Перенапруження (у електротехніці)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Перенапруження (у електротехніці)

Перенапруження в електротехніці, підвищення напруги представляє небезпеку для ізоляції електричної установки. Правильний облік П. має велике економічне і технічне значення при виборі ізоляції і міри захисту електричної мережі, особливо при напрузі понад 10 кв. Розрізняють внутрішні і грозяні (атмосферні) П.

загрузка...

  Внутрішні П. виникають в електричних установках при різких змінах режиму їх роботи, головним чином в результаті комутацій (при включеннях або відключеннях струму, при коротких замиканнях на землю і т.п.). Комутація супроводиться перехідним процесом, після якого встановлюється новий режим роботи установки. Відповідно розрізняють короткочасні (порядку одиниць і десятків мсек ) комутаційні П. і тривалі П. сталого режиму. Комутаційні П., такі, що викликаються повторними запаленнями і гасіннями електричної дуги в ланцюгах з ємкісною провідністю, виходять при відключенні ненавантажених ліній, при замиканні на землю через дугу однієї з фаз трифазної системи з ізольованою нейтраллю і т.д. При відключенні ненавантаженої лінії, яку можна в деякому наближенні розглядати як ємкість ( мал. 1 , а) , дуга що спалахує між контактами вимикача До, гасне при проходженні струму дуги через нуль, а напруга джерела — через максимум ( мал. 1 , би) . Ємність З , від'єднана від джерела, при згасанні дуги залишається зарядженою до максимальної напруги. Якщо повторне запалення дуги у вимикачі станеться через півперіоду, коли напругу джерела змінить свій знак, то ємність З перезаряджається через індуктивність істочника L іст . При цьому у момент максимуму напруги, коли струм перезарядки пройде через нуль, дуга знов може згаснути, і від'єднана від джерела ємкість виявиться зарядженою до потрійної напруги. Якщо через півперіоду станеться ще одне запалення і гасіння дуги, напруга на лінії досягне 5 U ф , де U ф — фазна напруга лінії. П. в реальних лініях обмежуються хорошими відключаючими здібностями вимикачів і активними втратами і не перевершують 3,5 U ф . П., що виникають при замиканнях через дугу на землю однієї з фаз трифазної системи, мають аналогічну природу і також пов'язані з накопиченням зарядів на дротах лінії. Комутаційні П. при відключенні індуктивних навантажень (ненавантажених трансформаторів, асинхронних двигунів, реакторів, ртутних випрямлячів при обриві струму в них і т.д.) є слідством різкого зменшення струму в індуктивності і звільнення запасеної в ній електромагнітної енергії. При миттєвому обриві струму вся запасена енергія пішла б на зарядку власної ємкості індуктивного навантаження відносно землі ( мал. 2 , а). В цьому випадку амплітуда П. u макс може бути знайдена з рівняння збереження енергії:

  .

  Насправді струм в котушці не зникає миттєво, і П. досягає найбільшого значення у момент максимальної швидкості зменшення струму, а потім падає до нуля в режимі затухаючих коливань ( мал. 2 , би) . Особливий випадок виникнення П. має місце в надпровідних соленоїдах під час переходу матеріалу обмотки з надпровідного стану в ненадпровідний, коли активний опір соленоїда різко зростає від нуля до деякої кінцевої величини. Оскільки початковий струм соленоїда не може різко зменшитися, то у момент такого переходу на кінцях соленоїда виникає різниця потенціалів, яка може досягати декількох сотень кв.

  Комутаційні П. при включенні ліній пов'язані з виникненням і розвитком перехідного процесу в коливальному контурі, утвореному ємкістю лінії і індуктівностямі лінії, трансформаторів і генераторів. Особливо істотні П. з'являються при автоматичному повторному включенні . В цьому випадку після відключення, наприклад однофазного короткого замикання, ємкість неушкоджених фаз лінії залишається зарядженою, а при повторному включенні коливальний контур (лінія) із заздалегідь зарядженою ємкістю підключається до джерела струму (генератору).

  П. сталого режиму пов'язані з ємкісним ефектом в лінійних ланцюгах, з резонансом на основній частоті або на вищих гармоніках. Прикладом такого П. може служити підвищення напруги, що виникає в ненавантаженій лінії електропередачі, коли власна частота w 0 системи «джерело — лінія» близька до частоти джерела напруги w іст ; при w 0 = w іст настає резонанс, унаслідок чого і виникає П. Такие П. можливі в довгих лініях електропередачі, які працюють при напрузі 330 кв і вище. Резонанс на основній частоті може також мати місце при розриві із заземленням однієї з фаз трифазної лінії змінного струму, на кінці якої включений слабонавантажений трансформатор ( мал. 3 , а). На вищих гармоніках резонанс може мати місце, наприклад, при однофазному або двофазному короткому замиканні на землю в лінії, що живиться від явнополюсного генератора. При таких коротких замиканнях на затисках генератора з'являються вищі гармоніки напруга, яка може дати резонанс в ланцюзі, що складається з індуктивності генератора і ємкості неушкоджених фаз лінії. У неявнополюсних генераторах і генераторах, забезпечених заспокійливими (демпферними) обмоткамі, П. цього типа не виникають.

  Для ізоляції електроустановок з напругою до 220 кв внутрішні П. зазвичай не представляють небезпеки; що визначають тут є грозяні П. В електроустановках з напругою 330 кв і вище виникає необхідність в обмеженні внутрішніх П. Сніженіє комутаційних П. забезпечується спеціально призначеними для цього вентильними розрядниками, вимикачами з шунтуючими опорами і управлінням моментом включення. Для обмеження П. сталого режиму застосовують також шунтуючі електричні реактори.

  Грозяні П. зв'язані з розрядами блискавки безпосередньо в струмопровідні частини електричної установки (П. прямого удару) або в землю поблизу установки (індуковані П.). При прямому ударі весь струм блискавки проходіт в землю через уражений об'єкт. Падіння напруги на опорі цього об'єкту і дає П., яке може досягати декілька Мв. Тривалість П., що виник при прямому ударі блискавки, невелика (порядка десятки мксек ), проте не виключається багатократний розряд блискавки поодинці і тій же дорозі. Ізоляція електричних установок найвищої напруги не може витримати П. прямого удару; для надійної роботи установок необхідне здійснення низки захисних заходів (див. Грозозащита, Заземлення ) . Індуковані П. виникають на дротах ліній електропередачі унаслідок різкої зміни електромагнітного поля поблизу землі під час удару блискавки. Амплітуда індукованих П. зазвичай не перевищує 400—500 кв, і вони представляють небезпеку лише для електричних установок з номінальною напругою 35 кв і нижче.

  Літ.: Техніка високих напрузі, під ред. Д. Ст Разевіга, М., 1963; Техніка високої напруги, під ред. М. Ст Костенко, М., 1973.

  Під редакцією М. А. Аронова.

Мал. 2. Виникнення перенапружень при відключенні індуктивності: а — еквівалентна схема; б — залежність струму в індуктивності i і напруга на ній і від часу t; u іст — напруга джерела; До — вимикач; L — індуктивне навантаження; З — власна ємкість навантаження; u макс — максимальне значення напруги u.

Мал. 3. Розривши із заземленням однієї фази трифазної лінії, що живить слабонавантажений трансформатор, а — трифазна схема; б — еквівалентна однофазна схема заміщення; U ф — фазна напруга; Т р — трансформатор; L — індуктивність обмоток трансформатора; З — ємкість лінії; U макс — максимальне значення напруги.

Мал. 1. Виникнення перенапружень при відключенні ненавантаженої лінії: а — еквівалентна схема ненавантаженої лінії; б — залежність миттєвих значень струму дуги i і напруга на лінії u з від часу t при синусоїдальній напрузі джерела u іст ; До — вимикач; L іст — індуктивність джерела; З — ємкість ненавантаженої лінії.