Дуговые перенапряжения.

В сетях с изолированной нейтралью, кроме перенапряжений, связанных с отключением и включением цепей, наблюдается раз­витие перенапряжений при однофазных замыканиях на землю и неустойчивом горении дуги. В этих условиях возможно возникновение массовых случаев пе­рекрытий изоляции на здоровых фазах.

Несмотря на многолетний опыт эксплуатации сетей с изолиро­ванной нейтралью, теория возникновения и развития перенапря­жений при дуговых замыканиях на землю до настоящего време­ни не разработана достаточно полно. Было установлено, что перенапряжения возникают при неустойчивом горении заземляющей дуги и сопровождаются смещением нейтрали системы, что может быть вызвано остаточными зарядами емкостей линии при гашениях дуги.

Были выдвинуты две предельные гипотезы развития перенап­ряжений. Согласно первой (Петерсена), дуга успевает погаснуть при первом проходе через ноль полного тока с учетом высокоча­стотных колебаний, возникающих при зажигании дуги, аналогич­но тому, как это имеет место в выключателях при отключении емкостной нагрузки.

По второй гипотезе (Петерса и Слепяна), дуговой промежуток не успевает сколько-нибудь существенно восстановить свою элек­трическую прочность при быстром переходе через ноль высоко­частотных колебаний. Восстановление электрической прочности происходит после затухания высокочастотных колебаний при про­ходе через ноль сравнительно небольшого емкостного тока про­мышленной частоты.

Вероятность реализации того или иного механизма гашения дуги во многом определяется случайными деионизирующими факторами, воз-действующими на дугу. Из опыта эксплуатации распредсетей известно, что гашение открытой дуги в воздухе обыч­но управляется током рабочей частоты, а дуга в масле может гаснуть и при прохождении через ноль высокочастотного тока.

В результате специальных исследований было установлено, что обычно дуга пытается погаснуть при каждом прохождении пол­ного тока (с высокочастотной составляющей) через ноль. Однако при этом сравнительно быстро с частотой собственных колеба­ний сети, на дуговом промежутке восстанавливается напряже­ние, возникают повторный пробой и новое погасание, и так да­лее, пока восстанавливающееся напряжение собственной частоты не будет меньше некоторого предела (0.4 U_ф).После этого дуга гаснет, на дуговом промежутке сравнительно медленно восста­навливается более высокое напряжение промышленной частоты, снова возникает пробой - и процесс повторяется.

Максимальное значение перенапряжений определяется по фор­муле:

U_m = 1.5 * U_фm+ 2,2* U_фm* (1 - d) * (1 - k) = 3.1*U_фm;

В области практических значений d и k разница между ре­зультатами расчетов не очень велика. Амплитуда перенапряже­ний лишь в редких случаях превосходит уровень испыта-тельных напряжений установок 10 кВ.

Однако дуговые перенапряжения опасны не столько своей ам­плитудой, сколько длительностью существования. В сетях с изо­лированной нейт-ралью наличие однофазных замыканий прак-тически не сказывает­ся на условиях передачи энергии потребителям, и поэтому поврежденный участок может быть отключен не сразу. Возник­шая при этом дуга может существовать относительно долго, при­водя к тепловому пробою изоляции и двухфазному короткому замыканию.

Кроме того, дуговые перенапряжения распро-страняются по всей сети, что повышает вероятность перекрытия ослабленных участ­ков изоляции, которое может произойти не только у места замы­кания, но и в удаленных участках сети.

На процесс развития перенапряжений в сетях часто действу­ют дополнительные факторы, повышающие кратность перенапряжений. Заме-чено, что при неустойчивых дугах на неповреж­денных фазах часто срабатывают трубчатые разрядники, имею­щие пониженную кратность разрядного напряжения на промыш­ленной частоте 50 Гц. При гашении дуги разрядником на неповрежденной фазе, когда поврежденная фаза заземлена, вос­станавливающее Напряжение изменяется от нуля до удвоенного линейного. Поэтому каждый раз при срабатывании трубчатых разрядников на изоляцию здоровых фаз воздействует опасное напряжение 3.46 U_фт.

Следует также учитывать, что применение дугогасящих аппа­ратов практически не снижает предельно возможные величины перенапряжений, а только уменьшает вероятность их появления и, главное, длительность существования однофазных замыканий.