Техника высоких напряжений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1 изоляция напряжение разрядник

Испытания изоляции повышенным напряжением позволяют выявить локальные дефекты, не обнаруживаемые иными методами кроме того, такой метод испытаний является прямым методом контроля способности изоляции выдерживать воздействия перенапряжений и дает определенную уверенность в качестве изоляции. К изоляции прикладывается испытательное напряжение, превышающее рабочее напряжение, и нормальная изоляция выдерживает испытания, а дефектная пробивается. Контроль изоляции повышенным напряжением в условиях эксплуатации проводится только для некоторых видов оборудования (вращающиеся машины, силовые кабели) с номинальным напряжением не выше 35 кВ. При испытаниях повышенным напряжением используются три основных вида испытательных напряжений: повышенное напряжение промышленной частоты, выпрямленное постоянное напряжение и импульсное испытательное напряжение (стандартные грозовые импульсы). Основным видом испытательного напряжения является напряжение промышленной частоты. Время приложения такого напряжения - 1 мин. При большой емкости испытуемой изоляции (при испытании кабелей, конденсаторов) требуется применение испытательной аппаратуры большой мощности, поэтому такие объекты чаще всего испытываются повышенным постоянным напряжением Третьим видом испытательного напряжения являются стандартные грозовые импульсы напряжения с фронтом 1.2 мкс и длительностью до полуспада 50 мкс Воздействие грозовых перенапряжений на изоляцию часто сопровождается срабатыванием защитных разрядников а (срезанные стандартные грозовые импульсы). Испытания внутренней изоляции проводят трехударным методом.

На объект подается по три импульса положительной и отрицательной полярности, сначала полные, а затем срезанные. Интервал времени между импульсами - не менее 1 мин. Внешняя изоляция оборудования испытывается 15-ударным методом

Лекция 2

Основным фактором, определяющим повреждаемость изоляторов являются тяжелые условия их эксплуатации, связанные с частыми механическими ударами и вибрацией.

Основными видами повреждений изоляции являются перекрытия изоляторов из-за их загрязнения, пробои изоляторов из-за нарушения изоляционной части, перекрытия изоляторов птицами, механические изломы стержневых изоляторов. Этим повреждениям способствуют скрытые дефекты изоляторов, наличие влаги в атмосфере и попадание ее в армировку изолятора, нагрев изоляторов солнечными лучами. Наибольшее количество повреждений приходится на гирлянды тарельчатых изоляторов. Фарфоровые тарельчатые изоляторы перед установкой и перед передачей в аварийный запас испытываются напряжением 50 кВ промышленной частоты в течение 1 мин, и мегаомметром на напряжение 2,5 кВ

измеряют сопротивление изоляции, которое должно быть не менее 300 МОм. Основным видом контроля изоляции контактной сети в процессе эксплуатации являются осмотры. Диагностирование фарфоровых тарельчатых изоляторов производится приборами дистанционного контроля их состояния (тепловизорами, электронно-оптическими дефектоскопами) или измерительными штангами. Методы повышения надежности изоляции:

* усиление изоляции в местах, где наблюдались перекрытия изоляции

* обмыв изоляторов струей воды

* временное понижение напряжения в контактной сети в зоне повышенного загрязнения атмосферы;

* покрытие изоляторов гидрофобными пастами и смазочными материалами.

Лекция 3

Испытательные установки высокого переменного напряжения Основным узлом установки является испытательный трансформатор, отличающийся малой мощностью, ограниченным временем включения, малым запасом электрической прочности изоляции. Испытательные трансформаторы имеют большой коэффициент трансформации и значительную индуктивность рассеяния. Выполняются в трех модификациях: в изолирующем корпусе, в металлическом корпусе с одним вводом и в металлическом корпусе с двумя вводами. Вторая обмотка НН используется при соединении трансформаторов в каскад с последовательным питанием для получения сверхвысоких испытательных напряжений. Обмотки ВН каскада соединяются последовательно, а питание каждого последующего трансформатора осуществляется через предыдущий.

Испытательные установки высокого постоянного напряжения Для получения высокого постоянного напряжения используют выпрямительные установки и электростатические генераторы. Последние позволяют получать наиболее высокие напряжения- вплоть до30 МВ- но при малых токах, не более1 мА. Выпрямительные установки в принципе могут быть поделены на две группы: установки однополупериодного выпрямления и установки, построенные по схемам умножения напряжения. В однополупериодных выпрямителях высокое переменное напряжение преобразуется в высокое постоянное напряжение с помощью выпрямителя и сглаживающего устройства.

Схемы умножения напряжения позволяют получить высокое постоянное напряжение от источника с гораздо меньшим напряжением в сопоставлении с однополупериодным выпрямителем.

Лекция 4

Генераторы коммутационных импульсов

Конденсаторы С1 и С2 этой схемы заряжаются от высоковольтного выпрямителяV1. Запуск производится путем подачи поджигающего импульса напряжения на искровой промежуток ИП. После пробоя этого промежутка в двух отдельных контурахL1C1 иL2C2 начинаются затухающиеколебания.

Генераторы импульсных напряжений

Стандартный грозовой импульс в емкостном ГИН получают путем разряда высоковольтного конденсатора на резистор, а сравнительно пологий фронт в1.2 мкс формируют за счет заряжения вспомогательного конденсатора через дополнительный резистор. Таким образом, минимальное количество элементов ГИН без учета зарядного устройства и коммутатора составляет четыре; такие схемы применяют при напряжениях менее100 кВ.

Получение импульсов высокого напряжения с использованием сравнительно низковольтных зарядных устройств и конденсаторов возможно при использовании многоступенчатых(каскадных) схем ГИН. В многоступенчатой схеме несколько конденсаторов заряжаются от зарядного устройства параллельно, а при разряде переключаются в последовательное соединение со сложением напряжений на них. Переключение обычно производится с помощью искровых промежутков.

Лекция 5

Измерение высоких постоянных напряжений Измерительный шаровой разрядник представляет собой два металлических шара с хорошо обработанными поверхностями и с возможностью изменения расстояния между шарами. Этот разрядник считается очень надежным прибором для измерения постоянного напряжения, а также для измерения амплитуды переменного и импульсного напряжений.

Возможность измерения основана на законе Пашена, который связывает пробивное напряжение промежутка с расстоянием между поверхностями шаров. Электростатический вольтметр представляет собой конденсатор, одна из пластин которого подвижна и закреплена на пружине. Сила взаимодействия пластин определяется согласно закону Кулона. магнитоэлектрического измерительного механизма, включенного последовательно с высоковольтным добавочным резистором с большим сопротивлением.

Измерение высоких переменных напряжений Измерительный шаровой разрядник является универсальным измерительным прибором, пригодным и для измерения амплитуды переменного напряжения. Методика измерений остается такой же, как и для случая измерения высокого постоянного напряжения.

Электростатический вольтметр принципиально пригоден для измерения эффективного значения переменного напряжения. Емкостные делители напряжения позволяют измерять высокие переменные напряжения с помощью низковольтных вольтметров, обеспечивая точное повторение формы высокого напряжения на низковольтном выходе. Для измерения амплитудного значения переменного напряжения может быть использована простая схема

В условиях эксплуатации наиболее распространенным методом измерения напряжения является применение низковольтных вольтметров с трансформаторами напряжения.

Измерение высоких импульсных напряжений

Измерительный шаровой разрядник пригоден и для измерения максимального значения напряжения стандартного грозового импульса. применение делителей напряжения с низковольтным импульсным вольт-метром или осциллографом, Омические делители напряжения изготовляют из нихромовой или константановой проволоки, наматываемой для снижения индуктивности

Бифилярно.

Емкостно-омический делитель напряжения

Емкостный делитель напряжения практически не приводит к искажению измеряемого импульса напряжения. Чтобы избежать распространения отраженных волн в кабеле, соединяющем делитель с осциллографом, последовательно с жилой у выхода делителя включается резисторRc, сопротивление которого равно волновому сопротивлению кабеля.

Лекция 6

Перенапряжением называют всякое превышение напряжением амплитуды наибольшего рабочего напряжения. импульс напряжения- резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд; временное перенапряжение- повышение напряжения в точке электрической сети выше1,1Uном продолжительностью более10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях; коэффициент временного перенапряжения- величина, равная от-ношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

По месту приложения напряжения различают:

- фазные перенапряжения; междуфазные перенапряжения;

- внутрифазные перенапряжения например, между витками катушки трансформатора, между нейтралью и землей);

- между контактами коммутационных аппаратов.

По причинам возникновения перенапряжения :

- внешние- от разрядов молнии(атмосферные перенапряжения) и от воздействия внешних источников;

- внутренние- возникающие при резонансных явлениях, при авариях и при коммутациях элементов электрической цепи.

Наиболее опасны прямые удары молнии в оборудование(ПУМ), при которых даже на заземленных сооружениях возникают большие потенциалы. Индуктированные перенапряжения возникают вследствие индуктивной и емкостной связи канала молнии с токоведущими и заземленными частями электрической сети.

Внутренние перенапряжения по длительности и по причине возникновения делятся на квазистационарные (продолжаются от единиц секунд до десятков минут и в свою очередь подразделяются на режимные, резонансные, феррорезонансные и параметрические.) и коммутационные(возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети(при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима) за счет энергии, запасенной в емкостных и индуктивных элементах.).

Общая характеристика защитных мероприятий превентивные меры снижения перенапряжений (применение выключателей с шунтирующими резисторами; применение выключателей без повторных зажиганий дуги между контактами при их разведении; применение грозозащитных тросов и молниеотводов; заземление опор линий электропередачи; емкостная защита изоляции обмоток трансформаторов и реакторов; применение емкостных элементов для снижения перенапряжений.); защита оборудования с помощью коммутационных защитных средств(рабочее заземление, используемое для создания необходимого распределения напряжений и токов в нормальных и аварийных режимах работы сети; защитное заземление, служащее для защиты персонала от напряжения, возникающего на корпусах оборудования при повреждениях изоляции или вследствие влияний; грозозащитное заземление, предназначенное для защиты от внешних перенапряжений.).

Характеристики грозовой деятельности и параметры молний Молния представляет собой электрический разряд между объемным зарядом в облаке и землей(наземные разряды) или между двумя заряженными областями(межоблачные и внутриоблачные разряды). Молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в облаках, происходящий из-за мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров. Различают три характерные стадии развития грозового облака:

* зарождение с разрастанием облака(10 - 15 мин);

* зрелая стадия с интенсивными осадками, сопровождаемыми холодными нисходящими потоками и резкими порывами ветра(15 - 30 мин); * распад облака при прекращении восходящих и нисходящих потоков воздуха и постепенном выпадении осадков(около30 мин). Первоначальным пусковым механизмом электризации грозового облака считается наличие в атмосфере электрического поля хорошей погоды из-за заряженности конденсатора земля- ионосфера(рис.12.2) с напряженностью около100 В/м.

Перед разрядом молнии потенциал центральной части отрицательного заряда составляет50..100 МВ и средняя напряженность поля под об-лаком невелика, всего100..200 В/см Степень опасности удара молнии определяется прежде всего максимальным значением тока Iм в канале.

Лекция 7

Перенапряжения прямого удара молнии. различают следующие случаи поражения: удар молнии в провод с последующим перекрытием с провода на опору или между проводами; удар молнии в вершину опоры с последующим перекрытием с опоры на провод; удар молнии в пролет троса с последующим перекрытием с троса на провод или на землю. Для линий более высокого напряжения не каждый прямой удар молнии в опору или в грозозащитный трос приводит к перекрытию изоляции. Под уровнем грозоупорности линии понимают наибольший расчетный ток молнии, при котором еще не перекрывается изоляция линии. На возможность перекрытия изоляции влияет и крутизна тока в канале молнии. В качестве показателя надежности грозозащиты используют среднее число отключений линии в год или обратную величину- среднее число лет безаварийной работы. Индуктированные перенапряжения При ударах молнии вблизи воздушной линии на фазных проводах возникают индуктированные напряжения, которые имеют электрическую и магнитную составляющие.

Лекция 8

Распространение волн перенапряжений вдоль проводов Максимальная скорость распространения электромагнитного поля в пространстве составляет300 м/мкс. Цепь будет электрически короткой, если время распространения поля вдоль нее много меньше времени существенного изменения напряжения или тока в цепи; Для простейшего анализа процессов можно рассматривать один про-вод над поверхностью хорошо проводящей плоской земли, поскольку основную опасность для оборудования представляет перенапряжение на изоляции по отношению к земле.

Перенапряжения на оборудовании, подключенном к линии

Отраженная волна возникает в конце линии при отражении волны от нагрузки линии. Характер отражения волны напряжения и получающееся итоговое напряжение на нагрузке линии зависит от характера этой нагрузки.

Импульсные процессы в обмотках трансформаторов

В начальный момент времени(но после удвоения напряжения па-дающей волны на входе обмотки, которое происходит очень быстро, за время порядка0.1 мкс) можно рассмотреть упрощенную схему замещения.

Размещено на Allbest.ru