Нагрев проводников и аппаратов длительным током в нормальном режиме

Допустимые температуры нагрева проводников и аппаратов

При протекании тока через токоведущие части аппаратов РУ, шины происходит потеря электрической энергии вследствие наличия активного сопротивления. Конструкции, фланцы изоляторов, выполненные из магнитных материалов и находящиеся в переменном магнитном поле, нагреваются также токами Фуко и потерями от перемагничивания.

Длительно допустимые температуры токоведущих частей и аппаратов определяются механической прочностью, качеством и надежностью контактных соединений. При длительном протекании тока и температуре 70-75^оС происходит интенсивное окисление контактных соединений и контактов и резкое увеличение их переходного сопротивления, что вызывает сильные местные перегревы и дальнейший рост температуры:

Такой опасности нет в сварных контактных соединениях, что приводит к их широкому распространению. Наибольшие допустимые температуры нагрева длительным током для аппаратов, а также превышение температуры над номинальной температурой окружающей среды (v_о.с.ном), которая для аппаратов и трансформаторов принимается +35^оС, а для сборных шин +25^оС.

Таблица допустимых температур проводов

		vдоп, оС	Θдоп, оС
Голые токоведущие части		110	75
Токоведущие части изолированы	изоляция кл. А	105	70
	изоляция кл. В	130	95
Неподвижные и подвижные контакты		75	40
Масло в верхнем слое трансформатора		90	55
Масло в верхнем слое выключателя		75	40

В литературе I_доп приводится для шин при v_о.с.ном=25^оС и для аппаратов при v_о.с.ном=35^оС.

Дифференциальное уравнение нагрева проводников

в нормальном режиме и его решения

Пусть имеется однородный проводник с током I и сопротивлением R, причем ток во времени не изменяется. Необходимо определить v=f(t) или Θ=f(t). Начальным временем считается время подачи тока. На основе теории нагрева твердого тела рассмотрим однородный проводник с током и определим характер его нагрева.

За время dt в проводнике выделяется количество тепла, равное . Часть этого тепла расходуется на нагрев проводника, а остальное тепло отводится с поверхности за счет теплоотдачи:

.

Дифференциальное уравнение теплового баланса нагрева проводника с током в нормальном режиме имеет вид:

, (1)

где G – масса проводника, кг;

с – удельная теплоемкость, ;

Θ – перегрев проводника (превышение температуры проводника над окружающей средой, Θ=v-v_o), ^оС;

К – обобщенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий все виды теплоотдачи (теплопроводность, конвекция, излучение), ;

F – поверхность охлаждения проводника, см².

Решим дифференциальное уравнение (1):

.

Проинтегрируем полученное решение:

,

где Θ₀ и Θ_к – начальный и конечный перегревы.

После интегрирования и преобразования получим зависимость Θ=f(t):

(2)

При t=0 →e⁰=1 и Θ=Θ₀,

а при t=∞ →e^∞=0 и Θ=Θ_уст (Θ_уст – установленное значение перегрева).

(3)

Из (3) видно, что Θ_уст не зависит от начального перегрева и времени, а определяется величиной тока, характеристикой проводов и условиями охлаждения.

Если обозначить – постоянная времени нагрева, отношение теплопоглощающей способности тела к его теплоотдающей, то уравнение (2) можно записать так:

(4)

При отключении тока проводник будет охлаждаться. Уравнение для этого случая из (1):

(5)

Решая (5), получим:

(6)

Из уравнений (4) и (6) видно, что процесс нагрева и охлаждения проводника происходит по экспоненциальному закону:

Определение длительно допустимого тока по условиям нагрева

Установившееся значение перегрева равно . При некотором значении тока I=I_доп перегрев примет значение :

, (7)

откуда длительно допустимый ток по условиям нагрева равен:

. (8)

Здесь ,

для шин РУ: v_доп=+75^оС; v_о.с.ном=+25^оС.

Если действительная температура окружающей среды не равна номинальной, то длительный перегрев равен:

,

где v_дл – длительно действующая температура, ^оС.

А длительно допустимый ток равен:

. (9)

Из (8) и (9), пренебрегая незначительным изменением K, получим:

или

, (10)

. (11)

Этой формулой пользуются для определения длительно допустимого тока для шин РУ и для кабелей, если действительная температура окружающей среды не равна номинальной.

Мероприятия по увеличению длительно допустимого тока

В практике эксплуатации РУ с целью экономии цветных металлов стремятся при тех же размерах шин увеличить допустимый ток:

.

Выясним степень влияния K, F, R на I_доп.

Влияние коэффициента теплоотдачи K

Коэффициент теплоотдачи учитывает все виды теплоотдачи: теплопроводность, лучеиспускание и конвекция. Он представляет собой опытную величину и зависит от среды, скорости движения воздуха, конфигурации проводника, состояния его поверхности, величины перегрева. В пределах температур 60-100^оС можно считать коэффициент теплоотдачи постоянными.

При уточненных тепловых расчетах учитывают отдельно лучеиспускание, конвекцию и теплопроводность. Для однородных проводников в воздухе отдача тепла теплопроводностью вдоль проводников не имеет места, а ввиду малой теплопроводности воздуха этот вид теплоотдачи можно не учитывать.

Таким образом, для проводника РУ можно принять:

.

Количество тепла, отдаваемое единицей поверхности проводника, лучеиспусканием, определяется по формуле (Закон Стефана-Больцмана):

, (12)

где ε – степень черноты; Т, T₀ – соответственно температура (^оК) нагретого проводника и окружающего воздуха.

Степень черноты зависит от материала, состояния поверхности нагретого тела (цвет, чистота) и имеет значения:

Материал	ε
Алюминий полированный	0,08
Алюминий окисленный	0,2-0,25
Медь полированная	0,15
Медь окисленная	0,5-0,6
Сталь полированная	0,26
Сталь окисленная	0,88
Сажа	0,97
Эмаль (зеленая, серая, красная, черная)	0,95
Фарфор	0,92

Из приведенных данных следует, что окрашенные поверхности обладают лучшей теплоотдачей, чем неокрашенные. Для медных полосовых шин, окрашенных какой-либо краской, может быть допущено увеличение тока нагрузки примерно на 15-17%, а для алюминиевых – на 25-28% в сравнении с неокрашенными шинами. Цвет теплоотдачи практически не влияет на теплоотдачу.

Токоведущие части ОРУ (гибкие) окрашивать нецелесообразно, так как при их удлинении от изменения температуры краска отскакивает, и определяющим у них является теплоотдача не излучением, а конвекцией.

Отдача тепла свободной конвекцией происходит в том случае, когда нагретый проводник или деталь омывается менее нагретым газом или жидкостью, например, внутри помещений с естественной циркуляцией воздуха. Скорость движения воздуха в закрытых помещениях принимается 0,2-0,3 м/сек, а на открытых воздухе – 0,6 м/сек.

Отдачу тепла свободной конвекцией можно учесть по опытным эмпирическим формулам:

1. для круглых горизонтальных проводников диаметром d=1÷8 см:

Вт/см²;

2. для установленных на ребро полос шин:

Вт/см².

При выпущенной конвекции необходимо учитывать действительную циркуляцию охлаждающей среды, созданную вентилятором или насосом для круглых проводников:

Вт/см²,

где p – давление, атм;

V – скорость движения воздуха, м/сек;

d – диаметр проводников, мм.

При принудительной конвекции и скорости циркуляции воздуха 2 м/сек теплоотдача увеличивается в 3 раза, а при 20 м/сек – в 15 раз.

Влияние поверхности проводника F

Ч ем больше поверхность проводника, тем лучше охлаждение, и, следовательно, больший ток можно пропускать при том же перегреве. Сравним два проводника круглого и прямоугольного сечения при их одинаковой площади сечения: ; . Сравним поверхности квадратного F_□ и круглого F_○ сечений:

.

Эта функция имеет минимум при b=h, то есть для квадратного сечения:

При этом поверхность квадрата больше поверхности круга в 1,113 раз.

Из приведенных выражений видно, что наиболее целесообразной (с точки зрения использования металла) является плоская форма сечения шины.

Влияние активного сопротивления на допустимый ток проводника

Сопротивление трехфазной токоведущей системы (R_ш) отличается от сопротивления этой же шины постоянному току, или от омического сопротивления (R₀):

, (13)

где К_п – коэффициент поверхностного эффекта;

К_б – коэффициент близости.

,

где ρ – удельное сопротивление;

l – длина проводника;

s – поперечное сечение проводника.

Коэффициент поверхностного эффекта (K_п) учитывает явление поверхностного эффекта, которое заключается в том, что переменный электрический ток распределяется неравномерно по сечению проводника. Плотность тока имеет наибольшее значение на поверхности провода и убывает по мере удаления от поверхности вглубь.

При протекании по проводнику переменного тока вокруг него и внутри образуется переменный магнитный поток, который наводит ЭДС в самом проводнике, обуславливающую его индуктивное сопротивление. Если проводник представить себе состоящим из элементарных проводников, то находящиеся из них в центре охватываются магнитным потоком внутренним и внешним и имеют наибольшее индуктивное сопротивление. Это и приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника, к значительному сокращению сечения действительной токоведущей части и, следовательно, к увеличению его активного сопротивления.

Мерой поверхностного эффекта является коэффициент поверхностного эффекта К_п, который равен отношению активного сопротивления проводника к его омическому:

. (14)

Для проводника круглого сечения:

.

Например, для медного провода круглого сечения (d=10 см, f=50 Гц, μ=4·π·10^-9 Гн/см, γ=57·10⁴ 1/(Ом·см)) К_п=0,266·d. Для различных материалов и сечений К_п обычно определяется по графикам.

Вследствие того, что при увеличении диаметра (сечения проводников) К_п увеличивается, при больших сечениях проводников следует применять трубчатые или полые проводники, так как внутренние слои проводников не используются для прохождения тока.

На активное сопротивление проводников оказывают влияние также проводники с током или магнитные поля, находящиеся вблизи. Эти поля также вызывают неравномерное распределение тока по сечению, что приводит к росту активного сопротивления. Это явление называется эффектом близости, и учитывают его коэффициентом близости К_б:

, (15)

где R - сопротивление проводника, находящегося в магнитном поле других проводников;

R_у – активное сопротивление уединенного проводника.

Однако коэффициент близости К_б в РУ оказывает значительно меньше влияния, чем коэффициент поверхностного эффекта К_п. В РУ, где расстояние между фазами в 3-4 раза больше поперечного сечения шин, К_б=1-1,05.

Нагрев проводников токами коротких замыканий

Действие тока короткого замыкания на оборудование

1. термическое;

2. динамическое;

3. дуга.

При коротких замыканиях происходит кратковременное (пиковое) повышение температуры и возможно расплавление и размягчение металлических проводников, обжиг изоляции, разрушение контактов и прочее.

Исследование работы проводников и контактных соединений при коротких замыканиях показали, что все же кратковременное повышение температуры и вызываемые им разрушающие действия на изоляцию и контакты значительно меньше, чем при длительных нагревах. Поэтому согласно ПУЭ максимально допустимая температура нагрева при к.з. составляет (ν_мах, ^оС):

• алюминиевые шины – 200 ^оС, провода – 150 ^оС;

• медные шины – 300 ^оС, провода – 200 ^оС;

• стальные шины – 400 ^оС, провода – 250 ^оС;

• кабели менее 10 кВ – 200 ^оС;

• кабели с ПХВ и резиновой изоляцией – 150 ^оС;

• кабели с полиэтиленовой изоляцией – 120 ^оС.

Дифференциальное уравнение теплового баланса

нагрева проводника при коротком замыкании

Дифференциальное уравнение теплового баланса нагрева проводника с током имеет вид (1):

.

При коротких замыканиях ток существенно возрастает и меняется во времени I=I_t=f(t). Кроме того, в РУ короткие замыкания действуют кратковременно (от нескольких десятых до нескольких секунд). Поэтому при к.з. можно считать, что выделение тепла в окружающую среду не происходит (адиабатный процесс):

.

С учетом приведенного дифференциального уравнения теплового баланса нагрева проводника при к.з.:

. (16)

Заменим , (где γ – плотность вещества). Получим:

, (17)

. (18)

Аналитическое решение уравнения затруднительно вследствие сложного характера кривой тока к.з. Кроме того, в общем случае с и ρ являются также функцией температуры.

Существует численное графоаналитическое решение. Проинтегрируем (18):

. (19)

– тепловой импульс короткого замыкания. В_к­ пропорционален количеству тепла, выделяемому в проводнике за время протекания тока к.з. Если с и ρ=const, то правую часть уравнения после интегрирования можно представить в виде:

, (20)

где А_к – конечный тепловой импульс, соответствующий конечному перегреву проводника при коротком замыкании ( );

А_н – начальный тепловой импульс, соответствующий начальному перегреву проводника до возникновения короткого замыкания ( ).

Таким образом, уравнение можно записать:

. (21)

Начальный и конечный тепловой импульсы (А_к и А_н) можно определить по графикам:

Определение теплового импульса В_к

Методика вычисления В_к зависит от взаимного расположения точки короткого замыкания и источника короткого замыкания. Различают три случая: удаленное короткое замыкание, короткое замыкание вблизи генераторов, короткое замыкание вблизи двигателей.

П ри удаленном коротком замыкании (I_кз=I''=I_c'') от системы В_к определяется по формуле:

, (22)

где I'' – сверхпереходный ток к.з. от системы, А;

t_откл – время отключения к.з., с.

,

,

где t_п.о.в. – полное время отключения выключателя (время от подачи команды на отключение до погасания дуги), с;

t_о.р.з. – время действия основной релейной защиты, установленной на выключателе, с;

t_с.о.в. – собственное время отключения выключателя (время от момента подачи команды на отключение до расхождения контактов выключателя), с;

t_г.д. – время гашения дуги (учитывая, что в выключателе переменного тока дуга гасится в первый полупериод при прохождении тока через нуль, принимают 0,01 с;

T_а – постоянная времени апериодической составляющей тока к.з., с.

,

где x_Σ – суммарное индуктивное сопротивление схемы, если r=0;

r_Σ – суммарное сопротивление схемы при x=0.

T_{a c}=0,05 c

При коротком замыкании вблизи генераторов необходимо определить отдельно периодическую и апериодическую составляющие теплового импульса:

.

Существует довольно сложная методика определения В_к, основанная на вычислении относительных тепловых импульсов и относительных токовых импульсов для генераторов различных типов.

При практических расчетах можно пользоваться приближенной методикой и определять В_к по формуле:

.

О тносительный тепловой импульс в зависимости от t_откл находится по графикам:

При коротком замыкании вблизи группы двигателей и наличии системы группа двигателей замещается эквивалентным двигателем.

В этом случае:

,

.

Тепловой импульс от периодического тока равен:

,

где T_Э^' – постоянная времени для периодической составляющей тока эквивалентного двигателя (определяется по графикам и таблицам).

Тепловой импульс от апериодического тока определяется:

,

где T_асх. – постоянная времени апериодического тока для всей схемы (определяется по графикам):

.

Методика определения температуры нагрева проводника при к.з.

Необходимо определить расчетное значение температуры и сравнить с допустимым при к.з.:

.

Пользуются формулой (21):

.

1. Определяют в зависимости от вида к.з. B_к.

2. Определяют начальный тепловой импульс Q_н→A_н.

3. Определяют A_к из (21).

4. Определяют по графикам конечный тепловой импульс A_к→Q_к.

,

значит, минимальное сечение проводника:

.

Примеры решения задач

Определить S_{min шины}.

; ;

; ;

С_T – по справочным таблицам; β* – по графикам β*(t_откл).

__________________________________________________________________

О пределить S_{min шины}.

; ;

; ;

С_T – по справочным таблицам.

__________________________________________________________________

О пределить S_{min шины}.

; .

С_T – по справочным таблицам.

Электродинамическое действие токов к.з.

Определение усилий взаимодействия двух

идеальных проводников с током

;

;

;

;

Гн/м – магнитная проницаемость воздуха;

;

;

[Н]

Определение усилий взаимодействия двух

параллельных шин прямоугольного сечения

[Н]

K_{ф_ш} – коэффициент формы шин, учитывающий геометрические размеры и расстояния K_{ф_ш}=f(b,h,l). Если а>>(b,h), то K_{ф_ш}=1.

– K_{ф_ш}=1.

Определение электродинамических усилий при к.з. трехфазной сети

F_max → на фазу В; .

; ; ;

; для системы t=0,01 с; T_a=0,05 с; К_уд=1,8÷1,95.

Расчет шинных конструкций на динамическую стойкость при к.з.

Конструктивные особенности расположения шин

В распределительных устройствах применяют следующие расположения шин:

Расчет состоит в определении механических напряжений, возникающих в шинах при коротких замыканиях, и сравнение этих напряжений с допустимыми для данного материала: .

Для меди σ_доп=170 МПа, для алюминия σ_доп=80 МПа.

Согласно ПУЭ допустимые напряжения в материале шины принимаются равными 70% разрушающего напряжения в материале:

.

Расстояние между фазами определяется требованиями механической прочности шин и электрической прочностью промежутка. При напряжении 6-20 кВ определяющей величиной является механическая прочность, при напряжении больше 20 кВ – электрическая прочность.

Расстояние между изоляторами в пролете одной фазы стремятся увеличить, но это вызывает увеличение механических нарушений.

Для поглощения удлинения шин при изменении температур ставят компенсаторы из фольги. Между компенсаторами шина крепится жестко на одном из изоляторов, на остальных должно быть проскальзывание.

Т огда шину можно считать как многопролетную балку, свободно лежащую на жестких опорах. На шину действует равномерно распределенная нагрузка, максимальное значение которой применяется равным силе, действующей на среднюю фазу при ударном токе трехфазного к.з.

Порядок расчета шин на динамическую стойкость

1. Рисуется схема расположения шин:

2. По известному току к.з. находят максимальное электродинамическое усилие, отнесенное к единице длины проводника:

.

3. Находят изгибающий момент (под действием равномерно распределенной нагрузки):

.

4. Находят момент сопротивления изгибу поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной к направлению силы:

по справочным таблицам

5. Находят максимальные напряжения в материале шины:

.

6. Проверяют условие прочности шины, которое определяется неравенством .

Особенности расчета двухполосных шин

В двухполюсных шинах напряжение возникает как результат взаимодействия фаз σ_ф и полос одной фазы σ_п:

.

; .

Толщина прокладки b_п принимается равной толщине шины, а промежуток между прокладками l_п – равной l, 0,5·l, 0,33·l.

Проверка шин на резонанс

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой колебательную систему. В этой системе возможны резонансные явления. Чтобы не допустить резонансы, дополнительно рассчитывается частота собственных колебаний шин f₀. Резонанс не возникает, если f₀>150 Гц или f₀<30 Гц.

Для алюминиевых шин:

;

для медных шин:

,

где l – длина пролета между изоляторами, м;

I – момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см⁴;

s – поперечное сечение шины, см².

Условия выбора шин РУ

1. По току .

2. По термической стойкости .

3. По механической прочности .

Пример расчета задач

П роверить на термическую стойкость алюминиевую шину сечением S=(60x5) мм², если I''=10,3 кА, t_о.р.з.=1,5 с, t_п.о.в.=0,1 с, ν_н^о=70 ^оС, ν_окр.ср.=25 ^оС, ν_доп.=200 ^оС.

1. ; ;

2. ;

3. по графику ;

4. ;

5. по графику ;

6. ;

7. проверка .

Выбор шинных изоляторов

Условия выбора

Параметры изолятора	Условия выбора
Номинальное напряжение	Uуст≤Uн
Номинальный ток	Iраб_форс≤Iдл_ном
Допустимая нагрузка	Fрасч≤Fдоп

Наибольшая расчетная нагрузка на опорный изолятор

[Н],

где i_уд – ударный ток трехфазного к.з., А;

a – расстояние между осями смежных изоляторов, м;

l – расстояние между изоляторами вдоль шины, м;

K_h – поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент при расположении шин «на ребро» определяется так:

,

где H_из – высота изолятора, м.

,

а при расположении шин «плашмя» .

Способы ограничения токов к.з. в энергосистеме

Для ограничения токов КЗ на электростанциях и в сетях энергосистем могут быть использованы следующие методы:

• оптимизация структуры и параметров сети (схемные решения);

• использования токоограничивающих устройств.

В качестве средств ограничения токов КЗ могут использоваться:

• токоограничивающие реакторы (включая так называемые реакторы нулевой последовательности);

• трансформаторы и автотрансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения;

• трансформаторы с повышенным значением напряжения короткого замыкания;

• токоограничивающие устройства различного типа (резонансные, реакторновентильные, со сверхпроводящими элементами);

• токоограничивающие коммутационные аппараты;

• вставки постоянного тока;

• автотрансформаторы, нормально выполненные без третичной обмотки, соединенной в треугольник;

• автотрансформаторы с размыканием в аварийных условиях третичной обмотки, соединенной в треугольник;

• замена трансформаторов связи сетей 110-750 кВ на двухобмоточные трансформаторы связи;

• другие средства и способы.

1.Разделительная работа генераторов, трансформаторов, блоков, систем, сборных шин.

2.Применение резонансных токоограничивающих устройств.

3.Применение резонансных токоограничивающих реакторов.

I

Характеристики токоограничивающих реакторов

П о конструктивному исполнению различают одинарные и сдвоенные реакторы, по месту включения – секционные и линейные реакторы, по характеристикам – реакторы с линейной и с нелинейной характеристиками, реакторы управляемые и неуправляемые. Сухие бетонные реакторы относятся к неуправляемым реакторам с линейной характеристикой. Они могут выполнять функции как линейных, так и секционных реакторов.

Основными параметрами реакторов являются: номинальное напряжение, номинальный длительный ток, реактивность (в процентах или именованных единицах), потери активной мощности при номинальных условиях, проходная мощность, а также параметры, характеризующие термическую и электродинамическую стойкость реакторов. Сопротивление реактора в относительных единицах при номинальных условиях равно:

,

а сопротивление реактора в именованных единицах (Ом):

Таким образом, сопротивление реактора в именованных единицах прямо пропорционально сопротивлению реактора в относительных единицах и обратно пропорционально номинальному току реактора.

Потеря напряжения в реакторе равна:

В нормальном режиме работы потеря напряжения в реакторе, как правило, не должна быть выше 1-1,5%; при наличии у потребителей компенсирующих устройств в реакторе может быть допущена более высокая потеря напряжения - до 2-3%.

а) режим К. З. R_р ≈ 0

б) нагрузочный режим

, т.к. ,

,

,

при и (нагрузка)

при и

Сдвоенные реакторы

Сдвоенный реактор представляет собой реактор с дополнительным выводом в середине обмотки. Наличие магнитной связи между частями обмотки позволяет уменьшить потерю напряжения в реакторе в нормальном режиме и сохранить при этом токоограничивающую способность реактора. Важным параметром сдвоенного реактора является коэффициент магнитной связи

K ;

при

L ; K

обычно К_св ≈ 0,5

а) сквозной режим

ΔU₁ = wL₁I₁ – wMI₂

при L₁ = L₂ и I₁ = I₂

ΔU₁ = ΔU₂ = wLI (1 - K_св)

Для обычного реактора ΔU = =wLI,

т. е. при К_св = 0,5

ΔU_(2р) 0,5 ΔU_(1р)

б) продольный режим

ΔU = 2wLI + 2wMI = 2wLI (1+ K_св), т. е.

при К_св = 0,5 ΔU_(2р) = 3ΔU_(1р)

в) одноценный режим ΔU = wLI

Выбор реакторов

Реактор проверяют :

1) на динамическую и термическую стойкость,

2) на допустимую величину остаточного напряжения U_ост на сборных шинах при К.З.

U_ост ≥ 0,65 U_ном

Схемы включения реакторов

а) последовательно в цепь генератора

б) включение реакторов в межсекционные связи

в) включение реакторов в цепь отходящих линий

г ) групповые реакторы

К онструкции реакторов

%

I

Способы установки.

Выключатели высокого напряжения ( ГОСТ – 687 – 78)

Это коммутационные аппараты для включения и отключения токов при U 1000 В. Они характеризуются параметрами :

1) номинальный ток отключения – .Определяется максимально – допустимым действующим значением периодической составляющей тока К.З. в момент расхождения контактов;

2) допустимое значение апериодической составляющей в токе К. З. - .

;

;

3) собственное время отключения -

Выключатели бывают:

-сверхбыстродействующие 0,06 с

-быстродействующие 0,08 с

-ускоренного действия 0,12 с

-небыстродействующие 0,25 с

4) предельный ток динамической стойкости при сквозных токах К. З. I_{пр. с} (действующее) и i_{пр. с} (амплитудное значение)

5) предельный ток термической стойкости I_т и его время протекания t_т

6) номинальный ток включения I_вкл^ном

Масляные выключатели

Выключатель – устройство ,которое должно включать и отключать ток нагрузки вплоть до номинального, а также способно включиться на КЗ без приваривания контактов и отключить ток КЗ.

- Масляные выключатели( баковые)

при отключении в масле возникает газовый пузырь, из-за инерции жидкой среды повышается давление, дуга гаснет при растяжениях.

Каждые 10 атмосфер давления воздуха повышают изоляционные свойства на 5кВ/мм. В пузыре может образоваться давление до 80 атмосфер. Учитывая это бак не заполняется маслом полностью и создается воздушный буфер, для предотвращения взрыва существует сбросной клапан (или трубка).

Отключающая способность низкая, поэтому стали применять дугогасительные камеры (ВМКП). В выключателях имеется два разрыва и две камеры на одну фазу. Применяются на напряжение 35-110 кВ, реже 220 кВ.

Для генератора применяют специальные генераторные выключатели, типа МГГ (масляные генераторы горшковые). Контакты делятся на дугогасительные и рабочие воздушные. В начале происходит отключение рабочих контактов (они расположены в воздухе над выключателем) без тока т.к, дугогасительные контакты еще замкнуты . Потом отключаетсся дугогасительный контакт .

МГГ имеет следующие параметры:

-Ток рабочий – несколько десятков кА.

-Ток отключения – 200 и более кА.

-Малая скорость отключения (0,2с).

-Взрыво- и пожароопасность.

Поэтому на всех больших генераторах желательно применять воздушные генераторные выключатели(ВВГ).

Из-за взрывоопасности масляный выключатель необходимо устанавливать либо снаружи, либо во взрывной камере (или в ячейке с сеточным покрытием, но это не рекомендуется)

В настоящее время на вновь строящихся ПС масляные выключатели применяются реже.

Воздушные выключатели

Дугогасящей и изоляционной средой является сжатый воздух ( 20 атмосфер на старых и 20-40 на новых). Рабочее давление отбирается в соответствии с конкретным, рассчитанным для данного выключателя током КЗ, т.к. увеличение давления приводит к механическому напряжению всех элементов и к уменьшению срока их службы.

Все воздушные выключатели делятся на :

1. выключатели со сбросом давления. В нормальном режиме при атмосферном давлении, в момент которого из ресивера подается воздух с давлением 20 атмосфер, который приводит в движение контактную систему и выдувает дугу в атмосферу, и он опять возвращается к атмосферному давлению, т.е., его рабочие контакты замкнутся. Для получения разрыва применяют отделитель. Выключатели на 110,220 кВ.

2. Выключатели баковые воздухонаполненные (ВВБ) – применяются на Чайкино ВНВ (на ЗАЭС).

Баковую конструкцию рассмотрим на ВВБ:

1) Состоит из стального бака, в бак вставлены проходные изоляторы, на которых крепятся неподвижные розеточные контакты.

В баке давление воздуха 20-40 атмосфер. Запаса воздуха хватает на 2 отключения. Для работы трехкратного АПВ линии необходимо выдержать паузу (1-5сек), за это время бак заполнится из ресивера новым воздухом.

Вероятность успешного АПВ - 1-ого -80%, 2-ого-15 %, 3-го-4%.

Схемы выключателей

а) дугогасительная камера МВ

1) корпус камеры

2) масло

3) подвижный контакт

4) дугостойкие перегородки с направляющими каналами

для масла

5) неподвижный контакт

6) электрическая дуга

7) крышка

б) масляный баковый выключатель

в) выключатель с ножом отделителем серии ВВН

г)выключатель с воздухонаполненным отделителем серии ВВН

д) выключатель баковый с металлической гасительной камерой серия ВВБ

Данные воздушных выключателей

Тип ВВ Х-ки	ВВ - 20	ВВБ -330	ВНВ -500	ВНВ -750	ВНВ - 1200
Uном , кВ	20	330	500	750	1200
Iном , кА	12	3,2	4	2	4
Iотклном, кА	115	63	63	63	31,5
t откл , C	0,17	0,04	0,04	0,04	0,05
Число разрывов на фазу	2	8	12	16	24
Давление сжатого воздуха, МПА	2	2 3,2	3,2	4	4

Диаграмма работы контактов выключателя типа ВВН

а) при отключении

б) при включении

к амера

н ож отдел.

в) при БАПВ

камера

Структурная схема управления выключателем

сверхвысокого напряжения

1 – сигнал на отключение

2 – источник световых импульсов

3 - световод

4 – фотодетектор

5 – электромагнитный расценитель

6 – контакт выключателя

7 – зарядное устройство

8 – провод

Измерительные трансформаторы

а) Схема замещения трансформатора напряжения

б) векторная диаграмма напряжений и токов

К

,= ,

=

в) уменьшение погрешностей ТН за счет подгонки витков

Схемы соединения трансформаторов напряжения

а) схема измерения линейных напряжений при помощи однофазного ТН

б) схема соединения однофазных ТН в открытый (неполный) треугольник

в) схема соединения звезда-звезда из трех однофазных ТН

г) схема соединения трехфазного трехстержневого ТН типа НТМК с дополнительной обмоткой для компенсации погрешностей

д ) схема соединения трехфазного пятистержневого ТН типа НТМИ, предназначенного для сетей с изолированной нейтралью

Каскадные трансформаторы напряжения

Емкостные делители напряжения

_________________________________________!

б) ПИН

Uc=Uф/n

Трансформаторы тока

; при ,

Каскадные ТТ

А

А

кВ