Ответы на ТВН. Вопросы к экзамену по дисциплине Электроэнергетика
 Скачать 1.48 Mb.
|
|
Трубчатый разрядник Принципиальная схема устройства и включения трубчатого разрядника (РТ) показана на рис. 22.2. Основу разрядника составляет трубка из газогенерирующего материала 1, Один конец трубки заглушён металлической крышкой, на которой укреплен внутренний стержневой электрод 2. На открытом конце трубки расположен другой электрод в виде кольца 3. Промежуток l 1 между стержневым и кольцевым электродами называется внутренним, или дугогася-шим, промежутком. Трубка отделяется от провода фазы внешним искрозым промежутком l 2 , иначе газогенерирующин материал трубки постоянно разлагался бы под действием токов утечки. Защитное действие трубчатого разрядника характеризуется его вольт-секундной характеристикой и сопротивлением заземления. Вольт-секундyая характеристика определяет напряжение срабатывания разрядника, а сопротивление заземления — остающееся на разряднике после его срабатывания импульсное напряжение. Вольт-секундная характеристика зависит от длины внешнего и внутреннего промежутков разрядника и имеет вид, характерный для промежутков с резконеоднородным полем. Длина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Длина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящи-ми свойствами разрядника и регулированию не подлежит. При возникновении импульса перенапряжения оба промежутка пробиваются, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. При работе разрядника слышен звук, напоминающий выстрел, и из трубки выбрасываются раскаленные газы. Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условию защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. А величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит. Для успешного гашения дуги необходимо достаточно интенсивное генерирование газа в трубке, которое зависит от величины проходящего тока. В связи с этим имеется нижний предел токов, которые надежно отключаются трубчатым разрядником. При больших токах слишком интенсивное газообразование может привести к разрыву трубки или срыву наконечников. Поэтому для трубчатых разрядников устанавливают верхний и нижний предел отключаемых токов, значение которых зависит от размеров внутреннего канала разрядника. Изменение внутреннего промежутка и диаметра канала позволяет выпускать трубчатые разрядники с разными пределами отключаемых токов. Выпускаются трубчатые разрядники типа РТ, РТФ, (с фибробакелитовыми трубками), РТВ (с трубками из винипласта) и РТВУ (винипластовые усиленные). Вентильный разрядник. Для защиты изоляции электрооборудования подстанций применяются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители напряжения (ОПН). В соответствии с защитными характеристиками этих аппаратов устанавливаются уровни изоляции трансформаторов и аппаратов подстанций. Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рис. 22.4). При воздействии па РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток (ИП) и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении резистора. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике это падение напряжения мало ме- няется при существенном изменении импульсного тока (рис. 22.5). Одной из основных характери- стик разрядника является оста- ющееся напряжение разрядника U ост. , т.е. напряжение при опре- деленном токе, который называ- ется током координации. U пр.и. и близкой к нему U ост. должны быть на 20-25% ниже разрядного напряжения изоляции. После окончания процесса огра- ничения перенапряжения через разрядник продолжает про- ходить ток, определяемый рабочим напряжением. Этот ток называется сопровождаю- щим током. Сопротивление нелинейного резистора разрядника резко возрастает при ма- лых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжений, сопровождающий ток су- щественно ограничивается, и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Наибольшее напряжение промышленной частоты на вентильном разряднике, при котором надежно обрывается проходящий через него ток, называется напряжением гашенияU гаш. Нелинейные резисторы вентильных разрядников выполняются в виде дисков, состоящих из карборундового порошка и связующего материала. В настоящее время применяют диски из велита и тервита. В качестве связи применяют жидкое стекло. Свойства мате- риала резко меняет свое сопротивление в зависимости от напряжения, обеспечивая про- пускание очень больших токов при высоких напряжениях и весьма малых – при пони- женных напряжениях, называют «вентильными». Отсюда и название разрядника. Рис. 14.9. Конструкция вентильного разрядника. Работа вентильного разрядника начинается с пробоя ИП и заканчивается гашением дуги сопровождающего тока. Простейший единичный промежуток состоит (рис.14.10) из двух латунных электродов 1, разделенных миканитовой шайбой 2. При приложении к промежутку 3 напряжения в воздушных прослойках происходит пробой. Гашение сопровождающего тока простейшими ИП основано на естественном восстановлении электрической прочности между хо- лодными электродами. Вентильные разрядники состоят из основных частей (рис.14.9): фарфорового цилиндра 1, искро- вых промежутков 2, вилитовых дисков 3, пружины 4 и крышки 5. Рис. 14.10. Конструкция искрового промежутка вентильного разряда. Вентильные разрядники по защитным свойствам делятся наIVгруп- пы.Iгруппа – серии РВТ (токоограничивающие) и РВРД (с растягивающей- ся дугой),IIгруппа – серии РВМ (магнитный), РВМГ (магнитный газораз- рядной), РВМК-П (магнитный комбинированный с повышенным напряже- нием),IIIгруппа – серии РВС (станционный) иIVгруппа – серии РВП (подстанционный). ОПН В ограничителях перенапряжений (ОПН — ограничитель перенапряжений нелинейный) в силу очень большой нелинейности характеристики резистора сопровождающий ток при рабочем напряжении имеет значение долей миллиампера, что безопасно для защитного аппарата и не создает заметных потерь энергии. Поэтому ОПН выполняются без искровых промежутков. Имеют малые габариты. При перена- пряжении рассивается много тепла, следовательно они могут перегреваться и разрушаться, поэтому его нельзя часто включать. Разработанные в последнее время в СССР и за рубежом резисторы на основе окиси цинка обладают значительно большей нелинейностью, чем резисторы на основе карборунда. Это позволило создать но- вый тип защитного аппарата — нелинейный ограничитель перенапряжении (ОПН). Преимуществами ОПН являются возможность глубокого ограничения перенапряжении, в том числе междуфазных, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, большая пропускная способность. Применительно к OПН отсутствует понятие напряжении гашения. Однако длительное воздействие резонансных перенапряжений, связанных с про- хождением через ОПН больших токов, может нарушить тепловую устой- чивость аппарата и привести к аварии. В связи с этим для ОПН установ- лены допустимые длительности приложения повышенных напряжений, которые должны быть скоординированы, с действием релейных защит. Применение ОПН позволяет глубоко ограничивать также и междуфазные перенапряжения. Для этого может быть использована схема с искровыми промежутками. 23. Заземления в электрических установках высокого напряжения. Требования к заземлению стан- ций и подстанций. Для устройства заземлений применяются вертикальные и горизонтальные электроды (заземлители). Для горизонтальных заземлителей используется полосовая сталь шириной 20—40 мм и толщиной не менее 4 мм, а также сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. В качестве вертикальных заземлителей применяются стальные трубы, стержни и профильная сталь. На подстанциях заземлитель представляет собой сложную систему, состоящую обычно из горизонтальных полос, объединяющих вертикальные электроды и образующих сетку на площади, занимаемой подстанцией. На линиях электропередачи в качестве заземлителя опор могут использоваться их железобетонные фундаменты. Заземлитель характеризуется значением сопротивления, которое окружающая земля оказывает стекаю- щему с него току. Сопротивление заземлителя зависит от его геометрических размеров и удельного со- противления грунта р, в котором он находится. При больших импульсных токах — токах молнии — плотность проходящего через заземляющие элек- троды тока велика, поэтому в земле у поверхности электродов создаются очень высокие напряженности поля Е=1р, превосходящие пробивные напряженности грунта. Вокруг электродов образуются зоны ис- крения, увеличивающие их эффективные размеры, и сопротивление заземления уменьшается. Быстрое же нарастание тока молнии на фронте импульса создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивле- ние заземления, наоборот, увеличивается. В результате влияния того или иного фактора (образования зоны искрения или падения напряжения на индуктивности) сопротивление заземлителя при прохождении тока молнии — так называемое импульс- ное сопротивление R И — отличается от стационарного сопротивления заземления, измеренного при пе- ременном напряжении и сравнительно небольшом токе или рассчитанного. Отношение импульсного и стационарного сопротивлений заземления называется импульсным коэффи- циентом Импульсный коэффициент протяженного горизонтального заземлителя больше единицы, и чем больше его длина и меньше длительность фронта импульсного тока, тем выше значение а и Следует иметь в виду, что у поверхности протяженного заземлителя имеют место искровые процессы, однако они ослабевают по мере удаления от начала заземлителя, поскольку уменьшаются его потенциал и плотность стекающего тока. Искровые процессы в земле существенно влияют на импульсное сопротивление протяженного заземлителя. При малых длинах его, когда плотности тока велики, искровые процессы могут привести к уменьшению импульсного коэффициента до а и ≤1. Требование: Вся подстанция должна попадать в зону защиты. 24. Общая характеристика перенапряжений. Виды перенапряжений. Перенапряжение – всякое повышение напряжения в электрической сети больше максимального рабо- чего Uр.макс =U H + (0,2÷0,05)U H , в зависимости от класса напряжения. При перенапряжениях создаются тяжелые условия для работы изоляции, т. к. они могут во много раз превышать Uр.макс. Перенапряжения подразделяются: 1)на внешние (грозовые); 2)внутренние (переходные процессы в электрических сетях). На рис. приведена классификация пере- напряжений. ПУМ – прямой удар молнии. Необходимо знать следующие характе- ристики перенапряжений: 1 . Максимальное значение амплитуды напряжения при перенапряже- нии Uмакс или кратность перенапряже- ний K П = U макс/Uр.макс. 2.Длительность воздействия перенапря- жения. 3.Форму кривой перенапряжений (апе- риодическая, колебательная, высокоча- стотная и др.). 4.Широту охвата элементов электриче- ской цепи. Все перечисленные характеристики имеют стохастическую природу и имеют значительный статистический разброс, который обязательно учитывается при расчетах. Для изоляции высоковольтных устройств низких классов напряжения (U ≤ 220 кВ) наиболее опасными являются грозовые перенапряжения. Их изоляция выдерживает ком- мутационные перенапряжения любой кратности. Для изоляции высоковольтных устройств высоких и сверхвысоких классов напряжения (U > 330 кВ) наиболее опасными являются коммутационные перенапряжения. Поэтому на низких классах напряжения ограничивают специальными устройствами только грозовые перенапряжения, а на высоких классах принудительно ограничивают и внутренние перенапряжения. Наиболее многообразны внутренние перенапряжения. Причины возникновения внутренних перена- пряжений очень разнообразны (отключение линии электропередач, трансформатора и другие переклю- чения; обрывы фаз; КЗ, перекрытие и пробой изоляторов). Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями энергии, запасенной в элементах сети, или при изменении поступающей энергии от источников энергии (генераторы при изменении первоначальных параметров). Элементы электрической сети: источники энергии; накопители энергии (конденсаторы, катушки индук- тивности); поглотители энергии (активные сопротивления, корона, проводимость изоляции). Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные, квазистационарные (установившиеся), ста- ционарные. В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учиты- вать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение. Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например - рас- стояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансфор- маторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напря- жение. Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей. Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети. 25. Грозозащита линий электропередач. Грозовые перенапряжения возникают от прямого удара молнии, от разряда в землю вблизи линии (ин- дуктированные перенапряжения). Линия длиной L со средней высотой подвеса h принимает удары с площади S. 3 10 3 2 − ⋅ ⋅ ⋅ = L h S Число ударов на 1 км 2 на 1 грозовой час равно 0,067. Число поражений линий в год N при n ( грозовых часах в году) будет определяться как: 3 10 6 * 100 067 , 0 − ⋅ ⋅ = hL N Число перекрытий изоляций линий в год: ПЕРЕК ПЕР P N N ⋅ = ПЕРЕК P - вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии. Число грозовых отключений линии может быть меньше числа перекрытий изоляции. Определяющее значение имеет градиент рабочего напряжения вдоль пути перекрытия Е СР =U РАБ / l ПЕР Вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу: ( ) 2 10 4 5 , 1 − ⋅ − ⋅ = СР Е η Общее число грозовых отключений линий: η ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − ПЕРЕК СР Р L h h N * 10 4 , 0 3 Существует 2 метода уменьшения числа грозовых отключений: 1) Уменьшение вероятности перекрытия изоляции; 2) Уменьшение вероятности перехода импульсного перехода в силовую дугу. Первый способ реализуется путем надежного заземления тросов. Второй путем удлинения пути пе- рекрытия за счет использования деревянных опор. 26. Грозозащита станций и подстанций. Эффективность защиты подстанции характеризуется средним годовым числом перекрытий изоляции вследствие прорывов молнии в зону зашиты β 1 , обратных перекрытий при ударах в молниеотводы β 2 и перекрытий в результате опасных перенапряжений, возникающих при набегании на подстанцию им- пульсов по воздушным линиямβ 3 β 1 , β 2 , β 3 – число опасных случаев в год. Расчетное число лет безаварийной работы подстанций будет равно: 3 2 1 1 β β β + + = М где М – показатель грозоупорности подстанций. Для ограничения тока через вентильный разрядник необходимо уменьшить вероятность ударов молнии. Для этого участки линии длиной l 1 - 3 км, т.к. называемые подходы к подстанции должны защищаться тросовыми либо отдельно стоящими стержневыми молнииотводами. Если линия защищена тросами по всей длине, то это указывает на выполнение высоких требований грозозащит подстанции. Требования надежной защиты подстанции : • Низкие сопротивления заземлителя опор ; • Малые углы защиты тросов (α) . Такие подходы называют защищенными. Наличие такого подхода ограничивает вероятность набегания на подстанцию волн с большими значе- ниями крутизны фронта. А) Для деревянных опор В) Для металлических опор На деревянных опорах трос подвешивается только в пределах защищенного подхода. На деревянных опорах спуски от тросов к заземлителям располагаются на стойках, что снижает прочность изоляции. РТ2- для защиты линейного выключателя когда он разомкнут а линия находится под напряжением. 27. Волновые процессы в линиях, преломление и отражение волн в узловых точках. Волновые процессы в линиях При прямом ударе молнии (ПУМ) в линию или вблизи нее (в землю) возникают электромагнитные вол- ны, распространяющиеся вдоль провода ЛЭП. Атмосферные перенапряжения на линиях и подстанциях определяются движением и преломлением этих волн. Поэтому анализ волновых процессов при расчетах устройств грозозащиты имеет принципиально важное значение. Волна распространяется вдоль линии в воздухе со скоростью υ =С / µε =C =300 м/мкс– скорость све- та (µ – относительная магнитная проницаемость среды; ε – диэлектрическая проницаемость среды). Для воздуха µ0 = 1;ε = 1. Для кабельных линий µ = 1;ε ≈ 4. Следовательно, в кабелях υ ≈ 0,5С. Напряжение и ток волны связаны между собой: Z C L I U = = 0 0 - волновое сопротивление. Волновое сопротивление единичного провода воздушной линии Z = 400…450 Ом. Кабельные линии имеют Z = 50…100 Ом. В общем случае волновой процесс в линиях определяется четырьмя основными параметрами: емко- стью С, индуктивностью L, активным сопротивлением провода r и активной проводимостью диэлектри- ка g. |