Новини Електротехніки - Теорія застосування ГНН для обмеження перенапруг
Теорія застосування ГНН для обмеження перенапруг
При комутації вакуумними вимикачами індуктивних струмів (наприклад, при відключенні мало навантажених трансформаторів і пускових струмів електродвигунів) виникають перенапруги, викликані зрізом струму до його переходу через нуль, а також повторними пробоями міжконтактного проміжку, обумовленими високою швидкістю наростання напруги на розмикачі . У процесі відключення в міжконтактному проміжку вимикача виникає вакуумна дуга, що горить у парах металу контактів. Внаслідок високої швидкості наростання електричної міцності міжконтактного проміжку у вакуумі в процесі розмикання контактів дуга гасне до переходу струму промислової частоти через нуль, тобто відбувається зріз струму. В результаті такого зрізу струму енергія, запасена в індуктивних елементах фідера (наприклад, в індуктивності електродвигуна і живильного його кабелю), викликає підвищення напруги в коливальному контурі L - С, що утворюється, яке може призвести до пробою ізоляції електрообладнання.
Георгій Олександров, д.т.н., професор, завідувач кафедри «Електричні та електронні апарати», Санкт-Петербурзький державний технічний університет
Розрахунок величини перенапруги
Для того щоб оцінити можливі величини перенапруг, що виникають у різних конкретних випадках застосування вакуумних вимикачів, розглянемо процес відключення вакуумним вимикачем фідера, що живить через кабель двигун (рис.1). Еквівалентна схема такого приєднання наведена на рис.2 де кабель замінений його еквівалентною Т - схемою, а двигун - його індуктивним і активним опором. Нехай обрив струму стався в момент часу, що передує переходуструму через нуль на час t. При цьому енергія, запасена в елементах приєднання (кабелі та двигуни), дорівнює:
де Um та Im – амплітуди напруги та струму в попередньому відключенні режимі, w -кутова частота мережі. У попередньому відключенні режимі зв'язок між струмом і напругою в точці 1 визначається простим співвідношенням:
оскільки R/w(Lд + LК) дуже мало. З урахуванням (2) співвідношення (1) може бути переписане у вигляді:
де власна частота коливального контуру, що утворився в момент часу відключення вимикача,
Далі необхідно визначити величини LK та Lд. Зв'язок між індуктивністю LK та ємністю З кабелю визначається співвідношенням:
де LK.0 і С0 - індуктивність та ємність кабелю на одиницю його довжини, V - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі вздовж кабелю, приблизно дорівнює швидкості світла 3*10 8 м/с.
Де l – довжина кабелю. Індуктивний опір двигуна в номінальному режимі його роботи можна визначити через його номінальну потужність та номінальну напругу:
Отже, згідно (4), (7), (8)
Кабель 6 кВ має погонну ємність приблизно С0 = 0,4-0,58 мкФ/км при перерізі жили 50 - 240 мм2. При довжині кабелю = 50 - 500 м та потужності двигуна Р = 500 - 5000 кВт результати розрахунків відношення w 0/ w при куті зрізу 5 ° наведені на рис.3.
Як бачимо, зі збільшенням потужності двигуна відношення w 0/ w значно збільшується, а зі збільшенням довжини кабелю - істотно зменшується. При цьому можливе відношення частот обмежується діапазоном 15