Методические рекомендации для практических занятий. Методические указания для проведения практических занятий с вариантами заданий для студентов направления подготовки
 Скачать 0.9 Mb.
|
1 2 кз и переходное сопротивление контактный провод-токоприемник» R п Задание. Выбрать марку контактного провода. Определить время t по истечении которого температура контактного провода достигнет предельно допустимой для меди температуры пр, равной 200 С. Исходные данные для расчета приведены в таблицах 2.8 и Таблица 2.8 Марка провода Номинальная площадь сечения, мм Размеры сечения провода, мм Электрическое сопротивление 1 км провода при С, Ом, не более Временное сопротивление при растяжении, МПа (кгс/мм 2 ), не менее Масса, кг км Н R ФМ-85 85 10,8±0,1 6 0,207 367,5 (37,5) 755 ФМ-100 100 11,8±0,11 6,5 0,177 362,6 (37,0) 890 НЛОл Ф 100 11,8±0,11 6,5 0,185 377,3 (38,5) 890 БрФ-100 100 11,8±0,11 6,5 0,215 421,4 (43) 890 21 МФО-100 100 10,5±0,1 20 0,177 362,6 (37) 890 МФ-120 120 12,9±0,12 7 0,147 357,7 (36,5) 1068 МФО-120 120 11,5±0,11 25 0,147 357,7 (36,5) 1068 МФ-150 150 14,5±0,13 7,8 0,118 352,8 (36) 1335 МФО-150 150 12,5±0,12 36 0,117 352,8 (36) 1335 Примечание – Условные обозначения проводов М – медный Ф – фасонный О – овальный НЛОл – низколегированный 0,04 – присадка олова 0,04 % ; Бр – бронзовый. Талица 2.9 Параметры Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I кз , кА 6,5 4,0 4,5 7,0 8,5 7,5 8,0 5,0 5,5 6,0 п 10 , Ом 2,5 2 1,5 1,0 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0.7 Методические указания к решению задачи При решении задачи следует считать, что все выделяемое в переходном сопротивлении тепло Q 1 передается контактному проводу и нагревает его. Теплопроводностью провода и угольной вставки токоприемника можно пренебречь. В этом случае, тепло, выделяемое вместе контакта контактного провода и токосъемника, может быть определено по формуле , 2 2 1 t R I Q п кз (2.13) где I кз /2 – ток короткого замыкания через одну угольную вставку, т.к. считается, что ток короткого замыкания делится пополам на две угольные вставки. Количество тепла Q 2 , которое необходимо сообщить участку контактного провода, чтобы нагреть его до предельно допустимой температуры, может быть определено по формуле 22 , 1 c m t T Q окр пр (2.14) где m – масса провода, соприкасающаяся с угольной вставкой равная р (3.15) где S p – поперечное сечение выбранной марки провода, с учетом его максимального износа, равного 30 % (S p = 0,7S), м l – длина провода, соприкасающегося с угольной вставкой, l = 0,03, м d – плотность проводникового материала (для меди равна 8,9·10 3 кг/м 3 ); c – удельная теплоемкость проводникового материала (обычно принимается для меди равной 385Дж/(кг·К). Учитывая, что должно соблюдаться тепловое равенство Q 1 = Q 2 , можно получить выражение для расчета времени t по истечении которого температура контактного провода достигнет предельно допустимой температуры пр , 4 2 п кз окр пр R I c m t T t (2.16) Следует отметить, что для исключения разрыва контактного провода возможного из-за его перегрева, рассчитанное время t должно быть больше, чем время отключения тока короткого замыкания, которое обычно принимается равным 0,15 с. Задача 2.5 К плоскому конденсатору прямоугольной формы, с пластинами шириной аи длиной b, приложено напряжение U. Между обкладками конденсатора расположен диэлектрический слой толщиной d с относительной диэлектрической проницаемостью r . Для диэлектрика известно удельное объемное сопротивление , удельное поверхностное сопротивление S , тангенс угла диэлектрических потерь tg . 23 Задание. Определить ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери при включении конденсатора на постоянное напряжение. Начертить упрощенную схему замещения реального диэлектрика и построить векторную диаграмму токов. Определить диэлектрические потери при включении того же конденсатора на переменное напряжение с действующим значением U промышленной частоты. Исходные данные для расчета приведены в таблице Таблица Параметр Варианта, мм 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 в, мм 600 650 550 500 150 100 200 250 300 350 d, мм 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 U, кВ 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 f 1 , Гц 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 r 1,95 2,0 2,05 2,1 2,15 2,2 2,25 2,3 2,35 2,4 V 10 +16 , Ом∙м 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 S 10 +15 , Ом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 tg 10 -2 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 Методические указания к решению задачи В цепях постоянного тока через твердый диэлектрик протекает незначительный ток, называемый током утечки или током проводимости, который обусловлен движением свободных носителей зарядов в материале. Этот ток равен сумме объемного I V и поверхностного I S токов, величина каждого из которых зависит от приложенного напряжения U и 24 сопротивления данного диэлектрика (объемного R V и поверхностного R S , соответственно. Объемное и поверхностное сопротивления образца прямоугольной формы вычисляются последующим формулам , ρ ab h R V V (2.17) , ) ( 2 ρ b a h R S S (2.18) где V , S – удельное объемное и поверхностное сопротивления диэлектрика а, b – геометрические размеры пластин конденсатора h – толщина диэлектрического слоя. Диэлектрическими потерями называется мощность, рассеиваемая в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающая его нагрев. При постоянном напряжении нагрев диэлектрика обусловлен только током утечки и пропорционален его квадрату. При переменном напряжении нагрев диэлектрика зависит также от активной составляющей поляризационного тока и определяются углом диэлектрических потерь Активная мощность, рассеиваемая в диэлектрике, равна , tgδ ω 2 C U P a (2.19) где U – напряжение, приложенное к конденсатору – круговая частота питающего напряжения tg – тангенс угла диэлектрических потерь С – емкость плоского конденсатора. Емкость плоского конденсатора определяется по формуле d S C r 0 ε ε , (2.20) где r – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика 0 – диэлектрическая постоянная, равная 8,85.10 -12 Ф/м; S – площадь пластин конденсатора d – расстояние между пластинами (толщина слоя диэлектрика. 25 В электроизоляционных материалах диэлектрические потери часто характеризуют удельными потерями р равными , V P p a (2.21) где V – объем диэлектрического слоя. 26 3. Электроизоляционные конструкции и испытания изоляция Краткие теоретические сведения Основное назначение электрической изоляции электрооборудования это надежное разделение электродов с разными потенциалами и предотвращение протекания электрического тока по нежелательным путям. Изоляция электротехнических установок подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя изоляция — это части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинация, не соприкасающиеся с атмосферным воздухом и не подверженные влиянию атмосферных и других внешних факторов. Внешней изоляцией являются воздушные промежутки и поверхность твердой изоляции в атмосферном воздухе, которые подвержены влиянию атмосферных и других внешних факторов. В процессе эксплуатации на изоляцию воздействует множество неблагоприятных факторов тряска, вибрации, изменения температур, иногда в широком диапазоне, повышенные температуры, загрязнение, увлажнение, воздействие агрессивной пыли, электрические и магнитные воздействия как при рабочем и повышенном напряжениях. Поэтому стечением времени изоляция постепенно теряет свои первоначальные свойства. Изоляция стареет, а возникшие дефекты настолько снижают ее электрическую прочность. Для проверки состояния изоляции при эксплуатации обычно проводятся ее профилактические испытания. Профилактические испытания комплекс мероприятий, направленных на своевременное обнаружение дефектов в электрической 27 изоляции. Основными методами испытаний изоляции электрооборудования является проверка ее электрических характеристик сопротивления, емкости, тангенса угла диэлектрических потерь, коэффициента абсорбции, электрической прочности и пробивного напряжения. Задача 3.1 Многослойная изоляция состоит из двух слоев различных диэлектрических материалов. Материал первого слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость 1 , удельную проводимость γ 1 . Материал второго слоя – соответственно и γ 2 . Толщина первого и второго слоев диэлектриков – соответственно и d 2 , площадь электродов S. Задание. Начертить один из вариантов схемы замещения двухслойной изоляции и рассчитать ее параметры. Рассчитать и построить графическую зависимость емкости изоляции от частоты приложенного напряжения в диапазоне от 0 до 100 Гц. Определить степень увлажнения изоляции, считая, что причиной ее неоднородности является ее увлажнение. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.1. Таблица Параметры двухслойной изоляции Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 2 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,5 2,4 γ 1 .10 -11 См/м 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 γ 2 .10 -8 См/м 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 d 1 , мм 11 12 13 14 15 16 17 18 19 d 2 , мм 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 S, см 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 28 Методические указания к решению задачи В данной задаче рассматриваются некоторые особенности поляризации неоднородных и многослойных диэлектриков, которые имеют место в изоляции конструкций высокого напряжения. Виды поляризации в диэлектриках можно разделить на две группы – поляризация практически мгновенная и без рассеяния энергии упругая – поляризация замедленная и сопровождаемая рассеянием энергии в диэлектрике, то есть его нагревом, называемая релаксационной. К первой группе относятся электронная и ионная поляризации, а ко второй группе – дипольно-релаксационная, электронно-релаксационная и ионно- релаксационная поляризации. Кроме вышеуказанных видов, существует дополнительный вид поляризации, проявляющийся в твердых диэлектриках неоднородной структуры – миграционная поляризация. Она связана с перемещением свободных зарядов (электронов и ионов) в пределах слоев и включений диэлектрических конструкций. Количественный расчет ряда параметров, связанных с миграционной поляризацией и является переметом данной задачи контрольной работы. Сущность миграционной поляризации рассмотрим на примере двухслойного диэлектрика. Для такого диэлектрика возможны две схемы замещения, показанные на риса и б. 29 R 1 R 2 C 1 C 2 C r R r ΔC а б Рис. 3.1. Схемы замещения двухслойной изоляции Элементы схемы замещения по слоям (риса) можно выразить через параметры слоев диэлектрика следующим образом , ε ε , ε ε , γ , γ 2 2 0 2 1 1 0 1 2 2 2 1 1 где d 1 , d 2 – толщина первого и второго слоев диэлектрика γ 2 , γ 1 – удельная проводимость слоев S – площадь электродов 1 , 2 – относительные диэлектрические проницаемости слоев 0 – диэлектрическая постоянная, равная 8,85·10 -12 Ф/м. Вторая схема замещения (рис. 2.1, б) состоит из элементов, характеризующих двухслойный диэлектрик в целом. Сопротивление утечки R, характеризующее проводимость двухслойного диэлектрика в установившемся режиме. Геометрическая емкость C r определяется только размерами и диэлектрическими проницаемостями слоев ив ней не учитывается влияние процессов проводимости. Эти параметры могут быть определены следующим образом , 2 1 2 1 2 1 C C C C C R R R r (3.2) 30 Два остальных параметра этой схемы замещения можно определить из условия равенства полных сопротивлений диэлектрика , 2 1 2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 C C R R C R C R C C R C R C C R R R R r (3.3) При длительном приложении к двухслойному диэлектрику постоянного напряжения U 0 вследствие наличия проводимости на границе слоев будет накапливаться заряд абсорбции абс Образование этого заряда является следствием миграционной поляризации, его величина равна суммарному заряду на границе раздела слоев 2 1 2 2 1 1 0 абс (3.4) Из этого выражения видно, что заряд абсорбции будет существовать при выполнении условия 2 2 1 Условие неоднородности двухслойной изоляции будет иметь вид γ ε γ ε 2 2 1 1 (3.5) При приложении двухслойному диэлектрику переменного напряжения емкость неоднородного диэлектрика зависит от частоты приложенного напряжения, то есть , ω 1 1 ω 2 2 T C C C r (3.6) где ω – круговая частота приложенного напряжения T – постоянная времени, равная 2 1 2 1 2 1 R R C C R R C r T (3.7) Явление миграционной поляризации нашло широкое применение при контроле состояния изоляционных конструкций, в частности, загрязнения и 31 увлажнения. При появлении увлажненного слоя в изоляции ее реакцию на приложение переменного напряжения можно рассматривать в соответствии со схемами замещения рис. 2.1. Контроль степени увлажнения производится путем измерения емкости изоляции при различных частотах. При этом емкость изоляции с ростом частоты изменяется тем сильнее, чем больше степень неоднородности изоляции, то есть чем больше толщина увлажненного слоя. При отсутствии увлажнения (однородной изоляции) емкость от частоты не зависит. На практике для контроля степени увлажнения изоляции производят измерения емкости при двух частотах 2 Гц и 50 Гц при постоянной температуре. На основе опыта установлено, что степень увлажнения изоляции допустимая, если выполняется условие 3 , 1 50 В противном случае считается, что изоляция недопустимо увлажнена и требуется ее сушка или замена. Задача 3.2 В силовом трансформаторе одновременно происходит тепловое и электрическое старение его внутренней изоляции под действием двух факторов повышенной температуры и наличия частичных разрядов. Изоляция трансформатора рассчитана на срок службы, равный н , при значении воздействующего напряжения U, рабочей температуре Т н , допустимой для данного класса нагревостойкости изоляции, и при отсутствии частичных разрядов. Задание. Выбрать материал для внутренней изоляции трансформатора согласно заданному классу его нагревостойкости и описать его основные свойства. Определить расчетный срок службы изоляции при температуре Т, превышающей допустимую рабочую температуру на 10%, и при наличии в ней частичных разрядов, если известно, что напряжение 32 возникновения частичных разрядов U чр составляет 0,5 значения напряжения. Исходные данные для расчета приведены в таблице. 3.2. Таблица Параметры Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 н, лет 20 25 30 20 15 25 20 25 30 15 U, кВ 10 27,5 35 110 220 10 27,5 35 110 220 Класс нагревостойкости E A В F Н E B F Н F Методические указания к решению задачи В эксплуатации на внутреннюю изоляцию электрооборудования воздействуют электрические, тепловые, механические и другие нагрузки. Они вызывают в изоляции сложные процессы, следствием которых является постепенное ухудшение свойств изоляции, ее старение. Процессы старения изоляции ограничивают срок службы изоляционных конструкций. Поэтому при разработке, изготовлении ив процессе эксплуатации оборудования высокого напряжения должны предусматриваться меры, снижающие темпы старения изоляции до такого уровня, при котором обеспечивается требуемый срок службы изоляционных конструкций (обычно 20 - 30 лети более. Электрическое старение изоляции происходит из-за возникновения разрядных процессов в толще изоляции. Электрическое старение может иметь место при средней напряженности электрического поляна промежутке, много меньшей (враз) кратковременной электрической прочности изоляции. С увеличением напряжения, приложенного к изоляции, темпы электрического старения возрастают, а срок службы соответственно уменьшаются. Основной причиной электрического старения внутренней изоляции являются частичные разряды, то есть такие разрядные процессы в изоляции, 33 которые распространяются лишь на часть изоляционного промежутка. Они возникают в ослабленных местах изоляции в газовых включениях, в местах резкого усиления напряженности поля. Наибольшую опасность представляют частичные разряды в газовых включениях, так как они возникают при меньших напряжениях, чем разряды в жидких или твердых компонентах твердой изоляции. Последнее обстоятельство связано с меньшей диэлектрической проницаемостью газового промежутка и соответственно большей напряженностью электрического поля в нема также с малой электрической прочностью газа по сравнению с твердой или жидкой изоляцией. Экспериментально установлено, что зависимость срока службы τ от значения воздействующего напряжения U в диапазоне значений τ от 0 до 104 часов имеет вид (3.8) где A – постоянная, зависящая от свойств изоляции n – показатель, зависящий от конструктивных особенностей изоляции ирода воздействующего напряжения (n = 4–8 при напряжении промышленной частоты n = 9–12 при постоянном напряжении. Для области больших сроков службы используют другую формулу (3.9) где U чр – напряжение появления в изоляции частичных разрядов, являющихся основной причиной электрического старения внутренней изоляции. Типичным значением постоянной А для твердой изоляции при нормальных условиях является значение, равное 6·10 9 (год/кВ). Показатель степени n обычно принимается равным 6. Таким образом, формула (3.9) записывается так 34 (3.10) Формулой (2.9) пользуются для случая, когда U >U чр . При U <U чр электрического старения изоляции не происходит и срок ее службы неограниченно возрастает. Частичные разряды представляют собой локальные пробои ослабленных участков изоляции, которыми являются газовые полости. Зависимости τ = f(U) получили название кривых жизни изоляции. Под действием частичных разрядов происходит постепенное разрушение микрообъемов изоляции, размеры газового включения растут в направлении электрического поля, и этот процесс завершается пробоем изоляции. При постоянном напряжении интенсивность частичных разрядов существенно слабее, поскольку заряжение емкости газового включения в происходит за счет токов утечки через изоляцию, которые обычно много меньше емкостных токов. Эффективным средством борьбы с частичными разрядами является пропитка изоляции. Замена воздуха жидким диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε r >1 увеличивает емкость в, снижая напряжение на воздушном включении кроме того, электрическая прочность жидкого диэлектрика существенно больше электрической прочности газа. Темпы теплового старения внутренней изоляции определяются скоростями химических реакций, зависящими от температуры. Обычно полагают, что срок службы при тепловом старении обратно пропорционален скорости химических реакций. Тогда отношение сроков службы изоляции τ 1 и τ 2 при разных температурах Т и Т будет выражаться , 2 2 1 2 1 T T T (3.11) 35 где ΔT – повышение температуры, вызывающее сокращение срока службы изоляции при тепловом старении в 2 раза. В среднем для изоляции тяговых электродвигателей и силовых трансформаторов ΔT составляет 10 С, поэтому уравнение (2.11) называют правилом десяти градусов (или правилом Монтзингера). Часто для изоляции силовых трансформаторов принимают ΔT = 8 С, а если изоляция трансформаторов сильно изношена, то принимают Т 6 °С. Для ограничения теплового старения и обеспечения требуемого срока службы изоляционной конструкции для отдельных видов изоляции устанавливаются в соответствии с ГОСТ и рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК), устанавливаются наибольшие допустимые рабочие температуры. По величине допустимой рабочей температуры все изоляционные материалы делятся на 7 классов нагревостойкости. Наибольшие рабочие температуры классов нагревостойкости изоляции приведены в табл. 3. 3 Таблица 3.3 Класс Y A E B F H C Наибольшая рабочая температура, С 90 105 120 130 155 180 Выше 180 Достаточно часто к старению изоляции кроме электрических и тепловых нагрузок приводят и механические нагрузки. Сущность механического старения изоляции заключается в том, что внутренняя изоляция или её отдельные элементы из твердых диэлектрических материалов обычно подвергаются в эксплуатации значительным статическими динамическим ударным механическим нагрузкам. Под действием механических нагрузок в диэлектрике образуются и постепенно увеличиваются микротрещины. Когда количество и размеры микротрещин достигают некоторых критических значений, наступает пробой диэлектрика. 36 Для определения срока службы изоляции при наличии теплового и электрического типов старения следует рассчитать срок службы выбранного материала изоляции при каждом типе старения отдельно. Для расчета срока службы изоляции при тепловом (т) и электрическом (э) старениях следует использовать, соответственно. уравнения 2.11 и 2.10, приняв ΔT = 10 °С. Тогда срок службы изоляции при одновременном действии этих двух механизмов старения будет составлять τ=1/(1/ т э. Задача 3.3 Подобрать тип подвесного изолятора в гирлянде для крепления и изоляции токоведущих частей электроустановки, по заданному номинальному напряжения, назначению электроустановки и степень загрязненности атмосферы. Задание. Обосновано выбрать типа изолятора. Начертить эскиз конструкции выбранного типа изолятора и привести числовые значения его основных характеристик. Определить необходимое количество изоляторов в гирлянде. Рассчитать и построить график распределения падения напряжения вдоль гирлянды изоляторов. Указать возможные пути выравнивания напряжения. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.4. Таблица 3.4 Вариантном, кВ Степень загрязненности атмосферы Вид токоведущих частей 1 6 VI Провода ЛЭП 2 10 II Провода контактной сети 3 35 III Шины РУ 4 3 IV Провода ЛЭП 5 27,5 V Провода контактной сети 6 35 VI Шины РУ 7 110 III Провода ЛЭП 37 8 6 IV Провода контактной сети 9 10 II Шины РУ 10 35 I Провода ЛЭП Методические указания к решению задачи Изоляторами называют электротехнические изделия, предназначенные для разделения частей электроустановки, находящихся под разными потенциалами, и для механического крепления токоведущих частей. Высоковольтные изоляторы изготавливают из различных материалов стекла, фарфора или полимеров. По расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, назначение которых прямо определяются их названиями. По конструктивному исполнению изоляторы делятся на тарельчатые изоляционная часть в форме тарелки, стержневые (изоляционная часть в виде стержня или цилиндра) и штыревые (изолятор имеет металлический штырь, несущий основную механическую нагрузку. По месту установки различают линейные изоляторы, используемые для подвески проводов линий электропередачи и контактной сети, и станционные изоляторы, используемые на электростанциях, подстанциях (в том числе и тяговых) и постах секционирования. В последнем плане одни и те же типы изоляторов, например, подвесные тарельчатые, могут быть и линейными, и станционными. Электрическая прочность изоляторов зависит от состояния их поверхности и от вида воздействующего напряжения. Поскольку поверхности изоляторов загрязняются и увлажняются неравномерно, то напряжение перекрытия пропорционально не геометрической, а эффективной длине пути утечки, которая для гирлянд и колонок, состоящих из n изоляторов, равна 38 эф (3.12) где L 1ут – геометрическая длина утечки одного изолятора, входящего с состав гирлянды или колонки k – поправочный коэффициент, называемый коэффициентом формы изолятора. Коэффициент k можно приближенно оценить по эмпирическим формулам – для изоляторов стержневого типа , 1 35 , 0 ym 1 H L k (3.13) – для изоляторов тарельчатого типа , 1 5 , 0 1 ym 1 D L k (3.14) где Н – длина тела изолятора стержневого типа, D – диаметр тарелки изолятора тарельчатого типа. Установлены система классификации местностей по степени загрязненности атмосферы (табл. 2.4). Отсюда число изоляторов в гирлянде может быть найдено из условия n Э л / эф, (3.15) где л – максимальное линейное рабочее напряжение электрической системы, указанное в табл. 3.5, Э – удельная эффективная длина пути утечки, которая выбирается согласно табл. 3.6. В инженерных расчетах минимально допустимое значение удельной длины пути утечки, которым пользуются при расчете числа изоляторов в гирлянде, определяется по формуле Э = эф л . (3.16) 39 Таблица 3.5 Максимальные рабочие напряжения электрических систем н, Кв 3 6 10 20 35 110 150 220 330 500 750 1150 л, кВ 3,5 6,9 10,5 23 40,5 125 172 252 363 525 787,5 1200 В связи с возможностью повреждения изоляторов в эксплуатации число n изоляторов должно быть увеличено для линий 110 – 220 кВ – на один, для линий 330 – 500 кВ – на два изолятора. В соответствии с условием (2.15) и параметрами стандартных подвесных изоляторов ПУЭ рекомендованы конкретные числа изоляторов разного типа для воздушных линий электропередачи и распределительных устройств (РУ). Выбранное количество изоляторов в гирлянде не должно быть меньше нормируемого. Таблица 3.6 Нормированная удельная эффективная длина пути утечки Степень загрязненности атмосферы Э, см/кВ (не менее) Для воздушных ЛЭП при номинальном напряжении, кВ Для оборудования РУ при номинальном напряжении, кВ 6 – 35 110 – 750 6 – 35 110 – 750 I 1,7 1,3 1,7 1,5 II 1,9 1,9 1,7 1,5 III 2,25 1,6 2,25 1,8 IV 2,6 2,25 2,6 2,25 V 3,5 3,0 3,5 3,0 VI 4,0 3,5 4,0 3,5 VII 4,5 4,0 4,5 4,0 Для изоляции воздушных линий электропередачи, шин РУ и контактных проводов применяются тарельчатые, штыревые и стержневые изоляторы 40 Гирлянда изоляторов, составленная из подвесных тарельчатых изоляторов, является одной из наиболее часто встречающихся видов изоляции проводов воздушных линий и контактной сети. Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и на разные изоляторы приходятся разные доли напряжений, что снижает напряжение начала короны и напряжение перекрытия гирлянды. В наиболее неблагоприятной ситуации оказывается изолятор, ближайший к проводу. Схема замещения гирлянды, состоящей из четырех тарельчатых изоляторов, показана на рис. 3.2, где С – собственная емкость изолятора, равная пФ, C 1 – емкость изоляторов по отношению к земле, равная 4– 5 пФ, C 2 – емкость изоляторов по отношению к проводу, равная 0,5–1 пФ. C 0 C 0 C 1 C 0 C 0 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 Провод 22 i 04 i 23 i 03 i 02 i 13 i 12 i 01 i 11 i 12 i Рис. 3.2. Схема замещения гирлянды изоляторов Вследствие ответвления тока на емкости C 1 , токи проходящие через собственные емкости изоляторов Си падения напряжения на изоляторах будут тем меньше, чем дальше изолятор расположен, по отношению к токоведущему проводу. 41 В свою очередь, влияние емкости Сносит противоположный характера именно токи проходящие через собственные емкости изоляторов Си падения напряжения на изоляторах будут меньше на изоляторах, которые находятся дальше от заземленного конца гирлянды. В реальных условиях наибольшее напряжение будет приложено к изолятору, расположенному около токоведущего провода, наименьшее – к изоляторам находящимся в середине гирлянды, и несколько вышек изоляторам у заземленного конца гирлянды. Для расчета падения напряжения на каждом изолятора следует воспользоваться усредненным графиком распределения напряжения на гирлянде изоляторов (рис. 2.3). Для выравнивания напряжения по изоляторам гирлянды применяют экраны в виде овалов, восьмерок, закрепляемых снизу гирлянды на линиях с расщепленными фазами утапливают ближайшие изоляторы между проводами расщепленной фазы, расщепляют гирлянду около провода на две. Эти меры обеспечивают выравнивание распределения напряжения из-за увеличения емкости C 2 0 4 8 4 12 16 8 20 12 16 20 Номер изолятора Доля напряжения, Рис. 3.3. Распределение напряжения на гирлянде изоляторов 42 Задача 3.4 Задан одножильный маслонаполненный кабель с заземленной свинцовой оболочкой. Длина кабеля равна l , радиус токоведущей жилы r и радиус оболочки R. Изоляция кабеля имеет диэлектрическую проницаемость r . Кабель рассчитан на рабочее напряжение U. Задание. Рассчитать емкость кабеля и определить характер изменения напряженности электрического поля у поверхности токоведущей жилы при увеличении ее радиуса от r до R. Определить распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы r и построить рассчитанные зависимости f (x), f (x). Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.7. Таблица 3.7 Вариант Рабочее напряжение и параметры кабеля Диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля U, кВ R, мм r, мм l , м r 1 27,5 10 2 1000 2,5 2 40 12,5 2,5 1200 2,75 3 110 36 6 1500 3,5 4 220 54 18 1300 4,5 5 35 24 3 1100 2,3 6 115 18 2 1400 1,75 7 154 42 7 2000 3,75 8 400 60 20 1800 5,2 9 75 32 4 1600 4,2 10 525 72 24 2100 5,75 43 Методические указания к решению задачи Коаксиальный кабель можно рассматривать как цилиндрический конденсатор. Известно, что поле цилиндрического конденсатора плоскопараллельное и характеризуется осевой симметрией, причем эквипотенциальные поверхности представляют собой коаксиальные цилиндры. По теореме Гаусса напряженность электрического поля цилиндрического конденсатора в слое с радиусом х равна 0 l r Q E x r x (3.17) где Q – заряд, 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, r – относительная диэлектрическая проницаемость изоляции х расстояние от токоведущей жилы до точки х, l – длина конденсатора. Емкость цилиндрического конденсатора определяется по формуле , ln 2 0 r R l C r (3.18) где R – радиус оболочки r – радиус токоведущей жилы l – длина кабеля ε r – относительная диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума. Учитывая, что заряд равен произведению емкости на напряжения, и подставив выражение для емкости в теорему Гаусса, получаем расчетную формулу для напряженности электрического поляна расстоянии хот поверхности токоведущей жилы lg 3 , 2 r R r U E x x (3.19) 44 Библиографический список 1. Никитина Е. П. Несенюк ТА. Электротехническое материаловедение Курс лекций. – Екатеринбург УрГУПС, 2021. – 182 с. 2. Обозначение марок сталей и чугунов метод. рекомендации Г. Н. Завьялова, НА. Михайлова. 2 изд. доп. и испр. – Екатеринбург УрГУПС, 2012. – 23 с. 3. Серебряков АС Электротехническое материаловедение. Проводниковые, полупроводниковые и магнитные материалы учеб. пособие для вузов ж-д. транспорта. – М ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2008. – 372 с. 4. Серебряков АС Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы учеб. пособие для вузов ж-д. транспорта. – М Маршрут, 2005. – 280 с. 5. Бессонов Л. А Теоретические основы электротехники. Электрические цепи учебник / Л. А. Бессонов– е изд, перераб. и доп. – М Гардарики, 2016. – 701 с. 45 Учебное издание Несенюк Татьяна Анатольевна Никитина Евгения Петровна ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Методические указания для проведения практических занятий с вариантами заданий для студентов направления подготовки 23.05.05 – Системы обеспечения движения поездов всех форм обучения Редактор СВ. Пилюгина Подписано в печать Формат 60 84/16 Бумага офсетная Усл. печ. л. Тираж 200 экз. Заказ Издательство УрГУПС 620034, Екатеринбург, Колмогорова, 66 1 2 |