Большая Советская Энциклопедия (ПЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читаемые книги читать онлайн бесплатно полные .txt) 📗
Внутренние П. возникают в электрических установках при резких изменениях режима их работы, главным образом в результате коммутаций (при включениях или отключениях тока, при коротких замыканиях на землю и т.п.). Коммутация сопровождается переходным процессом , после которого устанавливается новый режим работы установки. Соответственно различают кратковременные (порядка единиц и десятков мсек ) коммутационные П. и длительные П. установившегося режима. Коммутационные П., вызываемые повторными зажиганиями и гашениями электрической дуги в цепях с ёмкостной проводимостью, получаются при отключении ненагруженных линий, при замыкании на землю через дугу одной из фаз трёхфазной системы с изолированной нейтралью и т.д. При отключении ненагруженной линии, которую можно в некотором приближении рассматривать как ёмкость (рис. 1 , а), дуга, загорающаяся между контактами выключателя К, гаснет при прохождении тока дуги через нуль, а напряжения источника — через максимум (рис. 1 , б). Ёмкость С , отсоединённая от источника, при погасании дуги остаётся заряженной до максимального напряжения. Если повторное зажигание дуги в выключателе произойдёт через полпериода, когда напряжение источника изменит свой знак, то ёмкость С перезаряжается через индуктивность источника Lист . При этом в момент максимума напряжения, когда ток перезарядки пройдёт через нуль, дуга вновь может погаснуть, и отсоединённая от источника ёмкость окажется заряженной до тройного напряжения. Если через полпериода произойдёт ещё одно зажигание и гашение дуги, напряжение на линии достигнет 5 Uф, где Uф — фазное напряжение линии. П. в реальных линиях ограничиваются хорошими отключающими способностями выключателей и активными потерями и не превосходят 3,5 Uф . П., возникающие при замыканиях через дугу на землю одной из фаз трёхфазной системы, имеют аналогичную природу и также связаны с накапливанием зарядов на проводах линии. Коммутационные П. при отключении индуктивных нагрузок (ненагруженных трансформаторов, асинхронных двигателей, реакторов, ртутных выпрямителей при обрыве тока в них и т.д.) являются следствием резкого уменьшения тока в индуктивности и освобождения запасённой в ней электромагнитной энергии. При мгновенном обрыве тока вся запасённая энергия пошла бы на зарядку собственной ёмкости индуктивной нагрузки относительно земли (рис. 2 , а). В этом случае амплитуда П. uмакс может быть найдена из уравнения сохранения энергии:
В действительности ток в катушке не исчезает мгновенно, и П. достигает наибольшего значения в момент максимальной скорости уменьшения тока, а затем падает до нуля в режиме затухающих колебаний (рис. 2 , б). Особый случай возникновения П. имеет место в сверхпроводящих соленоидах при переходе материала обмотки из сверхпроводящего состояния в несверхпроводящее, когда активное сопротивление соленоида резко возрастает от нуля до некоторой конечной величины. Так как начальный ток соленоида не может резко уменьшиться, то в момент такого перехода на концах соленоида возникает разность потенциалов, которая может достигать несколько сотен кв.
Коммутационные П. при включении линий связаны с возникновением и развитием переходного процесса в колебательном контуре, образованном ёмкостью линии и индуктивностями линии, трансформаторов и генераторов. Особенно существенные П. появляются при автоматическом повторном включении . В этом случае после отключения, например однофазного короткого замыкания, ёмкость неповрежденных фаз линии остаётся заряженной, а при повторном включении колебательный контур (линия) с предварительно заряженной ёмкостью подключается к источнику тока (генератору).
П. установившегося режима связаны с ёмкостным эффектом в линейных цепях, с резонансом на основной частоте либо на высших гармониках. Примером такого П. может служить повышение напряжения, возникающее в ненагруженной линии электропередачи, когда собственная частота w системы «источник — линия» близка к частоте источника напряжения wист ; при w= wист наступает резонанс, вследствие чего и возникает П. Такие П. возможны в длинных линиях электропередачи, которые работают при напряжениях 330 кв и выше. Резонанс на основной частоте может также иметь место при разрыве с заземлением одной из фаз трёхфазной линии переменного тока, на конце которой включен слабонагруженный трансформатор (рис. 3 , а). На высших гармониках резонанс может иметь место, например, при однофазном или двухфазном коротком замыкании на землю в линии, питаемой от явнополюсного генератора. При таких коротких замыканиях на зажимах генератора появляются высшие гармоники напряжения, которые могут дать резонанс в цепи, состоящей из индуктивности генератора и ёмкости неповрежденных фаз линии. В неявнополюсных генераторах и генераторах, снабженных успокоительными (демпферными) обмотками, П. этого типа не возникают.
Для изоляции электроустановок с напряжением до 220 кв внутренние П. обычно не представляют опасности; определяющими здесь являются грозовые П. В электроустановках с напряжением 330 кв и выше возникает необходимость в ограничении внутренних П. Снижение коммутационных П. обеспечивается специально предназначенными для этого вентильными разрядниками, выключателями с шунтирующими сопротивлениями и управлением моментом включения. Для ограничения П. установившегося режима применяют также шунтирующие электрические реакторы.
Грозовые П. связаны с разрядами молнии непосредственно в токопроводящие части электрической установки (П. прямого удара) или в землю вблизи установки (индуктированные П.). При прямом ударе весь ток молнии проходит в землю через пораженный объект. Падение напряжения на сопротивлении этого объекта и даёт П., которое может достигать нескольких Мв. Длительность П., возникшего при прямом ударе молнии, невелика (порядка десятков мксек ), однако не исключается многократный разряд молнии по одному и тому же пути. Изоляция электрических установок самого высокого напряжения не может выдержать П. прямого удара; для надёжной работы установок необходимо осуществление ряда защитных мероприятий (см. Грозозащита , Заземление ). Индуктированные П. возникают на проводах линий электропередачи вследствие резкого изменения электромагнитного поля вблизи земли во время удара молнии. Амплитуда индуктированных П. обычно не превышает 400—500 кв, и они представляют опасность только для электрических установок с номинальным напряжением 35 кв и ниже.
Лит.: Техника высоких напряжении, под ред. Д. В. Разевига, М., 1963; Техника высоких напряжений, под ред. М. В. Костенко, М., 1973.
Под редакцией М. А. Аронова.
Рис. 2. Возникновение перенапряжений при отключении индуктивности: а — эквивалентная схема; б — зависимость тока в индуктивности i и напряжения на ней и от времени t; uист — напряжение источника; К — выключатель; L — индуктивная нагрузка; С — собственная ёмкость нагрузки; uмакс — максимальное значение напряжения u.
Рис. 3. Разрыв с заземлением одной фазы трёхфазной линии, питающей слабонагруженный трансформатор, а — трёхфазная схема; б — эквивалентная однофазная схема замещения; Uф — фазное напряжение; Тр — трансформатор; L — индуктивность обмоток трансформатора; С — ёмкость линии; Uмакс — максимальное значение напряжения.
