Электрическая часть электростанций - Восстанавливающееся напряжение

Кривая восстанавливающегося напряжения, появляющегося на контактах выключателя сразу после погасания в нем дуги, может быть одночастотной или многочастотной. Вообще говоря, так называемая одночастотная кривая также является многочастотной, по крайней мере двухчастотной, поскольку кроме собственной частоты сети в ней присутствует частота 50 Гц. Однако частота восстанавливающегося напряжения сети по крайней мере на порядок выше рабочей частоты, так что в очень короткие рассматриваемые промежутки времени процессы, происходящие с частотой 50 Гц, по отношению к высокочастотным колебательным процессам могут рассматриваться как неизменные.
Процесс восстановления напряжения при одночастотной кривой характеризуется следующими показателями: частотой восстанавливающегося напряжения /в; скоростью повышения восстанавливающегося напряжения   коэффициентом превышения амплитуды UBm/UB0зврт = Ка, т.е. отношением наибольшей амплитуды восстанавливающегося напряжения к наибольшей амплитуде возвращающегося напряжения промышленной частоты.
Частота восстанавливающегося напряжения наряду со скоростью его повышения служит в стандартах всех стран, в том числе и в ГОСТ, для характеристики успешности процесса отключения коротких замыканий в различных точках сети. На рис. 4-17 показан способ приведения величин к одночастотному контуру при отключении неудаленного короткого замыкания  не дальше 5
Здесь UB03vp т — возвращающееся напряжение, т. е. напряжение рабочей частоты, появляющееся на контактах выключателя после окончательного гашения дуги;

6 км от выключателя):

Из рис. 4-17 можно установить, что средняя скорость восстановления напряжения (в В/мкс)

а максимальная

Обычно считают, что

В тех случаях когда форма кривой восстанавливающегося напряжения отклоняется от синусоидальной, рекомендуется замещать многочастотную несинусоидальную кривую одночастотной, как показано на рис. 4-18, используя вспомогательный коэффициент твсп = 27\, где 7\ — период одночастотной кривой.
Если принять для упрощения, что размыкаемый контур состоит из сосредоточенных постоянных R, L и С (рис, 4-19), то для одночастотного восстанавливающегося напряжения можно написать следующее выражение:

(4-23)
где UBoaBp — действующее значение рабочего напряжения; 6 = Rj(2L) — декремент затухания контура; шв = 1/-/"LC — 2л/в — угловая частота контура.


Отсюда собственная частота

Рис. 4-19. Простейший колебательный контур после отключения
(4-24)
Рис, 4-18. Определение параметров миогочастотной кривой восстанавливающегося напряжения
Если пренебречь затуханием тока и падением напряжения в стволе дуги, то наибольшее значение восстанавливающегося

Рис. 4-20. Влияние активной нагрузки на возвращающееся напряжение
напряжения определится выражением
(4-25)
а крутизна кривой напряжения
(4-26)
Выражения (4-25) и (4-26) являются приближенными и несколько завышающими действительные значения восстанавливающегося напряжения, так как в реальных сетях эти напряжения, как правило, являются многочастотными, индуктивность и емкость — распределенными, а к отключаемому контуру обычно присоединены параллельные ответвления и емкость его возрастает.
Емкость сети уменьшает не только собственную частоту, но и коэффициент превышения амплитуды Ка, так как чем больше эта емкость, тем больше демпфирующее действие сети и тем положе кривая восстанавливающегося напряжения.
Не меньшее влияние на коэффициент превышения амплитуды оказывает активная нагрузка сети, которая увеличивает затухание контура и, следовательно, также демпфирует восстанавливающееся напряжение, уменьшая его амплитуду и крутизну. На рис. 4-20 показано действие активной нагрузки сети на амплитуду и крутизну восстанавливающегося напряжения.
Особо следует отметить значение удаленности места к. з. для процесса отключения. При расстояниях от места к. з. до подстанции 5—6 км (неудаленное к. з.) емкость отключаемого участка невелика и собственная частота восстанавливающегося напряжения значительна. Работа выключателя в этом случае утяжеляется, так как скорость восстановления напряжения и его амплитуда повышаются. Существенного облегчения работы выключателя в таких условиях достигают применением шунтирующих сопротивлений, которые уменьшают скорость восстановления напряжения и повышают отключающую способность выключателя.
Если короткое замыкание возникает не в непосредственной близости, а в некотором удалении от выключателя (удаленное к. з.), то на вид кривой восстанавливающегося напряжения влияют колебательные процессы в двух раздельных контурах (рис. 4-21): в питающей сети до выключателя и в отключаемом участке между выключателем и местом к. з. Поэтому при удаленных к. з. восстанавливающееся напряжение на зажимах выключателя в каждый момент времени равно разности напряжений этих двух участков цепи. Кривая восстанавливающегося напряжения является в этом случае двухчастотной.

Рис. 4-2i. Восстанавливающееся напряжение при отключении неудаленного короткого замыкания: а — схема замещения; б — напряжение при к. з. (выключатель еще замкнут,   выключатель
разомкнут); в— напряжение после обрыва дуги; г— разность напряжений сети и линии

Рис. 4-22. Восстанавливающаяся прочность (/) и восстанавливающееся напряжение (2) при разном удалении места короткого замыкания от выключателя
При анализе процессов отключения во всех случаях удаленных и неудаленных к. з. следует учитывать волновой характер распространения тока и напряжения по линии и отражение этих волн от неоднородностей линии [8]. На рис. 4-22 показан характер изменения восстанавливающейся электрической прочности и восстанавливающегося напряжения выключателя при разном удалении к. з. от выключателя. Пилообразный вид кривой 2 восстанавливающегося напряжения объясняется наложением отраженных от места к. з. воли, вызывающих периодическое уменьшение тока. При увеличении расстояния до места к. з. продолжительность подъема и спада напряжения увеличивается, как и их амплитуда. На рис. 4-22, в кривые восстанавливающегося напряжения и электрической прочности пересекаются, что приводит к повторному зажиганию дуги. На рис. 4-22, гид при еще большем удалении места к. з. пересечения уже не происходит, так как, хотя амплитуда кривой восстанавливающегося напряжения достаточно велика, но крутизна кривой меньше, чем в предыдущем случае, и повторного зажигания дуги не происходит.
Как показывает опыт и расчеты, пересечение кривых восстанавливающегося напряжения и электрической прочности наиболее вероятно при определенном удалении места к. з. от выключателя, не превышающем 5—6 км. Эту зону и называют зоной неудаленных замыканий. Предельным случаем неудаленного к. з. является замыкание на зажимах выключателя.