CC BY
3УДК 621.316.5
ПРОБЛЕМА ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ПРИ КОММУТАЦИЯХ В СЕТЯХ 6(10) кВ
Чернова А.Д., преподаватель кафедры ЭТЭ, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: koblova97@mail.ru
Коблова Т.В., студент группы 15ЭЭ(ба)-4, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: koblova97@mail.ru
В работе дан обзор применяемых типов выключателей и их основных характеристик, а также рассмотрена проблема перенапряжений, возникающих при коммутациях. Проведено математическое моделирование перенапряжений, возникающих при отключении трансформатора в режиме холостого хода. Описаны зависимости уровней перенапряжений от параметров системы электроснабжения, момента коммутации, мощности нагрузки.
Ключевые слова: коммутационные перенапряжения, выключатель, математическая модель, коммутация, переходной процесс.
Для проведения безопасных работ, включающих в себя ремонт и замену электрооборудования, необходимо отключить участок электрической цепи, находящейся под напряжением, но сделать это под нагрузкой непросто вследствие возникновения электрической дуги при размыкании контактов устройства. Для обеспечения требуемого уровня безопасности и предотвращения возникновения дуги применяется специальное оборудование - выключатель.
Высоковольтный выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормaльных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении [1].
При совместном действии с релейной защитой выключатели являются зaщитными аппаратами, на которые возлaгается защита электроприемников и электроустановок от коротких замыканий, которые могут привести к аварийным режимам и выходу из строя электрооборудования.
Возникающие переходные процессы в ряде устройств нежелательны, так как они могут привести к таким явлениям, как возникновение сверхтоков и перенапряжений. Все это обуславливает важность рассмотрения возможных методов анализа переходных процессов в электрических цепях.
При изменениях в схеме в результате действия релейной защиты или внезапного сброса нагрузки и других параметров сети (плановые и аварийные переключения линий, трансформаторов и т.д.), а также в результате замыканий м землю и между фазами возникают коммутационные перенапряжения. При включении или отключении некоторых элементов электрической сети (проводов линий или обмоток трансформаторов и реакторов) возникают колебательные переходные процессы. В этих случаях необходим расчет переходных режимов, который позволит определить возможные перенапряжения и увеличения токов, которые в несколько раз могут превышать напряжения и токи стационарного режима.
При определенных сочетаниях начальных условий коммутации выключатели могут создавать опасные для электрооборудования перенапряжения, так некоторые элементы сети (гибкие кабели с резиновой изоляцией и высоковольтные электродвигатели) обладают низким уровнем прочности изоляции.
Экспериментальное решение задачи по исследованию коммутационных перенапряжений в целях снижения негативного воздействия требует использования дорогостоящего, несерийного оборудования. Сократить затраты на исследования помогает математическое моделирование коммутационных перенапряжений.
На величину коммутационных перенапряжений влияет множество факторов, учесть всех их при аналитическом моделировании довольно сложно. Это обуславливает важность составления адекватной схемы замещения рассматриваемого участка электрической цепи, состоящего из системы, шин, самого выключателя, высоковольтного кабеля и нагрузки.
Перенапряжения, возникающие при коммутации трансформаторов, электродвигателей или другой нагрузки, обусловлены содержащимися в схеме элементами, временем включения и последовательностью замыкания разных фаз. При этом сама конструкция выключателя и характер используемой дугогосящей среды не влияют на перенапряжения в случае, если нет отскоков контактов и повторного зажигания дуги.
Смоделируем коммутационный процесс отключения трансформатора на холостом ходу. Расчетная схема и схема замещения представлены на рисунках 1 и 2, соответственно.
Источник питания представляет собой систему трехфазных ЭДС с индуктивностью Ьс, так же учитывается емкость шин. Кабель линии электропередач представлен Т-образной схемой замещения, схема соединения обмоток трехфазного трансформатора на высшей стороне - треугольник.
вв лэп
Рисунок 1 - Расчётная схема сети с трансформатором
Рисунок 2|- Схема замещения трехфазной сети при компьютерном моделировании переходных процессов
Для исследования перенапряжений были посчитаны параметры основных элементов схемы в программе MathСad: трансформатора на 400 кВА и кабельной линии сечением 35 мм и длиной 10 м. Полученная схема смоделирована в среде МАТЬАВ. Для этого использовались следующие блоки:
- блок трехфазного источника, в котором задавалась напряжение, частота и индуктивность источника;
- блоки последовательной RLC-цепи, в которых задавались емкости, индуктивности и активные сопротивления шин и кабеля;
- блок трехфазного выключателя, замкнутого в начальном положении;
- блоки вычисления действующих значений и блоки осциллографов;
- блок трехфазного измерителя для измерения токов и напряжений.
Рисунок 3 - Исследуемая схема в программе МА^АВ
В результате исследования были получены графики (рисунок 4), подтверждающие возникновение коммутационного перенапряжения, что является доказательством необходимости анализа переходного процесса во избежание выхода из строя оборудования.
Рисунок 4 - Коммутационное перенапряжение
Полученные результаты моделирования коммутационных перенапряжений без учета повторных зажиганий дуги можно отнести к «идеальному» выключателю, поэтому они не отражают полной картины процессов, протекающих в отключаемой нагрузке. В реальных коммутационных аппаратах процессы коммутации сопровождаются многократными повторными зажиганиями дуги. Поэтому актуальным является дальнейшее исследование перенапряжений с учетом повторных зажиганий дуги в выключателе.
Литература
1. Электроника [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lektsii.org/Elektronika/1/ - (дата обращения: 14.02.17).
2. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения / Н.М. Адоньев, В.В. Афанасьев, И.М. Бортник и др.; Под ред. В.В. Афанасьева. - Энергоагомиздат. 1987. -544 с.
3. Электрические машины и аппараты, Высоковольтные коммутационные аппараты. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.elmashina - (дата обращения: 14.02.17).
4. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: «Высшая школа», 1996. - 638 с.
5. Каталог силовых трансформаторов с характеристиками и фото [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://silovoytransformator.ru - (дата обращения: 14.02.17).
6. Материалы по продуктам МАТЬАВ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru - (дата обращения: 14.02.17).
