1. Kirish so‘zi. Asosiy tushinchalar va holatlar. O‘ta kuchlanish turlari va ularning paydo bo‘lishi

Sinov savollari:

1. 
   Elektr uzatish yo‘lininsh chaqmoqbardoshligi nima?
   
2. 
   Teskari qoplanish nimani bildiradi?
   
3. 
   Tayanchlar turlarining o‘ta kuchlanishga ta’siri qanday?
   
4. 
   To‘lqin jarayonini tushintiring?
   
5. 
   Elektr qurulmalarni atmosfera o‘ta kuchlanishdan muxofazalash qanday bajariladi?
   

Mavzu №28: Ichki o‘ta kuchlanish.

Ma’ruza rejasi:

1. 
   Elektr sistemada sodir bo‘ladigan ichki o‘ta kuchlanish.
   
2. 
   Ichki o‘ta kuchlanish paydo bo‘lishiga ta’sir etuvchi omillar.
   

Uncha uzun bo‘lmagan XEUY-larida neytral izolyasiyalanganda bir fazali qisqa tutashuv natijasida shikastlanmagan fazadagi kuchlanish chiziqli qiymat­gacha o‘sishi mumkin. Elektr sistemasi bir xolatdan ikkinchi xolatga tebranish jarayoni orqali o‘tishi natijasida, uning fazalarida kuchlanishning o‘sishi kuzatiladi. Bu o‘tish jarayoning taxlilini 1a rasmda keltirilgan elektr tarmog‘ining almashtirish sxemasi bo‘yicha bajaramiz. XEUY uncha uzun bo‘lmaganligi tufayli uning induktivligini e’tiborga olmasdan, sig‘èìëàðèíè æamlangan deb qaraymiz. Uch fazali sistemani A va V fazalari orasidagi kuchlanishlar grafigi 1b rasmda keltirilgan. Bunda t₁ momentda A fazadagi kuchlanish o‘zining manfiy maksimumidan o‘tayotganida unda bir fazali qisqa tutashuv sodir bo‘ldi deb faraz qilaylik. Bu xolda shikastlanmagan V fazadagi va fazalara­ro kuchlanish Uv=0,5Uf; U_AV=1,5Uf-ga tenglashadi. O‘tish jarayoni tugagandan keyingi turg‘unlashgan holatda Uv= Uav -­ga tenglashadi. o‘tish jarayonnini 2 qismga bulgan holda taxlil qi-lamiz. CHunki A fazasi erga qisqa tutashgandan keyin o‘zaro paralel ulangan shikastlanmagan V faza­ning sig‘imi va fazalararo sig‘imlarning zaryadlari tenglashishi natijasida ularda kuchlanish quyidagi qiymatgacha tenglashadi:

Uv = (0,5UfS + 1,5UfCav)/(S + Cav)= 0,5Uf + KUf; (1)
bu erda K = Sav/(S + Sav).
O‘tish jarayonning ikkinchi qismida kuchlanish o‘zining turg‘unlashgan U_teb ga teng bo‘lgan qiymati atrofida amplituda bilan tebranadi:
Uteb =Uav-Ubosh = 1,5Uf - ­Un⁽¹⁾ = (1-K) Uf. (2)
T ebranish davrtezligi quyidagiga teng:
₁ = 3/2 L 2(C + Cav) = 1/ (3 L (S+Sav)) (3)
SHikastlanmagan fazadagi kuchlanish o‘tish jarayonida ushbu qonuniyat bi­lan o‘zgaradi:
Uv⁽¹⁾= Uav(t) - ­(1-K) Uf e^{- t} (4)
Bu kuchlanish o‘zining maksimal qiymatiga erkin tebranishning yarim davrida erishadi. Lekin erkin tebranish davrtezligi tarmoqning davrtezligidan bir necha marta katta bo‘lganligidan Uav kuchlanish o‘zining boshlang‘ich qiymati­ni Uav = 1,5Uf -ni saqlaydi. Agar / ₁=d deb belgilasak shikastlan­magan faza kuchlanishining maksimal qiymati Uvmaks=(1-k)(1-d)Uf ifoda bilan aniqlanadi. YUqorida qaralgan o‘tish jarayoni qisqa tutashuv turiga va xarakteriga bog‘liq bo‘lmaydi. Lekin erga metali qisqa tuta­shuvda shikastlanmagan fazadagi o‘ta kuchlanish qisqa vaqtga (2,1-2,2)Uf-gacha kutarilishi mumkin.
Elektr sistemalarida erga qisqa tutashuvlar ko‘pincha izolyasiyaning atmosfera o‘ta kuchlanishidan impuls qoplanishi natijasida bo‘ladi­gan yoylar vositasida amalga oshadi. Bu xolda sistemada kechayotgan o‘tish jara­yoni uzoq vaqtgacha davom etishi mumkin. Natijada yoyning birnecha marta takroriy sunib yana yonishidan shikastlanmagan fazadagi kuchlanishning o‘sishi da-vom etadi.
Faraz qilaylik, yoying n-nchi yonishi shikastlangan fazadagi kuchlanish­ning manfiy maksimumida sodir bo‘lsin. Bevosita yoyning yonishidan oldin shikastlanmagan fazadagi kuchlanish manbaining kuchlanishi (+0,5Uf) bilan yoyning yonishidan neytralning siljishidagi kuchlanishlarning yig‘indisi­dan iborat bo‘ladi.
a) b)
U/U_f
A L U_vm
S C_AB C_AC 1
V
C_CB
t₁ t₂
C

Rasm -1
Agar yoyning n-1 nchi yonishi shikastlangan fazadagi kuchlanishning mus­bat maksimumida sodir bo‘lgan bo‘lsa shikastlanmagan fazadagi maksimal kuchlanish manfiy ishoraga ega.

U = 2Uvm/3
SHikastlanmagan fazadagi kuchlanishning yoy yonishidan oldingi qiy-mati:
Uvo⁽ⁿ⁾ = 0,5Uf - ­2Uvm^(n-1)/3 (5)
YOy yongandan boshlab shikastlanmagan fazaning erga nisbatan sig‘imi bilan fazalararo sig‘im orasida zaryad taqsimlanishi boshlanib kuchlanish quyidagi umumiy kuchlanishga teng bo‘ladi:
Uvb⁽ⁿ⁾ = (1,5UfCav+(0,5Uf - ­2Uvm /3))/(Cav+C) (6)
SHundan so‘ng shikastlanmagan fazada ₁ chastota bilan tebranish jara­yoni boshlanib unda kuchlanish amplitudasi quyidagicha aniqlaniladi:
Uteb⁽ⁿ⁾ = 1,5Uf - Uvm⁽ⁿ⁾ (7)
natijada shikastlanmagan fazadagi kuchlanish:
Uvm⁽ⁿ⁾ = 1,5Uf + Uteb (1-d)
ya’ni
Uvm⁽ⁿ⁾ = 1,5Uf + (Uf + 2Uvm^(n-1)/3)(1-K)(1-d) (8)
bu erda
K = Sav/(Sav + S); (1-K) = C/(Cav + C),
natijada
Uvm⁽ⁿ⁾ = Uf(1,5 +(1-K)(1-d)/(1-2(1-K)(1-d)/3) (9)
Peterson nazariyasiga ko‘ra;
U = 2Uvm^(n-1) /3
Uvm=1,5Uf+(Uf+ U)(1-K) (1-d)=1,5Uf +2,2Uf (1-K) (1-d)
Olib borilgan xisoblashlar va taxlillar shuni ko‘rsatadiki shi­kastlanmagan fazadagi o‘takuchlanish shikastlangan fazadagi kuchlanish mak­simumdan o‘tishida emas balki biroz oldinroq erishish extimoli bor.
Salt ishlayotgan havo elektr uzatish yuli bilan sig‘imni o‘chirishda paydo bo‘ladigan o‘ta kuchlanish ko‘p jixatdan yoyli erga qisqa tutashuvda paydo bo‘ladigan o‘ta kuchlanishga o‘xshash. CHunki ikkala xolda ham bu uzilayotgan sig‘imda zaryad yoyning takroriy yonishidan yig‘ilishi bilan bog‘liq. Salt elektr uzatish yo‘lini o‘chirishda yoyning takroriy yonishi o‘chirgich kontaktlari orasida so­dir bo‘ladi. Bu jarayoni uzunligi l va tulqin qarshiligi Z bo‘lgan salt ishlayotgan elektr uzatish yo‘lini kuchlanishi Uf bo‘lgan cheksiz quvvatli manbaning shina­sidan uchirishdagi sxema 2-nchi a rasmda keltirilgan. Faraz qilaylik bi­rinchi uzilish manbaining kuchlanishi U=-Uf momentda sodir bo‘lgan bo‘lsin. Bundan keyin elektr uzatish yo‘lining kuchlanishi o‘zgarmasdan qoladi, manbaning kuchla­nishi esa o‘zining sinusoidal o‘zgarishda davom etadi. YArim davrdan keyin manbaning kuchlanishi U = +Uf-ga tenglashganda va kontaktlar orasidagi kuchlanish 2Uf-ga tenglashganda bu darv ichida kontaklar orasidagi elektrik mustax­kamlik bir oz tiklansada, lekin uning qayta takroriy teshilishining eh­timoli bor.
a) b)
L_{0 A B}

U_{1 L} U₂
C

Rasm -2
Agar yoyning takroriy yonishi manbaining kuchlanishi o‘zining musbat maksimumga erishganda sodir bo‘lsa elektr uzatish yo‘lining sig‘imi -Uf-dan +Uf-gacha zaryadlanishga intiladi natijada elektr uzatish yo‘li bo‘ylab +2Uf-ga teng kuchlanish tulqini tarqaladi va u orqali i = 2Uf/Z tok oqib o‘tadi. Salt elektr uzatish yo‘li buylab tarqqalayotgan bu tulqin uning oxiridan o‘z ishorasi bilan akslanishi va tug‘ri yunalishda­gi tulqin bilan qushilishi natijasida havo elektr uzatish yo‘lidagi kuchlanish U= +4Uf - Uf= 3Uf-­gacha kutariladi. Tarqalayotgan tok to‘lqini esa xavo elektr uzatish yo‘li oxiridan teskari ishora bilan qaytadi va tok yig‘indisi elektr uzatish yo‘lida nolga tenglashadi natijada yoy takroriy so‘nadi. YOy so‘ngan-dan keyin kuchlanish U = 3Uf-ga teng qiy­matida o‘zgarmasdan qoladi. Natijada kontaktlar orasidagi kuchlanish 2Uf­-dan 4Uf-gacha o‘sadi, bu vaqtda manbaning kuchlanishi U= -Uf-ga tenglashadi. Agar yoyning ikkinchi marta yonishi sodir bo‘lsa, havo elektr uzatish yo‘li bo‘ylab i = 4Uf/X-ga teng tok oqadi va tok noldan o‘tishida yoy yana so‘nsa, bundan keyin hhavo elektr uzatish yo‘lining ek­vivalent sig‘imlari -5Uf-­gacha zaryadlangan holda qoladi. Misol uchun uzunligi l =300 km bo‘lgan havo elektr uzatish yo‘li bo‘ylab to‘lqinning ikki marta yugurish vaqti 2=2000mksek=0,002sek, manbaning kuchlanishi U= 0,81Uf -­gacha kamayadi. Natijada birinchi maksimum U = 2,81Uf bo‘lsa, ikkinchi maksimum U = 4,43Uf -gacha o‘sadi( -5Uf o‘rniga).

Havo elektr uzatish yo‘lining boshlanish va oxirgi nuqtalaridagi kuchlanish alohida garmoni­kalarning amplitudasigagina bog‘liq bo‘lmasdan balki ularning chastotalari nisbatiga hham bog‘liq. Nazariy jixatdan olinganda agar elektr uzatish yo‘lidagi yoyning takroriy yonishi cheksiz davom etganda kuchlanish uzluksiz o‘sib borar edi. Lekin amalda zamonaviy o‘chir-gichlarning kontaktlari orasining elektr mustax­kamlagining tiklanishi juda tez, shu sababdan salt ishlayotgan havo elektr uzatish yo‘llarini uzishda ko‘­pincha yoyning qayta yonishi bir martadan oshmaydi va natijada o‘ta kuchlanish amplitu­dasi 3Uf-dan katta bo‘lmaydi. Agar havo elektr uzatish yo‘lini cheksiz quvvatli manbaadan uz­sak, jarayon yuqorida qaragandek bo‘lsada, lekin havo elektr uzatish yo‘li bo‘ylab yuguruvchi kuchlanish va tok to‘lqini asta ­sekin noldan to maksimumgacha o‘sib bora­di. Faraz qilaylik manbaining kuchlanishi U= +Uf teng bo‘lgan momentda yoyning qayta yonishi sodir bo‘lsin va havo elektr uzatish yo‘li oldindan U = -Uo = Uf -gacha zaryadlangan bo‘lsin. Xavo elektr uzatish yo‘lida kechadigan o‘tish jarayoni U(t) = Ufcos t+Uo kuchlanishi bilan aniqlansa uning operator ko‘rinishi quyidagicha bo‘ladi:
U(p) = Uo/p+Ufp/(p² + ²) = Uf (2p² + ²)/p (p² + ²) (10)
havo elektr uzatish yo‘lining oxiridagi kuchlanish:
U₂ = U(p) Z/(pLoshp +Zchp) (11)
uning boshlanishidagi kuchlanish:
U₁ = U(p) Zchp/(pLoshp + Zchp) (12)
Manbaaning elektr yuritish kuchini kamaytirish o‘ta kuchlanishning pasayishiga olib keladi, lekin bu holda xususiy tebranishning amplitudasi biroz o‘sishi mumkin.
Kondensatorni uzishda paydo bo‘ladigan o‘ta kuchlanishni taxlil etish uchun 2b rasmdagi sxemadan foydalanamiz. Bu sxemada kondensatorlar ba­teriyasi ma’lum induktivlikga ega bo‘lgan manbaidan uzilayotgan bo‘lsin. Bu kondensatorlar batariyasi elektr sistemaning quvvat koeffitsientini yax­shilash va havo elektr uzatish yo‘lida kuchlanishni rostlash, uning o‘tkazuv-chanlik qobilyatini oshirish uchun qo‘llanilmoqda.
Kondensator bateriyasini uchirishda ham xuddi salt havo elektr uzatish yo‘lini uchirishda­gi kabi sig‘im tokini uzish kondensatordagi kuchlanish maksimumiga erish­ganda sodir bo‘ladi. SHuni takidlash lozimki bu vaqtda kontaktlar orasida ham kuchlanish maksimumga teng.
SHunga ko‘ra yoyning qayta yonishi extimoli bor, bunda kuchlanish U= 2Uf amplituda bilan tebranadi. Bu tebranishlar natijasida kuchlanish 3Uf -gacha etadi. Agar yana bitta takroriy yonishi sodir bo‘lsa kuchlanish 5Uf-gacha etishi mumkin. Bu holda kondensator bateriyasini uzish salt ishlayotgan havo elektr uzatish yo‘lini uzishdan farqi bitta xususiy erkin tebranish davrtezligiga ₀ = 1/ LoC -ga ega bo‘lishidir. Kondensatorlar bateriyasini alohida saqlagich bilan muxofazalangan aloxida seksiyalarni paralel va ketma-ket ulash natijasi­da hosil qilinadi. SHu sababdan kondensatorlar bateriyasini uzishda to‘la qisqa tutashuv sodir bo‘lmasligi tufayli soddalashtirilgan o‘chirgichlar o‘r­natsa ham bo‘ladi. Bu o‘chirgichlar-ning tezligi ancha katta bo‘lib ularda yoyning takroriy yonishi kuzatilmaydi. Maxsus kondensatorlar bateriyasini o‘chirish­ga mo‘ljallangan o‘chirgichlar o‘ta kuchlanishni chegaralashga imkon beradi, hamda o‘chirgichning ishlash sharoitini yaxshilaydi. Xozirgi vaqtda sig‘imiy toklarni o‘chirishga mo‘l-jallangan moyli va xavo o‘chirgichlar, ya’ni yoyni o‘chirgich vosita­si sifatida o‘ta mustaxkam gaz - elegaz va freon qo‘llaniladi. Bu yo‘na­lishda vakiumli o‘chirgichlarni qo‘llash ham katta qiziqish uyg‘otmoqda. Bu o‘chirgichlar kontaktlari orasidagi elektr mustaxkamlikning tiklanish tez­ligi juda katta.
a b
L_{1 A B} I_kes

L₂




I
rasm-3

Induktivlik qarshiliqlarni o‘chirishda sodir bo‘ladigan o‘ta kuchlanishni taxlil qilish uchun 3a rasmda keltirilgan oddiy sxemadan foydalanamiz. Bu erda L₁ va C₁ manbaning induktivligi va sig‘imi, L₂ ­uzilayotgan induktivlik (misol uchun salt ishlayotgan transformator induktivligi), S₂ ­induktivlik g‘altagining xususiy sig‘imi. Paydo bo‘ladigan o‘ta kuchlanish bu asosiy parametrlardan tashqari o‘chirgichda yoyning tokini uzishidagi ja­rayonga ham bog‘liq.

Katta quvvatli induktiv yuklamani uzishida yoki qisqa tutashuv tokini o‘chirishda, tok noldan o‘tgandagina batamom o‘chirish sodir bo‘ladi, shuni ta­kidlash lozimki o‘chirilayotgan tokning nolgacha pasayishi juda silliq bo‘ladi. SHu sabab­dan zanjirni ajratish paytida L₂ induktivlikdagi magnit maydon energiya­si amalda yuq bo‘lganligidan o‘chirishda o‘ta kuchlanish ham paydo bo‘lmay­di.
K ichik qiymatli toklarni o‘chirishda (salt ishlayotgan transformator­larni o‘chirishda) yoyning ionlashish darajasi uncha yuqori bo‘lmaganligi sa­babli o‘chirgichning fuflashidan yoy ustunining emirilishi natijasida tok noldan o‘t­guncha u so‘nadi. Bu jarayonga o‘ta kuchlanishga olib keladiga tokning kesilishi deyiladi. Bu yoyning ionlashish darajasiga va o‘chirgichning yoy o‘chirish qobi­liyatiga bog‘liq. Oqayotgan tokning kesilishining ko‘rinishi 3b rasmda keltirilgan. Misol uchun quvvati 31500 kVa va nominal kuchlanishi U= 121 kV bo‘lgan transformatorni o‘chirishdagi maksimal kuchlanishni aniqlaymiz. Bun­day quvvatli transformatorlarning salt ishlash toki Ixx% = 3%, uning no­minal toki In = Ixx%Pn2/100 3Un = 6,4a. Transformatorning induk­tivligi L₂ = Un2/ 3In = 50 gn. Agar chulg‘amning sig‘imini 10000 pf -ga teng deb olinsa uning xususiy tebranish davrtezligi ₀ = 1/ 5010000 =1420 1/sek. ya’ni tarmoq davrtezligidan taxminan 4,5 marta katta. Zamo­noviy o‘chirgichlarda kesilish toki 10 ampergacha bo‘lishini va ushbu xol uchun Ikes=Iya = 6,4a deb olsak kuchlanish amplitudasi faza kuchlanishidan 4,5 marta katta bo‘lishi kuzatiladi.


Sinov savollari:

1. 
   Ichki o‘ta kuchlanishning paydo bo‘lishi nimaga bog‘liq?
   
2. 
   Kam tokli induktivlikni o‘chirishdagi o‘ta kuchlanishni tushintiring?
   
3. 
   Kondensatorni uchirishda paydo bo‘ladigan o‘ta kuchlanish nimalarga bog‘liq?
   
4. 
   O‘ta kuchlanish rivojlanishiga o‘chirgichlarning ta’siri?