_Полный курс ТВН (1). Конспект лекций по дисциплине " техника высоких напряжений" специальность 10. 02. 00 Электроэнергетические системы и сети
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Лекция 14. 7.ВНУТРЕННИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. 7.1. Общие положения Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии в переходных и стационарных режимах, сопровождающих плановые и аварийные коммутации. Например, в схеме электропередачи рис. 30 при отключении выключателя Q2 возникнут колебания напряжения в контуре, образованном емкостью линии и индуктивностью источника и линии. Упрощенная кривая переходного процесса после коммутации приведена на рис. 31. Стадия I переходного процесса обычно имеет длительность несколько периодов промышленной частоты. Появляющиеся на первой стадии перенапряжения носят название коммутационных. После затухания свободных колебаний наступает стадия II, в течение которой могут наблюдаться перенапряжения UУСТ установившегося режима. Длительность стадий I и II обусловлена временем действия регуляторов напряжения; благодаря регулированию UУСТ постепенно уменьшается в соответствии с уменьшением ЭДС (стадия III), пока не установится напряжение в пределах допустимого . С точки зрения воздействия на изоляцию необходимо обращать внимание на перенапряжения двух первых стадий процесса.  Рис. 30 Упрощенная схема замещения электропередачи: LИ — индуктивность источника; LН — индуктивность нагрузки; LЛ — индуктивность линии; СЛ — емкость линий  Рис. 31. Различные стадии переходного процесса после коммутации Различают следующие виды внутренних перенапряжений:
Линейный резонанс возникает в цепях с неизменными индуктивностями, емкостями и сопротивлениями. Признаком резонансного режима в таких цепях является совпадение или близость частоты собственных (свободных) колебаний в цепи  к частоте  источника напряжений Е. В резонансном режиме наблюдается резкое возрастание токов и напряжений на всех элементах (r, L,C) цепи. Поэтому резонансный режим, как правило, приводит к опасным перенапряжениям в системе.Параметрический резонанс вызывает в колебательной системе посредством периодического изменения какого-либо её параметра внешними силами. В электрической цепи таким параметром могут служить индуктивность, либо взаимная индуктивность, либо емкость. Нелинейный резонанс наблюдается в цепях с нелинейной индуктивностью в виде Феррорезонанса.
Перенапряжения при дуговых замыканиях в сети с изолированной нейтралью возникают в случае, если дуга однофазного замыкания на землю имеет перемежающийся характер: периодически соединяет и разъединяет поврежденную фазу с землей. Условия для гашения дуги создаются при каждом переходе через нулевое значение тока замыкания на землю, являющегося суммой тока замыкания промышленной частоты и переходного высокочастотного тока свободных колебаний. После гашения дуги бестоковая пауза длится до тех пор, пока нарастающая электрическая прочность не станет меньше восстанавливающегося на промежутке напряжения. Амплитуда перенапряжений при перемежающихся дугах зависит от интервала между моментами гашения и повторного зажигания дуги, от сочетания скоростей восстановления электрической прочности и восстановления напряжения на поврежденной фазе, затухания и частоты колебательных процессов, напряжения смещения нейтрали, отношения значения емкости фазы на землю к значению междуфазной емкости  и т. д. На рис.32 приведена кривая вероятности Q(k) того, что кратность перенапряжений окажется равной или превзойдет k. Это распределение усечено. Нижней точкой усечения является k= , т. е. кратность перенапряжений, соответствующая линейному напряжению. Как показывают экспериментальные исследования, при перемежающихся дугах верхней точкой усечения следует считать k = 3,2. В остальных случаях (металлические замыкания, замыкания в кабельных сетях с большим током) верхней точкой усечения следует считать k = 2,3. При резонансных и близких к ним настройках компенсации значения перенапряжений не превышают 2,7 Uф, чему соответствует вероятность 0,975. При этом эффективность резонансно-настроенной компенсации составляет 0,9, т. е. только одно из десяти замыканий на землю развивается в многоместное КЗ.Среднему значению перенапряжений 2,19 Uф соответствует вероятность электрической прочности 0,992, т. е. КЗ в сети возникает  Рис.32 Вероятность возникновения кратности перенапряжений, большей или равной k при дуговых замыканиях один раз из 130 случаев возникновения однофазных замыканий на землю с перенапряжениями 2,19Uф. Однако при перенапряжениях 3 Uф каждое третье воздействие приводит к КЗ. Отношение среднего значения электрической прочности к среднему значению перенапряжений называют средним коэффициентом запаса надежности. Например, для сетей 35 кВ это отношение равно 1,4. Лекция 15. 7.2. Защита от внутренних перенапряжений Ограничение коммутационных перенапряжений можно производить различными способами: уменьшив вынужденную составляющую, ударный коэффициент или и то и другое одновременно. Для этого используются шунтирующие реакторы, подключаемые через выключатели или искровые промежутки; коммутационные или комбинированные разрядники и ограничители перенапряжений (ОПН); низкоомные резисторы, шунтирующие контакты выключателей; электромагнитные трансформаторы напряжения, устанавливаемые на линии; резисторы, включаемые последовательно с фазами реакторов. Шунтирующие реакторы. Реакторы являются эффективным средством снижения вынужденного напряжения. Наиболее эффективен реактор, устанавливаемый на линии, а не на шинах или на стороне НН трансформатора (рис.33) На линиях или участках линий в момент аварийной коммутации часть шунтирующих реакторов, включенных через выключатели, может оказаться отключенной. В тех случаях, когда это допустимо по условиям устойчивости в послеаварийном режиме для снижения вынужденного  Рис. 33. Подключение реакторов через искровой промежуток и включение активных сопротивлений для снятия остаточного заряда с линии во время паузы АПВ: Q1 — выключатель, шунтирующий искровой промежуток ИП после его срабатывания; Q2 — выключатель, шунтирующий резистор при длительном включении реактора на линию  Рис. 34 Размещение РВ для защиты от коммутационных перенапряжений: а-при включениях, АПВ и отключениях линии; б — при отключении реакторов и ненагруженных трансформаторов напряжения и кратностей перенапряжений, целесообразно одновременно с импульсом на отключение линейных выключателей аварийного участка подавать сигнал на включение выключателей всех реакторов. Другой способ состоит в искровом присоединении реакторов, т. е. в подключении реакторов через искровой промежуток, пробивающийся при возникновении перенапряжений. В дальнейшем для ограничения времени горения дуги в искровом промежутке последний шунтируется выключателем (рис.34,6). Электромагнитные трансформаторы напряжения, включенные на линии, способствуют ускорению стекания заряда в бестоковую паузу АПВ и уменьшению ударных коэффициентов в цикле АПВ. Их эффективность резко снижается при наличии шунтирующих реакторов на линии. Коммутационные (комбинированные) разрядники являются наиболее простым, надежным и дешевым средством защиты. Разрядник ограничивает любые виды коммутационных перенапряжений, рассеивая в своем рабочем резисторе часть энергии переходного процесса (рис. 34, а). Для надежного гашения сопровождающего тока вынужденное напряжение в точке его установки должно быть на 10 — 15% меньше его напряжения гашения. При этом может оказаться необходимым установка дополнительных шунтирующих реакторов (рис. 34,б). Глубокое ограничение перенапряжений обеспечивается ОПН. Резисторы, встроенные в выключатели. Активные сопротивления 1000 — 1500 Ом, встроенные в выключатели, ограничивают перенапряжения при отключении разомкнутых линий, препятствуя возникновению повторных зажиганий. Их применение особенно эффективно в масляных выключателях. Низкоомные резисторы (300 — 600 Ом), шунтирующие главные контакты выключателей при коммутации включения, способствуют ограничению перенапряжений при включении разомкнутых линий и при АПВ. Контрольные вопросы
Лекция 16. 8. РАЗРЯДНИКИ 8.1. Назначение и классификация разрядников Разрядники служат для ограничения атмосферных перенапряжений, воздействующих на изоляцию линии и подстанций. Основным элементом разрядника является искровой промежуток ИП, отделяющий рабочий провод от заземления. Проходящая волна высокой амплитуды вызывает срабатывание искрового промежутка, который срезает волну перенапряжения. В функцию разрядника входит не только ограничение волны перенапряжения, но и гашение дуги сопровождающего тока промышленной частоты, протекающего через искровой промежуток вслед за импульсным пробоем. Разрядники с гашением сопровождающего тока подразделяются на вентильные и трубчатые. 8.2. Основные элементы вентильных разрядников серий РВС и РВП Вентильные разрядники (РВ) предназначаются для защиты подстанционной изоляции. В настоящее время уровни изоляции трансформаторов и аппаратов устанавливаются в соответствии с защитными характеристиками, вентильных разрядников. Вентильные разрядники приобретают в силу этого большое экономическое значение; защитные свойства разрядников оказывают непосредственное влияние на стоимость высоковольтного оборудования. Электропромышленность в послевоенные годы выпускает для сетей 3—220 кв вентильные раз рядники серии РВС и РВП, известные под названием, «вилитовые». Основными элементами вентильного разрядника являются искровой промежуток и рабочее сопротивление. Искровой промежуток срезает волну опасного перенапряжения. Протекающий вслед за пробоем искрового промежутка импульсный ток создает на рабочем сопротивлении подъем напряжения. Это напряжение, воздействующее на изоляцию, не должно существенно превышать пробивного напряжения искрового промежутка, так как иначе защитное действие разрядника было 6ы снижено. Импульсные токи, протекающие через вентильные разрядники, могут достигать нескольких тысяч ампер, а в разрядниках распределительных сетей, где отсутствует надежная защита линейных подходов, в редких случаях даже десятков тысяч ампер. Большой диапазон возможных импульсных токов означает, что напряжение на рабочем сопротивлении должно быть связано с током нелинейной зависимостью, так, чтобы повышение тока приводило только к незначительному повышению напряжения на сопротивлении. Соответствующей «вентильной» характеристикой обладает материал вилит. Тело вилитовых сопротивлений состоит из зерен электротехнического карборунда, скрепленных керамической массой, которая носит название связки. Отдельные зерна соприкасаются между собой; площадь соприкосновения не превышает десятой части поверхности зерна. Многочисленные исследования показали, что зерна карборунда обладают резко выраженной нелинейной характеристикой. Рабочие сопротивления вентильных разрядников выполняются обычно в форме дисков из карборундовых порошков (зернистой массы) с кварцевой связкой (материал оцелит), глинистой связкой с добавлением графитового порошка (материал тирит), со связкой из органического стекла (материал вилит) и другими видами связки. После прохождения волны перенапряжения разрядник оказывается приключенным к рабочему напряжению провода. Снижение напряжения приводит к резкому возрастанию сопротивления и ограничению тока промышленной частоты, протекающего через разрядник (сопровождающего тока), до нескольких десятков ампер.  Рис. 35 Единичный искровой промежуток вентильного разрядника. К искровым промежуткам вентильных разрядников предъявляются требования: а) обладать пологой вольт-секундной характеристикой; б) гасить дугу сопровождающего тока 90—80 А. Требованиям пп. «а» и «б» удовлетворяют многократные искровые промежутки, единичный элемент которых показан на рис. 35. Разрядный промежуток образуется двумя латунными штампованными шайбами, разделенными миканитовой прокладкой толщиной 0,5—1,0 мм. Электрическое поле между электродами близко к равномерному. При приложении импульсного напряжения на грани контактов латунных электродов с миканитовой прокладкой возникает свечение, активизирующее межэлектродное пространство. Равномерное поле и подсвечивание являются необходимыми и достаточными условиями для пологой формы вольт-секундной характеристики промежутка. Эта характеристика (нижняя и верхняя огибающие) приведена на рис, 36. Коэффициент импульса единичного промежутка равен примерно единице.  Рис. 36 Импульсные разрядные напряжения единичного искрового промежутка. Гашение искровым промежутком сопровождающего тока промышленной частоты происходит при первом прохождении тока нулевое значение. Серия разрядников РВС построена на принципе унификации деталей и стандартности характеристик элементов. Номенклатура серии состоит из шести единиц, отвечающих номинальным напряжениям 15, 20, 33, 35 и 60 кв. Из различных комбинаций этих элементов собираются разрядники для всех классов напряжений (рис. 37). Каждый элемент разрядника содержит искровые промежутки и блоки вилитовых дисков — рабочее сопротивление. Группа из единичных промежутков, помешенная в фарфоровый цилиндр, образует стандартный комплект промежутков (рис. 38). Фарфоровый цилиндр с комплектом промежутков имеет две бронзовые крышки с вырезанными в них пружинящими контактами. Крышки не имеют жесткого крепления к цилиндру. К крышкам цилиндра прикрепляется комплект керамических сопротивлений, шунтирующий искровые промежутки. Рабочие сопротивления разрядника состоят из блоков вилитовых дисков. Диски связываются в блоки с помощью керамической обмазки. Контакт между блоками осуществляется через металлизированные торцовые поверхности дисков. Вилит невлагостоек и во влажной атмосфере происходит ухудшение его характеристик. Поэтому конструкций с вилитовыми сопротивлениями должны быть герметизированы.  Рис. 37 Вентильные разрядники РВС на напряжения 35—220 кв. Размещение внутренних деталей в элементе РВС-20 показано на Рис.39. Искровой промежуток РВ разбит на две части, между которыми (в центре чехла) размещены блоки рабочего сопротивления. В верхней части чехла находится сжимающая все детали спиральная коническая пружина. Для уменьшения индуктивности разрядника пружина шунтируется медной лентой.  Рис. 38. Стандартный элемент искрового промежутка разрядника типа РВС. 1 — единичный искровой промежуток; 2 — латунная крышка; 3 — подковообразное карборундовое сопротивление; 4 — цилиндр.  Рис. 39. Размещение внутренних деталей в разряднике РВС-20. Для подстанций 3—10 кв с 1960 г. выпускаются облегченные разрядники серии РВП. Эти разрядники имеют рабочие сопротивления, составленные из вилитовых дисков диаметром 55 мм. Искровые промежутки имеют ту же конструкцию, что и в разрядниках РВС. Изоляционные прокладки намечено изготовлять из электрокартона (вместо миканита). Все разрядники РВП не имеют шунтирующих сопротивлений. Распределение напряжения по единичным промежуткам управляется их собственными емкостями. Разрядники РВП снабжаются хомутом для крепления их на конструкциях опор и подстанций. Они могут работать также, будучи подвешенными к проводу. Лекция 17. 8.3. Конструкции и характеристики трубчатых разрядников Принципиальная схема трубчатого разрядника показана на рис. 40. В трубке из газогенерирующего материла заключен внутренний промежуток s1 образованный стержневым и кольцевым электродами. Промежуток s1 называется также дугогасящим. Трубку отделяет от рабочего напряжения внешний искровой промежу-  Рис. 40. Схема устройства и включения трубчатого разрядника. 1 — газогенерируюшая трубка; 2—стержневой электрод; 3 — кольцевой электрод; s1 — внутренний искровой промежуток; s2 ха —внешний искровой промежуток. ток s2. При нарастании волны перенапряжения оба промежутка пробиваются и импульсный ток отводится в землю. По пути импульсной искры устанавливается ток рабочей частоты, который в данном случае является током короткого замыкания. Под действием высокой температуры ствола дуги в трубке происходит интенсивное газогенерирование, которое ведет к охлаждению и деионизации искрового промежутка s1. Давление в трубке нарастает до нескольких десятков атмосфер. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, которое при первом же прохождении тока через нулевое значение гасит дугу. При срабатывании разрядника слышен звук, напоминающий выстрел, и из трубки выбрасываются раскаленные газы. Выпускаются разрядники с фибробакелитовыми трубками (тип РТФ) и с трубками из винипласта (тип РТВ). В пределах каждого наименования разрядники подразделяются по номинальным напряжениям  Рис. 41. Трубчатый (фибробакелитовый) разрядник 110 кв. 1 — фибровая трубка; 2—бакелитовая трубка; 3 —камера дутья; 4— электрод; 5—указатель срабатывания; 6 —хомутик крепления разрядника; s —внутренний искровой промежуток. и пределам отключаемых токов. Например, тип РТ  означает разрядник РТ на напряжение 35 кв с пределами отключаемых токов 1,8—10 кадейств На рис. 41 приведена конструкция фибробакелитового разрядника (типа РТФ). Разрядники с трубками из винипласта (типа РТВ) обладают более высокими изолирующими и газогенерирующими свойствами, чем фибробакелитовые трубки,  Рис. 42. Трубчатый разрядник типа РТВ (винипластовый). что позволило существенно упростить и облегчить конструкцию разрядника. В частности, устройство камеры продольного дутья оказалось излишним. Газовый резервуар необходимого объема создается пространством, заключенным между внутренними стенками дугогасительной трубки и стержневым электродом разрядника. Удалось значительно снизить внутренние искровые промежутки у разрядников 3—10 кв, что существенно улучшило их импульсные характеристики. Винипласт сохраняет свои изолирующие свойства при работе на открытом воздухе. Ввиду этого разрядники РТВ лаком не покрываются. Винипласт обладает также высокой механической прочностью по отношению к ударным нагрузкам, что позволяет изготавливать разрядники с большим диапазоном отключаемых токов. Конструкция разрядников типа РТВ приведена на рис.42. Трубчатые разрядники устанавливаются на опорах линий электропередачи, а также на портальных конструкциях или на стене у ввода в подстанции. Разрядники подключаются через внешние искровые промежутки к каждой фазе и присоединяются к заземлению опоры, на которой они установлены. При таком включении на изоляцию опоры ложится напряжение, не превышающее импульсное разрядное напряжение трубчатых разрядников, вне зависимости от сопротивления заземления. Контрольные вопросы
Литература
М. 1976
М. 1964
|