лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
 Скачать 7.85 Mb.
|
.
Экраны кабелей и корпус КРУЭ обычно разделены изоляционной муфтой и соеди няются с землей отдельно. Соединение кабеля и КРУЭ может быть представлено схемой на рис. 10.34. Передаточный коэф фициент, связывающий амплитуду волны между корпусом и землей определяется следующим образом: , где - волновое сопротивление экрана кабеля. Обычно между экраном кабеля или кор пусом КРУЭ установлены варисторы, кон денсаторы или искровые промежутки, предназначенные для снижения быстрых перенапряжений на корпусе за счет обеспе чения электрической целостности. Рис. 10.33. Распространение импульса по заземляю щему проводнику Pиc. 10.34. Схема для расчета перенапряжений на корпусе, обусловленных вводом кабеля в КРУЭ Падение напряжения на конденсаторе, варисторе или искровом промежутке в сумме с паде нием напряжения на соединительных про водниках определяют напряжение, прило женное к последовательной цепи, образуе мой и (рис. 10.35). С учетом сказанного выше можно кон статировать, что наиболее тяжелые условия возникают на воздушных вводах КРУЭ. Для одной фазы корпуса КРУЭ интересую щие нас волновые сопротивления можно рассчитать следующим образом:
Следует иметь в виду, что формула для системы цилиндр - плоскость - прибли женная. Волновое сопротивление вертикаль ного заземляющего проводника может быть приближенно получено так же, как для горизонтального проводника, находя щегося на высоте середины вертикального. Волновые сопротивления других элемен тов перехода меняются в широком диапазоне. Рис. 10.35. Схема включения ограничителя в точке воздушного ввода в КРУЭ Ориентировочные значения следую щие: Z1… 60-90 Ом; Z2… 350-450 Ом; Z3… 200-260 Ом; Z4… 150-300 Ом. При указанных сопротивлениях коэф фициенты и , определенные для воз душного ввода, принимают значения: и . Учитывая, что на некотором расстоянии корпусы каждой из трех фаз очень близки и, следовательно, соединены параллельно, полное волновое сопротивление корпуса может рассматриваться как параллельное соединение трех волновых сопротивлений трех корпусов. В этом случае диапазон снижается до 0,1—0,18. Более того, наличие нескольких зазем ляющих проводников может привести к снижению сопротивления Z, уменьшая тем самым . Пробой снаружи КРУЭ. Основной причиной быстрых переходных процессов, приходящих извне, являются пробои линейной изоляции, вызванные, например, обратными перекрытиями. Вследствие этого максимальное значение напряжения импульса, набегающего на КРУЭ, может быть определено из уровня электрической прочности линии. Это значение определя ется для положительной полярности и 10%-ной вероятности пробоя. Следова тельно, максимальное значение получа ется умножением уровня прочности на коэффициент 1,15, учитывающий возмож ность пробоя при отрицательной полярно сти, и на коэффициент 1,12 для достижения 100%-ной вероятности пробоя (как это было выше сделано для внутренних КЗ): . Получающийся скачок напряжения характеризуется крутизной примерно 2000 кВ/мс. Коэффициенты преломления такие же, как и для внутренних пробоев. Критичность начального броска напряжения. Очевидно, что амплитуда и форма быстрых переходных напряжений являются функциями начального скачка напряжения, а также конфигурации под станции. Из рассмотренных выше значений амп литуд и длительностей фронта начальных скачков напряжения следует, что источни ком наибольших переходных повышений напряжения являются пробои внутри КРУЭ. Повторные зажигания между кон тактами дают много меньшие напряжения, но они возникают в ходе нормальной работы подстанции. Более того, за время отключения секции шин разъединителем возможно возникновение десятков и сотен повторных зажиганий между контактами. Испытания и обслуживание заземля ющих установок КРУЭ. Основной причи ной для проведения измерений заземляю щей установки является проверка соот ветствия новой установки проекту и выяв ление дополнительных мер, необходимых для защиты персонала и управляющих или коммутационных устройств. Измерения также рекомендуется проводить после серьезных изменений, влияющих на базо вые требования, и через регулярные про межутки времени (от 5 до 10 лет) для про верки работоспособности заземляющей конструкции. Измерения обычно дают более надежные результаты, чем расчеты и в любом случае всегда полезны для про верки последних. Удобный метод, базирующийся на инжекции тока с помощью вспомогатель ного электрода, применен в некоторых ком мерчески доступных измерительных уст ройствах и позволяет напрямую получить значение сопротивления заземления. Для больших установок, где расстояние до вспомогательного электрода велико, эффекты индукции в длинных измеритель ных кабелях могут приводить к ощутимым ошибкам. Они могут быть снижены путем увеличения инжектируемого тока. Инспектирование и испытания контура заземления и соединительных проводников должны проводиться до ввода установки в эксплуатацию. Необходимо убедиться в надежности всех соединений. При измере нии контактного сопротивления проводни ков одинакового размера измерительные зажимы должны располагаться на расстоя нии примерно 25 мм с каждой стороны соединителя. Контактное сопротивление не должно превосходить сопротивления ана логичного проводника эквивалентной длины. Если соединяются проводники раз личного сечения, сопротивление не должно превышать 75 % сопротивления провод ника наименьшего сечения эквивалентной длины. Указанные выше проверки и испытания должны повторяться через интервалы обслуживания, когда устраняются послед ствия погодных, разрушающих или корро зийных воздействий. Испытания и проверки должны быть направлены на обеспечение целостности заземляющей конструкции при токах про мышленной частоты, но для высокочастот ных цепей возможно принятие дополни тельных мер. Так как высокочастотные явления воз никают в основном из-за коммутаций разъ единителями, работа заземляющей кон струкции при высокочастотных переходных воздействиях вероятно может быть оценена при плановой коммутации разъединителем на этапе сдачи подстанции в эксплуатацию. Во время таких коммутаций нужно прове рить петли образования искр у фланцев и ошибок в работе защитных и управляющих систем. Предполагается, что все оборудование вторичных цепей проходит проверку на ЭМС в заводских условиях и что цель всех испытаний на месте установки сводится к проверке корректности транспортировки и монтажа оборудования. Испытания пока зывают также, не воздействует ли каким- либо образом КРУЭ на оборудование вто ричных цепей. Вопросы компоновки КРУЭ привносят в процесс проектирования заземляющих систем ряд факторов, не присущих тради ционным открытым подстанциям. Тем не менее, выполняя представленные выше указания, можно проектировать заземляю щие системы, нечувствительные к повыше ниям переходного напряжения. Таким образом, очевидно, что между производителем КРУЭ и потребителем должна быть тесная координации решений различных аспектов задачи проектирова ния систем заземления на ранних этапах. Также на этапе проектирования требуется обеспечить тесное взаимодействие между различными производителями, вовлечен ными в строительство подстанции. Устра нение недоработок после ввода оборудова ния в эксплуатацию может оказаться доро гостоящим и неудобным мероприятием. 10.8. ОГРАНИЧЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ В ЦЕПЯХ УПРАВЛЕНИЯ С ИНДУКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ В индуктивных цепях электрического обо рудования, включающих, например, обмотки возбуждения двигателей или устройства с электромагнитным приводом, такие как реле, а также соединительные силовые и управляющие провода при отключениях и включениях возникают перенапряжения с высокими крутизной и частотой колебания, попадающие в сеть питания. Индуктивные элементы в цепи тока при надлежат, таким образом, к источникам интенсивных помех. Если они эксплуатиру ются в тесном пространственном располо жении с электронными узлами, например» внутри одного прибора, одного управляю щего шкафа или установки ожидаемы6 перенапряжения путем соответствующих мер необходимо снизить до уровня, допус тимого для электронных приборов и систем. Ниже будут рассмотрены физические причины, порядки величин и принципиаль ные временные диаграммы этих переход ных перенапряжений и также описаны выбор, измерение и расположение соот ветствующих средств для их ограничения. 10.8.1. Физические процессы при коммутациях в индуктивных цепях На рис. 10.36 в упрощенном виде пока зана модель взаимодействия между цепью тока возбуждения электромагнитного уст ройства и цепью тока систем РЗА и автома тизированного и автоматического управле ния технологическим процессом. Обе цепи гальванически разделены из соображений помехозащищенности, однако связаны через практически всегда имеющиеся пара зитные емкости С13, С14, С23, С24. Кроме того, через сцепление магнитных потоков обоих контуров возникает индуктивная связь, характеризуемая взаимоиндукцией М. Вследствие возникающего при разряд ных явлениях между контактами выключа теля СВЧ-излучения возможно неблагопри ятное влияние дальнего поля на логические цепи систем РЗА и автоматизированного и автоматического управления технологиче ским процессами. При включении прибора емкость заряжается через сопротивление (внут реннее сопротивление источника напряже ния и сопротивление линии) и индуктив ность . При идеально быстро включаю щемся выключателе в контуре развива ется электрический колебательный затухающий процесс, который в основном определяется параметрами и Он про текает с частотой (рис. 10.37) и максимальным напряжением на катушке индуктивности. Напряжение может лежать между 300 В и несколькими киловольтами, ско рости изменения напряжения — от 1 до 1000 В/мкс, общая длительность процесса лежит в микросекундной области, а час тота — в границах от 106 до 108 Гц. Образование помех затрудняется тем, что для срабатывания реального выключа теля требуется конечное время. Например, для тиристора оно образуется из времени, которое необходимо, чтобы заполнить достаточно большие зоны полу проводникового материала носителями заряда, а для выключателей с подвижными контактами, включающими напряжение, равное или более 300 В, из времени, за кото рое образуется проводимость искрового разряда. Рис. 10.36. Модель взаимодействия цепи, содержащей индуктивный элемент, с логической цепью системы автоматизированного и автоматического управления технологическим устройством Рис. 10.37. Типичная форма импульса напряже ния на катушке при включении Типичные времена срабатывания мощных тиристоров (0,2—4 кВ) от 5 до 200 мкс, реле и герконов — примерно 3 нс. Процесс включения контактных уст ройств вследствие явлений вибрации и дру гих физических процессов состоит из ряда следующих друг за другом циклов замыка ния и размыкания. Поэтому в течение включения возникают несколько изобра женных на рис. 10.37 затухающих процес сов, типичных для процессов отключения (см. ниже). Таким образом, в целом каждый процесс включения электромагнитного устройства необходимо оценивать как потенциальную причину помехи. При отключении электромагнитного устройства, т.е. при внезапном прерыва нии стационарного тока возбуждения в колебательном контуре, образованном , и также происходит электрический колебательный затухающий процесс, при котором запасенная к моменту отключения в и энергия в превращается в тепло. Если опять предположить наличие в цепи тока быстрого, почти идеального выключа теля, то этот затухающий процесс проте кает либо колебательно с частотой (рис. 10.38, а) или аперио дически затухая (рис. 10.38, б). Вид импульса напряжения на катушке , при веденный на рис. 10.38, а типичен для уст ройств с магнитопроводом, набранным из отдельных пластин, а вид на рис. 10.38, б - для устройств с массивным магнитопроводом. Сильно затухающий процесс на рис. 10.38, б можно объяснить влиянием сопротивления потерь в стали массив ного магнитопровода. Без специальных мер затухающие про цессы в обоих случаях сопровождаются высокими перенапряжениями и боль шими скоростями изменения напряжения . Рис. 10.38. Типичные импульсы напряжения на катушке при отключении тока идеальным выключателем: а – наборный магнитопровод; б – массивный магнитопровод Максимальное, теоретически возможное, перенапряжение на катушке может быть оценено, исходя из баланса энергии , (10.1) а максимально возможное значение произ водной по времени , - исходя из описывающего затухающий процесс дифференциального уравнения. Если поло жить в основу практически всегда выпол няющееся условие и пренеб речь влиянием , можно получить в итоге для обоих величин, простые соотношения: Параметр… |
| Схемные мероприятия | Цели | Расположение элементов защиты |
| Схема защиты обмоток возбудителей | Защита изоляции от перенапряжений | Параллельно катушке индуктивности |
| Схемы защиты от радиопомех и защиты контактов | Подавление тлеющих, дуговых, искровых разрядов между контактными элементами во избежание ВЧ-колебаний и для уменьшения обгорания контактов | Устройства защиты от радиопомех – параллельно контактом, чтобы исключить влияние индуктивности проводов. Устройства защиты контактов (преимущественно -звенья) параллельно катушке индуктивности |
| Схемы защиты полупроводниковых участков включения | Защита полупроводниковых элементов от перенапряжений | Параллельно участку включения тиристоров. Параллельно нагрузке, если между катушкой и транзистором нет длинных соединительных проводов |
| Схема защиты от помех | Возможное снижение и , чтобы избежать функциональных помех в соседних электронных системах или предотвратить разрушение логических элементов | По возможности непосредственно на катушке индуктивности |