Дуговые перенапряжения в сети с компенсацией токов замыкания на землю
Для снижения вероятности возникновения короткого замыкания в месте однофазного повреждения рекомендуется ограничивать уровень емкостных токов замыкания на землю путем установки в нейтрали трансформатора специально настроенных индуктивностей (ДГК). Последние позволяют одновременно снизить уровень дуговых перенапряжений. Полная компенсация емкостных токов снижает уровень перенапряжений до значения 2.6Uф.
В случае расстройки ДГК уровень перенапряжений повышается.
Дуговые перенапряжения в сети с резистивным заземлением нейтрали
Заземление нейтрали через активное сопротивление разряжает емкость сети в промежутке между гашениями и зажиганиями перемежающейся дуги, способствуя снижению величины дуговых перенапряжений. Предельное снижение перенапряжений практически наступает при равенстве активной и емкостной составляющей тока в месте замыкания. Правильный выбор высоко-омного заземления нейтрали снижает перенапряжения до величины 2,4—2,6 Uф.
Отключение двойного замыкания на землю
При отключении короткого замыкания на землю в двух разных точках сети вследствие разновременной работы выключателей могут возникнуть перенапряжения. Они образуются на первой отключившейся фазе, когда в переходном процессе напряжение меняется от нуля (фаза заземлена) до мгновенного значения линейного напряжения. Максимальные перенапряжения составляют примерно 3,3 Uф.
Перенапряжения при отключении двигателей вакуумными выключателями
Источником опасных воздействий, сопровождающих процесс отключения, является срез тока в вакуумной камере до его естественного перехода через нулевое значение. При этом магнитная энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, колебательным образом переходит в собственную емкость нагрузки и кабеля присоединения. Кратность возникающих перенапряжений зависит от соотношения индуктивности и емкости отключаемого присоединения. У двигателей напряжением 6—10 кВ индуктивность имеет относительно небольшое значение (менее 100 мГн), запасенная в ней энергия в момент среза тока невелика и выделение ее в емкость присоединения не приводит к опасным перенапряжениям. Амплитуда переходной составляющей напряжения определяется в основном разностью между напряжением на двигателе до отключения и величиной смещения нейтрали, вызванного отключением, и практически не зависит от тока среза.
После среза тока промышленной частоты напряжение в отключаемой фазе на стороне секции шин остается практически неизменным за счет большого числа присоединений и примерно равным амплитудному значению фазного рабочего напряжения. Напряжение на полюсе отключаемой фазы выключателя со стороны присоединения изменяется в соответствии с переходным процессом, вызванным перезарядом емкости присоединения и рассеянием индуктивной энергии двигателя. Разность потенциалов на контактах выключателя носит название переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН). Если ПВН в некоторый момент времени превышает значение электрической прочности промежутка между расходящимися контактами выключателя, то происходит повторное зажигание дуги. При этом в кабеле отключаемого присоединения возбуждается волна напряжения, перезаряжающая его до потенциала, под которым находится секция шин. Амплитуда этой волны определяется разностью между напряжением сети и напряжением на двигателе до повторного зажигания дуги (ПЗ). Приходя на двигатель, эта волна испытывает отражение, близкое по характеру к отражению от разомкнутого конца кабельной линии, что вызывает удвоение амплитуды волны на зажимах двигателя. Это объясняется тем, что постоянная времени контура «волновое сопротивление кабеля — индуктивность двигателя» составляет доли секунды и индуктивность практически не участвует в волновом процессе. Наличие собственной емкости двигателя приводит к затягиванию фронта набегающей волны за счет перезарядки емкости через волновое сопротивление кабеля. Постоянная времени перезарядки для кабелей и двигателей не превышает 1 мкс. Перепад напряжения на двигателе за столь короткое время, равный удвоенному значению волны напряжения, представляет опасность для продольной (межвитковой) изоляции двигателя и требует внимательного отношения при выборе защитных устройств.
Частота высокочастотных колебаний, вызванных пробегами волн в кабеле после ПЗ, определяется длиной кабеля, и при длинах, меньших I км, превышает 50 кГц. Отличительной особенностью вакуумного выключателя является его способность к отключению высокочастотного тока этих колебаний при переходе его через нулевое значение. После такого отключения возобновляется процесс восстановления напряжения на контактах выключателя, однако, уже при иных начальных условиях. Напряжение на емкости двигателя и ток в его индуктивности в момент отключения больше, чем при первом отключении. Это приводит к тому, что максимум кривой ПВН становится больше и возможно новое зажигание дуги. Возрастание этого максимума объясняет тот факт, что уровень перенапряжений при ПЗ на присоединениях с двигательной нагрузкой значительно выше, чем при одиночном срезе тока промышленной частоты, и тем больше, чем больше число ПЗ. Так, например, для двигателя мощностью 630 кВт при длине кабеля 80 м кратность перенапряжений при одиночном срезе тока 5 А по расчетам составляет 1,77, а при возникновении повторных зажиганий достигает 6.
Сравнение допустимых уровней изоляции оборудования и кратностей внутренних перенапряжений показывает, что большинство перенапряжений не опасно для оборудования с нормальной изоляцией. В связи с этим оно требует защиты только от грозовых перенапряжений.