Переходный резонанс в схемах с кабелями 6–500 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

78

Переходный резонанс
в схемах с кабелями 6–500 кВ

УДК

 621.315.21

Дмитриев

 

М

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

доцент

Санкт

-

Петербургского

политехнического

университета

С

 

годами

 

в

 

сетях

 

классов

 

6–500 

кВ

 

появляется

 

все

 

больше

 

кабелей

 

с

 

изо

-

ляцией

 

из

 

сшитого

 

по

-

лиэтилена

 (

СПЭ

). 

В

 

частности

их

 

применяют

 

для

 

ремонта

 

аварий

-

ных

 

участков

 

старых

 

кабелей

 

с

 

бу

-

мажно

-

масляной

 

изоляцией

 

и

 

для

 

перевода

 

в

 

кабель

 

отдельных

 

участков

 

воздушных

 

линий

также

 

и

 

для

 

питания

 

трансформаторов

Волновые

 

параметры

 

новых

 

ка

-

белей

 

отличаются

 

от

 

параметров

 

старых

и

 

еще

 

сильнее

 

они

 

отли

-

чаются

 

от

 

параметров

 

воздушных

 

линий

 

и

 

силовых

 

трансформато

-

ров

В

 

результате

 

этого

 

в

 

сетях

 

ста

-

новится

 

все

 

больше

 

объектов

для

 

которых

 

следует

 

ожидать

 

возник

-

новения

 

сложных

 

многочастотных

 

переходных

 

процессов

сопрово

-

ждаемых

 

опасными

 

перенапряже

-

ниями

.

Данная

 

статья

 

не

 

является

 

за

 -

конченным

 

исследованием

бази

-

рующимся

 

на

 

результатах

 

подроб

-

ного

 

компьютерного

 

моделирова

-

ния

Здесь

 

высказываются

 

всего

 

лишь

 

гипотезы

однако

 

они

 

могли

 

бы

 

быть

 

положены

 

в

 

основу

 

целой

 

научной

 

работы

в

 

ходе

 

которой

возможно

удалось

 

бы

 

достоверно

 

объяснить

 

ряд

 

уже

 

случившихся

 

повреждений

 

изоляции

 

и

 

предот

-

вратить

 

новые

.

ВВЕДЕНИЕ

В

 [1] 

отмечалось

что

 

погонная

 

емкость

 

современных

 

кабелей

 

до

 

нескольких

 

раз

 

может

 

превышать

 

таковую

 

для

 

старых

 

кабелей

 

с

 

бу

-

мажно

-

масляной

 

изоляцией

так

-

же

 

новые

 

линии

 

нередко

 

строятся

 

большой

 

длины

 

и

/

или

 

содержат

 

по

 

несколько

 

кабелей

 

на

 

каждую

 

фазу

Как

 

следствие

емкость

 

КЛ

 

оказывается

 

значительной

.

Один

 

из

 

примеров

 

негативных

 

последствий

 

большой

 

емкости

 

дан

 

в

 

статье

 [2], 

где

 

рассматри

-

вался

 

случай

когда

 

в

 

момент

 

подключения

 

к

 

сборным

 

шинам

 

(

СШ

кабельной

 

линии

 

проис

-

ходили

 

повреждения

 

витковой

 

изоляции

 

обмоток

 

питающего

 

трансформатора

соединенных

 

в

 

треугольник

  (

рисунок

 1). 

Схе

-

ма

 

была

 

такова

что

 

КЛ

 

имела

 

емкость

в

 

разы

 

большую

 

сум

-

марной

 

емкости

 

других

 

линий

 

и

 

оборудования

и

 

из

-

за

 

этого

 

коммутация

 

включения

 

КЛ

 

по

 

сути

 

вызывала

 

трехфазное

 

ко

-

роткое

 

замыкание

 

на

 

выводах

 

трансформатора

 

с

 

соответству

-

ющим

 

скачкообразным

 

срезом

 

напряжения

 

почти

 

до

 

нулевых

 

значений

 

и

 

его

 

восстановлением

 

в

 

ходе

 

интенсивного

 

переходно

-

го

 

процесса

сопровождавшего

-

ся

 

перенапряжениями

.

В

 

статье

 

анализируется

 

влияние

 

нового

 

поколения

кабельных

 

линий

 

на

 

переходные

 

процессы

 

в

 

электри

-

ческих

 

сетях

показывается

что

 

современные

 

кабели

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

имеют

 

малые

 

волно

-

вые

 

сопротивления

Это

 

обстоятельство

 

в

 

схемах

содер

-

жащих

 

воздушные

 

линии

 

или

 

силовые

 

трансформаторы

способно

 

приводить

 

к

 

возникновению

 

интенсивных

 

пере

-

ходных

 

процессов

сопровождаемых

 

перенапряжениями

опасными

 

для

 

изоляции

 

оборудования

.

Ключевые

 

слова

:

кабельная

 

линия

кабель

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

волновое

 

сопротивление

 

кабеля

переходные

 

процессы

грозовые

 

перенапряжения

коммутационные

 

перенапряжения

Keywords:

power cable, XLPE cable, cable 
surge impedance, transient 
processes, lightning overvoltage, 
switching overvoltage

Т

КЛ

СШ

Сеть

t

k

Рис

. 1. 

Пример

 

схемы

где

 

трансформатор

 

питает

 

отходящую

 

КЛ

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

79

t

k

КЛ -1

КЛ -2

а)

КЛ

ВЛ

б)

t

k

Т

КЛ

t

k

в)

Сеть

Сеть

Сеть

Рис

. 2. 

Примеры

 

схем

 

с

 

кабельными

 

линиями

 

и

 

кабельными

 

вставками

Рис

. 4. 

Напряжение

 

на

 

конце

 

линии

 

при

 

ее

 

включении

 (

схема

 

рисунка

 3)

Другое

 

негативное

 

проявле

-

ние

 

большой

 

погонной

 

емкости

 

заключается

 

в

 

том

что

 

у

 

совре

-

менных

 

кабелей

 

очень

 

маленькое

 

волновое

 

сопротивление

уровня

 

10–30 

Ом

а

 

прокладка

 

несколь

-

ких

 

кабелей

 

на

 

фазу

 

еще

 

сильнее

 

его

 

снижает

Неприятные

 

послед

-

ствия

 

малого

 

Z

как

 

ожидается

могут

 

возникать

 

в

 

схемах

где

 

на

-

пряжение

 

через

 

такую

 

КЛ

 

подает

-

ся

 

на

 

элементы

 

сети

 

с

 

более

 

вы

-

соким

 

Z

например

:

 

на

 

старую

 

кабельную

 

линию

 

(

рисунок

 2

а

),

 

на

 

воздушную

 

линию

  (

рису

-

нок

 2

б

),

 

на

 

трансформатор

 (

рисунок

 2

в

).

0

5

10

15

20

25

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

t

, мс

T

1

u

1

(

t

)

, о.е.

Рассмотрим

 

указанные

 

случаи

 

подробнее

 

и

 

сформулируем

 

при

-

чины

 

опасений

ВОЛНОВЫЕ

ПАРАМЕТРЫ

 

КАБЕЛЯ

Как

 

правило

говоря

 

о

 

параме

-

трах

 

линии

имеют

 

в

 

виду

 

ее

 

погонную

 

емкость

 

и

 

индуктив

-

ность

Однако

 

существует

 

целая

 

серия

 

задач

когда

 

линию

 

пред

-

ставляют

 

не

 

сосредоточенными

 

параметрами

а

 

иначе

 — 

при

 

по

-

мощи

 

волнового

 

сопротивления

 

Z

 

и

 

скорости

 

распространения

 

волны

 

Одна

 

из

 

подобных

 

за

-

дач

 — 

это

 

исследование

 

пере

-

ходных

 

процессов

 

при

 

вклю

-

чении

 

под

 

напряжение

 

линии

 

длиной

 

l

 (

рисунок

 3).

На

 

рисунке

 4 

дана

 

осцилло

-

грамма

 

напряжения

 

в

 

конце

 

ли

-

нии

 

при

 

ее

 

включении

 

вблизи

 

от

 

максимума

 

синусоиды

 

фазного

 

напряжения

 

сети

В

 

момент

 

вклю

-

чения

 

в

 

линию

 

уходит

 

волна

 

на

-

пряжения

величина

 

которой

 

рав

-

на

 

амплитуде

 

напряжения

 

сети

а

 

фронт

 

имеет

 

прямоугольную

 

форму

Далее

 

эта

 

волна

 

распро

-

страняется

 

из

 

начала

 

линии

 

в

 

ее

 

конец

 

и

 

обратно

претерпевает

 

серию

 

отражений

 

и

 

постепенно

 

затухает

 

в

 

силу

 

влияния

 

потерь

В

 

результате

 

напряжение

 

в

 

кон

-

це

 

линии

 

получается

 

в

 

виде

 

за

-

тухающих

 

колебаний

 

П

-

образной

 

формы

Скорость

 

волны

 

при

 

ее

 

рас

-

пространении

 

вдоль

 

линии

 

может

 

быть

 

оценена

 

как

 

 = 

0

 / 

,

где

 

0

 — 

скорость

 

электромагнит

-

ной

 

волны

 

в

 

вакууме

 (300 

м

/

мкс

 

или

 3·10

8

 

м

/

с

), 

 — 

относитель

-

ная

 

диэлектрическая

 

проница

-

емость

 

изоляции

 

линии

  (

для

 

воздуха

 

это

 1,0 

о

.

е

., 

для

 

полиэти

-

лена

 — 2,4 

о

.

е

.). 

Таким

 

образом

для

 

воздушной

 

линии

 

скорость

 

составляет

 300 

м

/

мкс

а

 

для

 

ка

-

бельной

 

в

 

полтора

 

раза

 

мень

-

ше

 — 

около

 200 

м

/

мкс

.

Период

 

колебаний

 

напряжения

 

в

 

конце

 

линии

 

T

 

может

 

быть

 

рас

-

считан

 

как

 4 

времени

 

пробега

 

 

волны

 

из

 

ее

 

начала

 

в

 

конец

T

 = 4 · 



= 4 · (

).

Связь

 

волн

 

напряжения

 

и

 

то

-

ка

которые

 

уходят

 

в

 

линию

 

в

 

момент

 

подачи

 

на

 

нее

 

напря

-

жения

определяется

 

волновым

 

сопротивлением

 

линии

 

Z

Его

 

величина

 

для

 

современных

 

КЛ

 

представлена

 

на

 

рисунке

 5 (

по

 

материалам

 

каталога

 

АВВ

). 

Так

-

же

 

волновое

 

сопротивление

 

за

-

частую

 

известно

 

как

 

L

*

  

C

*

  

,

где

 

L

*

 

и

 

C

*

 — 

погонные

 

индуктив

-

ность

 

и

 

емкость

 

линии

.

Из

 

рисунка

 5 

видно

что

 

волно

-

вое

 

сопротивление

 

современных

 

кабельных

 

линий

 

может

 

варьи

-

роваться

 

в

 

широком

 

диапазоне

 

значений

 

от

 5 

до

 40 

Ом

Если

 

го

-

ворить

 

о

 

наиболее

 

распростра

-

ненных

 

сечениях

 

жилы

то

:

 

на

 6–35 

кВ

 

имеем

 

Z

 

 10 ÷ 15 

Ом

 

на

 110 

кВ

 

имеем

 

Z

 

 15 ÷ 20 

Ом

;

Рис

. 3. 

Включение

 

под

 

напряжение

 

линии

 

длиной

 

l

t

k

e

(

t

)

 

u

1

(

t

)

Z

1

υ

1

l

1

 1 (40) 2017


Page 4
background image

80

 

на

 220–500 

кВ

 

имеем

Z

 

 20 ÷ 30 

Ом

.

Указанные

 

сопротивления

 

характерны

 

для

 

двустороннего

 

заземления

 

экранов

При

 

одно

-

стороннем

 

заземлении

 

экранов

 

или

 

их

 

транспозиции

 

поведение

 

кабелей

 

иное

нежели

 

это

 

пока

-

зано

 

на

 

рисунке

 4. 

Например

при

 

одностороннем

 

заземлении

 

про

-

цессы

 

зависят

 

от

 

того

включает

-

ся

 

ли

 

линия

 

под

 

напряжение

 

с

 

той

 

стороны

где

 

экран

 

заземлен

или

 

с

 

той

 

стороны

где

 

экран

 

раз

-

землен

Если

 

говорить

 

о

 

кабелях

 

с

 

транспозицией

 

экранов

то

 

здесь

 

процессы

 

еще

 

сложнее

поскольку

 

помимо

 

концов

 

линии

 

отражения

 

волн

 

происходят

 

и

 

в

 

промежуточ

-

ных

 

точках

 

трассы

а

 

их

 

характер

 

зависит

 

от

 

того

какие

 

волны

 

рас

-

пространяются

 

не

 

только

 

по

 

рас

-

сматриваемой

 

фазе

 

линии

но

 

и

 

по

 

двум

 

соседним

Однако

 

не

 

будем

 

детализировать

а

 

сосредо

-

точимся

 

на

 

главном

 — 

на

 

явлении

 

переходного

 

резонанса

.

УСЛОВИЯ

 

ВОЗНИКНОВЕНИЯ

 

РЕЗОНАНСА

При

 

включении

 

незаряженной

 

линии

 

напряжение

 

в

 

ее

 

конце

 

не

 

превысит

 

двух

 

амплитуд

 

фазно

-

го

 

напряжения

 

сети

  (

рисунок

 4). 

Импульсные

 

перенапряжения

 

кратности

 1,5–2,0 

о

.

е

не

 

пред

-

ставляют

 

опасности

 

для

 

изоляции

 

исправного

 

оборудования

Одна

-

ко

 

уровень

 

перенапряжений

 

мо

-

жет

 

существенно

 

возрасти

если

 

коммутируется

 

цепочка

 

из

 

двух

 

последовательно

 

расположенных

 

линий

 (

рисунок

 6

а

).

При

 

включении

 

под

 

напряже

-

ние

 

двух

 

последовательно

 

рас

-

положенных

 

линий

 

в

 

месте

 

сопря

-

жения

 

участков

имеющих

 

Z

1

 

 

Z

2

возникают

 

процессы

 

преломле

-

ния

 

и

 

отражения

 

волн

Наиболее

 

интенсивные

 

процессы

 

характер

-

ны

 

при

 

существенном

 

отличии

 

волновых

 

сопротивлений

 (

Z

1

 << 

Z

2

  

или

 

Z

1

 >> 

Z

2

). 

Однако

 

интересен

 

только

 

лишь

 

случай

 

Z

1

 << 

Z

2

когда

 

волна

преломляясь

 

при

 

переходе

 

из

 1-

й

 

линии

 

во

 2-

ю

возрастает

 

по

 

величине

становясь

 

опаснее

 

для

 

изоляции

 

оборудования

Ситуация

когда

 

Z

1

 << 

Z

2

при

-

мечательна

 

еще

 

и

 

тем

что

 

пере

-

ход

 

волн

 

из

 1-

й

 

линии

 

во

 2-

ю

 

почти

 

не

 

сопровождается

 

их

 

отражени

-

ем

 

назад

 

в

 1-

ю

 

линию

Если

 

же

 

волна

 

дошла

 

до

 

конца

 

цепочки

 

линий

отразилась

 

и

 

вернулась

 

в

 

переходной

 

пункт

 

уже

 

со

 

сторо

-

ны

 2-

й

 

линии

то

 

она

 

отражается

 

назад

 

во

 2-

ю

 

линию

не

 

вызывая

 

преломлений

 

в

 1-

ю

 

линию

Таким

 

образом

условие

 

Z

1

 << 

Z

2

  

гаран

-

тирует

что

 1-

я

 

линия

 

нагнетает

 

опасное

 

напряжение

 

во

 2-

й

 

линии

однако

 

при

 

этом

 2-

я

 

линия

 

никак

 

не

 

способна

 

влиять

 

на

 

процессы

 

в

 1-

й

 

линии

Следовательно

, 1-

ю

 

линию

 

допустимо

 

рассматривать

 

как

 

источник

 

напряжения

воздей

-

ствующего

 

на

 2-

ю

 

линию

  (

рису

-

нок

 6

б

).

В

 

схеме

 

рисунка

  6

б

 

напряже

-

ние

 

источника

 

имеет

 

периодиче

-

скую

 

форму

 

сигнала

 

П

-

образной

 

формы

 

с

 

периодом

 

колебаний

 

T

1

 

и

 

частотой

 

f

1

 = 1/

T

1

Если

 

говорить

 

о

 2-

й

 

линии

то

 

здесь

 

колебания

 

напряжения

 

также

 

имеют

 

форму

 

П

-

образных

 

импульсов

 

с

 

перио

-

дом

 

T

2

 

и

 

частотой

 

f

2

 = 1/

T

2

Известно

что

 

в

 

случае

 

f

1

 = 

f

2

,

когда

 

совпадают

 

частоты

 

вынуж

-

дающей

 

силы

 

источника

 

и

 

соб

-

ственных

 

колебаний

 

линии

в

 

схе

-

мах

 

вида

 

рисунка

  6

б

 

на

 

конце

 

линии

 

возникает

 

резонансное

 

по

-

вышение

 

напряжения

Например

частным

 

случаем

 

здесь

 

можно

 

считать

 

достаточно

 

хорошо

 

из

-

ученный

 

емкостный

 

эффект

 

даль

-

них

 

линий

 

электропередачи

когда

 

при

 

увеличении

 

длины

 

односто

-

ронне

 

питаемых

 

ВЛ

 330–750 

кВ

 

в

 

их

 

конце

 

возрастает

 

напряже

-

ние

достигая

 

при

 

длине

 1500 

км

 

опаснейших

 

значений

поскольку

 

собственная

 

частота

 

колебаний

 

ВЛ

 

близка

 

сетевым

 50 

Гц

Итак

путем

 

несложных

 

рас

-

суждений

 

удалось

 

показать

что

 

в

 

схемах

 

с

 

двумя

 

последователь

-

но

 

включенными

 

линиями

 

услови

-

ем

 

для

 

возникновения

 

резонанс

-

ных

 

перенапряжений

 

является

:

 

существенное

 

отличие

 

волно

-

вых

 

сопротивлений

 

Z

1

 << 

Z

2

;

 

совпадение

 

частот

 

f

1

 = 

f

2

 (

пери

-

одов

 

T

1

 = 

T

2

времени

 

пробега

 

1

 = 

2

).

10 к В

Z

, Ом

F

Ж

, мм

2

20 к В

35 к В

110 к В

150 к В

220 к В

330 к В

500 к В

Рис

. 5. 

Волновые

 

сопротивления

 

КЛ

 6–500 

кВ

 

с

 

двусторонним

 

заземлением

 

экранов

 

в

 

зависимости

 

от

 

сечения

 

жилы

 

F

Ж

а)

б)

t

k

e

(

t

)

 

u

1

(

t

)

Z

1

υ

1

l

1

u

1

(

t

)

Z

2

υ

2

l

2

Z

2

υ

2

l

2

u

2

(

t

)

u

2

(

t

)

Рис

. 6. 

Включение

 

под

 

напряжение

 

цепочки

 

из

 

двух

 

последовательно

 

распо

-

ложенных

 

линий

 (

а

и

 

эквивалентная

 

схема

 (

б

)

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

81

Примеры

 

расчетов

 

напряже

-

ния

 

в

 

конце

 

линии

 

представле

-

ны

 

на

 

рисунке

 7. 

Видно

что

 

чем

 

сильнее

 

различаются

 

волновые

 

сопротивления

 

линий

 

при

 

условии

 

равенства

 

периодов

тем

 

опаснее

 

могут

 

быть

 

перенапряжения

На

 

данном

 

этапе

 

пока

 

не

 

будем

 

учи

-

тывать

 

действие

 

ограничителей

 

перенапряжений

 

ОПН

.

Двухчастотные

 

контуры

 

рас

-

сматривались

 

и

 

ранее

напри

-

мер

в

 

одной

 

из

 

глав

 

научной

 

ра

-

боты

 [3], 

однако

 

там

 

речь

 

шла

 

об

 

элементах

 

сети

 

с

 

сосредоточен

-

ными

 

индуктивностью

 

и

 

емкостью

а

 

вовсе

 

не

 

о

 

линиях

 

с

 

распреде

-

ленными

 

параметрами

ха

 

рак

-

теризующимися

 

тем

 

или

 

иным

 

временем

 

пробега

 

волны

Также

 

в

 [3] 

не

 

было

 

дано

 

какого

-

то

 

про

-

стого

 

объяснения

 

сущности

 

на

-

блюдаемого

 

явления

.

Схема

 

рисунка

 6 

и

 

резонансное

 

повышение

 

напряжения

 

в

 

конце

 

линии

 

позволяют

 

предположить

по

 

какой

 

причине

 

и

 

при

 

каких

 

ус

-

ловиях

 

в

 

сетях

 

с

 

современными

 

кабелями

 

может

 

повреждаться

 

оборудование

Если

 

волновое

 

со

-

противление

 

кабеля

 

с

 

изоляцией

 

из

 

СПЭ

 

составляет

 

всего

 

не

 

более

 

30 

Ом

то

 

у

 

воздушной

 

линии

 — 

уже

 

на

 

порядок

 

выше

у

 

трансфор

-

матора

 — 

на

 2–3 

порядка

 

выше

Именно

 

в

 

схемах

 

вида

 

рисунка

 2

б

 

и

 

рисунка

  2

в

когда

 

через

 

кабель

 

с

 

малым

 

волновым

 

сопротивлени

-

ем

 

питание

 

подается

 

на

 

элемент

 

сети

 

с

 

большим

 

волновым

 

сопро

-

тивлением

могут

 

выполняться

 

обозначенные

 

выше

 

условия

 

ре

-

зонанса

.

Особую

 

опасность

 

представ

-

ляют

 

случаи

 

T

1

 

 

T

2

  (

1

 = 

2

), 

ха

-

рактерные

 

для

 

схем

где

 

длина

 

кабельного

 

участка

 

оказывается

 

одного

 

порядка

 

с

 

длиной

 

воздуш

-

ного

или

 

же

 

с

 

длиной

 

обмотки

 

трансформатора

КАБЕЛЬНО

-

ВОЗДУШНЫЕ

 

ЛИНИИ

Для

 

кабельно

-

воздушных

 

линий

 

в

 

настоящее

 

время

 

имеется

 

це

-

лый

 

комплекс

 

проблемных

 

вопро

-

сов

среди

 

которых

:

 

требования

 

к

 

составу

 

обору

-

дования

 

переходных

 

пунктов

 

(

ПП

);

 

требования

 

к

 

сопротивлению

 

заземления

 

ПП

;

 

организация

 

автоматического

 

повторного

 

включения

 (

АПВ

);

 

организация

 

защиты

 

от

 

грозо

-

вых

 

перенапряжений

.

Оптимальный

 

состав

 

оборудо

-

вания

 

ПП

то

 

есть

 

необходимость

 

установки

 

на

 

ПП

 

разъединителей

 

и

 

измерительных

 

трансформато

-

ров

является

 

проблемой

которая

 

не

 

нашла

 

пока

 

еще

 

единого

 

реше

-

ния

Также

 

и

 

требования

 

к

 

зазем

-

лению

 

ПП

.

Предложения

 

по

 

АПВ

 

были

 

высказаны

 

в

 [4] 

и

 

заключались

 

в

 

оснащении

 

мест

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

 

специальными

 

измерительными

 

трансформато

-

рами

 

тока

позволяющими

 

в

 

слу

-

чае

 

повреждения

 

на

 

кабельном

 

участке

 

сформировать

 

команду

 

на

 

запрет

 

АПВ

.

Соображения

 

по

 

защите

 

от

 

перенапряжений

 

были

 

высказа

-

ны

 

в

 

статье

 [5], 

где

 

полагалось

что

 

основную

 

опасность

 

пред

-

ставляют

 

не

 

коммутационные

а

 

грозовые

 

процессы

В

 

частно

-

сти

в

 [5] 

отмечена

 

ошибочность

 

положений

 

ПУЭ

разрешающих

 

не

 

ставить

 

ограничители

 

перенапря

-

жений

  (

ОПН

по

 

концам

 

кабель

-

ных

 

вставок

 

длиной

 

более

 1,5 

км

Отсутствие

 

указанных

 

ОПН

 

уже

 

привело

 

к

 

значительному

 

ущербу

 

на

 

ряде

 

объектов

и

 

поэтому

без

-

условно

на

 

всех

 

переходных

 

пун

-

ктах

 

вне

 

зависимости

 

от

 

длины

 

кабельной

 

линии

 

следует

 

разме

-

4,9

5,0

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

4,9

5,0

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

4,9

5,0

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

-16

-12

-8

-4

0

4

8

12

16

4,9

5,0

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

-16

-12

-8

-4

0

4

8

12

16

а)

б)

в)

г)

t

, мс

t

, мс

t

, мс

t

, мс

Z

Z

1

Z

= 10

Z

1

Z

= 100

Z

1

Z

= 1000

Z

1

T

T

1

T

T

1

T

T

1

T

T

1

u

2

(

t

)

, о.е.

u

2

(

t

)

, о.е.

u

2

(

t

)

, о.е.

u

2

(

t

)

, о.е.

Рис

. 7. 

Напряжение

 

на

 

конце

 

цепочки

 

из

 

двух

 

линий

 

при

 

ее

 

включении

 (

схема

 

рисунка

 6) 

в

 

зависимости

 

от

 

соотношения

 

волновых

 

сопротивлений

 

Z

1

 

и

 

Z

2

 1 (40) 2017


Page 6
background image

82

щать

 

ОПН

 ( #1 

на

 

рисунке

 8

а

). 

Так

-

же

 

по

 [5] 

ОПН

 

нужны

 

и

 

на

 

входе

 

КЛ

 

в

 

распределительное

 

устрой

-

ство

 (#2 

на

 

рисунке

 8

а

).

Новые

 

исследования

 

дали

 

ос

-

нования

 

полагать

что

 

для

 

кабель

-

но

-

воздушных

 

линий

 

серьезную

 

опасность

 

могут

 

представлять

 

не

 

только

 

грозовые

но

 

даже

 

и

 

ком

-

мутационные

 

перенапряжения

а

 

именно

 — 

рассмотренное

 

явле

-

ние

 

переходного

 

резонанса

Для

 

борьбы

 

с

 

этими

 

перенапряжени

-

ями

которые

 

при

 

коммутациях

 

могут

 

возникать

 

в

 

конце

 

воздуш

-

ной

 

линии

на

 

ее

 

входе

 

в

 

распре

-

делительное

 

устройство

 

должны

 

быть

 

установлены

 

ОПН

 (

см

. #3 

на

 

рисунке

  8

а

). 

Такие

 

ОПН

 

весьма

 

полезны

 

и

 

для

 

защиты

 

изоляции

 

распределительного

 

устройства

 

от

 

набегающих

 

с

 

линии

 

грозовых

 

волн

но

увы

зачастую

 

ОПН

 

от

-

сутствуют

Если

 

этих

 

ОПН

 

дей

-

ствительно

 

нет

то

 

снизить

 

воз

-

действия

 

на

 

оборудование

 

можно

если

 

подавать

 

напряжение

 

на

 

ли

-

нию

 

не

 

со

 

стороны

 

ее

 

кабельного

 

участка

а

 

со

 

стороны

 

воздушного

 

(

уровни

 

грозовых

 

перенапряже

-

ний

 

не

 

изменятся

но

 

переходный

 

резонанс

 

будет

 

исключен

).

Только

 

наличие

 

комплектов

 

ОПН

 

на

 

всех

 

ПП

а

 

также

 

на

 

всех

 

входах

 

КЛ

 

и

 

ВЛ

 

в

 

распределитель

-

ные

 

устройства

полностью

 

защи

-

тит

 

кабельно

-

воздушные

 

линии

 

от

 

перенапряжений

 

как

 

грозовых

так

 

и

 

коммутационных

 (

в

 

том

 

числе

 

от

 

переходного

 

резонанса

).

СИЛОВЫЕ

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Считается

что

 

волновым

 

сопро

-

тивлением

 

можно

 

характери

-

зовать

 

лишь

 

те

 

линии

которые

 

расположены

 

вдоль

 

поверхности

 

земли

 (

или

 

заземленного

 

экрана

), 

поскольку

 

в

 

таком

 

случае

 

погон

-

ные

 

параметры

такие

 

как

 

индук

-

тивность

 

и

 

емкость

неизменны

 

вдоль

 

трассы

 

линии

Однако

на

-

пример

в

 

мировой

 

литературе

 

волновое

 

сопротивление

 

вводят

 

и

 

для

 

опор

 

ВЛ

хотя

 

они

 

перпенди

-

кулярны

 

земле

и

 

емкость

 

на

 

зем

-

лю

 

существенно

 

различается

 

для

 

верхних

 

и

 

нижних

 

элементов

 

опо

-

ры

Также

волновое

 

сопротивле

-

ние

 

вводится

 

и

 

для

 

канала

 

молнии

 

на

 

участке

 

между

 

облаком

 

и

 

зем

-

лей

и

 

даже

 

для

 

обмоток

 

силового

 

трансформатора

Использование

 

волновой

 

модели

 

обмоток

 

транс

-

форматора

 

отчасти

 

спорно

одна

-

ко

 

позволяет

 

сделать

 

новые

 

пред

-

положения

 

о

 

возможных

 

причинах

 

повреждения

 

изоляции

что

 

может

 

оказаться

 

полезно

поскольку

 

со

-

гласно

 [6] 

многие

 

аварии

 

до

 

сих

 

пор

 

не

 

нашли

 

объяснения

Если

 

рассматривать

 

обмотку

 

трансформатора

 

как

 

линию

 

с

 

рас

-

пределенными

 

параметрами

то

 

ее

 

волновое

 

сопротивление

 

мож

-

но

 

оценить

 

в

 

тысячи

 

Ом

скорость

 

распространения

 

волны

 — 

на

 

уровне

 150–200 

м

/

мкс

  (

и

 

для

 

об

-

моток

 

в

 

масле

и

 

для

 

сухих

 

транс

-

форматоров

). 

Длина

 

обмоток

 

трансформаторов

 

может

 

дости

-

гать

 

сразу

 

нескольких

 

километров

как

 

и

 

длина

 

кабельных

 

линий

.

Волновые

 

сопротивления

 

ка

-

беля

 

и

 

обмотки

 

трансформатора

 

гораздо

 

лучше

 

отвечают

 

условию

 

резонанса

 

Z

1

 << 

Z

2

нежели

 

это

 

было

 

для

 

кабеля

 

и

 

воздушной

 

ли

-

нии

Также

 

и

 

второе

 

условие

 

резо

-

нанса

 

T

1

 = 

T

2

 

чаще

 

всего

 

выполни

-

мо

 

именно

 

для

 

кабелей

 

и

 

обмоток

 

трансформаторов

поскольку

 

ско

-

рости

 

волн

 

и

 

длины

 

у

 

них

 

могут

 

быть

 

сопоставимы

 (

тогда

 

как

 

дли

-

на

 

воздушной

 

линии

как

 

правило

в

 

разы

 

больше

 

длины

 

кабельных

 

участков

). 

Таким

 

образом

самых

 

опасных

 

последствий

 

от

 

явле

-

ния

 

переходного

 

резонанса

 

сле

-

дует

 

ждать

 

для

 

схем

 

с

 

кабелями

 

и

 

трансформаторами

а

 

вовсе

 

не

 

для

 

кабельно

-

воздушных

 

линий

При

 

включении

 

силового

 

транс

-

форматора

 

под

 

напряжение

 

через

 

кабельную

 

линию

  (

схема

 

рисун

-

ка

 2

в

процессы

 

в

 

нем

 

будут

 

зави

-

сеть

 

от

 

схемы

 

соединения

 

обмоток

 

(

звезда

треугольник

), 

а

 

также

 

от

 

состояния

 

нейтрали

 

трансфор

-

матора

:

 

при

 

соединении

 

обмоток

 

в

 

звез

-

ду

 

с

 

незаземленным

 

выводом

 

нейтрали

 

наиболее

 

опасные

 

перенапряжения

 

возникают

 

вблизи

 

от

 

нейтрали

 

обмотки

достигая

 

максимальных

 

зна

-

чений

 

при

 

условии

 

T

1

 = 

T

2

 (

при

 

 

2

 

кабель

 

и

 

обмотка

 

равной

 

длины

);

 

при

 

соединении

 

обмоток

 

в

 

звезду

 

с

 

заземленным

 

выво

-

дом

 

нейтрали

 

или

 

при

 

соеди

-

нении

 

в

 

треугольник

 

наиболее

 

опасные

 

перенапряжения

 

воз

-

никают

 

в

 

средней

 

части

 

обмот

-

ки

достигая

 

максимальных

 

значений

 

при