Внутренние перенапряжения

Внутренние перенапряжения возникают при изменении режима работы установки, например при включении, отключении или внезап­ном изменении нагрузки, при отключении цепей с большей индуктив­ностью или емкостью, при отключении короткого замыкания, при замы­кании на землю одной фазы сети через дугу и т. п.

Во всех перечисленных случаях перенапряжения возникают вслед­ствие освобождения запасенной в установке энергии. Максимальная амплитуда напряжения, возникающая при внутренних перенапряже­ниях, может в несколько раз превысить рабочее напряжение уста­новки. Отношение амплитуды перенапряжения к амплитуде рабочего напряжения установки называют кратностью перенапряжения. Много­кратные перенапряжения могут быть опасны как для линейной, так и для станционной и подстанционной изоляции.

Опасные перенапряжения могут возникать при схеме блок гене­ратор - трансформатор в случае отключения его выключателем со

стороны высшего напряжения при полной нагрузке генератора, т. е. когда сильно возбужденный генератор начинает работать на ненагруженный трансформатор.

При отключении выключателем цепи с большой индуктивностью или емкостью опасные величины перенапряжений возникают вслед­ствие быстрого возрастания сопротивления дугового промежут­ка в выключателе при приближении тока к нулю. Быстрое нара­стание сопротивления дугового промежутка вблизи прохождения тока через нуль вызывает ускорение обрыва тока, который почти мгновенно уменьшается до нуля. При быстром уменьшении тока столь же быстро изменяется и магнитный поток, охватывающий про­вода установки. Из электротехники известно, что изменение магнит­ного потока вызывает наведение в проводах э. д. с. и тем большей, чем быстрее изменяются ток и магнитный поток. Благодаря этому в случае отключения цепи с

большой индуктивностью на разомкнутых контактах выключателя и в связанной с ним сети возникает перенапря­жение. Особенно значительные перенапряжения возникают при отклю­чении токов холостого хода силовых трансформаторов (цепи с большой индуктивностью), а также при отключении линий электропередачи высокого напряжения (цепи с большой емкостью), работающих без нагрузки, но с одной стороны находящихся под напряжением. При отключении таких линий электропередачи кратность перенапряжений может достигнуть 3,5 - 4, а в некоторых случаях 4,5 - 5.

Перенапряжения при однофазных дуговых замыканиях на землю возникают в сетях, работающих с незаземленной нейтралью. Рассмот­рим этот вопрос более подробно.

Каждая фаза сети переменного тока обладает относительно зем­ли некоторой емкостью, равномерно распределенной по длине провода (провод фазы и земля рассматриваются как обкладки конденсатора, разделенные изолятором - воздухом). В целях упрощения дальней­ших рассуждений эти равномерно распределенные емкости условно заменены емкостями, сосредоточенными посередине линии в виде кон­денсаторов, включенных между фазами и землей (рис. 1).

В нормальном режиме работы (рис.1, а) в проводах сети про­ходят одинаковые по величине емкостные токи фаз относительно земли I_со. Сумма емкостных токов трех фаз равна нулю, и никакого тока в земле не проходит. Напряжения фаз относительно земли Ua, Uв и Uс симметричны и численно равны, фазному напряжению установки.

В случае повреждения изоляции и замыкания на землю одной из фаз (рис.1 б) величины емкостных токов в сети изменяются вслед­ствие изменения напряжений всех фаз относительно земли. Например, при полном (металлическом) замыкании на землю фазы А ее напряже­ние относительно земли Uа становится равным нулю, анапряжения относительно земли неповрежденных фаз В и С увеличиваются в раз и становятся равными междуфазному напряжению установки: и .

Емкостные токи в фазах В и С также увеличиваются в раз, так как к емкостям этих фаз относительно земли (которые остаются неизменными) приложены уже не фазные, а междуфазные напря­жения. В симметричной трехфазной системе и Емкостный ток на землю фазы А, обусловленный ее емкостью по отношению к земле, равен нулю, так как указанная емкость оказывается закороченной. Сумма этих емкостных токов трех фаз уже не равна нулю, в результате чего в земле и через место повреждения протекает емкостный ток замыкания на землю I_с, который в раз больше емкостного тока I_СВ и I_СС неповрежденных фаз или в 3 раза больше емкостного тока фазы I_С0 нормального режима работы

Величина тока I_с зависит oт напряжения, частоты, протяженности и конструктивною выполнения сети. При нормальной частоте 50 пер/сек ток I_с будет тем больше, чем выше напряжение и чем больше длина сети, т. е. ее емкость. В кабельных сетях при прочих равных условиях значение I_с значительно больше, чем в воздушных, достигая значений в несколько десятков и даже сотен ампер.

Указанное повышение напряжения неповрежденных фаз относительно земли в раз для изоляции земли сети с незаземленной нейтральюнеопасно, так как изоляцию фаз относительно земли в таких сетях выполняют с учетом подобного повышения напряжения. Однако чрез­мерно длительная работа сети в замкнутой на землю фазой недопустима, так как в случае повреждения изоляции относительно земли какой-либо другой фазы может возникнуть двухфазное короткое замыкание через землю, сопровождающееся протеканием большого тока короткого замыкания и нарушающее довольно часто нормальную работу потребителей большого участка сети. Поэтому в системах с неза-земленными нейтралями обязательно преду-сматривают, специаль­ные устройства, контро-лирующие состояние изоляции относительно земли, а в некоторых случаях даже отключающие при помощи релейных устройств поврежденную часть установки.

Следует отметить, что при замыкании на землю только одной фазы в системе с незаземленной нейтралью работа приемников электроэнергии не нарушается, так как напряжения между фазами остаются неизменными как по величине, так и по фазе. С замкнутой на землю фазой допускается временная работа (согласно ПУЭ до 2 ч) до тех пор, пока не представится возможность произвести необхо-димые переключения для отделения повреж-дённого участка.

Более опасно однофазное замыкание на землю через электричес­кую дугу, так как последняя может повредить электрооборудование и вызвать двух- или трехфазное короткое замыкание (последнее часто наблюдается при однофазных замыканиях на землю одной из жил трехжильного кабеля). Особенно опасно возникновение дуги внутри машин и аппаратов при однофазных замыканиях на заземленные корпуса.

В месте замыкания на землю может возникнуть так называемая перемежающаяся дуга, т. е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь.

В сети, обладающей индуктивностью и емкостью между фазами и по отношению к земле, всякое зажигание или погасание электри­ческой дуги между фазой и землей вызывает изменение напряжений фаз по отношению к земле и изменение емкостных токов: при зажи­гании дуги емкостные токи в неповрежденных фазах увеличиваются, а при погасании дуги уменьшаются. Такое изменение токов приводит к наведению в фазах сети добавочных э. д. с., в результате чего напря­жение фаз по отношению к земле становится выше нормального и в некоторых случаях может достигнуть (2,5-3) U_ф.

Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование коротких замыканий в частях установки с ослабленной изоляцией. Наиболее вероятно возникновение перемежающихся дуг при емкостном токе замыкания на землю более 5—10 А, причем опас­ность дуговых перенапряжений возрастает с увеличением напряжения сети. Наиболее опасны дуговые перенапряжения в установках напря­жением 35 кВи выше.

В России с незаземленными нейтралями работают установки с номи­нальным напряжением до 1000 В (кроме установок 220/127 и 380/220 В, работающих с глухозаземленными нейтралями), установки 6—10 кВпри I_с не более 30 Аи соответственно 20 А(при большем токе I_с возрастает вероятность перехода однофазных замыканий на землю в ка­белях в междуфазные короткие замыкания, а также опасность зна­чительных повреждений в машинах и аппаратах при внутренних однофазных замыканиях на заземленные корпуса) и установки 35 кВпри I_с не более 10 А(при большем токе I_с возможно возникнове­ние перемежающихся дуг и опасных перенапряжений). При боль­ших значениях тока нейтраль установки заземляют через дугогасящую катушку.