Přepětí v distribučních sítích 02: Spínací přepětí

4.6.2

Přepětí v distribučních sítích 02: Spínací přepětí

Doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. a kolektiv autorů

Spínací přepětí vznikají při náhlých změnách parametrů soustavy, jako jsou plánovaná havarijní vypínání a zapínání vedení, transformátorů a jiných elementů sítě a též při zemním spojení a zkratech. Přechodné jevy při těchto pochodech mají oscilační charakter.

a) Přepětí při zemních spojeních v trojfázových soustavách

Při trvalém zemním spojení v soustavách s izolovaným nulovým bodem nebo se zhášecí tlumivkou vznikají dočasná přepětí o kmitočtu 50 Hz, která mohu být nebezpečná i pro soustavy se jmenovitým napětím větším než 35 kV.

Přechodná přepětí oscilačního charakteru v soustavě s izolovaným nulovým bodem vznikají při zapnutí trvalého zemního spojení, při jeho vypnutí nebo při přerušovaném zemním spojení.

b) Přepětí při vypínání zkratů

Pochody, které vznikají při vypínání zkratových i jiných proudů ve vypínači a v obvodu, jsou podmíněny obvodem (sítí) i vypínačem. Jakmile vypínací mechanismus vypínače dostane impuls, začnou se jeho kontakty oddalovat a vytvoří se mezi nimi oblouk, udržovaný zdrojem proudu až do okamžiku definitivního přerušení proudu. Předpokládejme, že proud vypínáme ideálním vypínačem, jejímuž určíme tyto vlastnosti: před přerušením proudu má vypínací dráha nekonečně velkou vodivost, po přerušení proudu nabude skokem nekonečně velkého odporu a proud se přeruší přesně v nule sinusovky proudu. Hned po přerušení proudu vznikne mezi kontakty vypínače zotavené napětí, které u ideálního vypínače bude určeno jen vlastnostmi obvodu.

Obr. 6.2: Vypínání zkratu - náhradní schéma

Pro výklad pochodu při vypínání proudu uvažujme jednoduchý obvod podle Obr. 6.2. Zdroj o indukčnosti L a kapacitě C je zapojen přes vypínač do zkratu. Předpokládáme zkratový proud, jehož stejnosměrná složka odezněla. Napětí oblouku zanedbáme. Hledáme časový průběh napětí uC(t) na kontaktech vypínače, tj. průběh zotaveného napětí. Pro napětí v obvodu platí (6.1):

kde (6.2):

Hledané napětí je řešením diferenciální rovnice II. řádu (6.3):

kde

i je proud obvodu

U je amplituda napětí zdroje

ω úhlová frekvence zdroje

Řešení¹: protože charakteristická rovnice odpovídající výše uvedené diferenciální rovnici má dvojnásobný čistě imaginární kořen, bude úplné řešení této rovnice součtem obecného řešení u_C0(t) a partikulárního řešení u_CP(t) (6.4):

kde (6.5):

a (6.6):

a Φ, ϕ jsou konstanty.

Počáteční podmínky jsou dány okamžikem přerušení oblouku, kdy je proud vypínačem nulový, stejně jako napětí mezi kontakty vypínače (odpor oblouku je zanedbán) (6.7):

Průběh napětí na kondenzátoru je (6.8):

Za předpokladu, že ω₀ >> ω, můžeme psát (6.9):

Po přerušení proudu na kontaktech vypínače se objeví zotavené napětí, které se skládá ze složky o průmyslovém…