Как предотвратить перенапряжение в рабочем механизме выключателя Sf6

1. Существует множество причин срабатывания внутреннего перенапряжения электрической системы:

1. Имеются как перенапряжения промышленной частоты, вызванные несоответствием параметров линии, так и эксплуатационные перенапряжения, вызванные повторным зажиганием дуги во время работы выключателя;

2. Кроме того, существуют перенапряжения, вызванные отключением индуктивных нагрузок, и резонансные перенапряжения, вызванные последовательным соединением индуктора и конденсатора. Время от времени происходят аварии, вызванные внутренними перенапряжениями, особенно эксплуатационными перенапряжениями;

3. Согласно статистическим данным, общее перенапряжение промышленной частоты не превысит 2-кратного значения фазного напряжения, рабочее перенапряжение, вызванное отключением ненагруженной линии, и перенапряжение, вызванное прерывистыми дугами, не превысит 3,5-кратного значения фазного напряжения, а перенапряжение ферромагнитного резонанса не превысит 3-кратного значения фазного напряжения.

4. Однако реальный опыт эксплуатации показал, что аварии часто происходят при наложении нескольких перенапряжений друг на друга, причем кратность перенапряжения иногда в 7–8 раз превышает номинальное фазное напряжение.

2. Эксплуатационное перенапряжение:

В системе с непрямым заземлением нейтрали напряжением 6–35 кВ при включении или выключении нагрузки или при возникновении аварии дуга между контактами рабочего механизма выключателя SF6 вновь загорается, рабочее состояние резко меняется, в результате чего электромагнитная энергия между конденсатором и индуктором преобразуется друг в друга, что приводит к колебательному перенапряжению, то есть рабочему перенапряжению.

(1) Перенапряжение при запуске и закрытии двигателя:

Теоретически, когда двигатель закрыт и запущен, перенапряжение, генерируемое на конце двигателя, равно: где: - мгновенное значение напряжения закрытия; z: - сопротивление ударной волны двигателя; Z: - сопротивление ударной волны кабеля. Обычно Z = 100-5000 Ом, z = 20-50 Ом, поэтому, когда двигатель закрыт и запущен, перенапряжение, генерируемое на конце двигателя, может достигать 2-кратного значения фазного напряжения.

Для пружинного механизма выключателя sf6 предварительный пробой часто происходит до замыкания контактов, и дуга может гореть и гаснуть десятки раз. Это предварительное перенапряжение имеет большую амплитуду и крутой фронт волны, что может представлять большую угрозу для изоляции двигателя. Двигатель может быть оснащен защитой от перенапряжения моторного типа, когда он генерирует перенапряжение.

(2) Перенапряжение двигателя в пусковом состоянии:

Опыт эксплуатации показывает, что при отключении индуктивной нагрузки происходит принудительное отключение индуктивного тока, когда он не равен нулю, что является так называемым отключением тока, в результате чего горение дуги между контактами выключателя становится очень нестабильным, а форма сигнала производит высокочастотные колебания. Внезапно возникающий ток в индуктивной цепи индуцирует очень высокое напряжение.

1) Перенапряжение отключения тока Поскольку вакуумный выключатель обладает хорошими характеристиками гашения дуги, при отключении небольшого тока вакуумная дуга погаснет до пересечения нуля. Поскольку ток внезапно отключается, энергия, сохраненная в индуктивной обмотке двигателя, неизбежно зарядит паразитную емкость обмотки и преобразуется в энергию электрического поля. Для двигателей и трансформаторов, особенно при отсутствии нагрузки или малой мощности, это эквивалентно большой индуктивности, а емкость цепи мала, поэтому будет генерироваться большое перенапряжение. Он может генерировать очень высокое перенапряжение, но из-за потери и пробоя контактов и цепей, вызванных определенным сопротивлением, он оказывает значительное подавляющее воздействие на значение перенапряжения. Однако это подавляющее воздействие ограничено и не может устранить перенапряжение. Поэтому, особенно для индуктивных нагрузок, при использовании вакуумных выключателей в качестве рабочих элементов следует устанавливать устройства защиты от перенапряжения. Существует много типов устройств защиты от перенапряжения, и пользователи могут выбирать в соответствии со своими собственными объектами защиты.

2) Перенапряжение при одновременном отключении трехфазной сети:

Перенапряжение трехфазного одновременного отключения возникает из-за того, что когда выключатель сначала отключает дуговой зазор фазы, чтобы произвести повторное зажигание, высокочастотный ток, протекающий через дуговой зазор фазы, заставляет ток промышленной частоты в оставшихся двух дуговых зазорах фазы быстро проходить через ноль, вызывая отключение неразорванной фазы, и аналогичное явление перехвата большого уровня возникает в оставшихся двух дуговых зазорах фазы, тем самым создавая более высокое рабочее перенапряжение. Создаваемое перенапряжение добавляется к изоляции между фазами. Перенапряжение трехфазного отключения склонно возникать при отключении двигателей малой и средней мощности или легких нагрузок, поэтому следует установить трехфазную комбинированную защиту от перенапряжения.

3. Резонансное перенапряжение:

Для сложных электрических систем он состоит из ряда колебательных контуров с различными частотами автоколебаний. Условием колебаний является равенство индуктивного и емкостного реактивного сопротивлений, то есть 1 или ∞L=, поэтому резонансная частота (частота собственных колебаний) fo =. При выполнении коммутационных операций или однофазном заземлении системы форма волны мощности вызовет некоторые изменения из-за переходного процесса, а несинусоидальная форма волны мощности содержит ряд гармоник. Когда одна из частот автоколебаний в контуре точно равна одной из гармонических частот источника питания, возникнет резонансное перенапряжение этой частоты. Резонанс — устойчивое явление, и продолжительность резонансного перенапряжения может быть очень большой. Как только это происходит, это часто приводит к серьезным последствиям.

Перенапряжение ферромагнитного резонанса

При нормальных обстоятельствах индуктивность в цепи больше емкости, но по какой-то причине напряжение на индукторе увеличивается, индуктор магнитно насыщается, индуктивное сопротивление уменьшается, и индуктивное сопротивление становится равным емкостному сопротивлению, или даже индуктивное сопротивление меньше емкостного, образуя переворот фазы, вызывающий ферромагнитный резонанс, возбуждающий непрерывное высокоамплитудное ферромагнитное резонансное перенапряжение, при этом ферромагнитное резонансное перенапряжение не будет превышать 3-кратное фазное напряжение.

Практика показывает, что большинство из них находятся в пределах от 1,5 до 2 раз. Ферромагнитный резонанс может быть основным резонансом, гармоническим резонансом высокого порядка и субгармоническим резонансом. Хотя амплитуда перенапряжения, создаваемого этим резонансом, невелика, поскольку частота перенапряжения часто намного ниже номинальной частоты, сердечник находится в состоянии сильного насыщения. Его проявлением может быть увеличение относительного напряжения, чрезмерный ток возбуждения или низкочастотные колебания, вызывающие пробой изоляции, взрыв разрядника, генерацию высокозначной составляющей напряжения нулевой последовательности, явление виртуального заземления и неправильную индикацию заземления. В тяжелых случаях это также может вызвать неисправность защиты или перегрузку по току в трансформаторе напряжения, что приведет к сгоранию телевизора. Хотя 10 кВ оснащен первичным расстраивающим устройством, первичное расстраивающее устройство не будет работать, пока не произойдет резонанс. Ферромагнитный резонанс может длиться долго, но из-за действия первичного расстраивающего устройства длительность резонанса очень коротка, но он не может устранить резонанс из источника.

Независимо от того, происходит ли рабочее перенапряжение, линейный резонанс или ферромагнитный резонанс, на стороне шины 10 кВ должны быть установлены устройства защиты от перенапряжения и первичные расстраивающие устройства.