Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения. Контрольная работа Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения
 Скачать 376.14 Kb.
|
|
Контрольная работа «Выбор высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения» Содержание
Задание Таблица 1 – Теоретические вопросы
Таблица 2 – исходные данные к задаче
 Рисунок 1 – Фрагменты схем для задачи 1. Основная часть 1.1 Теоретические вопросы Масленые высоковольтные выключатели Выключатель высокого напряжения является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. Масляные выключатели с открытой дугой Конструктивные особенности выключателей и их эксплуатационные свойства и характеристики в основном определяются способами гашения дуги, а также средой, в которой дуга горит в процессе отключения. Обычно выключатели переменного тока делят на две большие группы: жидкостные и газовые. Вакуумные выключатели составляют отдельную, третью, группу. Жидкостные выключатели, в свою очередь, делятся на масляные и водяные. Масляные выключатели в течение многих десятилетий являлись основным типом выключателей, обеспечивавшим надежную работу электрических станций и сетей. И в настоящее время благодаря значительным усовершенствованиям их конструкции они успешно соревнуются во многих областях применения (вплоть до самых высоких напряжений) с другими типами выключателей. В некоторых случаях они даже предпочитаются в эксплуатации из-за простоты конструкции и относительно низкой стоимости. Главный недостаток масляных выключателей заключается в опасности пожаров и даже взрывов. Этот недостаток ограничивает их применение для внутренних установок.  Рисунок 2 – Заполнение камеры маслом после погасания дуги Процесс отключения в масле протекает следующим образом. При расхождении контактов выключателя между ними возникает дуга, которая испаряет и разлагает масло, образуя вокруг себя газовый пузырь. Отдавая теплоту на испарение и разложение масла, ствол дуги интенсивно охлаждается. Охлаждение способствует ее деионизации и увеличивает восстанавливающуюся прочность остаточного ствола дуги. Давление, возникающее в выключателе в процессе отключения, играет и отрицательную роль, вызывая чрезмерные механические напряжения в стенках бака и приводя при отключении очень тяжелых КЗ к выбросу масла через выхлопную трубу, расположенную на крышке выключателя. Значение этого давления зависит, прежде всего, от количества энергии, выделяющейся на единицу длины дуги, и от количества возникающих при этом газов. Важную роль играет также циркуляция масла, электромагнитные и другие количественно и качественно трудно оцениваемые процессы. Давления, возникающие в масляных выключателях при отключении мощностей КЗ, находящихся в пределах их отключающей способности, обычно не превосходят 0,5-0,7 МПа. При несоответствии отключающей способности выключателя отключаемой мощности эти давления значительно выше и иногда приводят к взрывам бака, пожарам и разрушениям в помещениях распределительных устройств. Подобные взрывы, называемые иногда первичными, могут возникать также из-за отказов механизма, отключающего шунтирующие сопротивления. Не отключенные сопротивления, находящиеся в масле, остаются в этом случае под током, перегреваются н в конце концов сгорают. Образующаяся при этом дуга испаряет огромные количества масла, что и приводит к разрушительным последствиям. Отключающая способность масляного выключателя с открытой дугой не зависит от длины межконтактного раствора. Эта длина определяется главным образом значением восстанавливающегося напряжения (рис. 3). Зато отмечается сильная зависимость отключающей способности таких выключателей от отключаемого тока, так как эта величина непосредственно влияет на электромагнитные воздействия тока и на интенсивность ионизации ствола дуги (рис. 4).   Рисунок 3 Рисунок 4  Рисунок 5 – Конструктивные схемы масляных выключателей: а – однобаковый с открытой дугой; б – один полюс трехбакового выключателя с двумя дугогасительными камерами на полюс; в – полюс трехбакового выключателя с чечевицеобразными баками Достоинства и недостатки выключателей с открытой дугой, относящиеся частично и к другим типам масляных выключателей, заключаются в следующем: конструкция выключателей относительно проста, их стоимость сравнительно невелика, их можно устанавливать на открытых подстанциях, эксплуатация выключателей несложна. Этим достоинствам противостоят серьезные недостатки, главным из которых является воспламеняемость и горючесть масла и продуктов его разложения (водорода и ацетилена) в присутствии кислорода воздуха. При выхлопе горячих масляных паров и продуктов разложения масла из выхлопной трубы может произойти вспышка выхлопных газов при простом соприкосновении их с кислородом воздуха. Применение не воспламеняющихся негорючих изолирующих жидкостей, например, хлорированных дифенилов, давно уже с успехом используемых в трансформаторах и сильноточных конденсаторах, в выключателях недопустимо, так как продукты их разложения очень ядовиты. Кроме того, эти жидкости разрушают органическую изоляцию и образуют на поверхности фарфоровой изоляции при ее увлажнении проводящий слой. Другим крупным недостатком масла является его обуглероживание при горении в нем дуги. Присутствие углерода в масле не ухудшает его дугогасящих свойств, но уменьшает его электрическую прочность. К этому добавляется еще зашламование бака выключателя частицами углерода, выпадающими в осадок, в связи, с чем возникает необходимость частых регулярных ревизий выключателя и замены в нем масла. Масляные выключатели с дугогасительными камерами  Рисунок 6 – Дугогасительная камера масляного выключателя с продольным дутьем: 1 – неподвижный контакт; 2 – дуга; 3 – подвижный контакт Значительного увеличения отключающей способности баковых выключателей и повышения их надежности удалось достигнуть, размещая контакты выключателя в небольшой дугогасительной камере, располагаемой в общем объеме масла, находящегося в баке выключателя. На рис. 6 показана схема работы дугогасительной камеры с продольным дутьем. Такие камеры из изолирующего материала укрепляются в нижней части проходного изолятора. В верхней части камеры жестко укреплен неподвижный контакт, в который при включении входит подвижный контактный стержень. В процессе отключения при выходе стержневого контакта из неподвижного, в камере возникает дуга, которая испаряя и разлагая масло создает в ней высокое давление. Это давление (6-7 МПа) на порядок больше, чем в выключателях с открытой дугой, благодаря малому объему дугогасительной камеры. Это давление уменьшает сечение дуги и повышает электрическую прочность дугового промежутка после перехода тока через нуль, что ускоряет гашение дуги. После того как стержень покинет камеру, происходит выхлоп газов через освободившееся отверстие, при этом захватывается масло из камеры. Это приводит к интенсивному охлаждению ствола дуги и усиленной его деионизации. Действие дугогасительной камеры тем эффективней, чем больше отключаемый ток. При отключении малых токов выключатель с дугогасительной камерой действует, как обычный выключатель с открытой дугой.  Рисунок 7 – Выключатель масляный баковый С-35-630-10: а) разрез полюса: 1 – ввод; 2 – трансформатор тока; 3 – корпус приводного механизма; 4 – штанга; 5 – неподвижный контакт; 6 – дугогасительная камера; 7 – внутрибаковая изоляция;8 – нагревательное устройство; 9 – маслоспускное устройство; б) дугогасительная камера в процессе отключения: 1 – штанга: 2 – металлическая камера с воздушной подушкой; 3,5 – выхлопные отверстия; 4 – дугогасительная камера; 6 – подвижный контакт; 7 – контактные пружины; 8 – неподвижный контакт Другим преимуществом выключателя с дугогасительной камерой является отсутствие воздействия давления, развивающегося в нем при горении дуги, на стенки бака. Это давление воспринимается только стенками дугогасительной камеры, высокая прочность которой может быть легко обеспечена ввиду ее малых размеров. Баковые выключатели с дугогасительными камерами удовлетворяют всем современным требованиям по напряжениям, номинальному току, мощностям отключения и быстродействию. Они изготавливаются в широком диапазоне номинальных мощностей отключения (до 25 ГВА) на напряжения до 330 кВ включительно. В баковых выключателях на 35 кВ типа С-35-630-10 (рис. 7) на каждый полюс имеется двухразрывная подвижная камера. Каждый полюс собран на массивной чугунной крышке, к которой подвешивается бак с маслом и под крышкой приводной механизм с системой рычагов, обеспечивающий прямолинейное движение штанги. Механизмы всех трех полюсов соединены между собой и приводом выключателя. Через отверстие в крышках пропущены вводы, на каждом из них под крышкой установлен встроенный трансформатор тока. Основные преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки, возможность установки встроенных трансформаторов тока. Недостатки баковых выключателей: взрыво- и пожароопасность; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в басе и вводах; большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену, необходимость больших запасов масла; непригодность для установки внутри помещений; непригодность для выполнения быстродействующего АПВ; большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки. Маломасляные выключатели (горшковые) В этих выключателях масло служит только для гашения дуги и не выполняет изоляционных функций. Изоляция полюсов между собою и по отношению к земле выполняется из фарфора, стеатита, литой смолы. Изоляцией между полюсами выключателя служит также воздух. По существу, малообъемный выключатель представляет собою как бы дугогасительную камеру бакового выключателя, помещенную вне бака на изолирующих опорах. Во всех конструкциях малообъемных выключателей с продольным, поперечным или смешанным дутьем при размыкании контактов возникает сильная струя масла, которая интенсивно охлаждает ствол дуги и деионизирует его. При этом наиболее эффективным оказалось поперечное масляное дутье. Малообъемные масляные выключатели изготавливаются на все напряжения до 110 кВ включительно и номинальные мощности отключения до 10 ГВА. Их несомненным достоинством является малое количество масла, небольшие габариты и масса, а также относительно низкая стоимость. Значительно меньшая взрыво- и пожароопасность делает возможным их установку не только в открытых, но и в закрытых распределительных устройствах. Однако сильная зависимость отключающей способности от отключаемого тока, сложность осуществления многократных АПВ и неприспособленность для работы с частыми отключениями ограничивает их применение менее ответственными узлами системы, где требования к выключателям облегчены. По такому типуизготовляют выключатели ВМГ-10 (выключатель масляный горшковый) и ВПМ-10, а ранее изготовлялись выключатели ВМГ-133. ВМП (выключатель маломасляный подвесной). Прибольших номинальных токах обойтись одной парой контактов (которые выполняют роль рабочих и дугогасительных) трудно, поэтому предусматривают рабочие контакты снаружи выключателя, а дугогасительные - внутри металлического бачка. Выключатели масляные колонковые серии ВМК, ВМУЭ применяются в установках 35 кВ. В установках. 110 и 220 кВ находят применение выключатели серии ВМТ (рис.8, а). Три полюса выключателя ВМТ-110 установлены на общем сварном основании 4 и управляются пружинным приводом 1. Полюс выключателя представляет собой маслонаполненную колонну, состоящую из опорного изолятора 2, дугогасительного устройства 3, механизма управления 5 и электроподогревательных устройств.  Рисунок 8 – Выключатель маломасляный ВМТ-110 Выключатель ВМТ-220 состоит из трех отдельных полюсов, установленных на отдельных рамах. Каждый полюс управляется пружинным приводом. Полюс выключателя имеет две маслонаполненные колонны, на которых установлены дугогасительные модули такой же конструкции, как и для выключателя ВМТ-110. Все детали ВМТ-220 максимально унифицированы с выключателем ВМТ-110, что позволяет взаимозаменять сменные части и эксплуатационные принадлежности. Конструкция маломасляных выключателей 35 кВ и выше продолжает совершенствоваться с целью увеличения номинальных токов и отключающей способности. В мировой практике маломасляные выключатели изготовляются на напряжения до 420 кВ. Достоинствами маломасляных выключателей являются небольшое количество масла, относительно малая масса, более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам, возможность создания серии выключателей на разное напряжение с применением унифицированных узлов. Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность. Область применения маломасляных выключателей – закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 3-5, 110 и 220 кВ. Малообъемные масляные выключатели получили преимущественное распространение в установках до 20 кВ, а также выше 110 кВ, где они успешно конкурируют с воздушными выключателями. Разъединители, короткозамыкатели Разъединители – аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрической сети или электрических установок, не находящихся под нагрузкой. С помощью разъединителей можно отключать и включать: намагничивающий ток силовых трансформаторов – не более 3,5 А при напряжении 6 кВ и 3 А при 10 кВ; зарядный ток шин, оборудования, воздушных и кабельных линий; ток замыкания на землю – не более 4 А при напряжении 6 кВ и 3 А при 10 кВ. При изолирующих перегородках между полюсами разъединителей токи включения и отключения могут быть в 1,5 раза больше. При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт. Значение отключаемого разъединителем тока зависит от его конструкции (вертикальное, горизонтальное расположение ножей), от расстояния между полюсами, от номинального напряжения установки, поэтому допустимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями. Порядок операций при отключении намагничивающего тока трансформатора также играет важную роль. Например, трансформаторы, имеющие устройство регулирования под нагрузкой (РПН), необходимо перевести в режим недовозбуждения, так как ток намагничивания резко уменьшается при уменьшении индукции в магнитопроводе, которая зависит от подведенного напряжения. Кроме того, при отключении ненагруженного трансформатора необходимо предварительно эффективно заземлить нейтраль, если в нормальном режиме трансформатор работал с разземленной нейтралью. Если к нейтрали трансформатора был подключен заземляющий реактор, то предварительно его следует отключить. Если в цепи имеются разъединитель и отделитель, то отключение и включение намагничивающего тока и зарядных токов следует выполнять отделителями, имеющими пружинный привод, который позволяет быстро произвести эту операцию. Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляются следующие требования: - создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению; - электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов короткого замыкания; - исключение самопроизвольных отключений; - четкое включение и отключение при наихудших условиях работы (обледенение, снег, ветер). Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трехполюсными, по роду установки − для внутренних и наружных установок, по конструкции − рубящего, поворотного, катящегося, пантографического и подвесного типа. По способу установки различают разъединители с вертикальным и горизонтальным расположением ножей. Короткозамыкатель – коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи. Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием релейной защиты питающей линии. В установках 35 кВ применяют два полюса короткозамыкателя, при срабатывании которых создается искусственное двухфазное КЗ. В установках с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) применяется один полюс короткозамыкателя. 1.2 Задача Для схем, приведенных на рис. 1, выбрать предохранитель F, короткозамыкатель QN и выключатель Q. При выборе аппаратов, приведенных на схемах рис. 1, расчет номинальных токов трансформатора со стороны низкого (НН) и высокого (ВН) напряжения производим по формулам: - для НН:  , (1)- для ВН:  , (2)где  – номинальная мощность трансформатора;UНН (UВН) – номинальные напряжения.  = 36,7 А; = 23,1 А.Начальное действующее значение периодической составляющей токов КЗ определяем: - для НН:  , (3) , (4)- для ВН:  , (5)где   – мощность трехфазного КЗ соответственно на вводах низкого и высокого напряжения; – напряжение КЗ, % (в относительных единицах);Для трансформаторов класса напряжения 10 кВ считать  . = 10,7 МВ·А;- для НН:  = 1 кА;- для ВН:  = 17,3 кА.Действующее значение начальной периодической составляющей токов трехфазного КЗ определяем: - для ВН:  , (6)- для НН:  , (7)где  – ударный коэффициент, его значения в приближенных расчетах допускается принимать:  – для сетей НН;  – для сетей ВН.Для НН:  = 0,9 кА;для ВН:  = 11,5 кАМгновенное амплитудное значение полного тока КЗ (ударный ток КЗ):  . (8)Для НН:  = 1,8 кА;для ВН:  = 44 кАВремя протекания тока КЗ (  ) определяется суммарным временем срабатывания аппарата и устройств автоматики, в данных расчетах примем  с.Таблица 3
Заключение В данной контрольной работе рассмотрели масляные высоковольтные выключатели. А также ознакомились с разъеденителями и короткозамыкателями. Была решена задача, в результате расчетов были выбраны: - Выключатель(Q) – ВВЭ-10-20/630УЗ; - Предохранитель (F) – ПКТ-104-10-160-20УЗ (с кварцевым наполнителем); - Короткозамыкатель(QN) – КЗ-110УХЛ1. Список используемой литературы 1. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник. 2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Электрическая часть электростанций и подстанций. 3. Барыбин Ю.Г., Федоров Л.Е. Справочник по проектированию электроснабжения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 1 кА
= 0,9 кА
