Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Перенапряжения в системах электроснабжения

Покупка
Артикул: 698256.01.99
Доступ онлайн
295 ₽
В корзину
Изложены основные виды перенапряжений, возникающих в системах электроснабжения горных предприятий напряжением 6—10 кВ. Главное внимание уделено резонансным перенапряжениям, являющимся наиболее частой причиной возникновения пожаров и взрывов в горном производстве. Учебное пособие является второй частью дисциплины «Электробезопасность и перенапряжения в системах электроснабжения», предусмотренной для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика» специальности «Электроснабжение». Может быть полезно бакалаврам при выполнении ими дипломных работ, а также аспирантам при исследовании опасных перенапряжений в системах электроснабжения горных предприятий.
Цапенко, Е. Ф. Перенапряжения в системах электроснабжения: Учебное пособие / Цапенко Е.Ф. - Москва :МГГУ, 2008. - 64 с.: ISBN 978-5-7418-0236-2. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/995487 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
90-летию 
МГА-МГИ-МГГУ 
посвящается 

Р Е Д А К Ц И О Н Н Ы Й 

С
О
В
Е
Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
президент 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсовета 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П. 
ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

А.В. 
КОРЧАК 
академик 
МАНВШ 

, 
М.В. 
КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.Н 
ОСИПОВ 
академик 
РАН 

В.Л. 
ПЕТРОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

Э.М. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАНВШ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.А. 
ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

< 
Е.Ф. Цапенко 
* 
s 
X 
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ 

< 
В СИСТЕМАХ 

X 
ш 
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 

s о 

0 . 
н 
Аопушено 
Учебно-метолмческим 

объединением вузов Российской 
Федерации 

по образованию в облает 
горного дела в качестве 

• • • 
учебного пособия для студентов вузов, 
обучающихся 
ш 
по специальности «Электроснабжение» 
направления 

подготовки дипломированных 
специалистов 
с 

«Электроэнергетика* 

о 
ОС 
< 
X 
Q. 

М О С К В А 
• 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 
м о с к о в с к о г о 
о 
ГОСУДАРСТВЕННОГО Г О Р Н О Г О УНИВЕРСИТЕТА 

• 

2008 

УДК 622.27:621.31 
ББК 32.211 
Ц 17 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», 
утвержденным 
Гчавным государственным санитарным врачом России 30 марта 
2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей № 77.99.60.953.Д. 008501.07.07 

Рецензенты: 

• 
кафедра «Электроснабжение промышленных 
предприятий» 
Московского энергетического института (ТУ), д-р техн. наук, 
проф. СИ. Гамазин; 
• 
генеральный директор «РК-Строй», канд. техн. наук А.С. Кудрявцев 

Цапенко Е.Ф. 

Ц 17 
Перенапряжения в системах электроснабжения: Учебное пособие. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008. — 64 с. 

ISBN 978-5-7418-0236-2 

Изложены основные виды перенапряжений, возникающих в системах электроснабжения горных предприятий напряжением 6—10 кВ. 
Главное внимание уделено резонансным перенапряжениям, являющимся наиболее частой причиной возникновения пожаров и взрывов в горном производстве. 

Учебное пособие является второй частью дисциплины «Электробезопасность и перенапряжения в системах электроснабжения», предусмотренной для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика» специальности «Электроснабжение». Может быть полезно 
бакалаврам при выполнении ими дипломных работ, а также аспирантам при 
исследовании опасных перенапряжений в системах электроснабжения горных предприятий. 

УДК 622.27:621.31 
ББК 32.211 

ISBN 978-5-7418-0236-2 
© Е.Ф. Цапенко, 2008 
© Издательство МГГУ, 2008 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Вопросы, относящиеся к перенапряжениям, рассматриваются в дисциплине, которая называется «Техника высоких напряжений» (ТВН). Эта дисциплина помимо перенапряжений 
включает в себя много других вопросов, таких, например, как 
физические процессы, происходящие в изоляции (твердой, жидкой и газообразной), и ряд других, имеющих сугубо общенаучный характер. Эти части дисциплины ТВН представляют определенный интерес для специалистов электротехнических и электроэнергетических вузов, а также соответствующих научноисследовательских организаций. 

В то же время в курсах ТВН перенапряжения обычно рассматриваются без строгого применения теоретической электротехники. Громоздкое изложение вопросов перенапряжений не 
является необходимым и не может должным образом повысить 
профессиональный уровень инженеров-электриков технических 
вузов, в том числе и горных инженеров-электриков. 

Для горных инженеров-электриков в их практической деятельности гораздо важнее знать механизм возникновения перенапряжений и средства их предотвращения с целью обеспечения нормальной работы систем электроснабжения 6—10 кВ. 

Поэтому в МГГУ разделы указанных дисциплин выделены 
в одну самостоятельную дисциплину «Электробезопасность и 
перенапряжения в системах электроснабжения». 

Назначение дисциплины — дать студентам обоснованное 
представление об основных видах перенапряжений в системах 
электроснабжения 6—10 кВ и средства их ограничения, а также 
ознакомить с защитой от прямых ударов молнии и индуктированных волн, набегающих с линии. 

Задачами изучения дисциплины является освоение студентами известных способов и средств защиты от перенапряжений 
в конкретных системах электроснабжения, а также осуществлять разработку и совершенствование различных защитных 
устройств. 

Дисциплина базируется, главным образом, на дисциплине 
«Теоретические основы электротехники», читаемой на кафедре электротехники МГГУ, а также на дисциплине «Высшая математика». 

Книга состоит из предисловия, введения, девяти глав и списка рекомендуемой литературы. 

ВВЕДЕНИЕ 

Под перенапряжением понимают всякое превышение напряжения в электрической системе относительно его номинального значения. Практический интерес представляют только перенапряжения, опасные для изоляции электроустановки. 

Перенапряжения в зависимости от причин их возникновения можно разделить на две группы: внешние (атмосферные) и 
внутренние (коммутационные, резонансные, дуговые, при переходе высшего напряжения в сеть низшего и др.). Наиболее часто возникают внутренние перенапряжения. Кратность коммутационных и дуговых перенапряжений невелика. В [1] показано, что коммутационные увеличения напряжений и тока в 
линейных цепях не могут превышать двойной амплитуды установившегося их значения. Это же относится и к дуговым перенапряжениям, так как погасание и зажигание перемежающейся 
дуги эквивалентно отключению и включению цепи, в которой 
возникла дуга. Кратность резонансных перенапряжений зависит от того, насколько активные, индуктивные и емкостные 
элементы цепи близки к условию резонанса данной цепи. Она 
может быть весьма большой и достигать в пределе (теоретически) бесконечности. При отсутствии в сети индуктивностей относительно земли, очевидно, и не возникали бы резонансные 
перенапряжения. 

В сетях 6—10 кВ с изолированной нейтралью резонансные 
перенапряжения относительно земли обусловлены образованием резонансного контура из индуктивностей и емкостей между 
фазами сети и землей. В сетях с изолированной нейтралью резонансный контур включает в себя, например, индуктивности 
измерительных трансформаторов напряжения и компенсирующих катушек, а емкости в сети всегда имеются как между фазами сети, так и между фазами и землей. 

Перенапряжения приводят к повреждению электрической 
изоляции, которая после этого может оказаться в одном из следующих состояний. 

1. Полный пробой твердой изоляции (активное сопротивление изоляции равно нулю). В этом случае возникает ток ко
6 

роткого замыкания и обычно релейная защита отключает поврежденную электроустановку или сеть. 

2. Неполный пробой твердой изоляции (активное сопротивление изоляции не равно нулю). Возникает ток замыкания 
обычно недостаточной величины дтя четкой работы защиты. В 
месте повреждения изоляции происходит интенсивный нагрев 
ее, и в конце концов проводка возгорается. Этот случай является наиболее опасным с точки зрения возникновения пожара и 
взрыва. 

3. Возникает дуговое замыкание в газообразной изоляции 
(в воздухе). Дуга то гаснет, то снова возникает. Такие высокотемпературные дуги (3000°С и выше) воспламеняют горючие 
вещества, находящиеся вблизи, и приводят к пожарам в зданиях. 

Однако причину пожара от электрического тока специалисты почти всегда объясняют возникновением в сети короткого 
замыкания. Для многих не сведущих людей короткое замыкание 
воспринимается как неизбежное бедствие и поэтому для них такое 
объяснение является вполне понятным и достаточным. 

На самом деле все обстоит гораздо сложнее. Дело в том, 
что короткое замыкание не всегда приводит к пожарам. Как 
известно, короткое замыкание — это металлическое соединение 
двух или более токоведущих частей электроустановки, находящихся под напряжением, при котором возникают большие токи, отключаемые защитой (предохранителями, автоматическими выключателями и др.). При правильной эксплуатации сетей 
и надежной защите их пожар при металлическом коротком замыкании маловероятен. 

Те же специалисты называют коротким замыканием и замыкание при пробое изоляции, при котором в цепи также возникает большой ток, но часто недостаточный для четкой работы защиты. Такой вид замыкания нельзя назвать коротким. 
Это не металлическое замыкание, а замыкание через сопротивление в месте повреждения. Оно и создает условия дтя возникновения пожара, так как в месте повреждения происходит нагрев изоляции проводов, и в конце концов проводка загорается, 
создавая пожар. Необходимо подчеркнуть, что в этом случае 
пламя распространяется относительно медленно и поэтому пожар часто удается устранить. 

7 

В настоящее время известны десятки и даже сотни случаев 
пожаров и взрывов в шахтах и различных зданиях с большими 
человеческими жертвами и огромными материальными убытками от электрического тока. Специалисты, расследовавшие 
эти трагедии, как правило, ссылаются на короткие замыкания, 
при этом не интересуясь причиной их появления. Во-первых, 
необходимо знать причину возникновения самих коротких замыканий, а во-вторых, как было показано выше, короткие замыкания не являются основной причиной таких аварий, так как 
отключаются защитой. Слово же «перенапряжение» вообще 
никогда не упоминается. 

Этих специалистов можно понять, так как перенапряжения 
являются следствием сложных переходных процессов, исследование которых требует глубокой подготовки в области теоретической электротехники и математики. 

Известен случай пожара с большими убытками. Специалисты не рискнули объяснять причину этого пожара короткими 
замыканиями, так как ни один предохранитель в этой электроустановке не перегорел. А случилось следующее. На стороне 6 
кВ произошло перекрытие изолятора предохранителя, сопровождавшееся электрической дугой, дуга разрушила изолятор, 
его металлический штырь повис на проводе и пришел в соприкосновение с металлической траверсой, связанной с общим для 
сторон 6 кВ и 0,4 кВ заземлителем трансформатора. В момент 
аварии был ветер, и повисший штырь периодически размыкал и 
замыкал электрическую цепь, создавая тем самым серию импульсов тока переходного процесса и перенапряжения в сети 0,4 
кВ. В результате дуговых явлений в разных точках здания 
мгновенно возник пожар. 

Таким образом, мы считаем, что каждый 
специалистэлектрик должен обладать необходимыми знаниями по теоретической электротехнике, чтобы правильно оценивать встречающиеся в практике различные перенапряжения и предупреждать их опасные проявления. Учебное пособие как раз и должно 
помочь студентам в этом вопросе. 

Глава 1 

РЕЗОНАНСНЫЕ 
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ 
В СЕТИ СДУГОГА 
СЯЩЕЙ 
К А 
ТУШКОЙ 

Необходимым условием для возникновения резонансных 
перенапряжений является наличие в схеме катушек индуктивности и конденсаторов. Этому условию удовлетворяют сети с компенсирующими катушками в нейтрали силового трансформатора. 

В Правилах устройства электроустановок [2] отмечается: 
«Работа электрических сетей 3—35 кВ должна предусматриваться с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью. Компенсация емкостью тока замыкания на 
землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах: в сетях напряжением 3 — 20 кВ, имеющих 
железобетонные и металлические опоры на ВЛ, и во всех сетях 
35 кВ — более 30 А; при 10 кВ — более 20 А; при 15 — 20 кВ — 
более 
15 
А; 
в 
сетях 
6 
—20 
кВ 
блоков 
генератор 

— трансформатор (на генераторном напряжении) — более 5 А. 
При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов». 

Компенсацию емкостных токов однофазного замыкания на 
землю при помощи катушек индуктивности предложил известный немецкий электротехник Петерсен в 1919 г. Свои выводы 
он сделал на основании исследования схемы замещения идеальной сети, т. е. при равных емкостях СА = Св - Сс = С сети относительно земли и отсутствии активных потерь в сети, когда г = 

- оо (рис. 1.1). 

Для этого случая 
ток замыкания на землю 

г 
* л 

3<уС/ 3 = " о 

1 

v 

Рис. 1.1. Схема сети с компенсацией емкостного тока 
при замыкании на землю 

777777777777777777Я77777777Я77777777777Я 

9 

При резонансе, когда 

соЦ. ' 

ток равен нулю (7 3 = 0) . 

Таким образом, проблема гашения тока дуги как будто бы 
решена. Не возникают перенапряжения, и в нормальном режиме работы (при отсутствии замыкания на землю) напряжение 
смещения нейтрали UN = О. 

Однако в реальных условиях эксплуатации сетей всегда 
имеют место неравенство емкостей, а также активные сопротивления изоляции. Реальная сеть (вернее, расчетная схема) 
может быть представлена, как показано на рис. 1.1. Для этой 
схемы ток замыкания на землю 

1 + 
^.0(сс-Св) + JU9 i » ( C
e + C
c ) - - j (1.1) 

Как видно из (l.l) fTOK замыкания на землю представляет 
собой сложную функцию, зависящую от значения емкости сети 
и активных сопротивлений фаз сети относительно земли. Его 
наименьшее значение имеет место при резонансе, когда 

\<°(

Св 
+
 Сс) 
= 
~ 
(1.2) 

Ток замыкания на землю при условии резонанса определяется из выражения 

7з~ (сс-св) 
(1.3) 

Таким образом, даже при идеальной настройке катушки в 
резонанс ток замыкания на землю существенно отличается от 
нуля и зависит не только от активных сопротивлений, но и от 
разности емкостей Св и Сс неповрежденных фаз. 

Серьезным недостатком систем электроснабжения с компенсирующими катушками в нейтрали трансформаторов является возможность возникновения резонансных перенапряжений 

10 

Доступ онлайн
295 ₽
В корзину