тока также возникают колебания, осью которых является синусоидаль-
ное напряжение источника. Эти колебания также затухают в течение некоторой доли периода.
Максимальное напряжение на трансформаторе может быть определено по формуле
 |
(1.28)
Из формулы видно, что максимальное напряжение на трансформаторе определяется током среза I0, индуктивностью Lтp, емкостью трансфоматора Стр и величиной напряжения в момент обрыва тока U0. Если обрыв тока будет происходить при U0 = 0, т.е. в момент максимума тока холостого хода трансформатора, то перенапряжение достигнет значения, определяемого по формуле
 |
По условию равенства магнитной и электрической энергий
(1.30)
При обрыве тока вся магнитная энергия, запасенная в сердечнике трансформатора, переходит в электрическую, в связи с чем и возникают перенапряжения.
В воздушных выключателях электрическая прочность промежутка нарастает более быстро, чем в масляных выключателях. Кратность перенапряжений в воздушных выключателях при малых токах среза больше, чем в масляных выключателях. При больших токах среза разница становится небольшой, максимальная кратность перенапряжений может достигать порядка 4Uф. При больших токах кратность перенапряжений определяется максимально возможным значением среза тока. При малых токах масляный выключатель дает меньшие перенапряжения из-за относительно медленного расхождения контактов, и кратность перенапряжений является функцией отключаемого тока, волнового сопротивления, коэффициента затухания системы, заземления нейтрали.