Высоковольтные электрические аппараты (стр. 2 )

Начальный угол γ будет равен 90о, при этом выполняется условие UС cв = Ucв. нач = – Um в момент времени t = +0.

Уравнение для расчета свободной слагающей напряжения на емкости приобретет вид

UС cв = – Um ℮ –bt sin (ωсв t · 57о + 90о) ,

где ωсв – угловая частота свободных колебаний, рад; а ωсв t · 57о – перевод радиан в градусы.

Свободная составляющая напряжения, изменяющаяся с угловой частотой ωсв, складывается с принужденной составляющей, изменяющейся с промышленной частотой ω = =314. Слагающие и суммарная кривые восстанавливающегося напряжения в переходном режиме показаны на рис. 2.

Проверка выключателя по ПВН сводится к построению расчетной кривой изменения UС t и сравнению ее с норми-рованной, заданной в табл. 10.1, 10.2 [1].

Порядок проверки:

1. Рассчитывается действующее значение начального периодического тока КЗ Iп 0 на шинах низшего напряжения заданной подстанции.

2. Рассчитываются параметры схемы замещения (см. рис.1) L, R и C.

3. Рассчитывается угловая частота ωсв и период Тсв свободной составляющей ПВН (Тсв = 2π/ωсв) по параметрам схемы замещения.

4. Рассчитывается UС пр к моменту времени Tсв/2 по формуле UС пр = Um sin (ω Тсв/2 · 57о + α).

5. Рассчитывается UС св для различных моментов времени t в пределах периода свободных колебаний Тсв.

6. Суммируются UС пр и UС св , на отрезке времени от 0 до Tсв строится кривая UС t .

7. Расчетная кривая ПВН сравнивается со стандартной. При этом расчетная кривая не должна выходить за пределы стандартной, а прямая запаздывания может пересекаться с ней один раз (см. рис. 2). В противном случае проверяемый выключатель не соответствует ПВН.

Пример расчета. Задана расчетная схема: UВН = 115 кВ = const;

Л1, Л2 — АС – 70; l = 60 км;

худ = 0,432 Ом/км; Rуд = 0,429 Ом/км;

Т1, Т2 —ТДН–16000/115;

UК = 10,5%;

∆ РКЗ = 85 кВт;

UНН = 6,6 кВ;

Емкостный ток замыкания на землю

IС 0 = 7,6 А;

Проверить по ПВН выключатель Q1 типа: ВМП–10–1600–20 с Iном откл=20 кА.

Решение:

1. Рассчитываем Iпо в точке К. Составляем схему замещения сети и определяем сопротивления линий и трансформаторов, Ом. Сразу же приводим их значения к ступени напряжения КЗ:

хл = худ l (UНН /UВН)2 = 0,432 · 60 · (6,6/115)2 = 0,0855;

Rл = Rуд l (UНН /UВН)2 = 0,429 · 60 · (6,6/115)2 = 0,0849;

ZТ = UК/100 UНН2/Sном = 10,5/100 · 6,62/16 = 0,285;

RТ = ∆ РКЗ UНН2 / Sном2 = 85 · 103 ·6,62 · 106 / 162 · 1012 = 0,0145;

т. е. хТ ≈ ZТ;

х∑ = хл + хТ = 0,0855 + 0,2853 = 0,3708;

R∑ = Rл + RТ = 0,0849 + 0,0145 = 0,0994;

Iп 0 = UНН /· Z∑ ; Iп 0 = 6,6 / · 0,382 = 9,987 кА.

2. Определяем параметры схемы замещения (см. рис.1,б) для расчета свободной слагающей восстанавливающегося напряжения. Индуктивность, Гн:

L = х∑ /2πƒ = 0,3705 / 2 ·3,14 · 50 = 11,7 · 10-4.

В приближенных расчетах эквивалентную емкость проводников и элементов оборудования подстанции, мкФ, определяют по следующей формуле [1]:

С1 = 159 · Iп 0 · U0,48 · 10–6;

С1 = 159 · 9,987 · 6,6 0,48 · 10–6;

С1 = 0,003928 мкФ = 3,928 · 10–9 Ф.

Емкость кабельной (воздушной) сети, определяемая током замыкания на землю, рассчитывается по формуле IС 0 = 3ωCUф. Откуда емкость фазы, Ф:

С2 = IС 0 / 3ωUф=7,6/3·314(6,6·103/)= 7,6/(3,594·106) =

= 2,115·10–6;

СΣ = С1+С2 = (0,0039+2,115)10–6=2,1189·10–6.

3. Рассчитываем угловую частоту свободной составляющей по упрощенной формуле

;

ωсв / ωпр = 20084 / 314 = 63,96;

Тсв = Тпр / 63,96 = 0,02 / 63,96 = 0,000312 с = 312 мкс.

b = 1/2 (R/L) =1/2 (0,0994/11,7 · 10-4) = 42,48.

4. Рассчитываем UС пр , кВ, для t = Тсв/ 2; t = 312/2 = 156 мкс;

Принужденная составляющая за время (Т ''/2) не изменилась. Начальное значение свободной слагающей

U ''нач = –UС пр = –5,38 кВ.

Свободная слагающая изменяется по закону:

UС cв t = – 5,38 ℮ –bt sin (ωсв t · 57о +90).

5. Приняв постоянные интегрирования А = –UС пр t=0 = – 5,38, а γ = 90о, вычисляем UС св t и UС t.

Результаты расчетов сведены в таблицу.

t, мкс	0	10	50	100	150	157,5	180
UС св t, кВ	–5,38	–5,27	–2,98	2,24	5,32	5,38	4,78
UС t, кВ	0	0,11	2,4	7,62	10,7	10,76	10,16

Построив расчетную кривую по таблице (рис. 4), определяем параметры нормированной характеристики ПВН и линии запаздывания по табл. 10.2 [1] для Uном = 6 кВ и Iп 0 / Iном откл = =9,987/20 = 0,499 ≈ 60%. Координаты нормированной характеристики ПВН: Uс = 13,2 кВ, t3 = 15 мкс и линии запаздывания U ’ = Uс /3 = 4,4 кВ, td = 0,15∙ t3 = 2,25 мкс.

Как видно на рис.4, расчетная кривая не пересекает нормированную характеристику, а прямая запаздывания пересекается один раз.

Вывод: Выключатель Q1 типа ВМПЭ с номинальным током отключения 20 кА удовлетворяет условиям проверки по ПВН.

Варианты контрольных заданий

1. Способы гашения дуги в электрических аппаратах.

2. Малообъемные масляные выключатели напряжением 35 кВ и ниже для внутренней установки.

3. Малообъемные масляные выключатели напряжением 35 кВ и выше для наружной установки.

4. Воздушные выключатели генераторного напряжения.

5. Воздушные выключатели напряжением 110 кВ и выше.

6. Электромагнитные выключатели.

7. Элегазовые выключатели.

8. Назначение и конструкции разъединителей для внутренней установки.

9. Назначение и конструкции разъединителей для наружной установки.

10. Назначение и конструкции отделителей и короткозамыкателей.

11. Конструкции однофазных трансформаторов напряжения, область применения, схемы соединения.

12. Конструкции трехфазных трансформаторов напряжения, область применения, схемы соединения обмоток.

13. Выключатели нагрузки.

14. Одновитковые трансформаторы тока, конструкции, область применения.

15. Многовитковые трансформаторы тока, конструкции, область применения.

16. Погрешности измерительных трансформаторов тока, факторы, влияющие на их значения, способы снижения.

17. Погрешности измерительных трансформаторов напряжения, факторы, влияющие на их значения, способы снижения.

18. Вакуумные выключатели.

19. Контроль состояния изоляции в сетях U ≤ 35 кВ с помощью трансформаторов напряжения.

20. Типы газогенерирующих предохранителей, их конструкция, область применения, особенности.

21. Предохранители с наполнителем, их конструкции, область применения, особенности.

22. Малообъемные масляные выключатели напряжением до 35 кВ.

23. Аппараты для защиты воздушных линий от перенапряжений.

24. Аппараты для защиты оборудования распределительных устройств, станций и подстанций от перенапряжений.

25. Аппараты для ограничения токов короткого замыкания.

26. Токоведущие части распределительных устройств.

27. Контактные соединения электрических аппаратов и токоведущих частей, их классификация. Переходное сопротивление в месте контакта.

28. Электрические аппараты напряжением ниже 1000 В.

29. Ручные, пружинные, грузовые приводы выключателей и разъединителей: конструкция, область применения..

30. Высоковольтные выключатели: их назначение, классификация, область применения каждого типа выключателей. Номинальные параметры, характеризующие выключатели.

31. Многообъемные (баковые) масляные выключатели.

32. Отделители и короткозамыкатели. Назначение, конструкция, область применения, номинальные параметры, типы.

Примечание. Во всех вариантах, касающихся выключателей, следует пояснить следующие вопросы: основные элементы конструкции, контактная система, способы гашения дуги, достоинства и недостатки, область применения.

Расчетно-графическая работа

«Проверка выключателя высокого напряжения по ПВН».

Варианты заданий

Вари-ант	Тип трансформатора	Тип выключателя	Iс 0, А	Длина ВЛЭП, км	Тип/площадь сечения, мм2
1	2	3	4	5	6
1	ТД-16000/35 SНОМ = 16 МВ·А 38,5/6,3 кВ	ВВ/TEL-10-20	5,5	10	Сталеалюминевые провода / 70
2	5,6	15
3	5,7	20
4	5,8	30
5	5,9	40
6	ТРДН-25000/110 SНОМ = 25 МВ·А 115/6,3 – 6,3 кВ	ВМПУ3	5,5	30	Сталеалюминевые провода / 95
7	5,6	35
8	5,7	40
9	5,8	50
10	5,9	60
11	6,0	70
12	7,1	80
13	7,2	90
14	ТРДН-32000/220 SНОМ = 32 МВ·А 230/11 – 11 кВ	ВМПЭ,5У3	5,5	70	Сталеалюминевые провода / 120
15	5,6	80
16	5,7	90
17	5,8	100
18	5,9	110
19	6,0	120
20	7,1	130
21	ТРДН-40000/110 SНОМ = 40 МВ·А 115/10,5 – 10,5кВ	ВЭМ-10Э-1000/20У3	5,5	70	Сталеалюминевые провода / 185
22	5,6	80
23	5,7	90
24	5,8	95
25	5,9	100
26	6,0	120
27	7,1	140
1	2	3	4	5	6
28	ТРДН-63000/110 SНОМ = 63 МВ·А 115/10,5 – 10,5кВ	МГГУ3	5,5	65	Сталеалюминевые провода / 240
29	5,6	75
30	5,7	80
31	5,8	90
32	5,9	100
33	6,0	110
34	7,1	120
35	7,2	130
36	ТДН-16000/110 SНОМ = 16 МВ·А 115/11 кВ	ВМПЭ,5У3	5,5	30	Сталеалюминевые провода / 70
37	5,6	40
38	5,7	50
39	5,8	60
40	5,9	70
41	6,0	80
42	7,1	90
43	7,2	100
44	ТРДНС-25000/110 SНОМ = 25 МВ·А 115/10,5 – 10,5кВ	ВВ/TEL-10-20	5,5	20	Сталеалюминевые провода / 120
45	5,6	30
46	5,7	40
47	5,8	50
48	5,9	60
49	6,0	70
50	7,1	80
51	7,2	90
52	ТРДН-63000/110 SНОМ = 63 МВ·А 115/6,3 – 6,3 кВ	МГГУ3	5,5	50	Сталеалюминевые провода / 150
53	5,6	60
54	5,7	70
55	5,8	80
56	5,9	90
57	6,0	100
58	7,1	110
1	2	3	4	5	6
59	ТРДН-40000/110 SНОМ = 40 МВ·А 115/6,3 – 6,3 кВ	ВМП 20У3	5,5	50	Сталеалюминевые провода / 185
60	5,6	60
61	5,7	70
62	5,8	80
63	5,9	90
64	6,0	100

Список рекомендуемой литературы

1. Васильев часть станций и подстанций: учеб. для вузов /, , ; под ред. . –М.: Энергоатомиздат, 1990.–575 с.

2. Чунихин высокого напряжения. / , – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 432 с.

3. Рожкова электрических станций и подстанций / , , – 6-е изд. – М.: Академия, 2009. – 448 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие указания к лабораторным работам ………………….	3
Лабораторная работа 1. Высоковольтные коммутационные аппараты и их дугогасительные устройства. ………..................	4
Лабораторная работа 2. Защитные аппараты: плавкие предохранители и разрядники………………………………….........	6
Лабораторная работа 3. Измерительные трансформаторы тока………………………………………………………………...	8
Лабораторная работа 4. Измерительные трансформаторы напряжения………………………………………………………..	10
Проверка выключателей по переходному восстанавливающемуся напряжению………………........................................	12
Варианты контрольных заданий……………………………..	19
Варианты заданий к расчетно-графической работе………...	21
Список рекомендуемой литературы…………………………	23

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

Методические указания к лабораторным и

расчетно-графическим работам

Редактор

Подписано в печать??.??.13. Формат 60х84/16. Бумага газетная.

Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 300 экз. Заказ №???.

Издательство Чувашского университета

Типография университета

428015 Чебоксары, Московский просп., 15