лекционный курс. Лекционный курс. Лекционный комплекс дисциплина tvn 3319 Техника высоких напряжений
 Скачать 2.74 Mb.
|
|
Тема 5 Испытательные оборудования высокого напряжения. (6 часов) План лекции 1 Исследование испытательного оборудования высокого напряжения. Производимые в научно-исследовательских лабораториях, на заводах-изготовителях и в энергосистемах разнообразные высоковольтные испытания изоляционных конструкций и их элементов можно подразделить на следующие основные группы: поисковые исследования типовые испытания Контрольные испытания Профилактические, послеремонтные испытания Анализ опыта эксплуатации Высоковольтные испытательные установки промышленной частоты   Рисунок 5.1. Принципиальная схема испытательной установки высокого напряжения промышленной частоты: РН—регулятор напряжения; Т—испытательный трансформатор; RЗ— защитное сопротивление; ИУ—измерительное устройство; ИО — испытуемый объект Принципиальная схема испытательной установки высокого напряжения промышленной частоты изображена на рис.32. Основным элементом установки является испытательный трансформатор T. Большей частью испытания проводятся относительно земли напряжением, значительно превышающим номинальное фазное напряжение испытываемого оборудования. В соответствии с этим большинство испытательных трансформаторов изготовляются однофазными с одним заземленным концом обмотки высшего напряжения (ОВН) на сравнительно малую мощность и для кратковременной работы. Испытательные трансформаторы на номинальное напряжение до 1200 кВ могут быть изготовлены в одной единице. Характерной особенностью испытательных трансформаторов по сравнению с силовыми являются большой коэффициент трансформации (100500), малая мощность, ограниченное время включения и, как следствие, значительная индуктивность рассеяния. Кроме того, изоляция испытательных трансформаторов испытывается напряжением 1,11,2 Uном и таким образом имеет существенно меньшие запасы электрической прочности, чем у силовых трансформаторов. Генераторы импульсных напряжений Для исследования электрической прочности изоляции при импульсных напряжениях, имитирующих грозовые перенапряжения, применяются генераторы импульсных напряжений (рисунок 5.2).  Рисунок 5.2 - Принципиальная схема ГИН.    Рисунок 5.3 - Определение параметров полного (а) и срезанного (б) стандартных импульсов напряжения: ф — длина фронта; и — длина импульса; tср— время среза Ввиду того что электрическая прочность изоляции зависит от формы импульсного напряжения, последняя нормируется. Форма полного стандартного им пульса напряжения представлена на рис.5.3, а.Расчетный фронт импульса ф = =1,20,36 мксек и не учитывает начальной части осциллограммы, которая обычно получается нечеткой из-за наводок на измерительную цепь. Время спада напряжения до половины максимального значения называется длиной импульса и должно быть равно и = 5010 мксек. Амплитуда наложенных колебаний на максимуме импульса не должна превышать 0,05 Umax . Принято обозначать стандартный полный импульс «1,2/50 мксек». Кроме того, для испытания изоляции применяется также срезанный стандартный импульс с временем среза не менее 2 мксек (5.3,б). Для среза напряжения применяются разрядники, включенные параллельно испытуемому объекту. Рекомендуемая литература: 1. Техника высоких напряжений: учебное пособие/В.А. Бутенко, В.Ф. Важов, Ю.И. Кузнецов, Г.Е. Куртенков, В.А. Лавринович, А.В. Мытников, М.Т. Пичугина, Е.В. Старцева–Томск: Изд–во ТПУ, 2010.–119с 2. Закарюкин В.П. Техника высоких напряжений: Конспект лекций. - Иркутск: ИрГУПС, 2005. - 137 с. 3. Правила применения и испытания средств защиты используемых в электроустановках, технические требования к ним. – М.: Главгосэнергонадзор, 1993 г. Контрольные задания для СРС: Установки выпрямленного напряжения. Генераторы коммутационных перенапряжений. 4 Методические указания для выполнения практических (семинарских) занятий В соответствии с рабочим учебным планом практических (семинарских) занятий нет. 5 Методические указания для выполнения лабораторных работ Лабораторная работа №1 Исследование конструкции основных видов разрядника и их применение. Цель работы: изучить конструкцию разрядников, ознакомление с принципом работы разрядника и его маркировки. Задание: 1. Ознакомиться с целью работы 2. Изучить основные типы разрядников и ознакомиться с их конструкцией. 3. Ознакомиться с работой разрядников и основными и основными схемами включения 4. Рассмотреть демонстрационные образцы разрядников. Разрядники широко применяются для защиты фазной изоляции между токоведущими элементами и землёй от кратковременных (грозовых и коммутационных) перенапряжений. Кроме того, в отдельных случаях применяются специальные разрядники для защиты продольной изоляции от перенапряжений. Так, например, устанавливают вентильные разрядники для защиты междувитковой изоляции регулировочных обмоток силовых трансформаторов, обмоток трансформаторов тока и заградителей в.ч. связи или коммутационные разрядники для защиты внутренней изоляции конденсаторов продольной компенсации. Вакуумные разрядники, защитные промежутки (роговый разрядник), защитные промежутки специальной конструкции В вакуумных разрядниках применяют тугоплавкие электроды (вольфрам, молибден); остаточное давление в них составляет величину порядка 10-5 мм рт.ст. Испытания показали, что в таких разрядниках при промежутке 1—2 мм удается обеспечить стабильное пробивное напряжение порядка 50—60 кв при t≥1 мксек и надежное многократное гашение сопровождающего тока к.з. до 200 А при первом его проходе через нуль. Простейший грозозащитный аппарат — это так называемый роговой разрядник, или основной воздушный искровой промежуток.Выполняют его из трех пар стержней из круглой стали диаметром 10 ... 12 мм, изогнутых в виде рогов (рис. 1).На каждой фазе один электрод присоединен к проводу линии, а другой — к заземленной стальной траверсе или заземляющему спуску, если опора деревянная.   Рисунок 1. Роговый разрядник О  бразующийся после прохождения импульса сопровождающий ток к.з. вызывает между рогами промежутка электрическую дугу. Эта дуга под воздействием электродинамических сил и тепловых потоков воздуха движется вверх, растягивается и гаснет, если сила тока к.з. не превышает 300 А., следует отметить, что роговый разрядник применяется в маломощных сетях 6–10 кВ при токе к.з. менее 100–200 А гаснет в течение 0,5 – 1 сек.Защитные промежутки специальной конструкции, обеспечивающей минимальный разброс пробивных напряжений, могут найти применение также в сетях высших классов напряжения для защиты от коммутационных перенапряжений фазной изоляции на начальном этапе развития сети, а также для искрового присоединения или форсировки шунтирущих реакторов и для защиты от перенапряжений батарей конденсаторов продольной компенсации. В этих случаях гашение дуги в защитном промежутке осуществляется либо путем отключения соответствующего участка цепи выключателем, либо путем установки специального выключателя, шунтирующего промежуток для погасания на нем дуги.  Рисунок 2. Трубчатый разрядник 1-металлический колпачок, 2-трубка из газогенерирующего материала, 3-электрод, 4-металлический колпачок с выхлопным отверстием Трубчатые разрядники Более совершенные грозозащитные аппараты—трубчатые разрядники. Трубчатый разрядник изображён на рисунке 2. На каждую фазу линии устанавливают один разрядник, представляющий собой трубку из материала, бурно выделяющего газы при воздействии на него электрической дуги. В трубке помещены электроды: один в виде металлического стержня, второй в виде шайбы. Расстояние между ними образует искровой промежуток. Длину его устанавливают при изготовлении разрядника в зависимости от напряжения сети. Нижний конец трубки открыт, и в нем помещается изогнутая металлическая пластинка, которая выбрасывается газами при срабатывании разрядника. Верхний конец разрядника через искровой промежуток присоединен к фазному проводу линии, а нижний электрод - к заземлению. Искровой промежуток необходим для того, чтобы трубка разрядника не находилась постоянно под напряжением линии и не разрушалась токами утечки. Волна перенапряжения перекрывает наружный и внутренний промежутки и уходит в землю. Сопровождающий ток к.з. создает внутри трубки электрическую дугу, которая, воздействуя высокой температурой на газогенерирующий материал трубки, вызывает бурное выделение газов. В трубке создается высокое давление до 7 Па, которое выдувает ионизированные газы и гасит дугу с хлопком, напоминающим выстрел. Дуга гасится в течение 1—3 периодов тока частотой 50 Гц. Трубку изготовляют из фибры либо, что более удобно, из винипласта. В первом случае фибровую трубку помещают в бакелитовую трубку. Винипластовая трубка не требует защиты. В маркировке трубчатых разрядников указывают рабочее напряжение сети, в которой их устанавливают, и верхний и нижний пределы токов к.з. в месте установки, при которых разрядники могут работать. Если ток к.з. в месте установки превысит верхний предел, то давление в трубке разрядника станет недопустимо большим и трубку разорвет, а дуга будет продолжать гореть. При токе, меньшем допустимого, наоборот, давление в трубке будет недостаточно, дуга не погаснет и сожжет разрядник. В сельских сетях стандартные разрядники обычно нужно проверять только на соответствие их нижнему пределу сопровождающего тока короткого замыкания. После многократных срабатываний при увеличении диаметра трубки разрядника на 20—25 % дальше применять разрядник нельзя из-за снижения давления газов во время образования дуги. Монтируют трубчатые разрядники открытым концом вниз под углом к горизонту 15 ... 20°, чтобы влага не проникала в трубку. Выхлопные зоны их не должны пересекаться во избежание перекрытия между фазами. Вентильные разрядники Наиболее совершенны вентильные разрядники.В герметическом фарфоровом корпусе помещаются один или несколько единичных искровых промежутков и дисковых рабочих сопротивлений, число которых увеличивается с повышением номинального напряжения сети. Единичный искровой промежуток образуется между двумя латунными электродами диаметром 5 и 7,5 см, разделенными кольцом из слюды-миканита толщиной 0,5—1,0 мм. Внутренняя часть кольца и образует воздушный искровой промежуток. Наличие миканита—материала с высокой диэлектрической проницаемостью—создает в зоне соприкосновения его с латунью высокую концентрацию силовых линий электрического поля, вследствие чего импульсное перенапряжение вызывает свечение, активизирующее межэлектродное пространство. Этим обеспечивается его пробой при пологой вольт-секундной характеристике. Гашение искровым промежутком сопровождающего тока частотой 50 Гц происходит при первом прохождении током нулевого значения, то есть за время до 0,01 с. При этом сила тока через промежуток ограничивается рабочим сопротивлением до значения 100 А. Рабочее сопротивление разрядника выполняют из вилита. Поэтому вентильные разрядники часто называют также вилитовыми. Этот материал состоит из зерен электротехнического карборунда, скрепленных жидким стеклом в диски диаметром 10 ... 13 см и толщиной 2 см. Вилитовые диски представляют собой активные сопротивления с большой степенью нелинейности, то есть с повышением приложенного напряжения их сопротивление резко снижается. Следовательно, при действии импульса перенапряжения сопротивление невелико и падение напряжения на нем незначительно. Для рабочего напряжения сети после прохождения импульса сопротивление возрастает, ограничивая сопровождающий ток к.з. значением менее 100 А. Этот ток легко разрывается искровым промежутком. Гашение дуги происходит без звукового и светового эффектов, защищаемый объект остается неповрежденным. На рисунке 3 показан вентильный разрядник для сетей напряжением 0,38 кВ. Он состоит из одного искрового промежутка 3и одного вилитового диска 5, помещенных в фарфоровый корпус 4и сжатых для лучшего контакта спиральной пружиной 2.Зажимом 1разрядник присоединен к фазному проводу сети, а зажимом 6 — к заземлению.    Рисунок 3. Вентильный разрядник для сетей напряжением 0.38 кВ 1 и 6-зажимы, 2-пружина, 3-искровой промежуток, 4-фарфоровый корпус, 5-вилитовый диск. Рисунок 4. Облегченный вентильный разрядник для сельских сетей. 1 –верхняя кромка, 2-верхний фланец, 3-фарфоровый корпус, 4-блок рабочих сопротивлений - вилитовых дисков,5-вилитовый диск. На рисунке 4 приведен вентильный разрядник на напряжение 35 кВ. Он меет по нескольку искровых промежутков и дисков. Вентильные разрядники в сетях напряжением 0,38 кВ подвесного типа подвешивают на фазных проводах либо закрепляют на вводах. Разрядники на 10 кВ крепят на конструкциях хомутами или устанавливают на полках, а в сетях напряжением 20—35 кВ устанавливают вертикально на специальных конструкциях и присоединяют к шинам верхним болтом. Разрядники на 10 кВ можно присоединять к шинам как верхним, так и нижним болтами. Сопротивление заземляющего устройства разрядников всех типов должно быть не более 10 Ом при удельном сопротивлений грунта ρ < 100 Ом·м, 15 Ом при ρ=100—500 Ом·м и 20 Омпри ρ=500—1000 Ом·м. На электрических станциях и подстанциях заземление для защиты от атмосферных перенапряжений обычно объединяют с рабочим и защитным. Строго говоря, активное сопротивление заземления для защиты от атмосферных перенапряжений, называемое импульсным, отличается от сопротивления заземлителя переменному току частотой 50 Гц, но для заземлителей сельских электроустановок оно меньше этого сопротивления. Поэтому, если измеренное током 50 Гц сопротивление заземлителя удовлетворяет нормам, то тем более оно будет удовлетворять импульсному сопротивлению. Маркировка разрядников: РВПмод—разрядник вентильный подстанционный модернизированный; РВМ—разрядник вентильный магнитный; РВС—разрядник вентильный станционный; РВСК—разрядник вентильный станционный для компенсированной нейтрали; РВО—разрядник вентильный облегченной конструкции; РВМГ—разрядник вентильный магнитный грозовой; РВТ—разрядник вентильный токоограничивающий; РВМК—разрядник вентильный магнитный комбинированный; РВМКП—разрядник вентильный магнитный комбинированный с повышенным напряжением гашения при коммутационных перенапряжениях. РТФ—разрядник трубчатый фибровый; РТВ—разрядник трубчатый винилпластовый; РТВУ—разрядник трубчатый виниловый универсальный. РТ имеют ограниченную гасящую способность и маркируются, например, РТВ-10/12-2, что означает: разрядник трубчатый винипластовый на номинальное напряжение 10 кВ с пределами токов к.з. Imax=12 кА, Imin=2 кА. Содержание отчета. 1 – Работа должна содержать титульный лист выполненный на формате А4 по стандарту. 2 – Изложить цель работы. 3 – Привести основные типы применяемых разрядников, их характеристики, область применения. 4 – Привести схемы включения. Контрольные вопросы. Описать конструкцию вентильных разрядников? Где образуется единичный искровой промежуток у вентильного разрядника? Рассказать о принципе тушения дуги у вентильного разрядника? Описать конструкцию трубчатых разрядников? Для чего необходим искровой промежуток в трубчатом разряднике? Рассказать о принципе тушения дуги у трубчатых разрядников? Что указывают в маркировке трубчатых разрядников? Рекомендуемая литература 1. Техника высоких напряжений. Под ред. М.В. Костенко. Учебное пособие для вузов. М., «Высшая школа», 1973. 2. Техника высоких напряжений. Под ред. В.П. Ларионова-М.: Энергоиздат, 1982. Контрольные задания для СРС [1,2,3]: 1. Изучить конструкцию вентильных разрядников. 2. Изучить конструктивные особенности трубчатых и вентильных разрядников. |