Принцип прерывания коротких линий при авариях (SLF) в сети с помощью выключателей
Высокочастотное переходное восстановительное напряжение (TRV) на линиях передачи
При возникновении неисправности на линии передачи на расстоянии от 100 метров до нескольких километров требуется автоматический выключатель (CB) для устранения короткого замыкания на короткой линии (SLF). Процесс устранения неисправности автоматическим выключателем может привести к генерации переходного восстановительного напряжения (TRV) с крутым фронтом нарастания, часто напоминающим форму пилообразной волны. Этот феномен вызван высокочастотными колебаниями, генерируемыми бегущими волнами, распространяющимися по линии и отражающимися между терминалом автоматического выключателя и точкой неисправности.
Ключевые явления при прерывании неисправности
Высокочастотные колебания и пилообразная форма волны:
Когда автоматический выключатель прерывает ток неисправности при условиях SLF, возникают высокочастотные колебания из-за быстрых изменений тока и напряжения. Эти колебания приводят к TRV с крутым фронтом нарастания, которое можно визуализировать как пилообразную или треугольную форму волны.
Пилообразная форма вызвана бегущими волнами, которые распространяются по линии передачи и отражаются между терминалом автоматического выключателя и местом неисправности. Каждое отражение способствует колебательному поведению TRV, приводя к множественным пикам и впадинам в форме волны напряжения.
Колебания на стороне источника:
На стороне источника автоматического выключателя (сторона, подключенная к энергосистеме), напряжение на терминале автоматического выключателя возвращается к уровню системного напряжения, который обычно соответствует напряжению на терминале трансформатора. Этот переход вызывает колебания на частоте сети (например, 50 Гц или 60 Гц) в цепи источника.
Колебания на частоте сети вызваны внезапным изменением конфигурации цепи при устранении неисправности, что вызывает переходный ответ системы. Эти колебания постепенно затухают со временем, когда система стабилизируется.
Колебания на стороне линии:
На стороне линии автоматического выключателя (сторона, подключенная к линии передачи), напряжение на терминале автоматического выключателя падает до уровня, близкого к нулевому потенциалу, после прерывания неисправности. Это падение создает еще одно колебание, но на этот раз оно характеризуется пилообразной (треугольной) формой из-за бегущих и отражающихся волн по линии.
Цепь на стороне линии можно аппроксимировать как цепь с распределенными параметрами с малым затуханием. Отражения между терминалом автоматического выключателя и точкой неисправности вызывают колебания напряжения, создавая пилообразную форму волны. Частота этих колебаний намного выше частоты сети и зависит от скорости распространения волн и расстояния между автоматическим выключателем и неисправностью.
Аппроксимация цепи на стороне линии
Цепь на стороне линии можно моделировать как слабо затухающую цепь с распределенными параметрами, такими как сопротивление, индуктивность и емкость на единицу длины. Эта модель помогает понять поведение бегущих волн и их отражений. Основные характеристики этой модели включают:
Задержка распространения: время, необходимое для прохождения волны от терминала автоматического выключателя до точки неисправности и обратно.
Коэффициент отражения: отношение амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны, которое зависит от несоответствия импедансов линии и неисправности.
Затухание: уменьшение амплитуды волны при ее распространении по линии, которое зависит от сопротивления и проводимости линии.
Формы волн TRV на терминалах автоматического выключателя и на стороне линии
Формы волн TRV, наблюдаемые на терминалах автоматического выключателя и на стороне линии, можно свести к следующему:
Сторона источника (терминал автоматического выключателя):
Напряжение возвращается к уровню системного напряжения, вызывая колебания на частоте сети.
Колебания относительно медленные по сравнению с высокочастотными колебаниями на стороне линии.
Сторона линии (терминал автоматического выключателя):
Напряжение падает до уровня, близкого к нулевому потенциалу, что приводит к высокочастотной пилообразной (треугольной) форме волны.
Пилообразная форма вызвана быстрыми изменениями напряжения, вызванными бегущими и отражающимися волнами по линии.
Визуальное представление форм волн TRV
Типичная фигура, показывающая формы волн TRV на терминалах автоматического выключателя и на стороне линии, будет иллюстрировать:
TRV на стороне источника: форма волны с постепенным подъемом до системного напряжения, за которым следует колебание на частоте сети.
TRV на стороне линии: форма волны с резким падением до уровня, близкого к нулю, за которым следуют серии высокочастотных пиков и впадин, образующих пилообразную или треугольную форму.
