ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ в электротехнике,
повышение напряжения, представляющее опасность для изоляции электрич. установки.
Правильный учёт П. имеет большое экономич. и технич. значение при выборе
изоляции и мер защиты электрической сети, особенно


при напряжениях св. 10 кв. Различают
внутренние и грозовые (атмосферные) П. Внутренние П. возникают в электрич.
установках при резких изменениях режима их работы, гл. обр. в результате
коммутаций (при включениях или отключениях тока, при коротких замыканиях
на землю и т. п.). Коммутация сопровождается переходным процессом, после
к-рого 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 электрич. 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, к-рую можно в нек-ром 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, 6). Ёмкость С, отсоединённая от источника,
при погасании дуги остаётся заряженной до макс. напряжения. Если повторное
зажигание дуги в выключателе произойдёт через полпериода, когда напряжение
источника изменит свой знак, то ёмкость С перезаряжается через индуктивность
источника Lток 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 Uлинии. П. в реальных линиях ограничиваются хорошими отключающими способностями
выключателей и активными потерями и не превосходят 3,5 Uвозникающие 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 ёмкость
нагрузки; U энергии.

Рис. 1. Возникновение перенапряжений
при отключении ненагруженной линии: а - эквивалентная схема ненагруженной
линии; б - зависимость мгновенных значений тока дуги i и напряжения на
линии uuС-ёмкость ненагруженной линии.

Рис. 2. Возникновение перенапряжений
при отключении индуктивности: а - эквивалентная схема; 6 - зависимость
тока в индуктивности i и напряжения на ней и от времени t; u- напряжение источника ; К - выключатель; L- индуктивная нагрузка; С -
собственная

При мгновенном обрыве тока вся запасённая
энергия пошла бы на зарядку собств. ёмкости индуктивной нагрузки относительно
земли (рис. 2, а). В этом случае амплитуда П. Uнайдена из ур-ния сохранения энергии:

В действительности ток в катушке не исчезает
мгновенно, и П. достигает наибольшего значения в момент макс. скорости
уменьшения тока, а затем падает до нуля в режиме затухающих колебаний (рис.
2, 6). 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 нек-рой
конечной величины. Т. к. начальный ток соленоида не может резко уменьшиться,
то в момент такого перехода на концах соленоида возникает разность потенциалов,
к-рая может достигать неск. 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, напр. однофазного
короткого замыкания, ёмкость неповреждённых 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 wсистемы "источник - линия" близка к частоте источника напряжения wпри wи возникает П. Такие П. возможны в длинных линиях электропередачи, к-рые
работают при напряжениях 330 кв и выше. Резонанс на осн. частоте
может также иметь место при разрыве с заземлением одной из фаз трёхфазной
линии переменного тока, на конце к-рой включён слабонагруженный трансформатор
(рис. 3, а). На высших гармониках резонанс может иметь место, напр.,
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, к-рые могут дать резонанс в цепи,
состоящей из индуктивности генератора и ёмкости неповреждённых фаз линии.
В неявнополюсных генераторах и генераторах, снабжённых успокоительными
(демпферными) обмотками, П. этого типа не возникают.

Рис. 3. Разрыв с заземлением одной фазы
трёхфазной линии, питающей слабонагруженный трансформатор: а - трёхфазная
схема; б - эквивалентная однофазная схема замещения; Uнапряжение; ТС-ёмкость линии; Uмакс - максимальное значение напряжения.

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 электрич.
реакторы.

Грозовые П. связаны с разрядами молнии
непосредственно
в токопроводящие части электрич. установки (П. прямого удара) или в землю
вблизи установки (индуктированные П.). При прямом ударе весь ток молнии
проходит в землю через поражённый объект. Падение напряжения на сопротивлении
этого объекта и даёт П., к-рое может достигать неск. 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
электрич. 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
электрич. установок с номинальным напряжением 35 кв и ниже.

Лит.: Техника высоких напряжений,
под ред. Д. В. Разевига, М., 1963; Техника высоких напряжений, под ред.
М. В. Костенко, М., 1973.

Под редакцией М. А. Аронова.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я