ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Опыт развития и эксплуатации электрических сетей сельского электроснабжения говорит о том, что основными проблемами для потребителей являются недостаточный уровень надежности работы сети и не всегда отвечающее требованиям стандарта качество электроэнергии. Задачи повышения надежности электроснабжения и улучшения качества электроэнергии у потребителей остаются актуальными как на стадиях проектирования развития сети, так и в процессе ее эксплуатации [1].

Одной из причин возникновения аварийных ситуаций и повреждения оборудования в элементах сети являются повышения напряжения сверх рабочих эксплуатационных значений (перенапряжения). Принято различать грозовые (внешние) и коммутационные (внутренние) перенапряжения. Вопросы анализа и ограничения грозовых перенапряжений связаны с устройством молниезащиты объектов и представляют отдельную задачу исследования [1-2].

Процесс эксплуатации электрических сетей сопровождается плановыми и аварийными коммутациями. Каждая  коммутация связана с колебаниями электрической и магнитной энергий, запасенных в реактивных элементах сети. Возникающий переходный процесс часто сопровождается перенапряжениями, которые могут привести к перекрытию изоляции.

Максимальные значения коммутационных перенапряжений зависят от многих факторов, среди которых наиболее существенными являются схема электрической сети, параметры ее элементов, характеристики выключателя. Помимо перенапряжений, возникающих при переходном процессе в результате срабатывания коммутационных аппаратов, возможно возникновение перенапряжений при неустойчивом горении дуги  в месте однофазного замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью [1, 3-4].  

С точки зрения воздействия на изоляцию электрооборудования видами коммутационных перенапряжений являются: фазные перенапряжения, воздействующие на изоляцию токоведущих частей по отношению к земле; междуфазные, воздействующие на изоляцию между токоведущими частями различных фаз; междуконтактные, возникающие между разомкнутыми контактами коммутационных аппаратов [1].

При проектировании изоляционных конструкций наиболее значимыми являются следующие характеристики перенапряжений:

– максимальное значение напряжения или его кратность по отношению к амплитуде наибольшего рабочего напряжения;

– форма кривой перенапряжения;

– состав электрооборудования электрической сети, подверженного действию данного вида перенапряжения.

Большинство видов коммутационных перенапряжений подлежат ограничению. Средствами ограничения перенапряжений в настоящее время рассматриваются различные схемы включения нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН). ОПН выполняются на основе материалов с высокой степенью нелинейности, что позволяет отказаться от использования искровых промежутков. Преимуществами ОПН являются возможность глубокого ограничения перенапряжений, в том числе междуфазных, большая пропускная способность, малые габариты [1].

Применительно к ОПН отсутствует понятие напряжения гашения.

Технико-экономическое обоснование мер защиты от перенапряжений включают оценку ущерба вследствие повреждения, простоя или ремонта электрооборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса.

Исследование характеристик перенапряжений, возникающих при основных видах коммутаций в электрической сети, в том числе с использованием современных моделирующих программных комплексов, и на их основе разработка рекомендаций по ограничению перенапряжений является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Существенный вклад в теорию коммутационных перенапряжений в электрических сетях и вопросы их ограничений содержится в работах отечественных ученых: В.В. Базуткина, И.В. Будзко, В.А. Веникова, А.А. Герасименко, Ф.А. Гиндуллина, К.П. Кадомской, Н.Н. Тиходеева, Ф.Х. Халилова, Е.Ф. Цапенко и др.; иностранных ученых: A. Araujo, W. Clarence, Y. Yuhong и др. Данные работы способствовали развитию теории и методов ограничения перенапряжений и могут являться базой для дальнейших исследований.

Цель исследования: на основе анализа электрических схем, возникающих при коммутациях в сельских распределительных сетях, исследовать основные характеристики коммутационных перенапряжений и разработать рекомендации по ограничению уровня перенапряжений, что позволит существенно повысить надежность работы электрооборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ распределительных электрических сетей района и определить на основании опыта эксплуатации основные виды рабочих и аварийных коммутаций, приводящих к существенным перенапряжениям в сети и снижению эксплуатационной надежности оборудования.

2. Исследовать переходные процессы и характеристики перенапряжений при основных видах коммутаций в сельских распределительных сетях: при включение ненагруженных линий (в том числе в циклах АПВ); при перемежающихся замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью; при создании феррорезонансных схем.

3. Разработать компьютерные модели для анализа процессов при коммутациях в сельских распределительных сетях с использованием программного комплекса динамического моделирования SimInTech.

4. Разработать рекомендации по ограничению уровней коммутационных перенапряжений в сельских распределительных сетях на основе современных аппаратных средств.

Объект исследования: питающие электрические сети 35-110 кВ, сельские распределительные сети 10-35 кВ района электроснабжения.

Предмет исследования: характеристики перенапряжений при рабочих и аварийных коммутациях в сельских электрических сетях.

Новизна работы заключается в системном анализе схем и характеристик переходных процессов при коммутациях в сельских сетях, а также в разработке компьютерных моделей феррорезонансных схем с использованием программного комплекса SimInTech.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость заключается в совершенствовании методов анализа переходных процессов при коммутациях в электрических сетях, а также в разработанных компьютерных моделях исследования процессов при феррорезонансе.

Практическую значимость имеют разработанные рекомендации по ограничению уровней коммутационных перенапряжений в распределительных сетях.