Перенапряжения и защита от них. (Лекция 2.2)

1.

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
определение
Перенапряжение – всякое превышение
напряжения по отношению к наибольшему
рабочему напряжению Uнр U нр U н k р
Класс
напряжения, кВ
3-20
35-220
330
500-1150
kр
1.2
1.15
1.1
1.05
определение
Um
K
U нрm
Кратность перенапряжения K - отношение
амплитуды воздействующего напряжения к
амплитуде наибольшего рабочего напряжения

2.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
*) ПУМ - прямой удар молнии

3.

Характеристики перенапряжений:
1) Кратность
Um
K
U нрm
2) Длительность воздействия
3) Форма кривой напряжений (апериодическая ,
колебательная высокочастотная и т.д.)
4) Широта охвата электрической сети

4.

Внутренние перенапряжения
Причины возникновения: колебания энергии, запасенной в
элементах сети (трансформаторы, реакторы, батареи
конденсаторов, собственная емкость линий электропередачи и
т.п.), вызванные изменениями режима сети.
Переходный
процесс
Квазистационар
Новый режим
генератора

5.

ВНУТРЕННИЕ ПЕРНАПРЯЖЕНИЯ
Коммутационные
Квазистационарные
КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

6.

Включение линии электропередачи (очень простая модель)
L1
e(t ) Em cos 0t e
Короткая линия: собственная частота колебаний ω >> ωо =314 1/c
много больше частоты сети – схема замещения:

7.

0
R / 2L 0 1/ LэCэ
U c (t ) E ( E U c 0 ) exp t cos t arctg t
02 2
При δ=0 и cos () = - 1
U Cm 2 E U C 0
Предельная кратность
(Uc0= - Em)
Максимально заряженная
линия K=3
Пример коммутации заряженной линии
K
2 Em ( Em )
3
Em
Незаряженная линия
K=2
Пример коммутации незаряженной линии

8.

Краткая запись для оценки максимального напряжения
Ударный коэффициент
U max U нач (U уст U нач ) K уд
Kуд =2-3
Общий случай (произвольное соотношение между ω и ωо)
K V
U m / U уст m
V U ус m / Em
кратность перенапряжений , создаваемая переходным
процессом по отношению к квазистационарному
режиму в конце линии U уст m
- кратность перенапряжений в квазистационарном
режиме
V f / 0
f ( e , L1 , , T ,U c 0 )

9.

V f / 0
l L C
e 0t 3
В условиях
эксплуатации
значения параметров
e , L1 , Em
определены со
статистической
погрешностью, т.е. это
- случайные величины
T L1 / Z w
f ( e , L1, , T ,U c0 )
Z w L / C

10.

Результаты статистических исследований
Вероятность значения коэффициента коммутационных
перенапряжений
χ
1
P
e
2
y 2
2 2 dy
σ=0.183 - стандартное отклонение
1.64 - среднее значение
Вынужденное напряжение
На питающем
конце линии
V 1.04
На разомкнутом
конце линии
V 1.4 1.15

11.

Мероприятия по снижению коммутационных перенапряжений
Меры по ограничению вынужденной составляющей V:
- Деление дальних линий на участки 250-300 км с подключением к
промежуточным точкам устройств поддержания нормального
уровня напряжения
- применение трансформаторов с регулируемым коэффициентом
трансформации, шунтирующих реакторов и синхронных
компенсаторов
- при включении с двух сторон, первой коммутируется более мощная
подстанция
Меры ослабления переходной составляющей
- шунтирующие сопротивления выключателей
- выбор оптимального момента коммутации
- применение аппаратов ограничения перенапряжений (ОПН и
разрядники)

12.

Принцип работы выключателя с шунтирующими сопротивлениями
Снижает кратность до
χ=1.6
1. Включение выключателя 1 к цепи подключается Rш= 600 - 1200 Ом
,для демпфирования переходного процесса
2. Включение выключателя 2 с задержкой 10-20 мс
«Синхронная коммутация»
Запуск выключателя по команде
электронной системы мониторинга
напряжения с разрешением 1 мс на
питающем конце с упреждением на
время работы привода выключателя
Достигается средняя кратность
χ=1.4
Ограничители перенапряжений нелинейные
Обеспечивают χ=1.6, однако должны выдерживать квазистационаорные воздействия

13.

Перенапряжения при отключении ненагруженной линии
U c (t ) Em ( Em U c0 ) 0 exp t cos t arctg t
U c max U нач (U уст U нач ) K уд ,
K уд 1.8
t t3 U c max Em ( Em Em ) *1.8 2.6 Em
t t 4 U c max 2.6 Em ( Em 2.6 Em ) *1.8 3.3Em
Перенапряжения при повторных зажиганиях дуги

14.

Пример компьютерной симуляции повторного зажигания дуги
Для предотвращения повторных зажиганий дуги следует использовать
современные элегазовые выключатели
Изменение во времени электрической
прочности межконтактного
промежутка:
1 – воздушный выключатель
2 – масляный выключатель

15.

Особенности перенапряжений при коммутации линий в
блоке с трансформатором
+
-
При наличии остаточного заряда линии магнитопровод входит в
режим насыщения- растут потери в цепи снижаются токи
вынужденной и переходной составляющей
Насыщение магнитопровода ведет к росту тока шунта
намагничивания , резкого уменьшения индуктивности –
создание опасных условий для резонанса – феррорезонанс.
Явление вероятно при длине линии свыше 200-300 км

16.

Автоматическое повторное включение линии электропередачи
В среднем при коммутации АПВ кратность
перенапряжений выше, чем при плановых
включениях, вследствие неопределенности
остаточного заряда линии.
Физически процессы аналогичны
коммутациям при повторных зажиганиях
дуги.
Тип выключателя
Длительность
бестоковой паузы АПВ,с
U0 / Em
U 0
K
τ=20лет
Наиболее опасны случаи
противоположных знаков
остаточного напряжения
линии Uo и напряжения
источника питания
Воздушный
Масляный
0.35
1
0.35
1
0.63
0.22
1.75
1.31
3.12
0.56
0.2
1.64
0.25
2.77
0.72
0.32
-
0.66
0.29
2
0.34
3.52

17.

Автоматическое повторное включение линии электропередачи
Наиболее опасны перенапряжения при АПВ на устойчивое короткое замыкание,
кратность растет вследствие роста амплитуды установившегося напряжения
здоровых фаз вследствие несимметрии.
Системные мероприятия по ограничению перенапряжений при АПВ
Подключение элементов
стекания заряда
Применение ОАПВ вместо
АПВ
ТН в сетях 500 кВ
полностью снимаю проблему
перенапряжений при АПВ
приравнивая их к плановым
включениям

18.

Пример компьютерной симуляции
Перенапряжения при АПВ. КЗ в середине 200 км линии электропередачи

19.

Перенапряжения при отключении короткого замыкания
U c max U нач (U уст U нач ) K уд ,
Кратность K<2.6
K уд 2

20.

Отключение короткого замыкания линии с устройством продольной
компенсацией (УПК)
Системные мероприятия – автоматическое
шунтирование батареи конденсаторов