Villamosságtan | Felsőoktatás » Egyfázisú visszakapcsoló automatika

Egyfázisú visszakapcsoló automatika (EVA) Jelentősége: A távvezetékek kompaktabb kivitele és a több rendszert tartalmazó távvezetéki konstrukciók miatt csökkennek a szigetelési távolságok, a villámcsapásból eredő zárlatok száma várhatóan nő. Lehetőség: Az EVA eredményességének növelésével fenti veszély kompenzálható lenne. Kihasználható kedvező hatások: A visszakapcsolási túlfeszültség mérsékelhető túlfeszültségkorlátozókkal, vezérelt visszakapcsolással (ellenállásos megszakítókkal), tekercselt feszültségváltókkal (de nem erre mutat a fejlődés trendje az átviteli vezetékeknél). Szekunder íváram és visszatérő feszültség Kapcsolások a stacioner paraméterek számításához Uc ~ Ub ~ Cab -Ua/2 Cab 2Cab ~ Ua ~ Is Co Co Is 2Cab -Ua/2 Sw Co b. a. 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 -2 0 0 -4 0 0 -6 0 0 0 .6 1 5 0 1 0 0 5 0 0 -5 0 -1 0 0 -1 5 0 -2 0 0 0 .7 0 .8 0 .9 1 .0 1 .1 Lf A szekunder íváram és

a visszatérő feszültség csökkentésére szolgáló megoldások • Földelő kapcsolók alkalmazása a fázisvezetőkön Uc ~ Ub ~ • Csillagponti fojtók beiktatása a söntfojtók földelésébe L*=3Ls/2 + Ls2/2Ln Cab 2Cab L* Cab ~ Ua ~ Co Ls N a. A -Ua/2 Is K L* Ln b. Co Megoldási lehetőségek a tapasztalt ívidők szórásával kapcsolatosan • Hálózati kisérletek primer ív nélkül • Laboratóriumi kisérletek • Általánosító koordinátarendszerben ábrázolás, megfelelő hasonlósági invariánsokkal Laboratóriumi kisérletek technológiájához tisztázandók: • A primer ív elhagyhatósága • A begyujtó szállalszembeni követelmények • Hálózati kisérletek primer ívvel • A vezeték elosztott paraméterű jellegének szimulációja The technique of the secondary arc initiation Several authors state, that the primary arc does not affect the extinction time, if the secondary arc duration exceeds 0.7 s According our

experience, the size and the location of the wire used for the arc ignition may pay have a significant influence on the arcing process. Laboratory testing secondary arcs 1. Test circuits do not consider the wave processes of intermittent period as a rule. 10 250.0 *103 187.5 [kA] 5 125.0 62.5 0 0.0 -5 -62.5 -125.0 -10 -187.5 -250.0 0.115 0.120 0.125 (file veiporto3a.pl4; x-var t) c: 0.130 -XX0014 0.135 c: 0.140 -XX0032 0.145 [s] 0150 v:A1 v:CA -15 0.114 0.117 0.120 (file veiporto3a.pl4; x-var t) c: 0.123 -XX0014 c: 0.126 -XX0032 0.129 [s ] 0.132 Laboratory testing secondary arc 2. An improved similarity can be effectuated by using a completed test circuit 200 [kV] 150 800 [A] 500 100 50 200 0 -100 -50 -100 -400 -150 -200 0.100 0.105 0.110 (file veiporto4.pl4; x-var t) v:C1 0.115 v:CA 0.120 0.125 0.130 [s] 0135 -700 0.105 0.110 (file veiporto4.pl4; x-var t) c: 0.115 -XX0014 c: 0.120 -XX0032 [s] 0.125 Az intermittens ivelés

idejének hullámfolyamatai Meghatározzák az áramimpulzusok alakját és időtartamát, Nagyenergiájú, a folyamatos ívégésre visszavezető áramimpulzusokat produkálhatnak. Az impulzusok termikus energiáját függővé teszik •A vezeték konfigurációjától •A zárlat helyétől •A visszagyujtás pillanatától Ezért a szekunder ívelés korrekt számítógépi, illetve laboratóriumi szimulációjánál ezeket a folyamatokat figyelembe kell venni. Adaptív visszakapcsolás: a szekunder ív kialvásának detektálása Detektálási lehetőségek: • A visszatérő feszültség megjelenésének érzékelése • A vezeték végpontjain a zárlatos fázis feszültségében jellemző frekvencia megjelenésének érzékelése • Háromfázisú visszakapcsolás: az ép fázis visszakapcsolásával végezhető tapogatózás Detecting the moment of the secondary arc extinction 350 [kV] 250 150 50 -50 -150 0.20 0.25 0.30 (file filter.pl4; x-var t) v:AB v:F4

fac tors: 1 1 7E 7 offs ets : 0,00E+00 0,00E+ 00 2E 5 0.35 0.40 0.45 [s ] 0.50 Az egyfázisú visszakapcsoló automatika működésével kapcsolatos tranziensek 1. Az egyfázisú visszakapcsoló automatika feladata és fontossága A távvezetéki zárlatok túlnyomó része nagyfeszültségű hálózatokban egyfázisú és íves. A szigetelők a zárlat idején általában nem sérülnek meg, annál is inkább, mert ívterelő szerelvényekkel látják el őket, amelyek gonoskodnak arról, hogy a néhány perióduson keresztül fennálló, 4000 oC körüli hőmérsékletű ív a szigetelőtől távol helyezkedjék el. Ezért nagy annak a valószínűsége, hogy a zárlatos fázisvezető mindkét oldali kikapcsolása eredményeképpen a zárlati ív megszűnjék és visszakapcsolás után a távvezeték mindhárom fázisvezetője újra üzemképes legyen. A kikapcsolást, majd visszakapcsolást természetesen automatika végzi, amely érzékeli a zárlat létrejöttét,

kiválasztja a zárlatos fázist, vezérli a zárlatos fázis mindkét oldali kikapcsolását, majd visszakapcsolását. A ki- és visszakapcsolás közötti időtartam,, az un. holtidő hossza a távvezeték szerepétől függ, általában nem halad meg 2.5 másodpercet Az egyfázisú visszakapcsolás stabilitási szempontból kedvezőbb a szintén automatikusan megvalósuló háromfázisú visszakapcsolásnál, amelynél mindhárom fázisvezető kikapcsolódik rövid időre. Ez utóbbi ugyanis a hálózat stabilitási viszonyait jelentősen lerontja, hiszen a transzfer impedanciát végtelen nagyra növeli, míg az egyfázisú jóval kisebb transzfer impedancia növekedést okoz. Ezért háromfázisú visszakapcsolást nagyfeszültségű vezetékeken csupán a több fázisvezetőt érintő zárlatok hárítására alkalmaznak, vagy esetleg az egyfázisú visszakapcsolás sikertelensége esetében. Az automatikus visszakapcsoló automatikán beállítandó holtidőt két ellentétes

tendencia figyelembevételével kell megállapítani: • Minél hosszabb a holtidő, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy a zárlati ív kialszik és a zárlat helye deionizálódik, tehát a zárlat helyén a szigetelés kellő mértékben helyreáll. Ez a tendencia megszabja a holtidő minimális hosszát • Minél hosszabb a holtidő, annál nagyobb mértékben csöken az energiaátvitel stabilitása. Ez a hatás maximálja a holtidő tartamát Az egyfázisú visszakapcsoló automatika eredményességében jelentősen szerepe van a zárlatos távvezetéken lezajló a tranziens folyamatoknak. Ezek az alábbiak: • • • • A zárlat bekövetkezése által kiváltott tranziens (zárlati tranziens), a zárlatos fázisvezető kétoldali, nem azonos pillanatban bekövetkező kikapcsolása által okozott tranziensek, a szekunder ív intermittens égése alatt lejátszódó, nagyszámú tranziens (ezeket a következőkben részletesen tárgyaljuk), a zárlatos

fázisvezető kétoldali, nem azonos pillanatban bekövetkező visszakapcsolása által kiváltott tranziensek. Az egyfázisú visszakapcsolás eredményességéhez fűződő fontos érdekek, illetve a fentiekben felsorolt tranziensek nagy száma és változatossága indokolja, hogy a hálózati tranziensek tárgyalásába bevonjuk az egyfázisú visszakapcsolás tranziens folyamatait is. 1 2. A szekunder ív Az egyfázisú visszakapcsolás holtidejében a zárlatos fázisvezető kétoldali kikapcsolását követően a zárlati ív nem alszik ki azonnal, mert a két ép fázisvezetővel fennálló elektromágneses csatolás egy ideig képes fenntartani az ívet. Ezt elősegíti • mindenekelőtt a kikapcsolást megelőzően fennállott nagy, kA nagyságrendű áramú zárlati ív által termelt plazma, amelynek eltűnése időt vesz igénybe, • az üzemben maradó fázisvezetőkkel való kapacitív és induktív csatolás miatt a kikapcsolt fázisvezető és a föld között

kialakuló feszültség, amely 10 A nagyságrendű áramot képes fenntartani az ívcsatornában, • a fenti csatolás következtében az ív áram-nullaátmenetben történő kialvásait követően fellépő visszaszökő feszültség, amely az ívet esetleg képes visszagyujtani. A nagyáramú zárlati (un. primer) ív helyén a kétoldali kikapcsolást követően égő, kisáramú ívet nevezik szekunder ívnek. A szekunder ív általában magától (spontán) kialszik, mert viszonylag kis légmozgás esetén is gyorsan nyúlik és hűl. A jelentős hossznövekedés és hűlés az ívcsatorna ellenállásának helyenkénti növekedésével jár, ami a szekunder ív áramát csökkenti. Az ívcsatorna egyenlőtlen hűtése miatt a csatornában igen nagy ellenállású szakaszok alakulnak ki, amelyek az ív átmeneti kialvásához vezetnek, amit a visszaszökő feszültség megjelenése követ. A visszaszökő feszültség dielektromosan visszagyújthatja az ívet. Az ívcsatorna

erősen megnyúlt állapotában az ív ezért rendszeresen kialszik, majd visszagyujt. Ez a jelenség sorozatosan ismétlődve idézi elő az ív intermittens szakaszát , ami megelőzi a szekunder ív végleges kialvását. A primer ív plazmájának fokozatos emelkedése és a szekunder ív kialakulása 1. ábra A szekunder ív nagymértékű nyúlása és nagyellenállású ívszakaszok kialakulása 2. ábra Az 1. ábrán a primer ív plazmájának magas hőmérséklete miatti emelkedését látjuk (kürtőhatás), és a szekunder ív kialakulását, illetve az ívplazma miatti kezdeti nyúlását . A 2 ábra a már jelentősen meghosszabbodott ívcsatornát mutatja, a fényesebb részek a visszagyujtások helyeit jelzik. A szekunder ív árama az előbbiek szerint a jelenség kezdetén folyamatos, később pedig, az intermittens szakaszban impulzusszerű. A szekunder ív lefolyását a 3 ábrán látható időfüggvények tükrözik. 2 100 [kV] ívfeszültség

visszatérő feszültség 50 0 -50 -100 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 [s] 1.2 [s] 1.2 a. a szekunder ív feszültsége (a zárlatos vezető fázisfeszültsége a zárlat helyén) 500 primer ív árama [A] 250 szekunder íváram 0 -250 -500 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 b. a szekunder ív árama 3. ábra A szekunder ív áram- és feszültségviszonyait az ív folyamatos égésének intervallumában a 4/b ábrán látható áramkörből számíthatjuk. Ezen áramkör kialakításánál a fázisvezetők közötti elektromágneses csatolások közül csupán a kapacitív csatolást vesszük tekintetbe, mert az induktív csatolás hatása a szekunder ív áramára, illetve a visszaszökő feszültségre legalább egy nagyságrenddel kisebb mértékben érvényesül. Uc ~ Ub ~ Cab -Ua/2 Cab 2Cab ~ Ua ~ Co Co Is Is Sw a. b. 4. ábra A 4/a ábra a hálózati kapcsolást mutatja, amelyben Sw kapcsolóval lehet szimulálni a zárlatos állapotot (Is – a

szekunder ív árama), illetve a szekunder ív megszűnését. Az ép fázisoknak a zárlatos fázisra tett hatásának megállapítása érdekében a két ép fázis tápfeszültségeit, valamint a kapacitív csatolást Thevenin generátorral helyettesítjük. Így jutunk a 4/b ábra szerinti referencia-kapcsoláshoz, amely a fázisvezetők soros induktivitását, illetve hullámvezető voltát nem veszi tekintetbe és az ív ellenállását is elhanyagolja. Ez utóbbi azért jogos, mert a 2Cab-ból számítható kapacitív reaktancia nagyságrendekkel nagyobb, mint az ív ellenállása a folyamatos égés szakaszában. A 4/b ábra szerinti kapcsolásból számított visszaszökő feszültség a 3/a ábrán látható (zöld görbe). A 4/b ábra szerinti referencia kapcsolásban az íváram természetesen szinuszos, a visszaszökő feszültség szintén, utóbbi azonban az amplitúdóval egyenlő nagyságú, vagy annál némiképpen nagyobb egyenfeszültségű komponenst is tartalmaz.

A 2Cab felső és C0 alsó tagból álló kapacitív osztó átviteli aránya 400 kV-os feszültségszintre vonatkozó adatokat 3 tekintve 1:0.21 A 4 ábra szerinti kapcsolás generátorának feszültsége a fázisfeszültség fele, ugyanakkor az egyenáramú komponens miatt a visszaszökő feszültség amplitúdója a leosztott feszültség kétszerese, ezért az adott feszültségszinten a visszaszökő feszültség csúcsértékét is a fázisfeszültség 21%-ára becsülhetjük. A visszaszökő feszültség természetesen nemcsak a szekunder íváram végleges kialvását követően folyik le így, hanem gyakorlatilag minden, az ív átmeneti kialvását eredményező áram nulla-átmenet után, amely az ív dielektromos jellegű visszagyújtását okozhatja. Ez a 400 kV-os hálózaton mintegy 70 kVcs nagyságú visszaszökő feszültség gondoskodik arról, hogy az ív az áram nulla-átmenetek után rendszeresen újragyulladjon. A szekunder ívnek az üzemi frekvenciájú

áram természetes nulla-átmenetekor történő megszakítását követően az ív helyén fellépő Uv visszaszökő feszültséget az alábbi egyenlet írja le: U v = ±U a C ab (1 − cos ωt ) C 0 + 2C ab (1) Az egyenlet, amelyben ω a hálózati feszültség forgó vektorának szögsebességét jelöli, azt feltételezi, hogy a kialvás előtt fennálló ív ellenállása elhanyagolhatóan kicsi. Mivel fenti összefüggés alapját képező, a 4/b ábrán bemutatott kapcsolás csupán referenciát ad a folyamatról, érdemes megvizsgálni az abban elhanyagolt paraméterek okozta hatásokat. Az ív áramfüggő, nemlineáris ellenállása torzítja mind az áram, valamint az ívfeszültség alakját (lásd a 4/b ábra kezdeti szakaszát). Nem elhanyagolható az a körülmény sem, hogy a szekunder ívfolyamat későbbi, az ívelési időnel általában túlnyomó szakaszában az íváram kialakulása és megszűnése gyors, ugrásszerűnek vehető változások

eredményeképpen következik be. Ebben az időintervallumban jelentőséghez jut a távvezeték elosztott paraméterű jellege, vagyis az, hogy a kikapcsolt fázisvezető nem koncentráltan, egy pontban kap táplálást az ép fázisoktól, hanem a vezeték teljes hosszában. Így a kapacitív csatolásból eredő táplálás mértéke nem azonos a távvezeték mentén: függ például a feszültségprofiltól a vezeték mentén, a vezeték szimmetrizált, vagy nem szimmetrizált voltától. A fenti egyszerű kapcsolás természetesen nem tartalmazhatja az ép fázisvezetőkben folyó áramok, tehát a pillanatnyi teljesítményátvitel hatását. Ennek a hiánynak jelentősége abban áll, hogy éppen a nagy teljesítményt szállító vezetékeken van nagy fontossága az egyfázisú visszakapcsolás sikerességének. Ugyanakkor fenti kapcsolás helyesen tükrözi az alapvető tendenciákat, mint pl.: A szekunder ív folymatos árama, illetve a visszaszökő feszültség annál

nagyobb, minél nagyobb a távvezeték üzemi feszültsége. A szekunder íváram annál nagyobb minél hosszabb a vezeték, ugyanis Sw kapcsoló zárt állapotában az áramot egyedül 2ωCab reaktancia korlátozza. A távvezeték Cab kapacitása pedig arányos a távvezeték hosszával. A visszaszökő feszültség nagysága nem függ a vezeték hosszától, csupán a kapacitív osztó áttételétől, tehát az oszlopképtől, ami fajlagos paraméter. A távvezetéknek a szekunder ívfolyamattal kapcsolatos jellemzésére általánosan használják a szekunder áram fenti, egyszerű módon számított nagyságát: (Iszek)eff= -(jωCabUa)eff. (2) Ez az áram egyszerűen számítható és különböző távvezeték e szempontból való összehasonlításánál relatíve reprezentatív paraméter. Így pl olyan generalizáló diagramokban, 4 amelyek a különféle feszültségszintű hálózatok nem azonos konstrukciójú, illetve hosszúságú távvezetékein vagy

laboratóriumokban lefolytatott kísérletek eredményeit (a spontán kialvásig eltelt időtartamot) tartalmazzák, független változóként a távvezeték fenti módon számított szekunder íváramát tüntetik fel. Fontos azonban megjegyezni, hogy ez az áramérték a szekunder ívfolyamatnak csupán a kezdeti szakaszára érvényes és sok közelítést tartalmaz. 3.A szekunder ívjelenség elemzésének eredményessége szempontjából fontossága az egyfázisú visszakapcsolás A fenti hatások illetve tendenciák magyarázzák azt, hogy az egyfázisú visszakapcsolás eredményességének a kérdése elsősorban az átviteli hálózaton (Magyarországon 400, illetve 750 kV) merül fel, mert itt legnagyobb Ua valamint a vezetékek hossza, tehát a szekunder ív árama és a visszaszökő feszültség. Ezeken a feszültségszinteken áll fenn annak a veszélye, hogy a szekunder ív nem alszik ki a holtidőn belül, aminek az a következménye, hogy a visszakapcsolás

zárlatos fázisra történik, ami a vezeték végleges kikapcsolását eredményezheti. Másrészről éppen az átviteli hálózat távvezetékeinél kiemelt fontosságú a stabilitás megtartása, mert a villamos energia szállítás biztonságának növeléséhez, vagy legalábbis csökkenésének elkerüléséhez jelentős érdekek fűződnek. Több olyan törekvés jellemzi a jelenlegi gyakorlatot, amely – egyéb beavatkozás hiányában - a távvezetéki zárlatok számának növekedését okozhatja. Ilyen hatással lehet az a tendencia, ami szerint a környezetbe jól illeszthető, előnyösebb vizuális és kisebb biológiai hatást okozó oszlopképekre kívánnak áttérni új távvezetékek létesítésénél. Hasonló következménnyel járhat az is, ha a villamos energia szolgáltatók a vezetékjog megszerzése területén nemzetközi szinten megnyilvánuló nehézségek miatt alacsonyabb feszültségszintű vezetékeket magasabb feszültségszintre kényszerülnek

áttéríteni, vagy olyan, többrendszeres távvezeték-konstrukciót alkalmaznak, amelynél ugyanazon oszlopsoron különböző feszültségű rendszereket vezetnek. A kisebb helyfoglalású, kompakt távvezetékek, vagy különböző feszültségszintű rendszereket tartalmazó, kombinált távvezetékek létesítése, régebben épült távvezetékek magasabb feszültségszintre való áttérítése egyaránt megkívánja a fázisvezetők közötti, illetve a fázisvezetők és a földelt szerkezetek közötti távolságok csökkentését. A szigetelők beépítési hosszának, illetve a légközöknek fentiekből következő redukálása a villámcsapásokból eredő zárlatok várható számát természetszerűleg megnöveli. Hasonló hatású lehet az oszlopkonstrukciótól és a szigetelőszerkezettől függően a védővezetők elhelyezési magasságának a fázisvezetőkhöz képesti, relatív csökkentése. Szem előtt kell tartani azonban azt, hogy bár a villámcsapások

felelősek az összes távvezetéki zárlatok mintegy 50%-áért, azonban a villámáram kis időtartama miatt ezek a zárlatok nagyrészt sikeresen háríthatók egyfázisú visszakapcsoló automatikával. A fentiekben kifejtettek szerint a kompaktabb, illetve komplexebb távvezetéki megoldások alkalmazására való törekvés várhatóan növelni fogja a távvezetéki zárlatok számát. A növekedés elkerülése költséges eszközökkel (pl. távvezetéki oszlopokra szerelt túlfeszültségkorlátozókkal) lenne csupán csökkenthető. A zárlatok számának várható növekedése viszont kompenzálható lenne a sikertelen egyfázisú visszakapcsolások számának redukálásával. Ez a körülmény különösen időszerűvé teszi az egyfázisú visszakapcsoló automatika eredményességét növelő intézkedések ismeretét. Az egyfázisú visszakapcsolás sikerességét íves zárlat esetében alapvetően a következő két lehetőség veszélyezteti: 5 a szekunder ív

esetlegesen nagy árama miatt a holtidő végéig fennmarad és így a visszakapcsolás íves zárlatra történik, a visszakapcsolás által okozott tranziens folyamat során keletkező túlfeszültség újabb zárlatot vált ki. Mindkét fenti hatás annál erőteljesebb, minél szorosabb a fázisvezetők közötti csatolás, vagyis a vezeték Cab kapacitása. Ez a kapacitás természetesen nő a vezeték hosszával, fajlagos értéke pedig az oszlop és a fázisvezetők konstrukciójáról függ. A Cab kapacitást növeli a kötegesítés mértékének, vagyis a kötegben levő vezetők számának növelése, továbbá a fázisvezetők egymástól való távolságának redukálása. Az 1 táblázat összehasonlítja három, különböző mértékben kompakt, illetve kötegelésű távvezeték 1 km-re eső kapacitás-értékeit. A táblázatból kiolvashatóan a fázisok közötti kapacitás a konvencionálishoz képest korszerűbb kivitel esetén kétszeresére, sőt

háromszorosára is növekedhet. Cab kapacitás növekedésének mértékével arányosan nő a szekunder ív üzemi frekvenciájú, stacioner árama, és legalább ilyen mértékben lehet számolni a szekunder ív időtartamának növekedésével. Ez pedig a szekunder ív-időtartamokkal kapcsolatos hálózati és laboratóriumi kísérletek eredményeiből következtetve veszélyezteti a visszakapcsolás sikerességét. Konfiguráció C0 [nF/km] Konvencionális 400 kV vezeték, 8.235 vizszintes elrendezéssel, kötegelt 2x500 mm2 -es fázisvezetők Kompakt 400 kV os vezeték 7.03 2x500 mm2 –es fázisvezetők Kompakt 400 kV –os vezeték, 7.46 3x300 mm2 –es fázisvezetőkkel C1 [nF/km] Cab [nF/km] 10.958 0.907 12.55 1.83 13.95 2.16 1. táblázat A leírtakat összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a távvezetékek kompaktabb kivitelére való törekvés a zárlatok számát némiképpen növelni fogja. A kompaktabb kivitelnek ugyanakkor az egyfázisú visszakapcsolás

eredményességét veszélyeztető hatása is van. Annak érdekében tehát hogy a várhatóan nagyobb számú zárlat következményei ne rontsák a távvezetékek megbízhatóságát, érdemes az egyfázisú visszakapcsolási ciklus elemi folyamatainak, valamint a teljes ciklusnak a részletes elemzése alapján megkeresni azokat a módszereket, amelyek alkalmasak lehetnek a visszakapcsolás eredményességének javítására. A visszakapcsolás eredményessége javítható azáltal, hogy az eddigiek során végzett szekunder ív kisérletek eredményeit statisztikusan feldolgozzuk és azon ívidőnek megfelően választjuk meg az egyfázisú visszakapcsolás holtidejét, amelyet az általunk kielégítőnek tartott, csekély valószínűséggel halad csupán meg a szekunder ív spontán kialvásáig szükséges időtartam. Ez a módszer azonban jelenleg nem követhető eredményesen, mert az eddigi kisérletek eredményeit tartalmazó diagramban szereplő kisérleti pontok szórása

igen nagy. 6 tstss 2 3 Az eddigiekben mért szekunder ívidők függése a szekunder ív állandósult áramától 5. ábra A nagymértékű szórás egyik oka az, hogy a szakirodalmi közleményekből sok esetben nem állapíthatók meg pontosan a kisérletek körülményei. Legnagyobb a szél szerepe a nagy szórásban, ami az ívcsatorna hosszát alapvetően befolyásolja, a kisérletek során azonban a meteorológiai paramétereket általában nem rögzítették. A szél hatására jellemző az a hazai kisérletek során szerzett tapasztalat, hogy az átviteli hálózat ugyanazon pontján végzett kisérletek alkalmával teljes szélcsendben 40 mp alatt sem aludt ki a szekunder ív, közepes szél mellett viszont 0.5 mp után bekövetkezett a spontán kialvás Ezért megbízható statisztika alapjául elsősorban ellenőrzött, illetve beállított paraméterek mellett lefolytatásra kerülő, laboratóriumi kisérletek eredményei szolgálhatnának. Ehhez olyan

laboratóriumban kivitelezhető, nagyfeszültségű áramkörre és körülmények biztosítására van szükség, ami a szekunder ív spontán kialvását befolyásoló részfolyamatokat kellő hűséggel modellezi. Jelen tantárgy szempontjából legérdekesebb tranziens részfolyamatnak a szekunder ív égésének intermittens szakasza tekinthető. E szakaszban a nagyellenállású ívcsatornaszakaszokban tekintélyes feszültségen visszagyujtások keletkeznek, amelyek meredek homlokú áramhullámokat indítanak a zárlat helyéről. Ezeknek a zárlatos fázis mindkét végéről való visszaverődése a zárlat helyén – a visszagyújtás pillanatától számított 2T* idő elteltével áram nullaátmenetet okoz a zárlat helyén, ami általában az ív intermittens kialvásához vezet. Ezért az intermittens égési szakasz íváramát különálló, nagyamplitudójú és egyforma talpidejű impulzusok alkotják, amint ez a 3/b ábrán látható. A szekunder ívelés ezen

szakaszát eszerint az ívcsatornában lezajló termikus és a vezetéken lefolyó elektromágneses tranziensek kölcsönhatása jellemzi. Amennyiben a szekunder ívcsatorna valamilyen okból lerövidül (pl. rövidrezáródó hurok keletkezik rajta), akkor visszatolódhat a jelenség a folyamatos ívégés szakaszába. Tekintve, hogy a végleges ívkialvást mindíg intermittens szakasz előzi meg, az ilyen esetekben csupán 7 újabb intermittens szakasz szükséges az ív végleges kialvásához. Emiatt ilyenkor az ívidő jelentősen megnő. A fentiek indokolják, hogy a szekunder ív laboratóriumi szimulációja esetén nem elhagyható a zárlatos fázisvezető elosztott paraméterű voltának figyelembevétele, illetve modellezése. 4. Adaptív egyfázisú visszakapcsolás Az egyfázisú visszakapcsolásnak a jellemzők aktuális, az adott zárlati esethez adaptált megvalósítására több mód kinálkozik. Irányulhat az adaptív megvalósítás a zárlat permanens vagy

múló (íves) jellegére.Ez azt igényli, hogy már lehetőleg közvetlenül a zárlat bekövetkezése után, de legfeljebb a holtidő kezdeti szakaszában megállapítsa az automatika, hogy a zárlat nem ppermanens-e. Ha igen, akkor azonnal, véglegesen kikapcsol és elmarad a holtidő, illetve a visszakapcsolási kisérlet. Ez mind a hálózat biztonsága, mind pedig a komponensek igénybevételei szempontjából kedvező. Az adaptív egyfázisú visszakapcsolás másik válfajánál a holtidő hosszát igyekeznek statisztikusan rövidíteni azzal, hogy az aktuális ív spontán kialvásának időpontját megállapító érzékelő elemet építenek be az automatikába, amely a visszakapcsolást meggátolja, vagy esetleg a holtidőt némiképpen megnöveli, ha az automatikán beállított, viszonylag rövid holtidő elteltével a szekunder ív kialvása nem következik be. A következő pontban ez utóbbi megoldás egyik variánsát ismertetem. 5. A szekunder ív végleges

kialvásának detektálása Az egyfázisú visszakapcsolás eredményességének a stabilitási viszonyok romlása nélküli növelése lehetséges olymódon is, hogy a holtidőt viszonylag rövidre választjuk, de reteszeljük (meggátoljuk) a visszakapcsolást, ha nem konstatálható, hogy a holtidő végéig a szekunder ív kialudt. Ehhez azonban szükség van olyan módszerre, amely megbízható módon detektálja a szekunder ív végleges kialvásának bekövetkezését. A szekunder ív végleges kialvásának detektálására látszólag egyszerű módszer kínálkozik: a szekunder ív folyamatos égése, illetve az intermittens szakasz befejeződése után az ép fázisokkal való, főleg kapacitív kapcsolat hatására a kikapcsolt fázisban megjelenik a visszatérő feszültség, aminek nagysága egyszerűen számítható. A végleges kialvás időpontjának megállapítása eszerint úgy történhetne, hogy ha az automatika érzékeli a primer zárlat megszűnése utáni, a

szekunder ív égésére jellemző alacsony feszültségszintet a kikapcsolt fázison, majd a visszatérő feszültség megjelenését, akkor a szekunder ív megszűntnek tekinthető, a kikapcsolt fázisvezető visszakapcsolható. Ennek a detektálási módnak a megbízhatósága azonban nem kielégítő. A szekunder ív intermittens szakaszában ugyanis a visszagyújtások sok esetben, különösen az ív végleges kialvását megelőzően a visszaszökő feszültség csúcsértéke táján történnek, tehát amplitúdójuk közel azonos a végleges ívkialvást követő visszatérő feszültség amplitúdójával. Ha pedig tekintetbe vesszük a feszültségváltók kisütő hatását is, a visszatérő feszültség maximális értéke csupán rövid ideig áll fenn, tehát ez a módszer nem képes megbízhatóan 8 megkülönböztetni a szekunder ív intermittens szakaszát az ív végleges kialvása utáni szakasztól. A szekunder ív végleges kialvási pillanatának

biztonságosabb detektálása alapozható azokra a tranziensekre, amelyek az ív sorozatos visszagyújtásakor, tehát az intermittens szakaszban, félperiódusonként lejátszódnak. Az intermittens szakaszt két alapvető tranziens jellemzi: a visszagyújtási tranziens és a visszagyújtási ív kialvása által keltett tranziens. Ha az U feszültségre feltöltött vezetéket P pontban kisütjük (a 6. ábrán a kapcsolót zárjuk), akkor P pontból A valamint C végpontok irányában meredek homlokú hullámok indulnak el. P pontban a vezeték földelt, A és C pontokban nyitott. Így a feszültséghullám P pontban negatív, A és C pontban pozitív reflexiós koefficienst talál, aminek következtében mindkét végponton alternáló előjelű reflektált hullámok képződnek, tehát lengő jellegű tranziens alakul ki. A C P T1 T2 Egyszerű kapcsolás a szekunder ív kialvásának detektálásához. 6. ábra Az A pontban mérhető feszültséglengés alapharmonikusának

frekvenciája 1/4T1, B pontban 1/4T2 (T1 és T2 az AP, illetve PC vezetékszakaszokhoz tartozó hullámterjedési idő). Ez a folyamat, amelyet visszagyújtási tranziensnek nevezhetünk, jól felismerhető a 7. ábrán Ha az ív valamelyik áramnulla-átmenetben kialszik, akkor P pont megszűnik diszkontinuitási pont lenni, mert e pontban ettől kezdve nincs hullámimpedancia–változás. A vezetéknek eddigiekben a zárlat által elválasztott két szakaszán eltérő feszültségeloszlás uralkodik a zárlati ív kialvásának pillanatában. A vezeték teljes hosszán azonos feszültség létrehozását megvalósítani törekvő tranzienst az jellemzi, hogy csupán A és C pontokon van már hullámreflexió. Ennek következtében mindkét vezetékvégen a kiegyenlítő tranzienst 1/2(T1+T2)=1/2T frekvencia jellemzi. Amint a fent idézett ábrákon is látható, a kialvási tranziensben természetszerűleg a szerepel visszagyújtási frekvencia is. A 7. ábrán az intermittens

szekunder ív fentiekben leírt két, egymást követő visszagyújtást és kialvást tartalmazó intervallumának feszültséggörbéi láthatók. A görbék a két vezetékvégen megjelenő feszültségeket ábrázolják. A visszagyújtást közvetlenül követően lengés frekvenciája eltérő, amit az a körülmény okoz, hogy a zárlat az A vezetékvéghez lényegesen közelebb van, mint C-hez. A kialvást követő lengés alapharmonikusa mindkét végen azonos Ez a frekvencia ugyanis független a zárlat helyétől, gyakorlatilag csak a vezeték befutási idejétől függ. 9 A visszaszökő feszültség jellemző frekvenciái. 7. ábra A leírtakat összegezve megállapíthatjuk hogy az intermittens szakaszban minden visszagyújtás és átmeneti ívkialvás jellegzetes frekvenciájú lengéseket kelt a kikapcsolt fázis végein észlelhető feszültségben. Ha a visszagyújtások már megszűntek, tehát amikor a szekunder ív végleg kialudt, a két jellegzetes

frekvencia is eltűnik a végponti feszültségből. Erre a felismerése alapozható a szekunder ív végleges kialvásának azon detektálási módszere, amely a vezetékvégi feszültségnek nem a sok tényező által befolyásolt amplitúdója, hanem frekvenciatartalma alapján különbözteti meg az ívelés alatti szakaszt a végleges kialvást követőtől. A fenti két jellemző frekvencia közül a visszagyújtási frekvenciát nem racionális az ív végleges kialvásának detektálásánál felhasználni, mert ez a frekvencia a zárlati hely függvénye, tehát véletlenszerű. A kialvási tranziens frekvenciája azonban adott vezetéken a zárlat helyétől és egyéb paramétereitől gyakorlatilag független. Ha tehát valamely vezetékre nézve ezt a frekvenciát meghatározzuk és a vezeték két végén a feszültségváltó szekunder kapcsaira erre a frekvenciára hangolt sávszűrőt kapcsolunk, a szűrő kimenetén az intermittens szakaszban magas feszültségszint

észlelhető, ami az ív végleges kialvását követően erőteljesen lecsökken (8.ábra) 350 [kV] 250 150 50 -50 -150 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 [s] 0.50 v:F4 (file filter.pl4; x-var t) v:AB 7E7 1 factors: 1 2E5 offsets: 0,00E+ 00 0,00E+ 00 alsó görbe: a kikapcsolt fázis feszültsége a nyitott vezetékvégen felső görbe: a sávszűrő kimenő feszültsége A detektálási elv ellenőrzése számítógépes szimulációval 8. ábra 10 felső görbék: vezetékvégi feszültség, alsó görbe: feszültség a szűrő kimenetén 9.ábra - A szekunder ív végleges kialvásának detektálása A 9. ábra 40dB/d meredekségű 900-1000 Hz töréspontokkal rendelkező sávszűrő kimenetén megjelenő jelet mutatja az ív intermittens szakaszán, illetve a végleges ívkialvást követően. Az ívkialvások által keltett tranziens az átviteli hálózat vezetékhosszai mellett legfeljebb kHz nagyságrendű, az ilyen frekvenciájú jelek hű átvitelére a

feszültségváltók általában alkalmasak. A sávszűrő méretezésénél ajánlatos a detektálás alapjául szolgáló sávot a lehető legpontosabban előírni annak érdekében, hogy a vezetékhez csatlakozó alállomáson a zárlat, illetve kikapcsolás tranziensei, illetve a védelmi relék és automatikák működése okozta elektromágneses zavarás ne vezessen a detektálás hibás működésére. A pontosság növelése érdekében meg kell vizsgálni azt, hogy a jelenségnek a 6. ábra szerinti, egyfázisú elemzéséből megállapított f=1/2T detektálási frekvencia formulájába milyen hullámsebességet kell helyettesíteni. Abból a körülményből ugyanis, hogy reális, háromfázisú vezetéken a zárlat, a visszagyújtás és az ívkialvás egyaránt csupán egyetlen fázisban jelentkezik, az következik, hogy a jellemző lengés a vezető, illetve a föld modusban lejátszódó hullámfolyamatok eredőjeként alakul ki. Itt felhasználható az a

megállapítás, hogy egyetlen, a tranziens szempontjából „aktív” vezető és két „passzív” fázisvezető esetében a szóbanforgó frekvencia f*=1/2T, ahol T- az un. v* hullámsebességből számított befutási idő. A v* hullámsebesség a pozitív sorrendű (vezető modusú), valamint az egyedülálló vezető – föld rendszerre jellemző hullámsebesség közé esik. Ezen sávon belül a v* hullámsebesség az ép fázisvezetők és a föld közötti impedancia nagyságától, tehát gyakorlatilag a vezetéken átvitt teljesítménytől, a vezeték üzemállapotától függ. Ha a vezeték üzemállapota gyakran változó, a sávszűrőt a két hullámsebesség különbsége által meghatározott hullámsebesség alapján kell megválasztani. A két sebesség különbsége kHz nagyságrendű frekvencián a pozitív sorrendű hullámsebesség mintegy 10% át teszi ki. Ha a vezeték üzemállapota állandó jellegű, a sáv szélessége szűkíthető. A fentiekben

leírt detektálási mód alapját az, a tapasztalatra alapozott feltételezés képezi, hogy a szekunder ív spontán kialvását minden esetben megelőzi az intermittens szakasz. Hálózati kísérletek során azonban erős szél esetében előfordult olyan eset, amikor az ív nagy sebességű nyúlása miatt csupán egy vagy két, kis feszültégesést produkáló visszagyújtás után az ív végleg kialudt. Ezért az ív végleges kialvásának másik detektálási feltételeként célszerű azt is megszabni, hogy észlelhető legyen a kialvást követően a visszatérő feszültség 11 megjelenése a kikapcsolt fázisvezetőn. Ez a feltétel azért is hasznos, mert a szűrő kimenetén észlelt alacsony feszültségszintet permanens zárlat is okozhatja. A szekunder ív végleges kialvása detektálásának fenti módszerét elsőízben az Albertirsa – Zapad távvezetéken végzett kísérletek során vizsgáltuk meg. Ez a detektálási mód jelentős előnnyel jár

söntkompenzált vezetéken, ahol mind az intermittens szakaszban kialakuló visszaszökő feszültség, mind pedig az ív végleges kialvását követő, visszatérő feszültség amplitúdója a kompenzáció pillanatnyi fokától függ, tehát a detektálásnak egyedül a visszatérő feszültség megjelenésére alapozása nem megengedhető. Emellett a visszatérő feszültség amplitúdója attól is függ, hogy a söntkompenzált vezeték söntfojtó-készleteinek van-e csillagponti fojtója, illetve mindegyiknek van-e. A szóbanforgó detektálási elv első kipróbálása söntkompenzáció nélküli, rövid 400 kV-os távvezetéken 1987 októberében került sor a Győr-Litér vezetéken. A Héviz-Tumbri 400 kVos összeköttetés üzembe helyezésekor elvégzett zárlati próba során rögzített feszültségjelben szintén megfigyelhető a zárlati ív végleges kialvását megelőző intemittens szakasz során fellépő tranziens. A 230 km vezetékhosszhoz tartozó

sávszűrő beállítással kapott kísérleti e eredmények láthatók a 10. ábrán 300 1000 Íváram 250 500 200 0 150 100 -500 A kikapcsolt fázis feszültsége -1000 50 -1500 0 -2000 -50 -2500 -100 -3000 20 15 Sávszűrő kimenetén megjelenő jel 10 5 0 -5 -10 -15 -20 0.40 0.55 (file P rimarc filtered.adf; x-var Time) B andP assU< 0.70 0.85 10. ábra 6. Módszerek a szekunder ív várható időtartamának lerövidítésére 12 1.00 1.15 Az időjárási viszonyokat, valamint egyéb stochasztikus tényezőket leszámítva, a szekunder ív időtartamának legfőbb befolyásolója a szekunder ív árama, illetve a szekunder ív helyén a kialvást követő visszatérő feszültség. Tekintve, hogy a holtidő megengedhető hosszát limitálják a stabilitás fenntartásával kapcsolatos követelmények, a szekunder ív áramától és a visszatérő feszültségtől függ az, hogy az ív (a holtidőn belül) spontán kialszik-e, vagy sem. A

visszatérő feszültség nagyságát a vezeték feszültségszintje, valamint a zárlatos fázis és az ép fázisok közötti kapacitív és induktív csatolás mértéke, vagyis az oszlopkép és a fázisvezetők geometriája szabja meg. A szekunder ív áramát (a folyamatos ívelés szakaszán) fentieken kívül még a vezeték hossza is. A primer ívnek a szekunder ív áramára csupán a holtidő kezdeti periódusaiban van befolyása, azokban az esetekben, amelyek veszélyeztetik a visszakapcsolás eredményességét, az ívidő hosszú és így az ív kialvása szempontjából kritikus intermittens szakaszban a primer ívplazma maradványai már eltávoztak az ívelés helyéről. Különböző feszültségű távvezetékeken az oszlopmagasság, a fázistávolság, a fázisvezetők geometriája eltérő. Ugyanazon a feszültségszinten azonban jelentős eltérés nincs a távvezetékek fázistávolsága, az oszlopmagasság és a fázisvezetők konfigurációja között. Ezért

– természetesen közelítőleg - azt lehet mondani, hogy a távvezeték feszültségszintje és hossza meghatározza a szekunder ív áramát és a visszaszökő feszültséget. Ebből viszont az következik, hogy fenti két paraméter tájékoztatást ad a szekunder ív spontán kialvásának várható időtartamáról, vagyis konstans holtidőt feltételezve egy adott feszültségszinten, az egyfázisú visszakapcsolás sikerességéről is. A szakirodalomban található adatokat, utalásokat összegezve úgy tekinthető, hogy a szekunder ívelés időtartamának rövidítésére szolgáló speciális berendezések, intézkedések nélkül az egyfázisú visszakapcsolások sikeressége a 2. táblázat szerint függ a vezetékhossztól - Névleges feszültség (kV) Sikeres hossz (mérföld) Sikeres hossz (km) Kétséges hossz (mérföld) Kétséges hossz (km) 765 0-50 0-80 50-80 80-129 500 0-60 0-97 60-100 97-161 345 0-140 0-225 140-260 225-418 230 0-300 0-483

300-500 483-805 Az egyfázisú visszakapcsolás várható sikeressége 2. táblázat A táblázatból kiolvashatóan a hazai átviteli hálózat több távvezetéke esik a kétséges hosszak intervallumába, amelyeknél ajánlatos speciális eszközöket, módszereket alkalmazni a szekunder ívidő lerövidítésére. Ilyen eszközök és módszerek az alábbiak: 6.1 Csillagponti fojtótekercsek beépítése söntkompenzált távvezetékeken Söntkompenzált távvezetéken a szekunder ív áramának és visszaszökő feszültségének meghatározására a 4/b ábrát ki kell egészíteni olymódon, hogy a C0 kondenzátorral parallel Ls induktivitást kapcsolunk, amelynek értéke a kikapcsolt fázisra kapcsolt söntfojtótekercsek induktivitásának párhuzamos eredője. Amennyiben a háromfázisú söntfojtó-készlet csillagpontja földelt, a folyamatos (szinuszos) szekunder íváram nagysága természetesen 13 ugyanakkora lesz, mint söntkompenzálás nélküli vezetéken. Az

intermittens ívégési szakaszban azonban az átmeneti ívkialvásokat követő visszaszökő feszültség sokkal nagyobb lehet a söntkompenzált távvezetéken, Ennélfogva a visszagyujtási áramimpulzusok amplitudója és energiatartalma is nő. Tekintve, hogy söntkompenzálással csak hosszú vezetékeket szoktak ellátni, amelyeknek tehát nagy Cab kapacitása van, a szekunder ívnek a stabilitási kritériumok által maximált holtidőn belüli spontán kialvása kite valószínűségű, mint söntkompenzálatlan vezetékeknél. Ez a hátrány ellensúlyozható csillagponti (un neutrális) tekercsek beiktatásával. A háromfázisú söntfojtó-készlet csillagpontja és a föld közé iktatott tekercsben a vezeték aszimmetrikus állapotában (földzárlatkor) áram folyik, mivel az aszimmetria folytán a csillagpont feszültségre kerül. Az áram zérus sorrendű (mert a csillagpont és a föld közé van iktatva) és induktív (mivel nagy induktivitású söntfojtókon és

a csillagponti fojtón folyik keresztül). A szekunder ív kapacitív áramát ez az induktív áram részben kompenzálni képes Azt, hogy milyen mértékű a kompenzálás, a söntkompenzáció aktuális mértéke, a csillagponti fojtók száma és paraméterei határozzák meg. Uc ~ Ub ~ Cab 2Cab L* Cab ~ Ua ~ Co A -Ua/2 Is K Ls N L* Co Ln a. b. Csillagponti tekercs hatása 11. ábra A 11. ábra részletesebb magyarázatot ad a kompenzálás fizikájára A 11/a ábra szerinti háromfázisú hálózati sémában Ln jelöli a csillagponti induktivitást. Ez a Thevenin elv, valamint csillag – delta átalakítás segítségével a 11/b szerinti egyfázisú kapcsolásra redukálható, amelyben L* Ln-et is tartalmazza. Ezért Ln megfelelő megválasztásával elérhető, hogy az Ln és 2Cab által alkotott parallel rezgűkör rezonancia-frekvenciája az üzemi frekvenciával legyen egyenlő. Ezzel elérhető, hogy ez a rezgőkör üzemi frekvencián szakadást képez, ami

mind a szekunder íváram, mind pedig a vissszaszökő feszültség üzemi frekvenciájú komponensét zérussá teszi, ami elősegíti a szekunder ív igen gyors kialvását. Olyan távvezetékeknél azonban, amelynél változtatják a söntkompenzáció mértékét, a hatás nem ennyire kedvező, mert a csillagponti induktivitás csupán egyetlen kompenzáció fokra optimális. 6.2 Soros kondenzátor a vonali megszakítóval parallel A szekunder áram csökkentésére, vagy teljes kompenzálására felhasználható az a körülmény, hogy a szekunder ívet tápláló helyettesítő generátor feszültsége Uh= -Ua/2, vagyis pontosan ellenfázisban van a kikapcsolt fázisvezetőhöz tartozó gyűjtősín-feszültséggel. 14 hálózati kapcsolás referencia kapcsolás 12. ábra Ha a zárlatos fázis vonali megszakítóját a távvezeték fázisok közötti Cab kapacitásával megegyező kapacitású kondenzátorteleppel hidaljuk át a 12 ábrán látható módon, akkor a

szekunder íváram kapacitív komponense, amely gyakorlatilag meghatározza a szekunder íváramot, zérusra csökken. Ennek oka az, hogy bár a kompenzáló áramot létrehozó feszültséggenerátor feszültsége fele csupán a gyűjtősín-feszültségnek, a kompenzáló áramkörben szereplő Cab kapacitás is fele az ép fázisok gerjesztő hatását szimuláló áramkör 2Cab kapacitásának, vagyis a két kapacitív áram nagysága megegyezik, irányuk ellentétes. Kisebb, C kapacitású kondenzátorral a kondenzátor nélküli vezeték szekunder ívárama C/Cab arányban redukálható. Ennek a módszernek üzemi alkalmazása esetén olyan automatikát kellene beépíteni, amely gondoskodik arról, hogy a Cab vagy annál kisebb kapacitású kondenzátor csak az egyfázisú visszakapcsolás holtidejében iktatódjon be. A megoldás nagy hátránya a kondenzátor létesítésével kapcsolatos többlet beruházási igény. Ebbe az is beleértendő, hogy természetesen gondoskodni

kell az áthidaló kondenzátor kiiktatásának lehetőségéről is. Előnye, hogy elegendő a kondenzátortelepnek csupán az egyik vezetékvégen való felszerelése, valamint az, hogy működése többlet-automatika beépítését nem teszi szükségessé. 6.3 A vezeték szakaszokra bontása Ennél az eljárásnál a távvezeték mindhárom fázisát soros megszakítókkal szekciókra osztják Az egyfázisú visszakapcsolás holtidejében a szekcionáló megszakító a zárlatos fázist rövidebb szakaszokra osztja, így lecsökkenti a Cab kapacitást, vagyis a szekunder íváramot a zárlatos szakaszban. A módszer alkalmazásának hátránya az alállomásoktól távol létesítendő szekcionáló megszakítókkal kapcsolatos többlet beruházási igény. A fentiekben ismertetett és elvileg a célnak megfelelő, azonban költséges két módszer hálózati alkalmazásáról nem számol be a szakirodalom. 6.4 Gyorsműködésű földelőkapcsolók beépítése A szekunder ív

korlátozásának ezen módszere azt igényli, hogy a vezeték minden fázisába egyik, vagy mindkét vezetékvégen automatikusan működő, gyors földelő kapcsolókat építsenek be. 15 (HSGS- High-Speed Ground Switch – nagysebességű földelőkapcsoló) A szekunder ív kialvását elősegítő földelő kapcsolók. 13. ábra Az egyfázisú visszakapcsolás holtidejében a hibás fázisban a földelőszakaszoló rövid időre bekapcsolódik, ezáltal söntöli a szekunder ívet. Amennyiben a söntölt állapot időtartama a szekunder ív helyén a szigetelés regenerálódására elegendő a tapasztalat szerint, a szekunder ív kialszik. A visszakapcsolás előtt kellő idővel a földelő kapcsoló kikapcsolódik A földelő-szakaszolók zárt állapotában radikálisan lecsökken a kikapcsolt fázisvezető és a föld közötti feszültség. Számításokat végeztek egy 300 km hosszú, 500 kV-os vezetéken a földelő kapcsoló zárt állapotában, közvetlenül a

szekunder ív kialvását követően kialakuló feszültség meghatározására. A szinuszos feszültségeloszlás legnagyobb értéke (a vezeték közepén) 2.2 kV-ra adódott Hálózati kísérletekből, amelyeket szintén 500 kV-os vezetéken hajtottak végre, megállapították, hogy az ív a földelő kapcsoló zárását követően kialszik. Földelő kapcsolók fenti alkalmazásánál jelentőséghez jut a kikapcsolt fázisvezető és az ép fázisok közötti induktív kapcsolat. A szekunder íváram vizsgálatánál ezzel azért nem foglalkoztunk, mert az ép fázisvezetőkben folyó áram, amely a vezeték – földkapacitás – föld – szekunder ív áramkörben folyik, nagy soros kapacitív reaktanciát tartalmaz (lásd a 15. ábrát, amelyben a kikapcsolt fázisvezető elosztott földkapacitásának a vizsgált folyamat szempontjából nagyobb szerepet játszó részét egy pontba koncentráltuk). Ezért legalább egy nagyságrenddel kisebb a szekunder ív indukált

komponense a kapacitív összetevőnél. Ha azonban földelő kapcsolók kis ellenállású összeköttetést létesítenek a kikapcsolt fázisvezető és a föld között, akkor a vezeték – földelő kapcsoló – föld – szekunder ív áramkör kis impedanciájúvá válik, a kör árama jelentősen megnő. Az indukált komponens kialakulását és hatását a 14. ábra kapcsán tanulmányozhatjuk A szekunder ív induktív komponensének kialakulása. 14. ábra A szekunder íváram indukált komponense a kikapcsolt fázisvezetőben létrejött soros feszültség hatására alakult ki. A 14 ábra feltételezi, hogy a zárlat éppen a vezeték felezőpontjában van. A kikapcsolt fázisvezetőt n szakaszból összetettnek tekintjük, amelyek 16 mindegyikében Uind/n soros feszültség keletkezik. Az ábrán szereplő, szimmetrikus esetben ezért a szekunder ív csatornájában nem folyik indukált komponens, mert a zárlat jobb-, illetve baloldalán kialakult. indukált

áramok azonos nagyságúak és ellentétes irányúak Ha a zárlat a vezeték bármely más pontjában van, az ív indukált összetevőt is tartalmaz. A szekunder íváram akkor a legnagyobb, ha a zárlat a vezeték valamelyik nyitott végén jött létre (15. ábra) A szekunder ív indukált komponense természetesen annál nagyobb, minél nagyobb az ép fázisokon átvitt teljesítmény. Indukált áramkomponens vezetékvégi zárlatkor 15. ábra Ha a vezeték egyik végén földelő kapcsolót építenek be, a zárlat pedig a vezeték másik végén van, a szekunder íváram indukált komponense maximális, ami elérheti, sőt meghaladja azt a kapacitív összetevőt, amely a földelő szakaszoló zárása hiányában keletkezne. Többek között ezért szükséges mindkét vezetékvégen beépíteni földelő kapcsolókat, mert ilyenkor a nagy induktív komponens főképpen nem az ívcsatornában, hanem a földelő kapcsolókban folyik. A vezeték egyik végén felszerelt

földelő kapcsoló hatása a szekunder áramra 16. ábra Gyorsműködésű földelő kapcsolókat a igen nagy feszültségű távvezetékeken fenti célból első ízben a nyolcvanas években a Bonneville Power Administration (USA) alkalmazott arra a megállapításra alapozva, hogy ezzel a megoldással lényeges megtakarítást lehet elérni a távvezetékek beruházási költségei terén. Az ezzel kapcsolatos kalkuláció abból indult ki, hogy a szekunder íváramnak az egyfázisú visszakapcsolás kellő megbízhatóságához szükséges korlátozása vagy gyors földelő kapcsolókkal, vagy pedig csillagponti fojtókkal ellátott söntfojtó készletek beépítésével lehetséges. A számításban a söntfojtó készletek teljes árát vették tekintetbe, ami arra utal, hogy olyan távvezetékek esetében, amelyeknél egyébként nem volt szükség söntkompenzálásra a meddőszabályozás szempontjából, a földelő kapcsolók egyedüli alternatíváját söntfojtó

készletek beépítésében látták, ahol a söntfojtók főképpen a csillagpont képzését szolgálták volna. 7. Az egyfázisú visszakapcsolás ciklusában lejátszódó egyéb tranziensek A továbbiakban az automatikus egyfázisú visszakapcsolás idején lejátszódó tranziens folyamatokat tekintjük át röviden, amelyek befolyásolhajtják a visszakapcsolás eredményességét. 7.1 Zárlati tranziens 17 A zárlati tranziensnek söntkompenzált vezetékek egyfázisú visszakapcsolásánál van szerepe. Ha a zárlati áram egyenkomponenst tartalmaz, akkor ez a söntfojtók útján megjelenik a szekunder ív áramában is, ahogyan a 17. ábrán látható Ennek következtében a szekunder íváram első nullaátmenete csupán több periodus elteltével következik be, ami korlátozza a csillagponti tekerccsel elérhető ívidő csökkenés minimumát. Zárlati és szekunder áram söntkompenzált távvezetéken 17. ábra 7.2 Kikapcsolási tranziens Ennek a tranziensnek

akkor van jelentősége, ha egy szabadvezetéken az egyfázisú kikapcsolás és visszakapcsolás zárlat nélkül, gyors egymásutánban zajlik le. Ilyen esemény előfordulhat akkor, ha az egyfázisú visszakapcsoló automatika üzemkészségének ellenőrzésére zárlat nélkül működtetik az automatikát. Kiválthatja ezt a jelenséget az is, ha a távolsági védelem túlfedő kapcsolása miatt jön létre szabályos, de elvben felesleges un. kisérő egyfázisú visszakapcsolási ciklus. Ilyenkor a kikapcsolt fázisvezetőn az üzemi feszültség csúcsértékével azonos, vagy annál némileg nagyobb feszültség marad vissza, ami oppozicióban való visszakapcsolásnál jelentős túlfeszültséget okozhat és visszagyujthatja a zárlatot, ez utóbbi viszont a vezeték végleges kikapcsolását eredményezheti. Növelheti a visszakapcsolási túlfeszültséget és a visszakapcsolás eredménytelenségét a vonali megszakító estleges visszagyújtása a zárlatmentes

fázisvezető kikapcsolásakor, mert ez nagyobb visszamaradó feszültséget eredményez. Tekercselt feszültségváltók a távvezetéken viszont kisütő hatásuk miatt jelentős mértékben lecsökkenthetik a visszakapcsolási túlfeszültséget. A visszakapcsolási túlfeszültség csökkentésének elsősorban atmoszférikus szennyezésnek kitett szakaszt tartalmazó távvezeték esetében van jelentősége, amikor egyidejűleg nagyszámú szigetelő van leromlott állapotban. 18