Резонансные перенапряжения

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Резонансные перенапряжения возникают в цепях, содержащих последовательно включенные индуктивность и емкость, если час­тота собственных колебаний цепи близка к частоте источника.

Резонансные напряжения могут развиваться на линиях высокого напряжения при применении продольной компенсации (рис. 1.16, а). Емкость частично компенсирует индуктивность линии, что повы­шает устойчивость работы системы. При возникновении коротко­го замыкания за емкостью С и собственной частоте колебаний кон­тура L—С, близкой к f= 50 Гц, в цепи возникает резонанс, приво­дящий к резкому возрастанию тока I. При этом напряжение на емкости будет равно

(1.31)

и достигнет величины, опасной для изоляции конденсаторов про­дольной компенсации, в связи с чем они защищаются разрядника­ми и ограничителями перенапряжений.

а — схема линии электропередачи;

б — феррорезонансный контур

Особым видом резонанса является феррорезонанс, возникающий в контуре из индуктивности со сталью и емкости.

Рассмотрим явление феррорезонанса на простейшей схеме (рис. 1.16, б).

В этом контуре источник переменного напряжения питает кон­денсатор емкостью С и катушку индуктивностью L, соединенные последовательно.

Катушка имеет стальной сердечник, ее активным сопротивле­нием R пренебрегаем.

Зависимость напряжений на емкости С и на индуктивности L от тока представлена кривыми 1 и 2 (рис. 1.17, а).

С увеличением тока в цепи напряжения U_L и Uc возрастают, но напряжение на индуктивности растет быстрее, чем на емкости и в точке а эти напряжения равны по абсолютной величине. В этой точке сумма падений напряжений на индуктивности и емкости рав­на нулю (в цепи без потерь).

Если изменять напряжение на зажимах контура от нулевого зна­чения, то за точкой б режим цепи неустойчив. Дальнейшее плавное увеличение тока невозможно, так как это соответствовало бы умень­шающемуся напряжению источника (на чертеже оно выражается разностью ординат кривых 1 и 2). Попытка увеличить напряжение выше значения, соответствующего режиму в точке б, приведет к скачкообразному повышению тока и напряжений U_L и Uc. Режим станет устойчивым лишь в точке т, соответствующей тому же зна­чению напряжения источника, что точка б, но при токе 1₂, опреде­ляющем напряжение U. Это будет означать, что контур имеет ем­костный характер, т.е. ток скачкообразно меняет фазу на угол 180°. Оба эти момента изображены на рис. 1.17, а.

Явление, связанное со скачкообразным переходом из одного устойчивого состояния в другое в цепях системы, называется опро­кидыванием или феррорезонансом. При опрокидывании всегда по­являются повышенные напряжения на индуктивности и емкости, что хорошо видно на рис. 1.17, а. Если в первом устойчивом состо­янии в точке б напряжение на индуктивности равно U_L1, на емко­сти —U_c1 , то в новом устойчивом состоянии в точке m напряже­ния будут соответственно равны U_L2 и U_c2.

До резонанса имеется режим работы с преобладанием индуктив­ного сопротивления в цепи. Резонансную точку а токи и напряже­ния в цепи проходят скачком. Величину подводимого напряжения, при котором возможно опрокидывание, можно определить прове­дением касательной к кривой U_L=f(I) параллельно наклонной пря­мой линии U_c= f(I) (рис. 1.17, а). Отрезок, отсекаемый касатель­ной на оси ординат, дает искомую величину напряжения U_оnp.

Если в цепи, кроме индуктивности L и емкости С, имеется ак­тивное сопротивление R, вольт-амперные характеристики будут иметь вид, показанный на рис. 1.17,6. Хотя при токе I₁, происходит

Рис. 1.18. Изменение напряжений на емкости:

1 — без активного сопротивления; 2 — с активным со­противлением

опрокидывание, но это сопровождается мень­шим повышением напряжения. Напряжение на емкости до опрокидывания было U_c1 при токе I₁, а после опрокидывания напряжение возрос­ло до U_c2 при токе I₂. Таким образом, введение активного сопротивления R в цепь с L и С при­водит к снижению напряжения при опрокиды­вании и сужению области неустойчивого состо­яния. Можно выбрать такое R, при котором вовсе отсутствует опрокидывание, и, следова­тельно, добиться устойчивого состояния. Тогда плавному повышению приложенного напряжения будет соот­ветствовать плавное повышение как тока, так и напряжения на всех элементах электрической цепи.

На рис. 1.18 приведены кривые изменения напряжений на емко­сти в зависимости от приложенного напряжения. В цепи без сопро­тивления R напряжение на емкости при опрокидывании возраста­ет скачком (кривая 1), а при введении сопротивления скачок на­пряжения получается сравнительно меньшим (кривая 2).

Явление феррорезонанса может возникать при обрыве провода и заземлении одного из его концов или неодновременном включе­нии или отключении проводов.