8-2. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ
Одним из радикальных способов исключения перенапряжений в сети при отключении емкостных токов ненагруженных линий является применение выключателей, не дающих повторных зажиганий и повторных пробоев, т. с. обладающих быстрым ростом холодной прочности межконтактного промежутка. Для соблюдения этого условия имеются необходимые средства. Например, применение многократного разрыва способствует устранению повторных зажиганий при отключении емкостных токов. Этому же способствуют и такие средства, как повышенно скорости расхождения контактов, увеличение давления в дугогасительной камере, создание более интенсивных потоков газа или жидкости в межконтактном промежутке и пр.
Однако когда решается вопрос о выборе параметров дугогасящего устройства, не следует чрезмерно увлекаться получением высоких скоростей нарастания холодной прочности, так как это может привести к излишним трудностям при отключении малых индуктивных токов (гл. 7).
Если по каким-либо причинам не удастся исключить повторные пробои в выключателе путем интенсификации роста прочности его промежутка, то снижают величину восстанавливающегося напряжения на выключателе.
Можно указать на два радикальных средства снижения величины восстанавливающегося напряжения на выключателе: а) включение параллельно дугогасительному устройству выключателя шунтирующего сопротивления; б) установка на отключаемой линии трансформатора напряжения, который остается подключенным к линии (емкости) и после ее отключения.
Рис. 8-8. Приведенные схемы отключения холостого хода линии при шунте на выключателе (а) и при подсоединенном к линии трансформаторе напряжения (б).
На рис. 8-8 показаны оба эти способа. Различными средствами здесь достигается одна и та же цель, т. е. обеспечивается стекание заряда с емкости С и снижение разности потенциалов между точками А и Б на зажимах выключателя.
Рассмотрим процессы изменения напряжения на зажимах выключателя во времени для указанных на рис. 8-8 случаев.
1. Восстановление напряжения на выключателе при шунтировании его активным сопротивлением.
Если выключатель отключит емкостный ток во время перехода через нуль, то на емкости С (рис. 8-8, а) останется напряжение Um (амплитудное напряжение источника) в случае, если на выключателе не будет шунта. При наличии активного шунта r на выключателе напряжение на емкости С будет изменяться за счет стекания заряда. Если обозначить через i ток, текущий через шунт, то напряжение на емкости за время t, протекшее с момента отключения, составит:
После подстановки К в уравнение (8-8) окончательно получим относительную величину напряжения на выключателе в функции времени:
(8-9)
На рис. 8-9 показано семейство кривых
,
построенных по уравнению (8-9), для r, равного 1 000, 2 000, 3000, 5 000, 10 000 Ом, и С=1,5 мкФ, что соответствует приблизительно длине линии, равной 200 км. Емкость провода линии по отношению к земле мало зависит от напряжения, поэтому полученные и приведенные на рис. 8-9 кривые в первом приближении могут рассматриваться как универсальные.
Шунтирующие сопротивления применяются в течение ряда лет на масляных баковых выключателях 110—220 кВ.
В данном случае шунт на фазу выключателя разделяют на две части, каждая из которых присоединяется к разрыву выключателя (рис. 8-10).
Рис. 8-9. Изменение напряжения на выключателе в течение первой полуволны при различных величинах шунтирующих сопротивлений.
Сопровождающий ток, остающийся в шунте после гашения дуги в дугогасительных камерах, может быть оборван открытыми промежутками в масле при отходе траверсы вниз, как показано на рис. 8-10,б. В воздушных выключателях, шунтированных активными сопротивлениями, необходимо использовать дополнительный разрыв в цепи шунта, как изображено на рис. 8-8,а, что несколько усложняет конструкцию выключателя. Однако в ряде случаев применение шунтов все же дает значительный экономический эффект, если учесть, что при отсутствии их необходимо или повышать уровень изоляции оборудования, или применять в сетях в большом числе вентильные и трубчатые разрядники.
Рис. 8-10. Схема бакового выключателя с шунтирующими сопротивлениями на разрывах. а — включено; б — отключение.
2. Восстановление напряжения на выключателе при наличии на отключаемой линии (емкости) трансформатора напряжения.
Существенное влияние трансформатора напряжения на снижение напряжения на выключателе и устранение повторных зажиганий дуги в нем было отмечено впервые А. А. Акопяном [Л. 58] при проведении наладочных испытаний на линии 500 кВ Куйбышев — Москва. Было отмечено при этом, что воздушный выключатель 500 кВ при отключении незагруженной линии давал повторные зажигания и перенапряжения, когда отключаемая линия оставалась без трансформатора напряжения. Когда участок линии после отключения оказывался соединенным с землей через трансформатор напряжения, положение существенно улучшалось и выключатель не давал повторных зажиганий. В этом случае трансформатор напряжения оказывается под постоянным напряжением, через его первичную обмотку протекает постоянный ток, сердечник насыщается, индуктивность резко уменьшается и очень быстро наступает режим, при котором трансформатор напряжения ведет себя как активное сопротивление rтр.
Если пренебречь индуктивностью насыщенного трансформатора напряжения и принять только его активное сопротивление первичной обмотки, тогда напряжение на емкости С будет изменяться по экспоненте
Рис. 8-11. Изменение напряжения на емкости (а) и на выключателе (б) при отсутствии и наличии трансформатора напряжения на линии.
На рис. 8-11,а показано изменение потенциалов в точке Б (на емкости) и в точке А, а на рис. 8-11,б — напряжение на выключателе u в случае, когда трансформатор напряжения отсутствует (кривая 7) и когда он есть (кривая 2). Если к задаче снижения напряжения на выключателе подойти с энергетической точки зрения, то следует иметь в виду, что энергия, запасенная в емкости CU2/2, будет поглощаться в сопротивлении обмотки трансформатора напряжения и, таким образом, можно составить представление о том, насколько нагреется обмотка трансформатора напряжения, если процесс нагрева принять адиабатическим. При наличии шунтирующего сопротивления на выключателе для определения энергии, поглощенной в шунте, необходимо взять интеграл квадрата напряжения на шунте по времени и разделить полученное выражение на сопротивление шунта:
В шунтирующем сопротивлении поглощается энергия, не только запасенная в емкости, но и подводимая от сети. Общее количество энергии, выделенное в шунте, зависит от времени нахождения его под напряжением и может значительно превосходить энергию, запасенную в отключаемой емкости.
Эффективность применения трансформаторов напряжения была доказана при эксплуатации линии электропередачи 400—500 кВ.
Наиболее рациональным в настоящее время следует считать такое решение вопроса, когда отсутствие повторных пробоев промежутков при отключении емкостных токов ненагруженных линий обеспечивается самим выключателем.
