ЛР-5 Керейбаев М 19-11. Разрядники и ограничители перенапряжения
 Скачать 416.97 Kb.
|
|
Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина Кафедра «Электроснабжения» Лабораторная работа №5 По дисциплине «Электрические станции и подстанции» На тему: «Разрядники и ограничители перенапряжения» По специальности/образовательной программе 6B07103 Электротехническая инженерия Выполнил Керейбаев. М Проверил Красников В.И. Нур-Султан 2022 Цель работы: Изучение конструкций и технических данных разрядников и ограничителей перенапряжения Порядок проведения работы1. Изучить конструкции разрядников, имеющихся в лаборатории, ознакомиться с их паспортными данными (приложение). 2. Ознакомиться с принципом работы разрядника. Трубчатые разрядники (рисунок 1). Данный тип разрядника при нормальной работе установки отделён от линии воздушным промежутком S2. При появлении перенапряжения пробиваются промежутки S1 и S1 и импульсный ток отводится в землю. После прохождения импульсного тока по разряднику течёт сопровождающий ток промышленной частоты. В узком канале обоймы (трубки) I из газогенерирующего материала (винипласта или фибры) в промежутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри обоймы поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3.  Рисунок 1 – Трубчатый разрядник При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под действием охлаждения промежутка S1 газами, выходящими из разрядника. В заземлённом электроде 4 имеется буферный объём 5, где накапливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через ноль создаётся газовое дутьё из буферного объёма, что приводит к гашению дуги. Предельный отключаемый ток промышленной частоты определяется механической прочностью обоймы и составляет 10 кА для фибробакелитовой обоймы и 20 кА для винипластовой, упрочнённой стеклотканью на эпоксидной смоле. Сопровождающий ток частотой 50 Гц определяется местом расположения разрядника и меняется в довольно широком диапазоне в зависимости от режима работы энергосистемы. Поэтому должны быть известны минимальные и максимальные значения тока КЗ в месте установки разрядника. Минимальный ток разрядника определяется гасящей способностью трубки. Чем меньше диаметр выхлопного канала, чем больше его длина, тем меньше нижний предел отключаемого тока. однако при больших токах в трубке возникает высокое давление. При недостаточной механической прочности трубки может произойти разрушение разрядника. В настоящее время выпускаются винипластовые разрядники высокой прочности с наибольшим отключаемым током до 20 кА. Работа трубчатого разрядника сопровождается сильным звуковым эффектом и выбросом газов. Так зона выброса газа разрядника типа РТВ-110 имеет вид конуса с диаметром 3,3 и высотой 2,2 метра. При размещении разрядников необходимо, чтобы в эту зону не попадали элементы, находящиеся под высоким потенциалом. Вентильные разрядники. Разрядник типа РВС-10 (разрядник вилитовый стационарный на 10 кВ), общий вид которого приведён на рисунке 2, а. Основными элементами являются вилитовые кольца 1, искровые промежутки 2 и рабочие резисторы 3. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха 4, который с торцов имеет специальные фланцы 5 для крепления и присоединения разрядника. Рабочие резисторы 3 изменяют свои характеристики при наличии влаги. Кроме того, влага, оседая на стенках деталей внутри разрядника, ухудшает его изоляцию и создаёт возможность перекрытия. Для исключения проникновения влаги кожух разрядника герметизируется по торцам с помощью пластин 6 и резиновых прокладок 7. Работа разрядника происходит в следующем порядке. При появлении перенапряжения пробивается три последовательно включенных блока искровых промежутков 2 (рисунок 2, б). Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкаются на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения сопровождающего тока.   а) б) Рисунок 2 – Вентильный разрядник типа РВС-10 Описанные разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что даёт возможность пропустить большой ток при относительно небольшом падении напряжения. При прохождении тока температура дисков повышается. При протекании импульса тока большой амплитуды, но малой длительности (десятки микросекунд) резисторы не успевают нагреваться до высокой температуры. При длительном протекании даже небольших токов промышленной частоты (один полупериод равен 10 мс) температура может превысить допустимое значение, диски теряют свои вентильные свойства и разрядник выходит из строя. Основные характеристики вентильного разрядника:1. Напряжение гашения UГАШ – наибольшее приложенное к разряднику напряжение промышленной частоты, при котором надёжно срабатывается сопровождающий ток. Это напряжение определяется свойствами разрядника. Напряжение промышленной частоты, прикладываемое к разрядникам, зависит от параметров схемы. Если при КЗ на землю одной из фазы на свободных фазах появляется перенапряжение, то напряжение гашения, прикладываемое к разряднику, определяется уравнением UГАШ= kЗ UНОМ ,где kЗ – коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали; UНОМ- номинальное линейное напряжение сети. Для установок с заземлённой нейтралью kЗ =0.8, для изолированной нейтрали kЗ =1.1 2. Ток гашения IГАШ, т.е. сопровождающий ток, соответствует напряжению гашения UГАШ. 3. Дугогасящее действие искрового промежутка ххарактеризуется коэффициентом KГАШ = UПР / UГАШ, где UПР – напряжение пробоя частотой 50 Гц искрового промежутка. 4. Защитное действие нелинейного резистора характеризуется коэффициентом защиты kЗАЩ = UОСТ / ( UГАШ), где UОСТ – напряжение на разряднике при импульсном токе 5-14 кА. Это напряжение должно быть на 20-25 % ниже разрядного напряжения защищаемой изоляции. Разрядники постоянного тока (рисунок 3). Для защиты установок от перенапряжений постоянного тока могут быть применены вентильные разрядники. Однако гашение дуги постоянного тока значительно сложнее, чем переменного. Для использования околоэлектродного падения напряжения требуется очень большое число искровых промежутков, т.к. на каждой паре электродов напряжение не должно превышать 20-30 вольт. Для гашения дуги целесообразно использовать магнитное дутьё с помощью постоянных магнитов. Возникающая при этом электродинамическая сила с большей мощностью перемещает дугу в узкой щели из дугостойкого изоляционного материала. В результате интенсивного охлаждения дуги её сопротивление увеличивается и ток прекращается. Вентильный разрядник для сети с напряжением 3 кВ постоянного тока показан на рисунке 4.  Рисунок 3 – Разрядник постоянного тока Рабочий резистор 1 состоит из двух велитовых дисков, соединённых с двумя искровыми промежутками 2 с магнитным гашением дуги. Надёжное контактирование промежутков и дисков достигается с помощью пружины 3, одновременно являющейся токопроводящим элементом. Основные элементы разрядника располагаются в фарфоровом кожухе 6, который закрыт снизу крышкой 7. герметизация разрядника осуществляется крышкой 4 с резиновым уплотнением 5. Ограничители перенапряжения. На основе оксида цинка, имеющего резко выраженную нелинейность вольтамперной характеристики, разработана серия нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) на номинальное напряжение 110-500 кВ, который представляет собой нелинейный резистор с высоким коэффициентом нелинейности =0.04 (против 0.1÷0.2 для вилита). Он включается параллельно защищаемому объекту (между потенциальным выводом и землёй) без разрядных промежутков. Благодаря высокой нелинейности при номинальном фазном напряжении через ОПН протекает ничтожный ток 1 мА. При увеличении напряжения сопротивление ОПН резко уменьшается, ток, протекающий через него, растёт. При напряжении 2.2UФ через ОПН протекает ток 104 А. После прохождения импульса напряжения ток в цепи ОПН определяется фазным напряжением сети. ОПН ограничивают коммутационные перенапряжения до уровня 1.8 UФ и атмосферные перенапряжения до (2-2.4) UФ. Из вольтамперной характеристики ОПН-500 (рисунок 5) видно, что при снижении перенапряжений с 2 UФ до UФ ток, протекающий через резисторы, уменьшается в 105 раз. Сопровождающий ток, протекающий после срабатывания аппарата, невелик (миллиамперы), так же как и невелика мощность, выделяемая в резисторах. Это позволяет отказаться от последовательного включения нескольких искровых промежутков и даёт возможность присоединять ОПН непосредственно к защищаемому оборудованию, что значительно повышает надёжность работы. Таблица 1 – Технические параметры ОПН серии TEL
Таблица 2 - Технические данные вентильных разрядников серии РВКУ
– для переменного тока номинальное напряжение разрядников 3.8 Таблица 2 - Технические данные вентильных разрядников типа РВО-3 (6, 10)
Структура условного обозначения разрядника типа РВКУ-ХХ0I: Р – разрядник; В – вентильный; К – коммутационный; У – унифицированный; Х – класс напряжения, кВ (1.65; 3.3); Х – группа (А,Б,И,Д); 0I – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ. Структура условного обозначения разрядника РВО-3У1: Р – разрядник; В – вентильный; О – облегчённый; 3 – класс напряжения; У1 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и 1554. Контрольные вопросы1. Для чего применяются разрядники? Прочность электрической изоляции аппаратов и оборудования может быть снижена, если ограничить величину возникающих перенапряжений. Одной из радикальных мер, позволяющих снизить перенапряжения, является установка РАЗРЯДНИКА (ограничителя перенапряжения), который присоединяется между потенциальным зажимом оборудования и землёй. 2. Какие основные требования предъявляются к разрядникам? К разрядникам предъявляют следующие требования:Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже, чем характеристика защищаемого объекта, при этом характеристика разрядника должна быть более пологой. Искровой промежуток разрядника должен иметь определённую гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте (50 Гц) и при импульсах. Вентильный разрядник на должен срабатывать при внутренних перенапряжениях. Остающееся напряжение на разряднике, характеризующее его ограничивающую способность, не должно превышать величин, которые опасны для изоляции оборудования. Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отключаться за малое время в возможно широком диапазоне токов. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта. 3. Объяснить устройство трубчатого разрядника? Данный тип разрядника при нормальной работе установки отделён от линии воздушным промежутком S2. При появлении перенапряжения пробиваются промежутки S1 и S1 и импульсный ток отводится в землю. После прохождения импульсного тока по разряднику течёт сопровождающий ток промышленной частоты. В узком канале обоймы (трубки) I из газогенерирующего материала (винипласта или фибры) в промежутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри обоймы поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3. 4. Объяснить устройство вентильного разрядника? Разрядник типа РВС-10 (разрядник вилитовый стационарный на 10 кВ), общий вид которого приведён на рисунке 2, а. Основными элементами являются вилитовые кольца 1, искровые промежутки 2 и рабочие резисторы 3. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха 4, который с торцов имеет специальные фланцы 5 для крепления и присоединения разрядника. Рабочие резисторы 3 изменяют свои характеристики при наличии влаги. Кроме того, влага, оседая на стенках деталей внутри разрядника, ухудшает его изоляцию и создаёт возможность перекрытия. Для исключения проникновения влаги кожух разрядника герметизируется по торцам с помощью пластин 6 и резиновых прокладок 7. 5. В каком порядке происходит работа вентильного разрядника? Работа разрядника происходит в следующем порядке. При появлении перенапряжения пробивается три последовательно включенных блока искровых промежутков 2 (рисунок 3, б). Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкаются на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения сопровождающего тока. 6. Каковы основные характеристики вентильного разрядника? Описанные разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что даёт возможность пропустить большой ток при относительно небольшом падении напряжения. 7. Объяснить устройство разрядника постоянного тока? Для гашения дуги целесообразно использовать магнитное дутьё с помощью постоянных магнитов. Возникающая при этом электродинамическая сила с большей мощностью перемещает дугу в узкой щели из дугостойкого изоляционного материала. В результате интенсивного охлаждения дуги её сопротивление увеличивается и ток прекращается. Список использованных источниковXунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергия,1988. - 720 с. Баумштейн И.А., Кажанов С.А. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. – М.: Энергоатомиздат, 1989 - 768 с. . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||