Supratensiuni în rețele de 6 (10) kV
În Rusia, personalul de exploatare al întreprinderilor de rețele electrice are o opinie destul de stabilă că supratensiunile sunt create de comutatoare de vid, iar insuficiența gazului de această lipsă lipsește. Dar este așa? Să încercăm să înțelegem cauzele supratensiunii.
Cauzele supratensiunii în rețele
Să începem cu o declarație simplă, este evident pentru oricine familiarizat cu cursul TBE: orice comutare (pornit sau oprit) a unui element de rețea (transformator, cu motor, de condensatoare, aeriene sau linii de cablu, etc.) face ca procesul de tranziție. Acest lucru se datorează faptului că rețeaua este o combinație de inductanțe și capacitivitatea echipamentelor electrice de bază, astfel încât conectarea sau deconectarea unui element conduce la stabilirea noului regim. Trecerea rețelei de la modul la trecerea la modul după comutare este însoțită de modificări ale curenților în elementele și tensiunile de pe ele. De regulă, această tranziție ia forma unor oscilații amortizate, în care tensiunea de pe vasele de hardware relativ la sol sau între faze pot ajunge la valori mult mai mari decât valoarea nominală. Aceasta se numește supratensiune.
Un astfel de proces este obiectiv și nu depinde de tipul de întrerupător utilizat. De exemplu, este posibil să se arate că, atunci când (pornire) poate cauza motorului de înaltă tensiune, cu o multitudine de supratensiune la 3,3 unități relative (pu) în raport cu amplitudinea maximă a tensiunii de funcționare [1], care este periculos pentru izolarea sa. Supratensiunii în acest caz, nu depinde de tipul de mediu de stingere cu arc și numai momentelor pe și răspândirea circuit contactele diferite faze. Nu este posibilă eliminarea acestor supratensiuni prin reglarea cursei contactelor comutatorului. La deconectarea comutatorului de orice tip (conținut scăzut de ulei, vid, hexafluorura de sulf, electromagnetice) substanțial fiecare dublă sau homopolar cu două faze într-o kV rețea 6-10 cu izolate sau legate la pământ prin conexiune neutră bobina supresie arc pentru toate incluse în această secțiune, influența supratensiune cu multiplicitate la 3,4 p.u. Motivul este nesimultane lor actual de declanșare, în faza afectată, atunci când prima tensiune de fază de dezactivare este restabilită de la zero la amplitudinea liniară. În acest proces, tensiunea atinge valoarea unei oscilații liniare duble. Este vorba despre aceste supratensiuni care pot provoca daune mai multe izolații (și astfel de cazuri sunt cunoscute în exploatare) atunci când mai multe motoare electrice de înaltă tensiune sau cabluri eșuează în același timp. Iar punctul de aici nu este în tipul de mediu de suprimare a arcului utilizat în comutator, ci în fenomenele existente în mod obiectiv.
Acum, luați în considerare problema supratensiunilor atunci când utilizați întrerupătoarele de vid și SF6, luând în considerare caracteristicile mediului de suprimare a arcului și structurile acestor dispozitive, precum și sarcinile la care sunt comutate. Atunci când sarcina este pornită (transformator, motor, bancă de condensatoare) printr-un comutator proiectat corect (fără să se dea contact de contact), mediul de suprimare a arcului nu joacă nici un rol în ceea ce privește supratensiunea. Supratensiunii în acest caz, datorită particularităților de conectare la rețea și a circuitelor de dial-ca mai multe capacitiv-inductiv, de comutare punct de timp și sa răspândit în închiderea contactelor diferitelor faze care te-întreruptoare (cm. Mai sus).
Principalele motive pentru supratensiunilor privind atașarea izolare separată (și numai, și nu întreaga rețea) la deconectarea sarcinii asociate cu caracteristicile disjunctorului și arcul de stingere proiectare mediu sunt felie curent și escaladarea tensiunii. Luați în considerare aceste fenomene în ordine.
Orice comutator deconectează curentul când trece prin zero (cu o trecere de timp în diferite faze), când alimentarea cu energie a arcului de pe partea rețelei scade. În domeniul aproape de zero curent este posibilă dezintegrarea rapidă a canalului de arc și a forțat declinul curent de la o anumită valoare (de obicei unități - zeci de amperi) la zero, într-un timp foarte scurt (bine înainte natural curent zero). Acest fenomen se numește forfecare curentă. Ea apare la deconectarea curentilor mici inductive (de exemplu, la ralanti curenții de transformatoare și motoare electrice), tranzitorii de comutare motoare de curent transformator de curent de impuls, reactoare shunt curenti.
Cutoff curent este tipic pentru comutatoare de orice tip în prezent în uz (cu ulei scăzut, electromagnetic, aer, vid, gaz SF6). Cauza feliei curent în comutatoare cu arc călire într-un mediu gazos sunt explozii intense și dezvoltare la oscilații de înaltă frecvență descrescătoare secțiune sinusoidă întreruptă curent [2]. Suflarea determină o răcire considerabilă a plasmei în spațiul arc și o scădere rapidă a conductivității. oscilații de înaltă frecvență în curs de dezvoltare în bucla: capacitate per pneu - rezistența la arc neliniare - inductanță și conexiune capacitanță, sunt impuse curent de 50 Hz și conduce la faptul că curentul total din diferența de arc trece prin zero și stingerea are loc cu tăietură. În întreruptoarele de vid, cauza tăierii actuale este instabilitatea arcului la curenți slabi, deoarece arde în vaporii de metal de contact.
Când curentul este tăiat în inductanța de sarcină, energia este "blocată", care este apoi eliberată la capacitatea de conectare și poate provoca supratensiuni. După cum se știe, multiplicitatea supratensiunilor în acest caz este determinată de inductanța sarcinii, capacitatea conexiunii (în esență, lungimea cablului sau a liniei de aer) și valoarea curentului de forfecare. Ultimul parametru este diferit pentru comutatoarele cu diferite medii de suprimare a arcului. Figura 1 prezintă o diagramă a curenților de forfecare relativi pentru comutatoarele de diferite tipuri, împrumutate de la [3].
Fig.1 Curenți relativi de întrerupere pentru întreruptoare cu diferite mijloace de suprimare a arcului
După cum se poate vedea din figura 1, întrerupătoarele de vid cu contacte crom-cupru au cel mai mic curent de tăiere. Acesta este de 5-6 A în funcție de diferite studii, informații despre care este dat în [4]. Majoritatea producătorilor de întrerupătoare de vid folosesc compoziții de crom-cupru pentru a face contacte. Comutatoarele gazoase cu tip arc de tip rotativ sau cu presiune automată au un curent de forfecare aproape la fel ca și întrerupătorii de vid. Acest lucru se datorează faptului că intensitatea supresiei arcului în ele depinde de magnitudinea curentului care curge. Cu puffer și combinații de întrerupătoare SF6 combinate cu un piston suplimentar, curenții de forfecare sunt mai mari decât întrerupătoarele de vid. În principiu, curentul de deconectare a întrerupătoarelor de circuit cu izolație gazoasă depinde de cantitatea de curent decuplat, de designul întrerupătorului de circuit și de capacitatea de conectare și poate depăși în mod semnificativ valoarea pentru cele cu vid [2]. Astfel, în ceea ce privește magnitudinea curentului de forfecare și supratensiunile rezultate, întreruptoarele SF6 nu au avantaje față de cele cu vid.
Pe lângă magnitudinea curentului, forțele de forfecare, așa cum s-a menționat deja mai sus, sunt afectate de inductivitatea (sau puterea) de sarcină și de capacitatea de conectare (lungimea liniei de aer sau de cablu). Cu o lungime semnificativă de conectare a supratensiunilor datorită întreruperii curente în întrerupător nu apare deloc. Prezența sarcină rezistivă chiar mici fiind dezactivată pe partea secundară a transformatorului de putere elimină, de asemenea, apariția supratensiunilor sreza.Ispolzovanie astfel de dispozitive de protecție moderne datorate ca descărcătoare înlătură în general întrebarea supratensiunilor este în funcție de tipul de comutator. Trebuie remarcat faptul că, în prezent, mii de întrerupătoare cu ulei redus cu curenți de oprire sunt operate în rețele mult mai mult decât întrerupătoare de vid. Asta înseamnă că întrerupătoarele cu potențial redus de ulei pot crea supratensiuni și sunt mai mari decât întrerupătoarele de vid.
Să analizăm acum cea de-a doua cauză a supratensiunilor în cazul deconectărilor de sarcină: creșterea tensiunii. Acest fenomen este tipic numai pentru întrerupătoarele de vid. Cu toate acestea, apar foarte rar, numai atunci când curentul de pornire nu este pornit sau când motoarele electrice nu se rotesc (cu doar 5-10 din 100 întreruperi de curenți de pornire pot fi însoțite de o creștere a tensiunii). Esența fizică a acestui fenomen este descrisă în [4]. Suprasolicitarea în acest caz (și numai în acest caz) poate ajunge la 6-7 ori. Oscilograma (împrumutată de la [5]), ilustrând un proces similar, este prezentată în Fig.
Fig.2. forma de undă experimentale de închidere 6,3 kW cu motor de curent anclanșare, 736 kW secțiunea conectat cablu 3h95, 70 m lungime, cu apariția unui disjunctor de vid cu o escaladare de tensiune multiplicitate 4.0 pu în prima fază de comutare a comutatorului [5].
Scară: 100 microsecunde,
5 kV.
Nu există practic date experimentale privind oprirea curenților de pornire ai motoarelor electrice cu comutatoare de gaz SF6. Se pare că firmele - producători de echipamente cu izolație de gaz nu este conștient de supratensiune în acest caz, sau publicarea acestor date, nu este profitabil.
Pe baza informațiilor disponibile [4], se poate presupune că întreruptoarele SF6 nu sunt înclinate să escaladeze tensiunea. Cu toate acestea, au crescut în comparație cu comutatoarele vacuum curenti cutoff si posibilitatea aprinderi repetitive unice sunt susceptibile de a fi cauza supratensiunilor când întreruperi de mers în gol curenții transformator de pornire și a motorului (pentru lungimi mici de cablu).
Încă o dată remarcăm că cazul considerat de oprire a curentului de pornire este un eveniment destul de rar și, în unele cazuri, practic imposibil. Prin urmare, o comparație între întrerupătoare cu izolație de gaz și circuitul de vid în ceea ce privește supratensiuni de comutare trebuie să se bazeze pe valoarea limită curent.
Astfel, baza luării în considerare a caracteristicii val cauze asociate cu mediu caracter spărgător arc călire, se poate argumenta că întrerupătoarelor cu izolație de gaz în această privință au avantaje în comparație cu vid.
Unde, atunci, a apărut o astfel de prejudecată că doar întrerupătoarele de vid creează supratensiune? Aparent, originea sa ar trebui să fie căutată în zorii introducerii tehnologiei de comutare a vidului. În primele switch-uri de vid, instalate în URSS la începutul anilor 1980, s-au folosit tungsten pentru a face contacte. Dezvoltatorii de camere de vid credeau că utilizarea acestui metal refractar ar reduce uzura contactului. Cu toate acestea, ei comuta cu contacte tungsten au fost capabili de a crea reduceri semnificative de curent 20-30 A. Este acest fapt, precum și lipsa de protecție împotriva supratensiunilor în rețelele de 6-10 kV la momentul respectiv a dus la pagube semnificative, ca urmare a cedării izolației. Energie - industria este conservatoare, iar odată formată opinia, și mai ales cea negativă, este foarte dificil să se schimbe.