Переходные процессы в сетях высокого напряжения

В распределительных устройствах при замыкании и размыка­нии разъединителей возникают многочисленные повторные за­жигания, которые могут вызвать во вторичных устройствах пере­напряжения до 20 кВ. Они могут приводить к лож­ному срабатыванию зашиты сети или даже к повреждению вто­ричных устройств. На примере подключения короткого обесто­ченного участка линии к находящейся под напряжением сборной шине можно наглядно объяснить причину возникновения пере­напряжений (рис. 2.8). Если напряжение пробоя сближающихся контактов становится меньше максимального значения перемен­ного напряжения, происходит первый пробой, во время которого подключаемый участок линии приобретает потенциал шины. Если ток уменьшился до значений, которыми можно пренебречь, дуга обрывается. Так как изолированный участок линии сохраня­ет свой потенциал, второй пробой происходит, если мгновенное значение переменного напряжения общей шины вновь отличает­ся от значения потенциала отсоединенного участка линии на значение напряжения пробоя ставшего за это время меньшего промежутка между контактами. Этот процесс неоднократно по­вторяется до тех пор, пока контакты не будут касаться друг друга (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Возникновение перенапряжения при включении короткой ненагру­женной линии (идеальный случай)

Быстрые положительные и отрицательные изменения потен­циала подключаемого участка линии вызывают токи смещения через паразитные емкости относительно соседних проводов , максимальные значения которых из-за большой крутизны изме­нения напряжения могут принимать большие значения. Обус­ловленные током заряда линии и током смещения магнитные поля индуктируют в соседних контурах напряжения помех. Изоб­раженная на рис. 2.8. форма напряжения действительна только для " электрически коротких" участков линии, время пробега вол­ны по которыми мало по сравнению с временем развития пробоя (от нескольких десятков до сотен наносекунд в зависимости от расстояния между контактами). Даже в этом случае зарядка и перезарядка протекают не так гладко, как изображено на рис. 2.8., а подобно колебательному переходному процессу. Токи утечки могут вызвать снижения напря­жения на линии (на рис. 2.8. это снижение не показано). Если время пробега волны в отключенной линии больше, чем время развития повторных зажиганий, то при каждом пробое возника­ют волны напряжения и тока, которые в конце линии отражают­ся и делают более сложным изменение напряжения, чем пока­занное на рис. 2.8. Распространяющиеся вдоль отключенного провода волны наводят в параллельно проходящих проводах на­пряжения и токи помех.

При размыкании разъединителей протекают очень похожие процессы, однако при этом амплитуды изменений потенциала или волн после начала процесса размыкания с увеличением рас­стояния между контактами увеличиваются и даже могут принять двойное максимальное значение. Описанные процессы в элегазовых распределительных устройствах высокого напряжения, у которых времена нарастания процессов первичного и повторно­го зажигания лежат в наносекундном диапазоне, могут вызвать многие проблемы. Коммутационные процессы в этом случае внутри закрытой конструкции сопровождаются волнами, кото­рые из-за неравномерности волнового сопротивления (изолиро­ванные фланцевые соединения, ответвления, проводники) час­тично отражаются, частично проходят дальше или даже могут выходить во внешнее пространство.