Квазистационарные и коммутационные перенапряжения
Понятие резонансных эффектов, их сущность и особенности, причины и предпосылки возникновения в линиях электропередач. Характеристика и особенности резонансного смещения нейтрали в сетях 3-35 кВ. Перенапряжение при гашении дуги, методы его устранения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.02.2009 |
| Размер файла | 108,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2
Федеральное агентство железнодорожного транспорта РФ
Иркутский государственный университет путей сообщения
Кафедра: «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
Дисциплина: «Техника высоких напряжений электрифицированных железных дорог»
Реферат
«Квазистационарные и коммутационные перенапряжения»
Содержание
- Введение 3
- 1. Резонансное смещение нейтрали в сетях 3..35 кВ 5
- 2. Перенапряжения при гашении дуги 6
- 3. Коммутационные перенапряжения 9
- Заключение 13
- Список литературы 14
- Введение
Линия электропередачи обладает индуктивными и емкостными свойствами, что обусловливает возможность резонансных эффектов. В наиболее простой форме это отображается П-образной схемой замещения рис. 1, которая аналогична схеме при пренебрежении утечкой по изоляции и пригодна для коротких отрезков линии. Считается, что линия является электрически короткой, если ее длина не превышает одной десятой длины волны электромагнитного поля; для 50 Гц в воздухе длина волны составляет 6000 км. Чтобы погрешности представления линии схемой рис. 1 не превышали 3%, нужно еще более жесткое ограничение длины линии - не более одной двадцатой длины волны, то есть не более 300 км.
Рис. 1. Однолинейная схема ЛЭП (а) и П-образная схема замещения (б)
Одностороннее питание линии возникает практически всегда в процессе каждого ее включения и отключения из-за несовпадения моментов коммутации выключателей на разных концах линии. Резонанс в схеме рис. 1б наступает при длине линии 1500 км и отсутствии нагрузки, если внутреннее сопротивление генератора мало. При малой мощности генератора (большая индуктивность LГ) резонанс наступает при меньшей длине линии. Корона на проводах линии увеличивает емкость проводов и также приводит к резонансу на меньших длинах. При резонансе увеличение напряжения на конце линии может в несколько раз превысить номинальное напряжение. Если длина линии сравнительно мала, то наблюдается небольшое повышение напряжения на конце линии, зависящее от длины и параметров линии.
Подключение к линии трансформаторов снижает емкостный эффект линии в основном за счет насыщения стали трансформатора при повышенном напряжении; снижение за счет тока холостого хода при номинальном режиме обычно невелико.
Уменьшение длины участков линий уменьшает перенапряжения емкостного эффекта. При больших длинах участков линии (более 300 км) и малой мощности связываемых систем на линии устанавливают шунтирующие реакторы, компенсирующие емкостный ток линии.
1. Резонансное смещение нейтрали в сетях 3..35 кВ
«Правила устройства электроустановок» для электрических сетей напряжением 3..35 кВ предусматривают работу с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор. Это мероприятие повышает надежность электроснабжения и сроки службы трансформаторов и выключателей, поскольку однофазные короткие замыкания на землю характеризуются малыми токами и допустимы на достаточно длительное время. Так как этот вид коротких замыканий нередко сопровождается электрической дугой, для ее прерывания требуется компенсация емкостного тока проводов линии с помощью дугогасящего реактора. Компенсация емкостного тока должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах более 10 А в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ, а при деревянных опорах - при токах более 30 А при напряжении 6 кВ и 20 А при напряжении 10 кВ.
Принцип работы дугогасящего реактора поясняется рис. 2 для ситуации короткого замыкания в фазе С. При таком коротком замыкании на емкости провода А оказывается напряжение UАС, вектор тока IA опережает на 90о вектор UАС (или отстает на 90о от вектора UСА), на емкости провода В действует напряжение UBС и ток IВ опережает на 90о это напряжение. На дугогасящем реакторе напряжение равно -UC, и ток IР отстает от напряжения -UC на 90о. Если токи IA и IВ одинаковы и соблюдается условие , то сумма токов IA, IВ и IР, равная току IС, равна нулю, и дуга установившегося тока короткого замыкания не может возникнуть.
Рис. 2. Схема включения дугогасящего реактора (а), векторная диаграмма напряжений (б) и сумма токов (с)
Однако при отсутствии замыкания на землю подключение дугогасящего реактора может вызвать резонансное смещение нейтрали, что обычно сопровождается квазистационарными перенапряжениями. Дело в том, что при идеальной настройке реактора при нормальной работе системы напряжение на реакторе равно , где - напряжение на нейтрали трансформатора при отсутствии дугогасящего реактора, - активное сопротивление реактора. Если система полностью симметрична, то равно нулю, но полной симметрии не бывает, а отношение велико (порядка нескольких десятков), поэтому смещение нейтрали нормального режима может существенно превышать фазное напряжение. Для снижения напряжения на реакторе в нормальном режиме улучшают симметрию системы, а также вводят некоторую расстройку реактора от резонанса. Большая несимметрия возникает при неодновременной работе фаз выключателей, поэтому важно обеспечить минимальный разброс в действии фаз (в пределах 2..4 полупериодов частоты 50 Гц).
2. Перенапряжения при гашении дуги
Большинство коммутаций в цепях высокого напряжения сопровождаются возникновением электрической дуги, которая представляет собой вид электрического разряда, характеризуемый большой плотностью тока и термической ионизацией молекул газа. Скорость снижения тока при гашении дуги определяет возникающие перенапряжения в сети.
Условия существования дуги и ее характеристики зависят от скорости ее охлаждения. При токах более 200-300 А и неподвижной дуге в воздухе средний градиент потенциала на дуге составляет 8..10 В/см. Если напряжение на размыкаемых контактах меньше 15..20 В, то дуга возникнуть не может и ток прерывается за очень короткое время (менее 1 мс), что при больших токах и значительных индуктивностях в цепи приводит к большим перенапряжениям. При небольших токах, менее 0,4..1 А, не обеспечивается баланс тепла в дуге и размыкание цепи сопровождается многочисленными неустойчивыми разрядами со значительными перенапряжениями.
При достаточно больших токах и напряжениях на размыкаемых контактах возникает устойчивая дуга, свойства которой определяются вольтамперной характеристикой (статической для установившейся дуги постоянного тока и динамической при отключении или при переменном напряжении). Для иллюстрации влияния скорости гашения дуги на возникающие перенапряжения достаточно рассмотреть процессы в простейшей цепи постоянного тока с резистором и катушкой по рис. 3.
Согласно второму закону Кирхгофа . При расположении вольтамперной характеристики дуги по рис. 4а и токе получается , так что ток в цепи растет вплоть до значения , и при токе получается , изменения тока не будет и дуга будет гореть длительно. Точка является точкой неустойчивого равновесия.
Рис. 3. Схема цепи постоянного тока
Рис. 4. Вольтамперная характеристика устойчивой (а) и неустойчивой (б) электрической дуги
Чтобы дуга могла погаснуть, необходимо увеличивать , например, путем растягивания дуги. Если ее вольтамперная характеристика будет везде выше прямой , как на рис. 4б, то везде , источник питания не сможет поддерживать дугу, ток будет уменьшаться и дуга погаснет. Скорость снижения тока при этом будет определяться параметрами цепи и скоростью удлинения дуги. Удлинение дуги может быть естественным, как в роговых разрядниках, или принудительным под действием магнитного поля; изменение вольтамперной характеристики дуги может быть и под действием принудительного ее охлаждения.
При переменном напряжении ток дуги периодически снижается до нуля и дуга полностью прекращается. Если восстанавливающееся напряжение на промежутке меньше пробивного напряжения промежутка, то дуга возникнуть больше не может и ток естественным образом прекращается; по этой причине гашение дуги переменного тока происходит значительно легче гашения дуги постоянного тока.
Потенциалы точек схемы рис. 3 меняются во времени, что показано на рис. 5. Потенциал точки b определяется равенством , а потенциал точки c, то есть напряжение на дуге, равен
.
Рис. 5. Перенапряжения при гашении дуги
На рис. 5 показано кривая изменения во времени напряжения в точке b, из которой хорошо видно, что возникающее перенапряжение определяется скоростью снижения тока в цепи.
3. Коммутационные перенапряжения
Коммутационные перенапряжения возникают при включении ненагруженной линии, при котором на квазистационарное перенапряжение за счет емкостного эффекта накладываются затухающие колебания на емкости и индуктивности линии, частота которых зависит от длины линии. Амплитуда колебательной составляющей максимальна при угле включения 90о или 270о и величина ее составляет порядка двух амплитуд установившегося режима. При совпадении частоты собственных колебаний линии с частотой сети амплитуда колебательной составляющей может достигнуть десятикратной величины вынужденной составляющей. Для снижения этого типа перенапряжений используют следующие меры:
· шунтирующие резисторы с двухступенчатым включением, сначала с резистором сопротивлением 600..1200 Ом, а затем через 10..20 мс шунтирование этого резистора (рис. 6);
Рис. 6. Схемы выключателя с шунтирующим резистором
· применение выключателей, позволяющие выбирать наиболее благоприятный момент включения;
· использование вентильных разрядников и ОПН для ограничения перенапряжений;
· секционирование линий на участки длиной не более 250..300 км.
При автоматическом повторном включении после однофазного или двухфазного замыкания переходный процесс отличается от включения ненагруженной линии возможным наличием зарядов на неповрежденных фазах линии. Заряд на линии без реакторов стекает на землю через активные проводимости изоляторов, и в среднем для сухой погоды при задержке АПВ на 0.4 с напряжение оставшихся зарядов составляет 60-70% первоначального. В целом перенапряжения при АПВ обычно выше, чем при включении ненагруженных линий.
Значительные коммутационные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях ненагруженных линий и конденсаторных батарей. Значительные перенапряжения при отключении емкостного элемента могут возникнуть из-за повторных пробоев между расходящимися контактами выключателя. Пробивное напряжение межконтактного промежутка гораздо быстрее расчет у воздушных выключателей с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьем, чем у масляных выключателей. При переходе тока через ноль дуга прекращается, а через полпериода из-за остающегося на емкостном элементе напряжения восстанавливающееся напряжение на контактах составит двойную амплитуду сетевого напряжения, и если оно окажется больше пробивного напряжения, то возникает повторное включение цепи. Следующий обрыв тока произойдет при прохождении тока через нулевое значение и может опять произойти повторный пробой. Коммутация представляет собой серию чередующихся отключений и включений с пробоями на максимумах напряжений и раскачиванием процесса в отключаемой цепи.
Из-за больших значений возникающих перенапряжений подобного типа целесообразно применять выключатели, не дающие повторных зажиганий в процессе отключения ненагруженных линий и конденсаторных батарей.
К появлению перенапряжений приводит и отключение коротких замыканий, поскольку при этом из-за селективности защиты отключается только часть линии, а оставшаяся часть представляет собой линию, на которой восстанавливается напряжение после отключения ближнего к короткому замыканию выключателя. Наличие на линии устройства продольной компенсации приводит к увеличению перенапряжений, которые могут превысить трехкратное значение амплитуды напряжения источника питания линии.
Отключение ненагруженного трансформатора (и любого другого индуктивного элемента) сопровождается возникновением при срезе тока выключателем затухающих колебаний большой амплитуды в контуре индуктивность трансформатора - емкость цепи. Возникающие при этом повторные зажигания дуги в выключателе ограничивают возникающие перенапряжения, однако при большом количестве повторных зажиганий больше и перенапряжения, которые могут достигнуть четырех амплитуд рабочего напряжения и более. Разрядники, устанавливаемые на трансформаторном присоединении, ограничивают перенапряжения.
Заключение
Емкостная генерация в линии электропередачи приводит к повышению напряжения на уделенном от генератора ненагруженном конце линии.
В сетях с изолированной нейтралью квазистационарные перенапряжения возникают при однофазных замыканиях на землю. В сетях с компенсированной нейтралью возможно большое смещение нейтрали в нормальном режиме из-за несимметрии отдельных фаз линии.
Гашение электрической дуги приводит к возникновению в сети перенапряжений, определяемых скоростью спада тока при гашении дуги.
При включении и отключении ненагруженных линий, при отключении конденсаторных установок и ненагруженных трансформаторов возникают коммутационные перенапряжения большой величины.
Список литературы
1. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для вузов. И.М. Богатенков, Г.М. Иманов, В.Е. Кизеветтер и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. - СПб: изд. ПЭИПК, 1998. - 700 с.
2. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. - 360 с.
3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Энергоатомиздат, 2003.
4. Бабиков М.А., Комаров Н.С., Сергеев А.С. Техника высоких напряжений. М.: ГЭИ, 1963. 671 с.
Подобные документы
Виды режима нейтрали в трехфазных электрических сетях переменного тока. Особенности резистивного заземления нейтрали в системах с различными номинальными напряжениями. Меры электробезопасности при эксплуатации трехфазных систем переменного тока до 1 кВ.
презентация [1,2 M], добавлен 10.07.2015Конструкция, принцип действия, надежность и области применения вакуумных выключателей. Особенности вакуума при гашении электрической дуги. Общая характеристика и проверка работы дугогасительных камер BB/TEL, сущность процесса их включения и отключения.
лабораторная работа [866,0 K], добавлен 30.05.2010Виды электроизоляционных материалов и требования к изоляции. Особенности изоляции маслонаполненных и воздушных выключателей. Технические характеристики ограничителей перенапряжения. Выбор гирлянды изоляторов и расстояний опоры линии электропередачи.
курсовая работа [586,5 K], добавлен 19.04.2012Классификация перенапряжений в электроустановках. Распространение электромагнитных волн в линиях электропередач. Регулирование электрического поля с помощью конденсаторных обкладок. Меры повышения надежности изоляции в условиях интенсивных загрязнений.
контрольная работа [799,9 K], добавлен 19.02.2012Общие сведения о воздушных линиях электропередач, типы опор для них. Понятие и классификация изоляторов провода трассы. Особенности процесса разбивки трассы, монтажа проводов и тросов. Характеристика технического обслуживания воздушных линий до 1000 В.
курсовая работа [35,4 K], добавлен 05.12.2010Ограничитель перенапряжения нелинейный как электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Фарфоровые, полимерные виды ОПН. Описание конструкции и специфика обслуживания.
презентация [2,4 M], добавлен 04.05.2016Сущность перенапряжения электрических установок. Внутренние и атмосферные перенапряжения. Принцип действия трубчатых, вентильных разрядников, разрядников постоянного тока. Серия нелинейных ограничителей перенапряжений. Схема длинно-искрового разрядника.
реферат [6,4 M], добавлен 06.09.2012Негативное влияние перепадов сетевого напряжения на современную бытовую технику. Причины возникновения перенапряжения в сети, методы борьбы с ними. Устройство защиты многофункциональное УЗМ-16,50М,51М: основные параметры, назначение, задачи и функции.
доклад [285,4 K], добавлен 17.04.2012Назначение и виды заземлений. Грунт, его структура и электропроводность. Выбор режима нейтрали в электрических сетях. Требования, предъявляемые к заземляющему устройству в отношении величины сопротивления. Схема замещения протяжённого заземлителя.
контрольная работа [487,3 K], добавлен 13.07.2013Характер и основные причины повреждений в кабельных линиях, порядок и методы их определения: дистанционные, кратковременной дуги, волновые, измерения частичных разрядов. Виды зондирующих сигналов. Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними.
контрольная работа [519,1 K], добавлен 20.03.2011
