kp_loeng5

Kõrgepingetehnika

Ü. Treufeldt. TTÜ elektroenergeetika instituut 140

6 Siseliigpinged elektrisüsteemides

6.1 Siseliigpingete üldiseloomustus Liigpingeteks nimetatakse pingeid, mille väärtus ületab isolatsioonile ettenähtud maksimaalset pinget.

Isolatsioonile ettenähtud maksimaalne pinge on tavaliselt suurima lubatava kestevpinge maksimaalväärtus:

• faasi ja maa vahelisele isolatsioonile lub3

2U

• faasidevahelisele isolatsioonile lub2U ,

kus lubU on suurima lubatava kestevpinge efektiivväärtus

Liigpinget iseloomustavad:

• pinge suurim väärtus (sageli suhteline väärtus isolatsioonile lubatava suurima pinge suhtes)

• pinge kuju

• esinemissagedus

Liigpingete klassifikatsioon põhjuse järgi:

Liigpinged

Atmosfääri

liigpinged Siseliigpinged

Kommutatsiooni-liigpinged

Resonants liigpinged

Kõrgepingetehnika


Liigpingete omadusi: Atmosfäärilised liigpinged: Siseliigpinged:

• suurem amplituud • väiksem amplituud (2…4 x lubatav)

• lühem kestus • pikem kestus

• unipolaarne impulss • enamasti võnkuv impulss

Siseliigpingete tekkepõhjuseid: Elektrisüsteem sisaldab kontsentreeritud ja jaotatud parameetritega induktiivsusi ja mahtuvusi. Mahtuvuste ja induktiivsuste vahel võivad toimuda võnkeprotsessid. Normaaltalitlusel sellised võnkeprotsessid praktiliselt ei avaldu, kuid järsud muutused (lülitamised, lühised, katkemised) ja ebanormaalsed harmoonikud (asümmeetrilised talitlused, ebalineaarsed tarbijad) elektrisüsteemis võivad põhjustada mahtuvustesse kätketud elektrilise energia ja induktiivsustesse salvestatud magnetilise energia vahelisi võnkumisi. Sellised energia võnkumised võivad sageli põhjustada liigpingeid.

Kommutatsiooniliigpinged e lülitusliigpinged

• Liini ja trafode sisselülitamine

• Liini taaslülitamine TLA abil

• Koormamata liini väljalülitamine

• Koormamata trafo väljalülitamine

• Ebapüsiv kaarmaaühendus

Resonantsliigpinged

• Resonants sagedusel 50 Hz

• Kõrgemate harmoonikute resonants

• Ferroresonants

• Madalharmoonikute resonants

• Parameetriline resonants

Kõrgepingetehnika


Tabel 6.1 Liigpingete klassifikatsioon kuju järgi

6.2 Kommutatsiooniliigpinged

6.2.1 Kommutatsiooniliigpinged liini sisselülitamisel

Liini sisselülitamisel tekivad mitmesugused peegeldused ja vabad võnkumised.

Koormamata liini sisselülitamisel tänu peegeldustele pinge liini lõpus kahekordistub.

Lisaks sellele tekivad liinis mahtuvuste ja induktiivsuste vahel vabad võnkumised, mille väljendajateks on kõrgemad harmoonikud.

Liini lõpus kujunev pingete pilt on joonisel 6.1.

Kõrgepingetehnika


Joonis 6.1 Liini sisselülitamist kirjeldav skeem

Kus e(t)on toiteallika elektromotoorjõud: ( ) ( )ϕω += tEte m sin

Le on toiteallika induktiivsus

L’ on liini kilomeetri induktiivsus

l on liini pikkus

C’ on liini kilomeetri mahtuvus

( )tlu , on pinge liini lõpus

Liini lõpus tekkiv pinge ( )tlu , ja selle põhikomponendid on joonisel 6.2.

Joonis 6.2 Koormamata liini sisselülitamisel liini lõpus tekkiv pinge

1 – sundkomponent

2 – vabavõnkumise 1. harmoonik

3 – vabavõnkumise 2. harmoonik

e(t) Le L’l/2 L’l/2

C’l/2 ( )tlu ,

( )mE

tlu ,

1

– 1

– 2

– 3

ω t 360°

2

1

3

( )tlu ,

Kõrgepingetehnika


Kui liini sisselülitamisel sulguvad poolused mitteüheaegselt, siis juhtme potentsiaal ei ole sisselülitamisel “0” ja tekkivad liigpinged on veelgi suuremad.

Vabaharmoonikute amplituud on suurim, kui sisselülitamise hetkel on pinge nurk 90° või 270°.

6.2.2 Automaatsel taaslülitamisel tekkiv liigpinge ATL-i mõte seisneb lühisekaare kustumises liini hetkelisel väljalülitamisel ja kaare uuesti mittesüttimisel liini taaslülitamisel.

ATL-ist põhjustatud liigpingeid on sobiv vaadelda joonisel 6.3 näidatud isoleeritud neutraaliga keskpingeskeemi alusel.

Joonis 6.3 ATL-i toimet kirjeldav skeem

ATL-i tsükkel koosneb pärast kaarlühise tekkimist järgmistest etappidest:

• lüliti K2, kui lühisele lähem, lülitub välja ja tekib lühiajaline ühepoolse toitega talitlus, mille korral pinged liini otstes hakkavad erinema (faaside mahtuvuste ja lühise tõttu)

• lüliti K1 lülitub välja ja katkestab lühisekohas voolava mahtuvusliku voolu selle nullväärtushetkel, mis tähendab, et väljalülitamise hetkel on pinge väärtus maksimaalne. Vigase faasi laeng voolab kaare kaudu kiiresti maha, aga tervete faaside laeng aeglaselt läbi liini oomiliste põikjuhtivuste (0,4 s pärast on pinge U0 60…70% esialgsest: U0 = 0,6…0,7 U0alg).

• lüliti K2 sisselülitamine

• lüliti K1 sisselülitamine ja normaalse talitluse taastamine. Tekivad suurimad liigpinged: tervete faaside jääkpingele liituvad pingeallikate sundkomponent ja liini sisselülitamisest põhjustatud harmoonikud.

Vastavaid pingegraafikuid on kujutatud joonisel 6.4.

E1 L1

E2 L2

F

K1 K2

Kõrgepingetehnika


Joonis 6.4 ATL-il tervetes faasides tekkivad liigpinged

Tervetes faasides tekkiva liigpinge suurus sõltub oluliselt sisselülitamise hetkest.

Kui sisselülitamisel on allika pinge nurk 0…180°, siis on toiteallika emj ja tervete faaside jääkpinge U0 vastasmärgiga ja tekkivad liigpinged suuremad kui pinge sisselülitamisnurkade 180…360° korral.

Suurimad liigpinged tekivad kui sisselülitamisnurk on 90°.

Pingekõver hakkab pärast sisselülitamist võnkuma sumbuvalt elektromotoorjõu tekitatud pinge sundkomponendi ümber kuni vabade võnkumiste täieliku sumbumiseni.

Taas-sisselülitamisel tekkiva pinge suurima hetkväärtuse ja elektromotoorjõu poolt tekitatud pinge amplituudväärtuse suhet nimetatakse pinge löögiteguriks ku .

Pinge löögiteguri sõltuvust sisselülitamisnurgast iseloomustab joonis 6.5.

Joonis 6.5 Löögiteguri ku sõltuvus sisselülitamisnurgast

Toiteallika emj

U0 alg U0

tATL K1 välja K1 sisse

u Suurim pinge liinil

Pinge liinil

ku

2,0

1,5

1,0

2,5

0 180° 360°

1

2

1: U0 = 1

2: U0 = 0

Kõrgepingetehnika


6.2.3 Koormamata liini väljalülitamine Koormamata liinis voolab väike mahtuvuslik vool, seega võib koormamata liini vaadelda kontsentreeritud mahtuvusena CL .

Toiteallikas (toitevõrk) on valdavalt induktiivne L1, kuid sisaldab ka põikmahtuvusi C1.

Joonis 6.6 Koormamata liini väljalülitamise skeem

Enne liini väljalülitamist U1 = U2 .

Liini väljalülitamisel tekib võimsuslüliti pooluste vahele elektrikaar.

Elektrikaar kustub ja liin lülitub välja, kui vool läbib nullväärtust (ajahetkel t1).

Mahtuvusliku voolu nullväärtushetkel on pinge maksimaalne.

Seega jääb liin pärast väljalülitamist lühiajaliselt laetuks vastavalt pinge maksimaalväärtusele.

180° pärast kaare kustumist muutub pingete U1 ja U2 vahe maksimaalseks ja elektrikaar lüliti pooluste vahel võib taassüttida (ajahetkel t2).

Süttinud elektrikaar pingestab liini uuesti pingega U1 (maksimaalväärtusega), mille tõttu pinge (liinis) U2 hakkab vastavalt omavõnkesagedusele ω võnkuma ümber pinge U1 kuni vool läbib uuesti nullväärtust ja toimub jälle kaare kustumine.

Omavõnkesagedus avaldub valemiga

( )LCCL +=

11

1ω

Kaare taassüttimine oleneb ka lüliti poolustevahelise elektrilise tugevuse kasvamiskiirusest, mis on õhklülititel oluliselt suurem kui õlilülititel.

Koormamata liini väljalülitamisel esinevate pingete ja voolude kõverad on joonisel 6.7.

E1

L1 U1 U2

C1 CL

VL

Kõrgepingetehnika


Joonis 6.7 Pinged ja voolud koormamata liini väljalülitamisel

Põhimõtteliselt sarnane pilt tekib ka mahtuvuste (kondensaatorpatareide) väljalülitamisel.

6.2.4 Koormamata trafo väljalülitamine Trafo väljalülitamine toimub ülempingepoolelt eeldusel, et alampingepoole võimsuslüliti on eelnevalt väljalülitatud.

Trafo induktiivsust ja mahtuvust arvestav aseskeem on joonisel 6.8.

Joonis 6.8 Koormamata trafo väljalülitamise aseskeem

Mahtuvus C on trafo ja ülempingepoole lattide (kuni lülitini) summaarne mahtuvus.

Induktiivsus L on trafo magneetimisahela induktiivsus.

0

1

2

3

− 1

− 2

− 3

u

U1=U2 U2

U1 t

i

t1 t2

t

L

U

C

E

Kõrgepingetehnika


Olgu ahela katkestamise hetkel pinge mahtuvusel U0 ja vool induktiivsusel I0 .

Siis energia tasakaaluvõrrand avalduks kujul

222

2max

20

20 CUCULI

=+

Siit saab tuletada liigpinge suurima väärtuse

20

20max U

C

LIU +=

Joonis 6.9 Teoreetiliselt maksimaalse liigpinge tekkimine koormamata trafo väljalülitamisel

Liigpinge kujutab endast sumbuvat võnkumist omavõnkesagedusega

LC

1=ω .

Teoreetiliselt võib liigpinge ületada nimipinget kuni 5 korda, kuid pinge kasvades tekib lülitis kaare taassüttimine, mis piirab liigpinge liigset kasvu.

Kaare taassüttimist arvestav liigpingekõver on joonisel 6.10.

Joonis 6.10 Tegelik liigpinge koormamata trafo väljalülitamisel

Utaas + E

I0

U0

Umax teoreetiline U, I

U=E

i

t

Umax tegelik

U, I

Umax

I0

U0 U=E

i

t

Kõrgepingetehnika


Kaare taassüttimispinge Utaas kasvab aja kasvades seoses lüliti pooluste eemaldumisest tingitud elektrilise tugevuse kasvuga.

6.2.5 Ebapüsiv kaarmaaühendus Ühefaasiline maaühendus on tavalisim võrgusageduslike liigpingete põhjustaja tervetes faasides.

Liigpinge amplituud sõltub võrgu neutraali maandusviisist:

• liigpinge amplituudväärtus võrdub isoleeritud ja kompenseeritud võrgus kuni 1,8 kordse nimipinge amplituudiga.

• Jäigalt maandatud võrgus ei ületa liigpinge amplituudi kordsus tavaliselt 1,4.

Liigpinge kestab maaühenduse tekkimisest kuni lõppemiseni (väljalülitamiseni).

Kõige ohtlikum on ebapüsiv kaarmaaühendus, eriti isoleeritud või kompenseeritud neutraaliga võrkudes (keskpingevõrkudes), kus madalsageduslikule liigpingele lisanduvad kaare kustumisest ja süttimisest tekkivad võnkumised.

Sellisel juhul võib liigpinge kordsus olla kuni 4 (halvimatel juhtudel kuni 7).

Kaarmaaühendus isoleeritud neutraaliga võrgus Maaühenduse korral sulgub vooluahel isoleeritud neutraaliga võrgus õhu- ja/või kaabelliinide ning maa vahelise mahtuvuse kaudu.

MCI

MBI

0C 0C 0C

Joonis 6.11 Ühefaasiline maaühendus isoleeritud neutraaliga võrgus

UA

UB UC

MI

MI

c c

c

MAI

Kõrgepingetehnika


Rikkekoha võrgusageduslik maaühendusvool jäikmaaühendusel ( 0=FR ):

ΣΣΣ

=== 000

333

CUBUX

UI nCn

C

nM ω ,

kus Σ0C on kogu galvaaniliselt ühendatud jaotusvõrgu resulteeriv

nulljärgnevusmahtuvus (mahtuvus maa suhtes).

Jaotusvõrgus, milles n galvaaniliselt ühendatud liini:

∑=

Σ =n

iii lcC

1

,00

kus: ,0ic on i-nda liini 1 km mahtuvus maa suhtes

il on i-nda liini pikkus

Maaühendusega kaasneb keskpingevõrgus võrgusagedusliku pingesüsteemi nullpunkti (pinge)nihe.

Joonis 6.12 Pingete muutumine ühe faasi maaühendusel

Põhilist ohtu keskpingevõrgus kujutab pinge tõus tervetes faasides. Halvimal juhtumil (jäikmaaühendusel) ulatub tervete faaside võrgusageduslik pinge 1,7

kordse nimipingeni (täpsemalt: nU⋅3 ).

Üleminekuga rikketalitlusele kaasneb aga oluline siirdeprotsess, mis põhjustab olulisi transientliigpingeid.

AU

C

U

0=MA

U

0

U

MBU MC

U

0

'0

Kõrgepingetehnika


1. etapp – pinge hüpe

Oletame, et faasis A tekib maaühendus hetkel ts, mille alghetkel tervete faaside pinge maa suhtes on UB(ts) ja UC(ts).

Maaühenduse tõttu ühendub nüüd terve faasi B mahtuvus maa suhtes C0 rööpselt faaside A ja B vahelise mahtuvusega C , millele on rakendatud pinge UAB(ts) . Kahe rööpse mahtuvuse pinged võrdsustuvad praktiliselt hetkeliselt ja näiteks faasi B tekib hetkeliselt pinge suurusega UBalg:

( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )sAsBsAsBB

aB tkUtUCC

tUtUCtUCU −=

+−+

=0

10lg ,

kus: CC

Ck

+=

0

tavaliselt: C = (0,25…0,3) C0 , seega: k = 0,2…0,25.

Faasis C toimub pinge hüpe analoogselt.

2. etapp – vabad võnkumised

Tervete faaside mahtuvused laaduvad ümber läbi toiteallika (trafo) induktiivtakistuste (liinide induktiivsus on suhteliselt tühine), mis tekitab tervetes faasides sumbuvaid pinge omavõnkumisi (ω1) ümber võrgusagedusliku pingekomponendi (sundkomponendi).

Tervetes faasides saabub kogupinge maksimum maaühenduse alghetkest ligikaudu omavõnkesageduse poolperioodi võrra hiljem.

Pinge vabavõnkumised tekitavad kõrgsagedusliku voolukomponendi

( ) tUCCI fv 101 sin2 ωω += ,

kus: uf on faasipinge,

ω1 on vabavõnkumiste nurksagedus.

Koguvool maaühenduskohas on võrgusagedusliku voolu IM ja vabavõnkumis-voolu Iv summa

I = IM + Iv

3.etapp – kaare kustumine

Kui koguvool läbib nullväärtust (tk), võib maaühenduskaar kustuda. Kuna voolu vabavõnkumiste sagedus ja amplituud on palju suuremad kui võrgusagedusliku voolu sagedus ja amplituud, siis läbib vool nullväärtust praktiliselt tervete faaside pinge maksimumi ajal. Kui kaar kustub, hakkab kaarekanali elektriline tugevus kiiresti kasvama.

Kõrgepingetehnika


Kaare kustumise hetkel on terved faasid B ja C laetud laenguga vastavalt C0UB max ja C0UC max . Rikkefaasi A laeng on 0.

Summaarne laeng jaguneb nüüd võrdselt kõigi kolme faasi mahtuvuste vahel tekitades kõikidel faasidel pingenihke ∆U (nn. neutraali pingenihe):

Pärast kaare kustumist tekib suhteliselt lühiajaline väikese amplituudiga (ω2) sumbuv omavõnkumine.

Suurim pinge väärtus ja pingenihe on omavahel seotud. Suurim pinge tekib siis, kui pingenihe

fUU 2,1=∆

Kui pingenihe fUU 2,1>∆ , siis sellel voolu nullväärtuse läbimisel kaar ei

kustu ja tuleb oodata järgmist voolu nullväärtust.

4. etapp – kaare taassüttimine

Pärast kaare kustumist võib kaar süttida siis, kui võrgusageduslik pinge ületab kaarevahemiku elektrilise tugevuse.

Uus kaare süttimine võib toimuda pool perioodi (või veidi vähem) pärast kaare kustumist (ts2 joonisel 6.13).

Kaare uuestisüttimine põhjustab suurimaid liigpingeid, kui kaar süttib 68° pärast pinge sundkomponendi nullväärtuse läbimist.

Teoreetiliselt on igal järgmisel kaare taassüttimisel liigpinged suuremad. See kasv on siiski aeglustuv, kuna toimivad kaks vastassuunalist nähtust:

• laengute kogunemine mahtuvustesse pärast igat kaare kustumist

• laengute voolamine maasse igal kaare põlemisel

Kaare taassüttimiste põhjustatud liigpingeid tervetes faasides iseloomustab tabel 6.2.

Tabel 6.2 Kaare süttimisel (n = 1) ja taassüttimistel (n = 2,3,4,5) tekkivate liigpingete maksimaalsed väärtused

Kaare süttimise järjekorranumber Liigpinge kordsus Umax / Uf

n = 1 2,22

n = 2 3,28

n = 3 3,80

n = 4 4,04

n = 5 4,14

Kõrgepingetehnika


Joonis 6.13 Pingete ja voolu kõverad faasi A maaühendusel isoleeritud neutraaliga võrgus

I

IM Iv + IM

ts1 tk1

ts2

A uA

1,2Uf

ϕ = 68°

C uC

uAC

1,2Uf

B

uB

uAB 1,2Uf

UB alg

UC alg

Kõrgepingetehnika


6.3 Resonantsliigpinged Resonantsliigpinged esinevad ahelates, kus induktiivsus ja mahtuvus on jadaühenduses ja nende omavõnkesagedus on lähedane toiteallika sagedusele.

Näide: kõrgepingeliinide pikikompensatsioon.

Joonis 6.14 Pikikompenseeritud liini lühis

Pikimahtuvusega kompenseeritakse osaliselt liini induktiivtakistust, millega parandatakse liini ülekandevõimet.

Kui tekib lühis mahtuvuse “taga” ning induktiivsuse ja mahtuvuse omavõnkesagedus läheneb 50 Hz-le, tekib liinis resonants. Resonantsi tagajärjel kasvab liini vool I ja kondensaatorile rakenduv pinge UC

CIIxU CCω1

==

Tekkiv liigpinge ohustab kondensaatori isolatsiooni ja seetõttu kaitstakse kondensaatoreid liigpingepiirikutega.

Oluline resonantsliigpingete põhjustaja on ferroresonants.

Ferroresonants tekib elektrimasinaid ja/või trafosid sisaldavates ahelates, kus erinevatel põhjustel võivad nende magnetahelad küllastuda.

Magneetimisahelate karakteristikud on oluliselt ebalineaarsed.

Magneetimisvoolu Iµ ja –pinge Uµ vaheline seos on joonisel 6.15.

L C

F

I

xL

xC

E

UC

Kõrgepingetehnika


Joonis 6.15 Trafo magneetimiskõver

Normaalselt ei ületa trafo magneetimisvool 2…4 % nimivoolust. Kuid pinge tõusmisel üle nimipingetaseme hakkab magneetimisvool järsult kasvama, ulatudes kuni nimivooluni. Sealjuures muutub ka voolu kõvera kuju oluliselt mittesiinuseliseks, mille tagajärjel kasvab märgatavalt kõrgemate harmoonikute osakaal, moodustades 30…50 % koguvoolust. Selle tulemusena tekivad ka pinge kõrgemad harmoonikud.

Eeldades, et trafoga ühendatud elektrivõrk sisaldab peale induktiivsuste ja aktiivtakistuste ka mahtuvusi, võib kogu ahelat kujutada joonisel 6.16 näidatud võnkekontuurina

Joonis 6.16 Ebalineaarse induktiivsusega võnkekontuur

Sellise kontuuri pingete vaheline seos on

( ) ( )222 IRUUE CL +−=

Ebalineaarsele induktiivsusele rakenduv pinge (kui CIUC ω= )

( )22 IREC

IUL −±=

ω

xL

xC

E

I

r

1

0 1 2

nI

I µ

nU

Uµ

Kõrgepingetehnika


Induktiivsusele ja mahtuvusele rakenduvate pingete UL ja UC ja kogupinge U sõltuvused voolust I (kui R = 0) on joonisel 6.17

Joonis 6.17 Pingete sõltuvus voolust

Kui ahelas vool suureneb, siis algul suureneb induktiivne pinge kiiremini kui mahtuvuslik. Punktis a saavutavad mõlemad pinged võrdse väärtuse ja aktiivtakistuse puudumisel muutub induktiivsusel ja mahtuvusel pingelangude summa nulliks.

Kui suurendada ahelale rakendatud pinget alates nullist, siis alates punktist b muutub ahela talitlus ebastabiilseks. Edasine voolu sujuv suurendamine on võimatu. Püüe ahelale rakendatavat pinget tõsta punktist b kõrgemale põhjustab voolu ja pingelangude hüppelist suurenemist. Uus stabiilne talitlus saabub punktis m.

Kui punktis b on vool induktiivne, siis punktis m mahtuvuslik. Seega muutub ka voolu nurk hüppeliselt 180° .

Voolu hüppelise suurenemisega seotud nähtuste kogumit nimetataksegi ferroresonantsiks.

Ferroresonantsiga kaasneb alati pinge tõus induktiivsustel ja mahtuvustel. Eriti palju tõuseb pinge mahtuvusel: UCm >> UCb.

Ferroresonantsi võimalikud põhjustajad:

• faasijuhtme(te) katkemine

• faasijuhtme(te) katkemine koos juhtmeotsa(de) maaühendusega

• neutraali maandusesse suure induktiivsuse lülitamine

b

a

U

I Ures

m

UC(I)

UL(I)

U (I) R > 0

UCb UCm

Kõrgepingetehnika


Liigpingete tekkimist keskpingevõrgus õhuliini faasijuhtme katkemisel ja katkenud juhtmeotsade mahalangemisel illustreerib joonis 6.18.

Joonis 6.18 Keskpingevõrgu toitetrafo faasidele rakenduvad pinged keskpingevõrgu õhuliini ühe faasi katkemise ja mõlema juhtmeotsa

mahalangemise korral, kui üleminekutakistused on toitepoolses otsas 0 ΩΩΩΩ ja koormusepoolses otsas 100 ΩΩΩΩ.

Maaühenduse tõttu kasvavad tervete faaside pinged 3korda (1,73 korda).

Ferroresonantsist tingitud maksimaalne transientliigpinge ületab nimipinget ligikaudu 2,6 korda.

Muud graafikud. KP faasi katkemine, maas: toitepoolne 0 oomi, koormusepoolne 100 oomi

Time (sec)

Keskpinge trafo pinged maa suhtes

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Keskpinge pinge (kV

)

-25

-20

-15

-10

-5

+0

+5

+10

+15

+20

+25

Kõrgepingetehnika


6.4 Liigpingete piiramine

Siseliigpingete piiramise põhimõtted:

• selliste talitluste arvu piiramine, mis võivad põhjustada liigpingeid

• ohtlike talitluste kestuse piiramine releekaitse ja kaitseautomaatika vahenditega

• liigpingete amplituudi piiramine

Tabel 6.3 Liigpingete piiramise peamised meetodid

Liigpinge tüüp Amplituud Kestus Piiramismeetodid

Võrgusageduslikud (ajutised ja kestvad) liigpinged

(1,15…2)Um n*s Pingeregulaatorid

Automaatselt reguleeritavate väljavõtetega trafod

Šunteerivad reaktorid

Kommutatsiooni (lülitus-) liigpinged

(1,5…4)Um n*ms Ilma taassüttimiseta VL-id

Šunteerivate aktiivtakistustega VL-id

Sünkroniseeritud lülitamine

Neutraali jäikmaandamine

Kaarekustutuspoolid

Metalloksiidpiirikud

Atmosfäärilised (välgu) liigpinged

n (100…1000) kV n*µs Piksekaitsevardad, -trossid)

Väikese takistusega maandurid

Liigpingepiirikud

Sädemikud

Kondensaatorid

Kõrgepingetehnika


Šunteerivate aktiivtakistitega võimsuslülitite kasutamine mõjub ainult lülitusliigpingetele ja ei avalda mõju püsitalitluse pingetele.

On võimalikud kaks erinevat lülitite skeemi: A ja B.

Joonis 6.19 Šunteerivate aktiivtakistitega võimsuslülitid

Sisselülitamisel sulguvad esmalt abikontaktid K2 ja ahel lülitatakse sisse läbi aktiivtakisti. Seejärel pärast väikest viidet sulguvad peakontaktid K1.

Väljalülitamisel avanevad esmalt peakontaktid K1 ja seejärel abikontaktid K2.

Liigpingete piiramist soodustavad kaks tegurit:

• lülitamise siirdeprotsessi vabavõnkumiste summutamine

• liini juhtmete jääklaengu vähendamine koormamata liini väljalülitamisel ja ATL-i käigus.

Šunteerimise teeb keeruliseks aktiivtakistuse väärtuse sõltuvus konkreetsest lülitustoimingust.

Optimaalsed takistuse väärtused on:

• koormamata liini sisselülitamisel Rš = 200…400 Ω. Takistuse ülesanne on summutada peegeldustest tingitud võnkumisi.

• koormamata liini väljalülitamine Rš = 100.(6000…8000)/l Ω, näiteks 200 km pikkuse liini korral kasutatakse šunteerivat takistust Rš = 3000 Ω. Takistuse ülesanne on vältida kaare taassüttimist.

• ATL-il Rš = 10…25 kΩ (10 kΩ kasutatakse kõrgematel (ülikõrgetel) pingetel). Takistuse ülesanne on elektrikaart toitva voolu piiramine.

• koormamata trafo väljalülitamisel Rš = n.10 kΩ . Takistuse ülesanne on pinge sundkomponendi alandamine.

K1

K2

K1

K2 Rš

A

Rš

B

Kõrgepingetehnika


Kokku võttes peab šunteeriv takistus olema:

• Võnkumiste summutamiseks sadades oomides

• Kaare taassüttimise vältimiseks tuhandetes oomides

• ATL tsükli korral mõnikümmend kilo-oomi

• Koormamata trafo või liini väljalülitamisel kümnetes kilo-oomides

Seepärast saab šunteerivate takistuste kasutamine olla efektiivne vaid konkreetsete lülitustoimingute jaoks.

Sünkroniseeritud lülitamine

Pinget ja voolu mõõtva sünkroniseerimisrelee abil toimub lülitamine kõige soodsamal hetkel:

• liinide, trafode ja kondensaatorite sisselülitamine pinge nullhetkel: u = 0

• ATL-i puhul toimub taaslülitamine kui liini jääkpinge ja toiteallika pinge on samas faasis ja ligikaudu võrdsed: u1 = u2

Arvestades lüliti toimimisaega tVL tuleb lülituskäsklus anda vastava ennetusega. Ses tähendab, kui lülitus peab toimuma hetkel t0 , peab lülitamiskäsk saabuma lülitile hetkel t0 – tVL . Probleemiks on siin lülitite toimimisaja tVL suhteline pikkus ja hajuvus.

Nõuded lülitile:

• suur kontaktide liikumiskiirus

• toimimisaegade väike hajuvus

Joonis 6.20 ABB sünkroniseerimisrelee SWITCHSYNC kasutamine kondensaatorpatarei sisselülitamisel

Kõrgepingetehnika


7 Isolatsiooni koordinatsioon

Isolatsiooni koordinatsioon on seadmete elektrilise tugevuse valimine vastavalt võrgus esinevate pingetega, võttes arvesse käidu tingimusi ning kasutatavate kaitseseadmete karakteristikuid.

Isolatsiooni koordinatsiooni käsitleb rahvusvaheline standard IEC-60071.

Seadmete “elektrilise tugevuse” all mõistetakse seadme standardset isolatsiooni-nivood.

Standardne isolatsiooninivoo on isolatsiooni elektrilist tugevust iseloomustav standardsete taluvuspingete komplekt, mis on seotud seadmele lubatava suurima kestevpingega Um .

Isolatsiooni koordinatsiooni kasutatakse:

• sobivate taluvuspingete kindlaksmääramiseks

• liigpingekaitseseadmete valikul

• võrgu talitluse uurimisel

Joonis 7.1 Isolatsiooni koordinatsiooni põhimõte

Um

U

t

Kõrgepingetehnika


Koordinatsiooni meetodid

a) tavaline meetod

Varutegur: max

..minvar

U

Uk tel

u = (tavaliselt kvaru = 1,15)

b) statistiline

Joonis 7.2 Sildavlahenduse riski kindlaksmääramine

Minimaalne elektriline tugevus

Umin el.t.

Maksimaalne mõjuv liigpinge

Umax

Elektrilise tugevuse varu

U

F(U)

p dR/dU F

p(U)

p(U1)

dR/dU(U = U1)= F(U1) p(U1)

F(U1)

U R U1

Kõrgepingetehnika


Sildavlahenduse risk R avaldub valemiga

( ) ( )∫ ⋅= dUUFUpR ,

kus: p(U) on liigpingete jaotus

F(U) on elektrilise tugevuse jaotus

Sildavlahenduse riski vähendamiseks tuleks isolatsiooni elektrilist tugevust suurendada e. nihutada kõverat F(U) paremale. Sellega kaasnevad suuremad kulutused isolatsioonile. Kulutuste minimeerimist iseloomustab joonis 7.3.

Joonis 7.2 Kulutuste minimeerimine

1 – isolatsiooni maksumus

2 – katkestuste maksumus

3 – summaarsed kulud

Maksumus

Optimaalne isolatsiooni tase

2

1

3

Isol. tase

Kõrgepingetehnika


Isolatsiooni koordinatsiooni protseduur

Elektrivõrgu analüüs:

• mõjuvate pingete põhjus ja iseloom (Umax , jaotus jne)

• liigpingepiirikute kaitsenivoo

• isolatsiooni karakteristikud

Isolatsiooni karakteristikud

Töökindluse kriteerium

Koordinatsioonitegur Kc, mis võtab arvesse:

• lähteandmete ebatäpsust

• lähteandmete statistilist jaotust

Kõrgustegur Ka (kuni 100 m Ka = 1)

Varutegur Ks, mis arvestab:

• seadmete komplekteerimist ja kvaliteeti

• paigaldamise kvaliteeti

• isolatsiooni vananemist

• tundmatuid mõjutusi

Katsetingimused

Katse parandustegur Kt

Seadmete suurimad lubatud kestevpinged

Standardsed taluvuspinged

Süsteemanalüüs

Tüüppinged ja

tüüpliigpinged Urp

Töökindluse kriteeriumit rahuldava isolatsiooni

valimine

Koordinatsiooni taluvus-pinged Ucw = Kc Urp

Katse ja käidu erinevust arvestavate tegurite

rakendamine

Nõutavad taluvuspinged Urw = Ka Ks Ucw

Standardsete taluvuspingete UW ≥ Urw

valimine

Standardne isolatsiooninivoo:

Uw komplekt

Kõrgepingetehnika


Tabel 6.4 Standardsete isolatsiooninivoode komplektid (IEC I pingeklassi (1 kV < Um < 245 kV) standardsete isolatsiooninivoode võrdlus ГОСТ-iga)

U1 min , kVef Uimp , kVmax

ГОСТ ГОСТ

Un

kVef

Um

IEC

1 2 3

IEC

1 2 3

3 3,6 10 18 24 24 20

40

44 44 42

6 7,2 20 25 32 32 40

60

60 60 57

10 12 28 35 42 42 60

75

95)*

80 80 75

15 17,5 38 45 55 55 75

95

108 108 100

20 24 50 55 65 65 95

125

145)*

130 130 120

35 40,5 80 85 95 95 190 200 200 185

195)°

(185) 450 110 123

230

200 200 200

550

480 480 425

480)°

(275) (650)

325 (750)

360 850

395 950

220 245

460

325

400)x

400 400

1050

750 950 835

950)°

Selgitused järgmisel lehel.

Kõrgepingetehnika


Selgitused tabeli 6.4 juurde

ГОСТ 1: taluvuspinged jõutrafode, kaarekustutuspoolide, šunteerivate reaktorite faasi ja maa vahelisele siseisolatsioonile

ГОСТ 2: taluvuspinged pingetrafode, voolu piiravate reaktorite siseisolatsioonile

ГОСТ 3: taluvuspinged voolutrafode, võimsuslülitite, sidekondensaatorite siseisolatsioonile.

)* – uus IEC-71-1

)° – ainult sidekondensaatoritele

)x – faasidevahelisele isolatsioonile

Un = 35 (Um = 40,5 kV) ei kuulu standardisse IEC 7121-1

kp_loeng5

Documents