Теорія високих напруг
Конфігурація електричних полів. Іонізаційні процеси в газі. Утворення стримера. Закон Пашена. Вплив часу прикладання напруги на електричну міцність газової ізоляції. Розряд вздовж провідної та забрудненої поверхні ізолятора. Вимірювання високих напруг.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 31.08.2012 |
| Размер файла | 8,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рисунок 2.15 - Схема вимірювання часткових розрядів з використанням коливального контуру і гальванометра: - захисний опір, - випробуваний об'єкт, - розділювальна ємність, - коливальний контур, - гальванометр
При виникненні ЧР в об'єкті () хаотичні коливання напруги на об'єкті збуджують в ІЧР незатухаючі періодичні коливання з частотою, що відповідає періоду коливання контуру:
Частота настроювання ІЧР зазвичай приймається в межах декілька десятків кілогерц. Амплітуда високочастотних коливань вимірюється гальванометром Г. За значенням з формули визначається позірна інтенсивність йонізації.
На кінець слід відмітити, що використання метода ЧР для профілактичних випробувань є досить перспективним і зараз широко впроваджується у промисловості, оскільки він дозволяє вести неперервний контроль під робочою напругою.
Але слід відмітити і недоліки:
1) наявність великої кількості перешкод, що утруднює розшифрування отриманих результатів (джерела перешкод - корона на проводах, іскріння колекторів електричних машин і т. д.);
2) метод фіксує не наявність дефекту, а наявність ЧР, в той час коли може існувати дефект і без ЧР (тріщина, заповнена водою чи іншою провідною рідиною, обвуглена пора, де припинилися ЧР, хоча це досить серйозні дефекти). Але в комбінації з іншими методами профілактики індикація ЧР дає ефективні результати.
2.6.6 Контроль вологості ізоляції
Ємність ізоляції при постійній температурі і частоті прикладеної напруги є величиною постійною. Тому стрибкоподібна зміна величини ємності вказує на наявність в ізоляції дефектів. Особливо сильний вплив на зміну ємності має зволоження ізоляції, тому для контролю зволоження ізоляції знайшов метод вимірювання ємності ізоляції на різних частотах, котрий отримав назву «ємність-частота».
При збільшенні частоти ємність ізоляції будь-якого пристрою (трансформатора, ізолятора, кабелю і т.п.) зменшується. Це явище покладено в основу метода «ємність-частота». Метод «ємність-частота» полягає в порівняння величин ємності виміряних при двох різних частотах Гц і Гц, ( і ) при . Про якість ізоляції свідчить частка , чим ця частка є меншою, тим ізоляція краща (сухіша).
На рис. 2.16 представлено залежності зміни ємності від частоти для сухої (1) і зволоженої (2) ізоляції.
Дослідним шляхом було знайдено, що для сухої ізоляції частка:
Рисунок 2.16 - Залежність ємності ізоляції від частоти: 1 - суха ізоляція, 2 - зволожена ізоляція
2.6.7 Випробування підвищеною напругою
Як ми уже знаємо, в процесі експлуатації ізоляція електротехнічних пристроїв старіє, її електрична міцність понижується і час життя зменшується. Особливо сприяють старінню температурні, механічні та електричні впливи. Старіння ізоляції відбувається нерівномірно. Неоднорідність ізоляції і зовнішніх впливів призводить до того, що швидкість процесів старіння на різних ділянках неоднакова. Утворюються місця, котрі мають значно меншу електричну міцність, ніж здорова ізоляція. В більшості випадків (наприклад, в електричних машинах) причиною аварії є пробої ізоляції в місцях утворення зосереджених дефектів. Щоб запобігти аварійних пошкоджень, ізоляцію періодично випробовують підвищеною напругою для виявлення небезпечних дефектів і для перевірки наявності запасу електричної міцності ізоляції.
Випробування підвищеною напругою гарантує також, що ізоляція обладнання має потрібний рівень міцності по відношення до перенапруг, що виникають в експлуатації.
Випробувальна напруга повинна прикладатися до ізоляції на протязі часу, що достатній для розвитку часткових розрядів і навіть розвитку розряду до пробою. В той же час при тривалому прикладанні підвищеної напруги електрична міцність ізоляції різко понижується. На практиці застосовують 1 хвилинні випробування напругою промислової частоти 50Гц.
Ефективність випробування визначається величиною випробувальної напруги. При малій напрузі дефекти не виявляються, а при надзвичайно великій напрузі можуть пробитися ті ділянки ізоляції, які не пробились би в експлуатації. Випробувальна напруга нормується.
При випуску з заводу готових виробів випробування підвищеною напругою є основним видом випробування ізоляції. Випробувальні напруги для різних типів обладнання визначені діючими стандартами.
При профілактичних випробуваннях в процесі експлуатації величина випробувальної напруги повинна складати від величини заводської випробувальної напруги.
Випробування підвищеною напругою проводиться на змінній, постійній та імпульсній напругах.
3. Високовольтне випробувальне обладнання і вимірювання
3.1 Установки для отримання високих змінних напруг
Для отримання високих змінних напруг застосовуються однофазні високовольтні випробувальні трансформатори на напругу до . На більшу напругу використовуються каскадні з'єднання трансформаторів ( і більше).
Особливістю випробувальних трансформаторів є:
1) короткочасність роботи;
2) відсутність атмосферних перенапруг;
3) наявність стрибків струму і різких спадів напруги при пробоях і перекриттях випробуваних об'єктів.
Рисунок 3.1 - Конструкція однофазного трансформатора: 1 - магнітопровід, 2 - обмотка низької напруги, 3 - обмотка високої напруги, 4 - мідний екран, 5 - бар'єр електроізоляційний, 6 - перстини електроізоляційні
Як правило, між обмотками низької та високої напруги розміщений мідний розрізаний екран, що з'єднаний з баком трансформатора. Екран призначений для захисту обмотки низької напруги від наведення високих потенціалів при різких змінах напруги зі сторони високовольтної обмотки.
На напругу більше 1000 кВ застосовується каскадне ввімкнення трансформаторів. Каскади трансформаторів зазвичай складаються з 2-3 високовольтних випробувальних трансформаторів, з'єднаних послідовно. Оскільки один вивід обмотки трансформатора з'єднаний з корпусом, то корпус кожного наступного трансформатора перебуває під високою напругою попереднього трансформатора. Отже, всі наступні трансформатори, крім першого, повинні бути ізольовані від землі й один від одного.
Рисунок 3.2 - Спрощена схема з'єднання каскаду трансформаторів: 1-3 - високовольтні трансформатори, 4 - опорні ізолятори
Напруга на виході каскаду, що складається з послідовно ввімкнених трансформаторів:
де - напруга на виході першого трансформатора.
3.2 Установки для отримання високих постійних напруг
Постійна напруга часто використовується для випробувань конденсаторів, кабелів, обертальних машин.
Для отримання високих напруг постійного струму використовуються різноманітні випрямні установки. Всі схеми випрямлення класифікуються за такими ознаками:
1) за формою випрямленої напруги - одно- і двопівперіодні схеми;
2) за схемою з'єднання випрямлячів - мостова схема, послідовно-паралельні схеми;
3) за кількістю фаз - одно-, дво-, трифазні схеми;
4) схеми множення напруги.
Випрямлення напруги без фільтру за схемою рис. 3.3, а дає більшу глибину пульсацій випрямленого струму (рис. 3.3, в). наявність фільтра (рис. 3.3, б) зменшує глибину пульсацій (рис. 3.3, г) за рахунок підживлення від конденсатора протягом часу від'ємного півперіоду, коли випрямляч замкнений.
Двопівперіодна мостова схема випрямлення наведена на рис. 3.4.
Рисунок 3.3 - Схема випрямлення однопівперіодна: а), в) - без фільтра; б), г) - з фільтром; - високовольтний трансформатор; - випрямляч; - опір навантаження ; - ємність фільтра
Рисунок 3.4 - Мостова схема випрямлення: а), в) - без фільтра; б), г) - з фільтром
Чотири випрямлячі утворюють міст, в одну діагональ котрого вмикається навантаження , а до другої діагоналі вмикається трансформатор. При «+» півперіоді відкриті випрямлячі і , а при «-» півперіоді - і . Отже, через навантаження протікає струм в одному напрямку протягом всього періоду змінного струму (рис. 3.4, а, в). Ця основна перевага двопівперіодної схеми випрямлення. Фільтр зменшує глибину пульсацій випрямленої напруги (рис. 3.4, б, г).
Вмикання однофазних схем випрямлення призводить до перекосу фаз у трифазній мережі. Для виключення цього явища використовують 3-фазні схеми випрямлення (рис 3.5, а). Окрім цього, зменшуються пульсації випрямленої напруги (рис 3.5, б), особливо з застосуванням фільтра .
Рисунок 3.5 - Трифазна однопівперіодна схема випрямлення
Високі випрямлені напруги зручно отримувати з допомогою схем множення випрямленої напруги. Розрізняють:
1) схеми подвоєння;
2) схеми потроєння;
3) каскадні схеми множення напруги.
Найпростіша однопівперіодна схема подвоєння напруги наведена на рис. 3.6, а.
Рисунок 3.6 - Однопівперіодна схема подвоєння (а) і осцилограма напруги на навантаженні (б): 1 - фазна змінна напруга; 2 - подвоєна випрямлена напруга
В один півперіод (додатний) випрямляч пропускає струм. Ємність заряджається до : обкладки мають полярність «+» і «-». У другому півперіоді, коли змінилась полярність кінців обмотки трансформатора, напруга трансформатора «+» шумується з напругою на конденсаторі «-». На навантаженні отримується пульсуюча випрямлена напруга, що змінюється від нуля до (рис. 3.6, б).
Випрямляч перебуває також під подвійною напругою .
3.3 Імпульсні випрямляючі установки
напруга електричній ізоляція газовий
Для випробування ізоляції високовольтного обладнання грозовими та комутаційними імпульсами використовуються генератори імпульсних напруг (ГІН).
Грозові впливи відтворюються стандартним імпульсами напруги: повною і зрізаною хвилями. Стандартні імпульси (1,2/50 або 2,0) можна отримувати на установці, схема котрої наведена на рис. 3.7.
Рисунок 3.7 - Принципова електрична схема ГІН з одностороннім зарядженням: Т - високовольтний трансформатор; V - випрямляч; - опір для обмеження зарядного струму; - зарядні опори; - іскрові проміжки; - ємності ступенів ГІН; - «паразитні» ємності; - фронтові опори і ємність; - розрядний опір; - опір навантаження
Зарядження ємностей виконується паралельно, а розряджаються вони послідовно, що призводить до додавання до складання зарядних напруг ступенів.
Для забезпечення практично однакового зарядження всіх конденсаторів до необхідно дотримуватись умови . При напрузі пробивається тільки . Ємність розряджається в контурі , але велике (десятки кОм). В перший момент розрядження йде по (, - кругова частота порядку мегагерц, тобто - є малим). - швидко заряджається до . Тому може мати відстань в два рази більшу, ніж і т. д.
Для регулювання параметрів імпульсу напруги і отримання стандартної хвилі використовуються елементи - фронтовий опір, - фронтова ємність, - розрядний опір.
Довжину фронту формують і , довжину імпульсу , тобто разом з .
Зміна амплітуди імпульсу регулюється зміною відстані між кульовими електродами . Проміжок служить для відділення зарядної ємності ГІН від навантаження при зарядженні конденсаторів постійною напругою, щоб виключити вплив постійної зарядної напруги на навантаження.
ГІН використовується для випробування ізоляції високовольтного обладнання. Внутрішня ізоляція випробовується прикладанням 3-х імпульсів повних і 3-х імпульсів зрізаних додатної та від'ємної полярності.
3.3.1 Генераторі імпульсних струмів (ГІС)
Генератори імпульсів струмів використовуються для імітації впливів стуму великої амплітуди. Електрична схема ГІС наведена на рис. 3.8.
Рисунок 3.8 - Електрична схема ГІС: - високовольтний випрямляч; - опір для обмеження зарядного струму; - батарея конденсаторів; - розрядник керований; - навантаження; - індуктивність розрядного контуру
Після спрацювання розрядника батарея конденсаторів розряджається на опір навантаження. Наприклад, в канал розряду після пробою. Величина струму визначається, в першу чергу, індуктивністю і ємністю розрядного контуру.
де - зарядна напруга; - індуктивність контуру; (якщо ) - ємність розрядного контуру.
3.4 Вимірювання високих напруг
3.4.1 Кульові розрядники
Для вимірювання високих напруг широко використовуються кульові розрядники. Це універсальний вимірювальний пристрій, котрим можна вимірювати амплітудні значення постійної, змінної, високочастотної та імпульсної напруги.
Величина пробивної напруги залежить від відстані між кулями, їх діаметра, способу підключення (симетричне, чи одна куля заземлена), відносної густини повітря .
Для отримання високої точності необхідно виконати ряд умов.
1. Відстань між кулями не повинна перевищувати , де - діаметр куль. Отже, для широкого діапазону вимірюваних напруг потрібен набір куль різного діаметра.
2. Поверхня куль повинна бути гладкою та чистою. Шар пилюки знижує пробивні напруги.
3. Відстань від куль до предметів заземлених чи тих, що перебувають під напругою, повинна бути не менше .
4. Для отримання стабільних результатів вимірювань необхідне опромінення розрядного проміжку ультрафіолетовим випромінюванням чи радіоактивними ізотопами, особливо при малих відстанях між кулями.
5. Вимірювання слід проводити 4-5 раз і за виміряну величину приймати середнє арифметичне значення, оскільки має місце статичний розкид пробивних напруг.
Вимірювання постійних і змінних напруг виконується наступним чином. Спочатку встановлюється свідомо більша відстань між кулями, що виключає пробій при вимірюваній напрузі. Потім на кульовий розрядник подається напруга і відстань між кулями плавно зменшується до виникнення пробою проміжку. Ця процедура виконується 4-5 раз. Визначається середня пробивна напруга, потім за таблицею знаходиться відповідна напруга.
При вимірюванні амплітуди імпульсної напруги за пробивну відстань приймають таку, при котрій половина поданих імпульсів прикладених до розрядника, викликає пробій проміжку, а половина не викликає. Цю напругу називають 50%-ною пробивною напругою. Величину пробивної напруги визначають з таблиць за отриманою пробивною відстанню.
При вимірюванні користуються ґрадуювальними таблицями, що дають зв'язок пробивної напруги з діаметром кульових електродів та відстанню між ними. Таблиці Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК) складені для нормальних атмосферних умов (, і ).
У тих випадках, коли вимірювання проводяться в умовах, відмінних від нормальних, вводиться поправка на відносну густину повітря . Тоді шукане значення напруги буде рівне:
де - табличне значення пробивної напруги;
де і - відповідно тиск в мм. рт. ст. і температура в градусах Цельсія навколишнього середовища при проведенні вимірювань.
Окрім кульових розрядників є ще цілий ряд пристроїв і приладів для вимірювання високої напруги.
3.4.2 Електростатичні вольтметри
Розглянемо найбільш широко вживані електростатичні вольтметри.
Електростатичні вольтметри вимірюють діюче значення напруги. Принцип дії оснований на механічному переміщенні одного з електродів вольтметра під дією електростатичних сил. Вимірювання виконується за рахунок вирівнювання цієї механічної сили вантажем чи пружиною:
де - площа рухомого електрода; - відстань між електродами;
,
Схема улаштування електростатичного вольтметра А.А. Чернишова наведена на рис. 3.9.
Є також кульові вольтметри, наприклад, вольтметр Соренсена, Гобсона і Рамо.
У технічних електростатичних кіловольтметрах, наприклад, С100 на напругу до 75 кВ, зрівняння рухомого електрода здійснюється пружною розтяжкою, на котрій закріплене дзеркальце. Відлік показань здійснюється за рахунок світлового променя.
Рисунок 3.9 - Улаштування електростатичного вольтметра А.А. Чернишова: - рухомий заземлений диск, - нерухомий високовольтний диск, - охоронне заземлене кільце, - металічне заземлене коромисло, - контакти кола гальванометра, Г - гальванометр
3.4.3 Дільники напруги (ДН)
ДН дозволяють не тільки вимірювати напругу, але й зафіксувати форму діючого сигналу за допомогою електронного осцилографа (рис. 3.10).
Рисунок 3.10 - Схема вимірювання високої напруги з використанням дільника напруги
Застосовуються дільники: омічні, ємнісні і змішані омічно-ємнісні.
Дільник характеризується коефіцієнтом ділення - відношення величини повного опору дільника до величини опору низьковольтного плеча з врахуванням передаючого кабеля і вимірювального пристрою.
Вимоги, що пред'являються до дільників напруги:
1. Коефіцієнт ділення не повинен залежати від амплітуди, полярності, тривалості вимірюваної напруги.
2. Коефіцієнт ділення не повинен залежати від зовнішніх електричних полів.
3. Дільник повинен бути зручним в експлуатації і відносно дешевим.
В кожного типу дільника є свої переваги і недоліки. Найбільш універсальним є третій тип дільника - ємнісно-омічний, правда, він найбільш складний.
3.4.3.1 Омічний дільник (R1>>R2)
Схема омічного дільника наведена на рис. 3.11.
Як опір високовольтного плеча використовують рідинні чи дротові малоіндуктивні резистори.
Рідинні резистори виготовляють, наприклад, з розчину в дистильованій воді.
Рисунок 3.11 - Заступна схема омічного дільника
Недоліки рідинних омічних дільників: залежить від температури, від забрудненням сторонніми йонами.
Дротові резистори виготовляють з високоомного дроту - ніхрома, константана. Застосовується малоіндуктивне біфілярне намотування з малим кроком. Індуктивність дротових резисторів більша ніж рідинних, це призводить до спотворення форми імпульсів при коротких інтервалах впливів.
3.4.3.2 Ємнісний дільник (С2>>C1)
Схема ємнісного дільника напруги наведена на рис. 3.12.
Основний недолік ємнісного дільника: неможливо точно узгодити з передаючим кабелем, що призводить до наявності відбитого сигналу і спотворення основного. При коротких інтервалах впливів краще, ніж омічний ДН. Складності при розрахунку .
Рисунок 3.12 - Заступна схема ємнісного дільника напруги
3.4.3.3 Змішаний дільник напруги
Схема змішаного дільника напруги наведена на рис. 3.13.
Рисунок 3.13 - Заступна схема змішаного дільника напруги
Рисунок 3.14 -Схема приєднання високовольтного дільника напруги до об'єкта , на котрому виконується вимірювання високої напруги
Складність в настроюванні змішаного дільника напруги полягає в тому, що по і повинні бути однаковими . Складно розрахувати . Він має переваги омічного і ємнісного дільників, тобто можна вимірювати короткі та довгі сигнали. Недоліки: складність виготовлення і дорожнеча.
Дільник повинен приєднуватися безпосередньо до об'єкта випробувань, а не через довгі провідні шини (рис. 3.14).
4. Перенапруги і захист від них
4.1 Класифікація перенапруг
Перенапруга - будь-яке підвищення напруги в електричній мережі, що є більшим за максимальну робочу напругу залежно від класу напруги.
При перенапругах створюються тяжкі умови для роботи ізоляції, оскільки вони можуть в багато разів перевищувати .
Рисунок 4.1 - Класифікація перенапруг в СЕП
Перенапруги поділяються на:
1. Зовнішні (грозові);
2. Внутрішні (перехідні процеси в електричних мережах).
Необхідно знати такі характеристики перенапруг:
1. Максимальне значення амплітуди напруги при перенапругах чи кратність перенапруг:
2. Тривалість впливу перенапруги.
3. Форма кривої перенапруги (аперіодична, коливальна, високочастотна і ін.).
4. Ширину охоплення елементів електричної мережі.
Всі перелічені характеристики мають стохастичну природу і мають значний статистичний розкид, котрий обов'язково враховується при розрахунках. Для ізоляції високовольтних пристроїв низьких класів напруги () найбільш небезпечними є грозові перенапруги. Їх ізоляція витримує комутаційні перенапруги будь-якої кратності.
Для ізоляції високих і надвисоких класів напруг () найбільш небезпечними є комутаційні перенапруги.
Тому на низьких класах напруги обмежують спеціальними пристроями тільки грозові перенапруги, а на високих класах примусово обмежують і внутрішні перенапруги.
4.2 Внутрішні перенапруги
Найбільш різноманітні внутрішні перенапруги. Причини виникнення внутрішніх перенапруг дуже різноманітні (вимкнення лінії, трансформаторів та інші перемикання; обриви фаз; КЗ, перекриття ізоляторів і пробій).
Внутрішні перенапруги викликаються коливаннями енергії, що запаслася в елементах мережі чи поступаючих з в мережу від джерел енергії (конденсатори, індуктивності); поглиначі енергії (активні опори , корона, провідність ізоляції). Внутрішні перенапруги поділяються на комунікаційні, квазістаціонарні (усталені), стаціонарні.
Умовно розвиток перенапруги графічно можна представити у відповідності до рис. 4.2.
Рисунок 4.2 - Вигляд напруги мережі при наявності внутрішніх перенапруг: - момент комутації
І стадія - перехідний процес (комутаційні перенапруги). Триває декілька періодів.
ІІ стадія - умовно усталений стан (квазістаціонарна). Перехідний процес закінчився, але параметри мережі інші, тому висока напруга, а регулятори напруги на генераторах ще не встигли спрацювати.
ІІІ стадія - робота регуляторів напруги біля генераторів. Зниження напруги до нової усталеної робочої напруги.
Збільшення довжини і класу напруги лінії призводить до збільшення енергії в елементах мережі та, як наслідок, до збільшення кратності перенапруг. В зв'язку з цим для ліній класу здійснюється примусове обмеження перенапруг до рівнів:
Обмеження перенапруг здійснюється захисними розрядниками (РЗ), трубчастими розрядниками (РТ), вентильними розрядниками (РВ), нелінійними обмежувачами перенапруг (ОПН) та схемними рішеннями (реактори, конденсатори, активні опори і ні.).
4.3 Грозозахист повітряних ліній електропередач і підстанцій
Основною кількісною характеристикою розряду блискавки є амплітуда струму блискавки. Повітряні лінії електропередач (ПЛ) в районах із середньою тривалістю грозової діяльності (20-30 годин в рік) уражаються розрядом блискавки 15-20 разів у рік на 100 км довжини. Струми блискавки змінюються в широких межах від одиниць до сотень кілоампер. Середній розрахунковий струм блискавки складає 15 кА. При розряді хвилі в землю можуть уражатися різноманітні об'єкти, а саме, повітряні лінії електропередач, підстанції, станції. Протіканні струму блискавки через об'єкт викликає виникнення хвилі напруги блискавки, котра може пробити і зруйнувати ізоляцію електротехнічних пристроїв. При розрахунках імпульсної електричної міцності користуються стандартною хвилею напруги.
4.3.1 Захист від прямих ударів блискавки
Для захисту об'єктів від ураження блискавкою використовують громозводи. Залежно від захищуваного об'єкта застосовують стрижневі (підстанції) чи линвові (ПЛ) громозводи. Необхідною умовою ефективної роботи громозводів є їх добре заземлення. Найбільші грозові перенапруги виникають при прямому ударі блискавки (ПУБ) в лінію і підстанцію. В місці удару блискавки виникає короткочасна (імпульсна) напруга приблизно мільйони вольт, тобто вища за імпульсної електричної міцності ізоляції електрообладнання та електропередачі. Для забезпечення надійної роботи електричної мережі необхідно здійснити її ефективний і економічний грозозахист. Щоб бути захищеним від ПУБ, об'єкт повинен повністю бути всередині простору, котрий являє собою зону захисту громозводу.
Зоною захисту громозводів називається простір навкруги громозводу, попадання в котрий розрядів блискавки малоймовірно.
4.3.2 Зони захисту стрижневого громозводу
Поверхня, що обмежує зону захисту стрижневого громозводу, може бути представлена ломаною лінією (рис. 4.3).
Рисунок 4.3 - Побудова зони захисту стрижневого громозводу
Відрізок ав - частина прямої, що з'єднує вершину громозводу з точкою поверхні землі, віддаленої на від осі громозводу. Відрізок вс - частина прямої, що з'єднує точку громозводу на висоті з точкою поверхні землі, віддаленої на . Точка в розташовується на висоті . Радіус захисту на висоті :
а на висоті :
Зона захисту двох громозводів має більші розміри, ніж сума захистів двох одиночних громозводів (рис.4.4).
Рисунок 4.4 - Зони захисту двох стрижневих громозводів
Відкриті розподільні підстанції розміщуються на великій території. Їх необхідно захищати декількома громозводами. Зона захисту визначається за формулами, що аналогічні до формул двох громозводів.
4.3.3 Зони захистів линвового громозводу
Линвові громозводи використовуються в основному для захисту проводів ПЛ. в зв'язку з цим користуються не зонами захистів, а кутами захисту, тобто кутами між вертикальною лінією, що перпендикулярна до линви і лінією, що з'єднує провід і линву (рис. 4.5).
Рисунок 4.5 - Зона захисту линвового громозводу
Лінії довжиною до 1000 км (ПЛ 500 кВ) уражаються блискавкою не менше 200 разів за грозовий сезон. Тому для ПЛ захист з допомогою линвових громозводів набуває основного значення. Досвід експлуатації ПЛ показує, що кут захисту повинен бути 20-25 градусів (рис. 4.5). Опір заземлення опор з глухозаземленою нейтраллю повинен бути меншим за 5 Ом , а з ізольованою нейтраллю - менший 10 Ом.
Грозозахист підстанцій, крім захисту від прямих ударів блискавки, повинен включати в себе такі види захистів:
1) від перекриттів при ударах блискавки в заземлені конструкції підстанцій, тобто зворотних перекриттів з заземлених елементів на струмоведучі частини обладнання;
2) від хвиль, що приходять з лінії.
Для виконання першої вимоги необхідно опір заземлення підстанції робити якомога меншим. Для напруги вище 1000 В опір заземлення підстанції . Зменшення найбільш ефективний шлях захисту від зворотних перекриттів. Для виконання другої вимоги застосовуються вентильні розрядники (РВ) і обмежувачі перенапруг (ОПН). Вентильний розрядник володіє положистою вольт-секундною характеристикою (ВСХ). Це дозволяє йому захищати обладнання в широкому діапазоні вимірювань довжин хвиль, що набігають з лінії (рис.4.6).
Рисунок 4.6 - Вигляд вольт-секундних характеристик захищуваного об'єкта та РВ
Для ефективного захисту необхідно, щоб:
1) залишкова напруга на робочому опорі не перевищувала б допустимої;
2) крутизна набігаючої на підстанцію хвилі була обмеженою.
Для виконання цих умов всі лінії, що приходять і відходять від підстанції, обладнуються линвовим захистом довжиною 2-3 км - захисні підходи. Кути захисту виконують меншими за 20о і навіть від'ємними. Наявність захисних підходів виключає прямий удар блискавки в провід, що зменшує струми через РВ і, як наслідок, залишкова напруга на робочому опорі РВ.
При русі хвилі по проводі з лінії в захищеному проході виникає інтенсивне коронування, що згладжує фронт хвилі (зменшує крутизну імпульсу) і зменшує амплітуду напруги.
4.3.4 Грозостійкість об'єктів (ПЛ)
Повітряні лінії електропередач через свою велику протяжність уражуються найбільш часто. Тому порушення роботи енергосистем викликається в основному порушенням ізоляції лінії.
При розрахунках грозостійкості ПЛ вводиться поняття про рівень грозостійкості. Рівень грозостійкості оцінюється максимальною амплітудою струму блискавки і його крутизною , при котрих ще не відбувається порушення ізоляції лінії (крутизна , де - тривалість фронту хвилі струму).
Показником грозостійкості вважають ймовірну кількість років роботи установки без грозових вимкнень:
де - кількість років роботи без грозових вимкнень; - очікувана кількість випадків виникнення небезпечних грозових перенапруг в рік.
Наприклад, для ПЛ:
де - середня висота підвісу линви чи проводу; - довжина лінії; - кількість грозових днів у році; - ймовірність перекриття ізоляції ПЛ при ударі блискавки; - ймовірність переходу імпульсного перекриття в силову дугу.
Аналогічно підраховується і грозостійкість інших об'єктів (підстанцій).
4.4 Засоби захисту від перенапруг
У мережах до 35 кВ часто для захисту використовуються відкриті розрядні проміжки - захисні розрядники («роги») та трубчаті розрядники. Спрацювання таких розрядників викликає різкий спад напруги, виникнення перехідних процесів і небезпечних перенапруг на поздовжній ізоляції високовольтних пристроїв (трансформатори, реактори, генератори і т.д.). Крім цього, такі розрядники мають круту вольт-секундну характеристику (ВСХ), так як форма електричного поля різконеоднорідна. Це дозволяє здійснювати об'єктів в областях короткого часу впливу напруги (грозові перенапруги) (рис. 4.7).
Одним з кращих вважається трубчатий розрядник (РТ), рис. 4.8.
Електроди іскрового проміжку поміщаються в діелектричну трубу 1 з газогенеруючого матеріалу (наприклад, вініпласт).
Основний проміжок - забезпечує дугогасіння. Проміжок служить для відділення газогенеруючої трубки від мережі, щоб запобігти її розкладанню від струмів витоку. При появі перенапруг пробивається і . Через них протікає імпульсний струм і супроводжуючий струм імпульсної частоти. Температура підвищується, відбувається інтенсивне газовиділення. Тиск підвищується до десятків атмосфер. Газ виходить через відкритий електрод 3. Створюється повздовжнє дуття. Дуга видувається назовні. При переході струму через 0 дуга гасне. Через недоліки (див. ВСХ) РТ не застосовують для захисту відповідального обладнання.
Рисунок 4.7 - Вольт-секундна характеристика захищуваної ізоляції (1) та іскрового проміжку з різко неоднорідним полем (2) та однорідним полем
Рисунок 4.8 -Улаштування трубчатого розрядника: - основний проміжок; - зовнішній іскровий проміжок; 1 - діелектрична труба; 2 - стрижневий електрод; 3 - відкритий електрод
Найбільшого розповсюдження в мережах високої напруги отримали вентильні розрядники (РВ), котрі мають пологу ВСХ. Вони складаються з декількох іскрових проміжків (ІП), ввімкнених послідовно, послідовних нелінійних робочих опорів (НО) і шунтуючих опорів ().
ІП служать для відокремлення НО від постійного впливу робочої напруги і протікаючого через нього струму, котрий руйнує НО. НО служать для обмеження супроводжуючого струму до величини, необхідної для гасіння дуги. служить для вирівнювання розподілу напруги по елементарних розрядних проміжках з метою виключення хибного спрацювання розрядника.
РВ обмежує перенапруги і гасить дугу супроводжуючого струму без відключення мережі чи підстанції.
Після гасіння дуги розрядник повертається у вихідний стан і готовий до повторної роботи. Кількість спрацювань РВ 20 чи 50.
У найпростіших РВ (типу РВС, РВП) струм гасіння дуги складає 80 А. Більш сучасні РВ мають струм гасіння дуги 250 А.
Матеріалами НО є віліт та тервіт. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) їх описується виразом:
де - коефіцієнт вентильності; - постійна.
Для віліта ; для тервіта .
РВ поділяються на чотири групи. Найкращими захисними властивостями володіють РВ І групи, але й більш дорогі.
IV група - РВП (підстанційні),
ІІІ група - РВС (станційні),
ІІ група - РВМ (магніто-вентильні), РВМГ (магніто-вентильні, грозові),
І група - РВТ (струмообмежуючі), РВРД (з розтягувальною дугою).
Суттєве покращення захисних характеристик може бути досягнуте при відмові від використання ІП для цього потрібні матеріали з різко нелінійною ВАХ. Цим вимогам відповідає матеріал на основі оксиду цинку, з котрого виготовляють нелінійні резистори - варистори. Захисні пристрої на їх основі носять назву нелінійні обмежувачі перенапруг (ОПН). Коефіцієнт не лінійності ОПН складає . ОПН складаються з окремих дисків (варисторів), котрі поміщаються в герметичний порцеляновий корпус.
ОПН підключаються безпосередньо до мережі та заземлюються через реєстратор спрацювань. Малий коефіцієнт не лінійності ОПН дозволяє глибоко обмежувати перенапруги і застосовувати їх в мережах надвисокої та ультрависокої напруг.
4.5 Хвильові процеси в лініях
При ПУБ в лінію чи поблизу неї в землю виникають електромагнітні хвилі, що поширюються вздовж проводу ЛЕП. Атмосферні перенапруги на лініях і підстанціях визначаються рухом та переломом цих хвиль. Тому аналіз хвильових процесів при розрахунках пристроїв грозозахисту має принципово важливе значення.
Хвиля розповсюджується вздовж лінії в повітрі зі швидкістю - швидкість світла ( - відносна магнітна проникність середовища; - діелектрична стала).
Для повітря , .
Для кабельних ліній , .
Отже, в кабелях .
Напруга і струм хвилі зв'язані між собою
де - хвильовий опір.
Хвильовий опір одиничного проводу ПЛ .
Кабельні лінії мають .
У загальному випадку хвильовий процес в лініях визначається чотирма основними параметрами: ємністю , індуктивністю , активним опором проводу і активною провідністю діелектрика .
4.5.1 Переломлення та відбиття хвиль в вузлових точках
Вузловою точкою лінії називають таку точку, в якій стрибком змінюється відношення між електричним і магнітним полем, тобто змінюється хвильовий опір лінії .
Для розрахунку переломлених і відбитих хвиль у вузлових точках використовують еквівалентну заступну схему лінії з розподіленими параметрами на лінію з зосередженими параметрами за правилом Петерсена (рис. 4.9).
Рисунок 4.9 - Еквівалентна заступна схема довгої лінії за правилом Петерсена для розрахунку переломлених і відбитих хвиль у вузловій точці А: - падаюча хвиля напруги; - хвильовий опір довгої лінії, по котрій падає хвиля напруги; - хвильовий опір довгої лінії після точки неоднорідності; - вузлова точка (місце неоднорідності); - напруга у вузловій точці
Розглянемо декілька прикладів відбиття і переломлення хвиль у вузлових точках при нескінченній падаючій хвилі з прямокутним фронтом.
1. Кінець лінії (точка А) розімкнений, .
Падаюча хвиля напруги відбивається повністю з тим же знаком в точці А, на кінці лінії, напруга подвоюється.
Для хвилі струму.
, тобто переломлений струм рівний нулю.
Падаюча хвиля струму відбивається від розімкненого кінця повністю зі зворотним знаком і струм в лінії рівний нулю.
2. Лінія в кінці (точка А) закорочена, .
Падаюча хвиля напруги відбивається повністю від короткозамкненого кінця лінії зі зворотним знаком, напруга в точці А рівна нулю, а хвиля струму відбивається з тим же знаком - подвоюється.
3. Лінія в кінці (точка А) узгоджена, тобто .
Неважко бачити, що в цьому випадку падаючі хвилі напруги і струму не зазнають відбиттів та переломлень при падінні на узгоджене .
Для системи рис. 4.9
Визначимо .
Розв'язуючи і маємо:
Звідси рівняння запишеться:
де .
Визначимо межі зміни і .
1. Припустимо, що , тоді з виразу . При . Тобто, змінюється в діапазоні .
2. Припустимо, що , тоді з виразу . При . Тобто, змінюється в діапазоні .
4.5.2 Перенапруги при несиметричному відключенні фаз
При несиметричному вимкненні фаз лінії електропередачі, коли вимикаються одна чи дві фази лінії, можливе виникнення резонансних перенапруг (ферорезонанс). Такі випадки можуть мати місце при: обриві одного проводу на лінії; перегорянні плавких вставок; однофазному чи двофазному КЗ; неодночасному вимкненні фаз вимикача, що може мати місце при пофазному керуванні вимикачами і т.д.
У мережах з ізольованою нейтраллю при несиметричних комутаціях можуть утворитися резонансні контури, якщо підключені трансформатори на неробочому ході чи мало завантажені. В таких контурах і виникають ферорезонансні (ФР) перенапруги.
Загальна схема, в котрій можливе виникнення ФР перенапруг представлена на рис. 4.10.
Ключем умовно показане місце розриву фази А. На схемі також показані ємності фаз між собою () і на землю () до розриву (до ключа ) і відповідні ємності і після розриву. Нейтраль системи - джерела може бути заземлена чи ізольована (ключ ). А нейтраль трансформатора навантаження повинна бути ізольована. Це характерно для всіх ліній аж до 110 кВ включно. (При заземленні нейтралі навантаження ферорезонанс не виникає). Приймемо, що в фазі А обірвався провід і впав на землю, тобто розімкнемо ключ та заземлимо фазу А зі сторони системи ключем Р. Тоді заступна схема буде мати вигляд як на рис. 4.11, де трикутник ємностей замінений на відповідну йому еквіваленту зірку, а трикутником ємностей модна знехтувати, оскільки вони не впливають на розглядувані процеси.
Рисунок 4.10 - Схема для дослідження перенапруг при несиметричному відключенні фаз: - фази джерела; - фази навантаження - трансформатора з ізольованою нейтраллю; - міжфазні ємності системи до ключа ; - ємності фаз на землю системи до ключа ; - міжфазні ємності навантаження; - ємності фаз навантаження; - ключі
Рисунок 4.11 - Заступна схема з несиметричною комутацією (один провід заземлений)
Струм у фазі А після обриву проводу буде йти на землю через місце заземлення, а потім через ємність буде повертатися знову на провід до навантаження. Тут він розділяється: частина стуму протікає через ємність , а друга частина через обмотки (індуктивності) трансформатора. Весь струм замикається через фази і джерела. Потенціали нульових точок трансформатора навантаження і зірки міжфазних ємностей однакові.
Тому схему рис. 4.12 можна перетворити в однофазну (рис. 4.11).
Рисунок 4.12 - Однофазна заступна схема для схеми рис. 4.10
Рисунок 4.13 - Графічне розв'язання рівняння для коливального контуру з нелінійною індуктивністю: 1 - зміна напруги на нелінійній індуктивності (обмотці трансформатора); 2 - зміна напруги на ємності; 3 - сумарна зміна напруги в контурі
У відповідності до цієї схеми:
Перенапруги виникають завдяки проходженню струму через послідовно з'єднані ємності та індуктивність - коливальний контур. Тут виникає необхідність визначити величини напруг на ємності та індуктивності. Рівняння може бути розв'язано графічно. Графічний розв'язок представлено на рис. 4.13.
З рисунка 4.13 видно, що для схеми рис. 4.12 можливі три режими, що відповідають точкам а, б, в. Два з цих режимів (точки а і б) є індуктивними, а один (точка а) - ємнісний. Стійкими є тільки два режими точки а і б. Режим в точці в нестійкий і обов'язково переходить в точку а або б. Якщо в схемі переважає індуктивний режим, то система повернеться в точку б і перенапруг не виникне. Якщо переважає ємнісний режим, то виникає гармонійний резонанс (ферорезонанс), котрий призводить до значних перенапруг (як видно з рис. 4.13), в три рази і більше. Крім цього, на трансформаторі навантаження змінюється порядок чергування фаз на зворотний - це «перекидання» чергування фаз. При цьому, якщо трансформатор мав двигунові навантаження, то після обриву проводу (чи неодночасній комутації вимикачів) напрямок обертання двигунів зміниться на зворотній.
Найбільш радикальним засобом, що усуває подібні явища, може бути заземлення нейтралі трансформатора навантаження. Однак, ця вимога не завжди здійсненна навіть для систем 110 кВ. Тому необхідно прямувати до зменшення ймовірності несиметричних вимкнень (відмова від плавких запобіжників та вимикачів з пофазним керуванням, не слід на тривалий час залишати ввімкненими неробочі та слабо завантажені трансформатори).
4.6 Хвильові процеси в обмотках трансформаторів
Хвилі грозового (і комутаційного) характеру, що набігають по лінії електропередач на підстанцію, призводять до виникнення імпульсних напруг, що діють на обмотки трансформатора (двигуна, генератора і ін.). Характер пробоїв ізоляції обмоток вказує на важливу роль хвильових процесів.
У трансформаторі під дією імпульсу напруги виникає складний електромагнітний процес, що призводить до перенапруг між котушками (витками) - поздовжня ізоляція, і між обмотками і заземленими частинами - головна ізоляція. Сумарна довжина проводів в обмотках трансформаторів високої напруги досягає декількох кілометрів (довга лінія). При впливі імпульсної напруги в обмотці виникають хвильові процеси, що мають деяку аналогію з процесами в лініях електропередач. Однак заступна схема обмотки трансформатора, навіть без урахування активного опору та провідності, значно складніша за заступну схему лінії (рис. 4.14).
Через те, що провід обмотки навивається навколо магнітопроводу, з'являються два додаткові параметри заступної схеми: ємність між сусідніми витками чи котушками (поздовжня ємність) та взаємна індуктивність кожного витка зо всіма іншими витками обмотки. Величини - середні значення індуктивності, ємності відносно заземлених елементів та сусідніх обмоток і поздовжньої ємності на одиницю довжини обмотки.
У зв'язку з цим обмежимося якісним розглядом процесів у трансформаторах. Електромагнітний перехідний процес у трансформаторі залежить від низки факторів:
- схеми з'єднання обмоток;
- режиму нейтралі (заземлена чи ізольована);
- конструкція обмоток;
- падіння хвилі по одній, двох, трьох фазах ЛЕП.
Рисунок 4.14 - Конструктивна схема однофазної котушкової обмотки (а) та електрична заступна схема (б) високовольтного трансформатора: - опір нейтралі трансформатора
Спочатку розглянемо основні закономірності перехідного процесу для однофазного трансформатора з котушковою обмоткою. На обмотку ВН впливає прямокутна нескінченно довга хвиля напруги. Весь процес впливу хвилі можна представити таким, який складається з трьох стадій:
а) початковий процес (діє фронт хвилі) ;
б) усталений режим (перехідні процеси закінчилися) ;
в) перехідний процес (вільні коливання) .
4.6.1 Початкове розподілення напруги вздовж обмотки трансформаторів
У початковий момент (), коли впливає фронт хвилі напруги (крутизна фронту велика, що еквівалентно високій частоті), індуктивність обмотки не пропускає струм. Отже, струм буде протікати тільки по ємностям та і заступна схема набуде вигляду як на рис. 4.15, а.
Для цієї початкової стадії розподіл напруги вздовж обмотки трансформатора запишеться у вигляді:
де - довжина обмотки.
Рисунок 4.15 - Початковий розподіл напруги по обмотці трансформатора: а) електрична заступна схема для початкового процесу () б) розподіл напруги вздовж обмотки для
З формули видно велику роль параметра
де - ємність обмотки між початком і кінцем; - індуктивність обмотки між початком і кінцем.
Для сучасних трансформаторів На значній частині обмотки розподілення напруги буде однаковим як для режиму заземленої нейтралі , так і з ізольованою нейтраллю (рис. 4.15, б).
В режимі з заземленою нейтраллю кінець обмотки буде мати потенціал, рівний 0. В режимі з ізольованою нейтраллю кінець обмотки буде мати ємність відносно землі (див. заступну схему), на якій буде спад напруги . В початковому режимі основне падіння напруги прикладається до початку обмотки через вкрай нерівномірний розподіл напруги. В зв'язку з цим ізоляція перших витків чи котушок робиться посиленою.
4.6.2 Усталений режим (або примусовий режим)
Для імпульсної прямокутної форми хвилі напруги цей режим відповідає тривалому часу прикладання напруги . Через обмотку протікає «наскрізний» примусовий струм . Ємнісні струми рівні нулю, оскільки ємності вже зарядилися. Заступна схема представлена тільки індуктивними елементами (рис. 4.16).
Рисунок 4.16 - Заступна схема обмотки трансформатора в усталеному режимі
Оскільки обмотка однорідна, то розподіл напруги по котушкам (виткам) буде рівномірним, але залежить від режиму нейтралі. У випадку заземленої нейтралі, примусова напруга рівномірно спадає до нуля (рис. 4.17, а) і може бути записана рівнянням:
Рисунок 4.17 - Розподіл напруги вздовж обмотки трансформатора в різних стадіях: а) опір нейтралі рівний нулю; б) опір нейтралі рівний нескінченності
Для ізольованої нейтралі струм через обмотку не протікає . Отже, на початку і в кінці обмотки однакове (рис. 4.17, б). . Звідси слідує, що у випадку з ізольованою нейтраллю кінець обмотки повинен мати таку ж ізоляцію, як і початок.
4.6.3 Перехідний процес
З рисунка 4.17 випливає очевидна невідповідність між початковим і усталеним режимами в обмотці трансформатора. Це призводить до виникнення перехідного процесу, де віссю коливань є прямі усталеного режиму. Заступна схема,, що представлена на рис. 4.14, б, де кожна комірка представляє коливальний контур з власною частотою коливання від до . При цьому в обмотці можуть бути досягнуті максимальні потенціали більші за .
де - вільна складова коливань, що визначається як сума ординат (амплітуд) всіх гармонік в даній точці обмотки.
Максимальні потенціали вздовж обмотки описуються згинаючою максимальних потенціалів. Величина залежить від режиму нейтралі. При заземленій нейтралі і припадає на початкові витки обмотки (рис. 4.16, а). При ізольованій нейтралі в перехідному режимі і припадає на кінець обмотки (рис. 4.17, б).
Перенапруги в перехідному режимі небезпечні для головної ізоляції. Тому головна ізоляція трансформатора повинна бути посилена:
- для заземленої нейтралі в початковій стадії обмотки (1/3 від початку обмотки);
- для ізольованої нейтралі посилення необхідно виконувати по всій довжині, але особливо в кінці обмотки.
4.6.4 Розподілення напруги вздовж обмоток 3--фазного трансформатора
Імпульсні перенапруги впливають на трансформатор, як правило, зі сторони високої напруги, при цьому хвиля перенапруги може приходити як з ПЛ, так і по кабельні вставці. Розподіл напруги по обмотці трифазного трансформатора залежить від:
- схеми з'єднання обмоток;
- режиму нейтралі.
Обмотки трансформатора з високої сторони для імпульсного впливу навантажені на повітряну ЛЕП чи кабель. Хвильовий опір повітряної лінії в залежно від конструкції та класу напруги складає . Хвильовий опір обмоток трансформатора , тобто трансформатор навантажений на малий опір порівняно з власним. Для спрощення можна представити, що обмотки, по котрих не приходять хвилі перенапруг, закорочені. Розглянемо різноманітні схеми з'єднання, що наведені на рис. 4.18.
Рисунок 4.18 - Еквівалентні заступні схеми для аналізу перенапруг в обмотках трансформаторів: а) - «зірка» з заземленою нейтраллю; б) - «зірка» з ізольованою нейтралю; в), г) - заступна схема для «зірки» з ізольованою нейтраллю
4.6.4.1 Зірка з заземленою нейтраллю
Хвиля перенапруги приходить по одній фазі А (рис. 4.18,а). розподіл напруги вздовж обмотки такий же, як і у випадку одно обмоткового трансформатора з заземленою нейтраллю (рис.4.17,а). Те ж саме і виходить при впливі перенапруг по двох і трьох фазах одночасно.
4.6.4.2 Зірка з ізольованою нейтраллю
Загальний метод розрахунку перехідного процесу залишається попереднім: визначаються криві початкового і кінцевого розподілів потенціалів по обмотках і різниці цих кривих обчислюють складову вільного режиму. Можливі два випадки: падіння хвилі на одну фазу (рис. 4.18, б) і падіння хвилі на дві фази одночасно. В першому випадку хвиля падає на фазу А, а дві інші фази заземлені, маємо модифікацію схеми, наведену на рис. 4.18, в,г. Розподіл напруги падаючої хвилі по високовольтних обмотках трансформатора отримаємо, як показано на рис.4.19.
Усталений розподіл має перелом в точці з'єднання обмоток (нейтраль), оскільки індуктивний опір двох паралельно з'єднаних обмоток В і С вдвічі менший за опір обмотки А. Потенціал нейтралі в перехідному режимі не перевищує .
У випадку падіння хвилі по двох фазах (рис. 4.20, а) заступна схема набуде вигляду, як наведено на рис. 4.20, б. розподіл напруги вздовж обмотки трансформатора представлено на рис. 4.21.
Рисунок 4.19 - Розподіл напруги по високовольтним обмоткам 3-фазного трансформатора при падінні хвилі по фазі А: - початковий розподіл падаючої напруги вздовж обмоток; - примусовий розподіл напруги; - огинальна крива перехідної напруги
Рисунок 4.20 - Еквівалентні заступні схеми для аналізу перенапруг в обмотках трансформаторів при падінні хвиль по двох фазах: а) - «зірка» з ізольованою нейтраллю; б) - еквівалентна заступна схема
Потенціал нейтралі може перевищувати в перехідному режимі. Виникає небезпека перенапруги для головної ізоляції в області нейтралі.
При падінні хвиль по трьох фазах на три обмотки трансформатора режими розподілу напруги по обмотках такі ж, як і для однообмоткового трансформатора з ізольованою нейтраллю (див. рис. 4.17, б).
Рисунок 4.21 - Розподіл напруги по високовольтним обмоткам 3-фазного трансформатора при падінні хвилі по двом фазам А і В: - початковий розподіл падаючої напруги вздовж обмоток ; - примусовий розподіл напруги; - огинальна перехідної напруги
4.6.4.3 З'єднання обмоток трикутником
Заступна схема для трансформатора з обмотками, з'єднаними трикутником, наведені на рис. 4.22, а. При падінні хвилі на обмотку по фазі А, можна вважати, що при цьому фази С і В заземлені. В цьому випадку процес в обмотці АС такий ж, як і в обмотці АВ, тобто як і однофазному трансформаторі з заземленою нейтраллю (рис. 4.17, а).
Рисунок 4.22 - Розподіл потенціалів в обмотці трансформатора, з'єднаного в трикутник при симетричному падінні хвиль: а) - падіння хвиль по трьох фазах обмотки, з'єднаних трикутником; б) - розподіл напруги в одній з фаз
Падіння хвиль по двом фазам А і В призводить до того, що в обмотках АС і ВС розподіл падіння напруги у всіх режимах однаковий і відповідає режиму однофазного трансформатора з заземленою нейтраллю (рис. 4.17, а). Розподіл напруги в обмотці АВ можна визначити методом накладання (рис. 4.21, б).
Спочатку визначимо напругу в обмотці АВ при падінні хвилі тільки по фазі А. Точка В може вважатися заземленою. Отже, процес розподілу напруги буде як і однофазному трансформаторі з заземленою нейтраллю. Потім, визначимо напругу в точці ВА при падінні хвилі по фазі В. Точку А, можна рахувати заземленою. Розподіл такий же, як і попередньому випадку. Додаючи початкові і усталені (вимушені) розподіли напруги, визначаємо криві, відповідно, початкового і усталеного розподілів в обмотці АВ при падінні двох хвиль на неї. За знайденими значеннями і визначаємо криву максимальних перенапруг . З рис. 4.22, б видно, що максимальна напруга, що досягає , виникають в середині обмотки. Отже, тут створюється найбільша небезпека для головної ізоляції.
При падінні хвиль по трьох фазах процеси в кожній фазі будуть аналогічні вищерозглядуваних процесів для фази АВ.
Для послаблення ефектів перенапруг і захисту обмоток трансформатора від пробою використовуються різні способи введення в конструкцію обмоток спеціальних пристроїв, що вплив ют як на головну ізоляцію, так і на поздовжню, наприклад, екрануючі кільця, петлеві обмотки, шарові обмотки, екрани.
4.6.5 Передача хвиль перенапруг з однієї обмотки в іншу
При падінні електромагнітної хвилі на одну з обмоток трансформатора електромагнітні процеси в ній збуджують високі потенціали в іншій обмотці. Можливі два варіанти передачі ВН.
1. Ємнісна передача потенціалу в трансформаторах (рис. 4.23).
Зазвичай у високовольтних трансформаторах ємність на землю обмотки високої напруги набагато менша, ніж ємність на землю обмотки низької напруги,тобто . Еквівалентна заступна схема, представлена на рис. 4.23, б, дозволяє оцінити напругу на вторинній обмотці залежно від напруги хвилі, що прийшла на первину обмотку:
При ємнісній передач електромагнітної хвилі між обмотками трансформатора коефіцієнт трансформації не грає ролі і залежить від . Значні потенціали можуть бути на обмотці 2 (НН), тільки коли є мале.
Подобные документы
Основи функціонування схем випрямлення та множення напруги. Особливості однофазних випрямлячів змінного струму високої напруги. Випробувальні трансформатори та методи випробування ізоляції напругою промислової частоти. Дефекти штирьових ізоляторів.
методичка [305,0 K], добавлен 19.01.2012Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Рівні ізоляції повітряних проміжків при змінній і постійній напругах, по поверхні твердої ізоляції. Вольт-секундні характеристики ізоляторів. Опір ізоляції та коефіцієнта абсорбції. Ізоляція кабелів високої напруги. Перенапруги в електричних установках.
лабораторная работа [653,1 K], добавлен 19.01.2012Розподільні пристрої (РУ) підвищених напруг електричних станцій. Вибір генераторів і блокових трансформаторів, розподіл генераторів між РУ. Варіанти схем РУ всіх напруг, провідників. Визначення втрат електроенергії від потоків відмов елементів схем.
курсовая работа [122,7 K], добавлен 16.12.2010Системи рівнянь для розрахунку струмів і напруг в простому і складному електричних колах. Умови використання методу обігу матриці і формул Крамера. Оцінка вірогідності значення струмів згідно закону Кіргхофа. Знаходження комплексного коефіцієнта передачі.
курсовая работа [255,3 K], добавлен 28.11.2010Розроблення конфігурацій електричних мереж. Розрахунок струмів та напруг на ділянках без урахування втрат та вибір проводів для схем. Особливість вибору трансформаторів. Визначення потужності та падіння напруги на ділянках мережі для схем А і Б.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 17.12.2021Розрахунок перехідного процесу в усіх елементах при замиканні та розмиканні ключа класичним та операторним методами для заданого електричного ланцюга. Побудування узгоджених часових діаграм струмів, напруг в елементах. Тривалість перехідного процесу.
курсовая работа [404,2 K], добавлен 27.03.2012Ознайомлення з пакетом схемотехнічного моделювання Simulink. Особливості складання схем, використання основних вимірювальних приладів. Складання однофазного простого електричного кола. Вимірювання миттєвого, діючого значеня струмів та напруг на елементах.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 29.03.2015Несправності блоків живлення, методи їх усунення. Вимір напруг всередині блоку. Перевірка резисторів, діодів. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі. Вимірювальні трансформатори струму та напруги, їх класифікація та метрологічні характеристики.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015Основнi поняття перехiдних процесів в лiнiйних електричних колах. Закони комутацiї i початковi умови. Класичний метод аналiзу перехiдних процесiв. Вимушений i вiльний режими. Перехідні процеси в колах RL і RC. Увiмкнення джерел напруги до кола RC.
реферат [169,2 K], добавлен 13.03.2011
