Перенапряжения и защита от них. (Лекция 2.1)

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
КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

6.

Емкостный эффект линии электропередачи
Уравнения установившегося режима длинной линии
Z R0 j L0
dU
ZI
dx
dI
YU
dx
Y G0 j C0
d 2U
2
U
2
dx
ZY

7.

d 2U
dx
2
2U
ZY
U A exp( x) B exp( x)
В реальных ЛЭП
I A exp( x) B exp( x) 1
Zw
R0 j L0 G0 j C0
Zw Z / Y
j L0C0 j Z w L0 / C0
U A exp( j 0 x) B exp( j 0 x)
1
I A exp( j 0 x) B exp( j 0 x)
Zw
U U 0 cos x jI 0 Z w sin( x)
I I 0 cos x j (U 0 sin( x)) / Z w ,
Z w L0 / C0

8.

Решаем систему U U 1 cos x jI 1Z w sin( x)
I I 1 cos x j (U 1 sin( x)) / Z w ,
1
2
I 2 I 1 cos l j (U 1 sin( l )) / Z w ,
Одностороннее питание – холостой ход
U 2 U 1
1
cos( l )
I 2 0
I 1 j (U 1tg ( l )) / Z w ,
l
l , c 3 108 м / c , 314 c 1
c

9.

Для большей части линий электропередачи
l < 300 км
Четверть волновой резонанс: в случае источника бесконечной мощности
cos l 0
c
1
l
1500 км длиныволны
2
4

10.

Напряжение в конце линии по отношению к напряжению генератора E
В режиме холостого хода
U 2
cos 1
E,
cos 1
¼ волновой резонанс напряжений на линии
1 arctg
cos 1 0, крит
Lн
2
Zw
arctg
Lн
Zw
E
Ограничения резонансного
повышения напряжения:
-Потери в линии
-Насыщение стали
трансформаторов
Системные методы
ограничения резонансного
перенапряжения:
- Применение
шунтирующих реакторов
для компенсации емкости
линии

11.

Общее решение для линии с нагрузкой
см. ГА.Евдокунин «Электрические
системы и сети» Издательский дом
«Родная Ладога», СПб 2016 с.81
sin l x 2 cos 1
U ( x)
E
sin l 1 2
I ( x) cos l x 2 cos 1 E
jZ w sin l 1 2
Эффективность применения шунтирующего реактора (ШР)

12.

Перенапряжения при несимметричных режимах сети
Однофазное КЗ в сети с заземленной нейтралью
Анализ методом симметричных
составляющих
U A U 0 U 1 U 2
При симметрии генератора
E1 0 E2 E E3 0
В условиях ОКЗ I A I B IC 0
0 U 0 z0 I 0
E U 1 z1I 1
0 U 2 z2 I 2
1
3
U B U 0 a 2U 1 aU 2 a 2 j 2
U C U 0 aU 1 a 2U 2
1
U 0 (U A U B U C )
3
1
U1 (U A aU B a 2U C )
3
1
U 2 (U A a 2U B aU C )
3

13.

I
0 U 0 z0 I 0
I 0 I1 I 2 A
3
E U1 z1I1 U A U 0 U1 U 2 0
0 U 2 z2 I 2
sum
I
E A z0 z1 z2
3
Напряжение на
неповрежденной фазе
U B U 0 a 2U 1 aU 2
Коэффициент напряжения на фазе В
z0 E
U0
z0 z1 z2
U1
( z0 z2 ) E
z0 z1 z2
U2
z2 E
z0 z1 z2
U B
z0 (a 2 1) a 2 ( z0 z2 ) az2
K
E
z0 z1 z2

14.

U B
z0 (a 2 1) a 2 ( z0 z2 ) az2
K
E
z0 z1 z2
Упрощения
R0,1,2 X 0,1,2 , X1 X 2
(a 2 1) a (a 1)
K ( )
2
X0
X1
Величина δ может меняться в
широких пределах зависит от
числа заземленных нейтралей
трансформаторов в сети и места
КЗ
Для реальных сетей δ<3 K<1.25
К ( )
При двухфазном КЗ K<1.29

15.

Квазистационарные перенапряжения при несимметричной работе выключателей

16.

01
-резонансная частота схемы
Приближенная оценка
Uф EA
2
01
C мф
2
01
2 C мф Cф
Вдали от резонанса
перенапряжений нет

17.

Резонансное смещение нейтрали в сетях 3-35 кВ
В системе с изолированной нейтралью
E AYA E BYB E CYC
U N ,0
YA YB YC
Без реактора
YA
1
1
1
, YB
, YC
j C A
j CB
j CC
U N , р U N ,0
L р
С реактором
Дугогасящий
реактор
1
Условие настройки L
р
С A СB СC
ДГР в резонанс
Ток подпитки =0
RP

18.

Резонансное смещение нейтрали

19.

Зависимость напряжения нейтрали от асимметрии параметров сети и
степени резонансной настройки дугогасящего реактора

20.

Меры предотвращения перенапряжений в нейтрали
-расстройка дугогасящего реактора
-симметризация параметров сети относительно земли путем
транспозиции фаз
- обеспечение синхронной работы полюсов выключателей в пределах 2-4
периодов промышленной частоты

21.

Феррорезонансные перенапряжения
Условия возникновения феррорезонанса в сети:
• Наличие индуктивных элементов с ферромагнитным сердечником
• Eмкостной характер остальной сети по отношению к зажимам
индуктивности с ферромагнитным сердечником
E U C U L
I
Е j I L( I ) j
C
I
E E I L( I )
C
а и с - устойчивые
состояния, b - неустойчивое
Резонансные перенапряжения
могут возникнуть на основной
частоте, а также высших или
низших гармониках

22.

Ситуации в сетях, приводящие к явлению феррорезонанса
Неполнофазные режимы участков сети, особенно в сети с изолированной
нейтралью. В этих случаях емкость сети относительно земли включена
последовательно с обмотками силового или электромагнитного трансформатора.
Пример. Несимметричное отключение фаз в трехфазной сети с изолированной
нейтралью

23.

24.

Если преобладает индуктивный режим
сети она вернется в точку б и
перенапряжений нет. При емкостном
характере (точка а) возникают
перенапряжения высокой кратности
Меры предотвращения
феррорезонансных
перенапряжений
• Снижение вероятности
несимметричных отключений
• Отказ от плавких вставок и
выключателей с пофазным
управлением
• Отказ от длительных
режимов трансформаторов
без нагрузки