Электромагнитная совместимость.-2

181

рекомендациями МЭК (стандарт 61312-1):

Im = 100 кА, tфр = 10 мкс, tи = 350 мкс.

Допустимый уровень импульсного напряжения (при котором возникновение перекрытия маловероятно) на заземлителе вблизи кабельного лотка определялся по средней напряженности при которой начинается пробой грунта – 300 кВ/м. При этом принималось, что заземлитель расположен под кабельным лотком на расстоянии не менее 0,5м. При этих условиях предельно допустимое импульсное напряжение на заземлителе вблизи кабельного лотка составляет 150 кВ. В том случае, если шина с молниеотвода заходит непосредственно в кабельный лоток или на молниеотводе расположен шкаф цепей вторичной коммутации, то воздействие потенциала молниеотвода при ударе молнии будет происходить непосредственно на изоляцию кабелей, импульсная прочность которой принималась равной 20 кВ.

Проводились измерения импульсного сопротивления отдельно стоящих молниеотводов и определялось соответствие заземляющих устройств молниеотводов требованиям ПУЭ п. 4.2.135, п. 4.2.136, 4.2.137. Импульсные сопротивления отдельно стоящих молниеотводов соответствуют требованиям ПУЭ. Результаты измерений и расчетов отражены в Протоколе № 10. Расчет импульсных помех при ударах молнии проводился в программе «ОРУ-М». Параметры тока молнии при расчетах распределения потенциала на ЗУ принимают в соответствии с рекомендациями МЭК (стандарт 61312-1). Импульсные помехи, вызванные ударами молнии в молниеприемники на ОРУ – 220 кВ, не превышают допустимый уровень.

1.10.12Заключение

Проведено комплексное послеремонтное обследование заземляющего устройства ПС 220 кВ «XYZ» для оценки качества и эффективности ремонтновосстановительных работ. В рамках комплексного обследования выполнены следующие работы:

1. Составлена исполнительная схема заземляющего устройства.

182

2.Измерено сопротивление ЗУ.

3.Проведены измерения и расчет напряжения на ЗУ при замыканиях на

землю.

4.Измерены сопротивления металлосвязи оборудования с ЗУ.

5.Измерены напряжения прикосновения на оборудовании при имитации КЗ на землю.

6.Проведены расчеты напряжения прикосновения при заданных токах однофазного замыкания.

7.Проведены измерения распределения потенциалов и токов по ЗУ при имитации замыкания на землю, проведен расчет токов и напряжений промышленной частоты, воздействующих на вторичное оборудование и системы связи.

8.Проведены измерения импульсного сопротивления ЗУ оборудования и импульсных помех в цепях вторичной коммутации при имитации ВЧ составляющей тока КЗ.

9.Проведены измерения импульсного сопротивления ЗУ молниеотводов, проведены измерения распределения токов и потенциалов по ЗУ при имитации удара молнии в молниеотводы, проведен расчет токов и напряжений, воздействующих на первичное оборудование, вторичное оборудование и системы связи для нормированных параметров тока молнии.

10.Определена степень коррозии заземлителей и заземляющих проводников методом выборочного вскрытия грунта.

11.Составлен паспорт заземляющего устройства.

Сведения об устранении дефектов, обнаруженных при обследовании, приведены в Ведомости устраненных дефектов в Приложении 1.

Выполненные измерения и расчеты представлены в протоколах №№ 1-10,

183

электромагнитной совместимости.

1.10.13Приложение 1

Ведомость устраненных дефектов ЗУ на ПС 220 кВ «XYZ».

184

1.11 Проходной изолятор

Целью работы – изучение влияния тонких проводников на выравнивание напряженности электростатического поля на примере проходного изолятора.

Работа выполняется в студенческой версии системы ELCUT.

Для ввода высокого напряжения внутрь металлических баков высоковольтных трансформаторов, масляных выключателей, силовых конденсаторов и других видов оборудования высокого напряжения используются проходные изоляторы. Конструкцию проходных изоляторов (рисунок 1.72) отличает весьма неблагоприятное расположение электродов, приводящее к крайне неравномерному распределению напряженности электростатического поля (как радиальной, так и аксиальной компоненты). В

первом приближении можно считать, что заземленный фланец и токоведущий стержень образуют цилиндрический конденсатор, для которого свойственна неравномерность распределения напряженности поля по радиусу. В соответствии с этим радиальная напряженность поля вблизи стержня значительно превышает напряженность поля вблизи фланца. Если не учитывать влияние краев, то радиальную компоненту напряженности можно определить по формуле

Кроме того, к неравномерности поля (аксиальной компоненты напряженности, направленной вдоль поверхности изоляции) приводит отличие продольных размеров обкладок конденсатора. В результате, наибольшая напряженность поля имеет место у края фланца, вблизи точки А. Для обеспечения хорошей электрической прочности изоляции необходимо сгладить неравномерность распределения напряженности. Для достижения более равномерного распределения радиальной компоненты напряженности изоляцию делают расслоенной: между слоями диэлектрика равной толщины прокладывают тонкие металлические цилиндры из алюминиевой фольги

185

толщиной 10–20 мкм. В результате получается несколько вложенных друг в друга цилиндрических конденсаторов. Чтобы получить приблизительно равномерное распределение радиальной компоненты напряженности поля во всех слоях изоляции, размеры цилиндров (радиус и длина) должны обеспечивать равные заряды на каждом конденсаторе.

1 – токоведущий стержень; 2 – заземленный фланец; 3 – изоляция (бумажно-масляная или бакелитовая)

Рисунок 1.72 – Эскиз проходного изолятора

Элементарный конденсатор, образуемый цилиндрическим слоем длиной h

и радиусами r и r + ∆r, имеет емкость (рисунок 1.73а)

C 2πεrh .

r

Заряд такого конденсатора будет

q C U 2πεrh U 2πεrh Er ,

r

где

Er U .r

Для выполнения условий Er = const и q = const радиусы и длины конденсаторных обкладок должны подчиняться равенству

186

rh = const. (1.25)

Для улучшения распределения напряженности электростатического поля вблизи краев обкладок, например в области А (рисунок 1.73а) используют дополнительные цилиндрические кольца из фольги, располагаемые у краев основных обкладок (рисунок 1.73б). При изготовлении проходных изоляторов обычно используется не более 2–5 манжет с тем, чтобы толщина слоя изоляции между ними была не менее 1 мм.

1.11.1Задание на работу

1.Получить вариант задания у преподавателя.

2.Для проходного изолятора с заданными размерами стержня и фланца рассчитать электростатическое поле без использования обкладок.

3.Рассмотреть вариант исполнения изолятора с одной основной обкладкой при отсутствии и наличии дополнительных колец.

187

4.Рассчитать электростатическое поле при использовании такого количества основных обкладок, чтобы толщина слоя изоляции между ними равнялась 1 мм.

5.Сопоставить все рассмотренные варианты и дать рекомендации по конструктивному исполнению изолятора.

6.Сформировать выводы по работе.

7.Оформить отчет.

Варианты заданий приведены в таблице 1.14. Таблица 1.14 – Варианты заданий

1.11.2Методические указания к работе

При создании расчетной модели проходного изолятора следует учесть наличие осевой симметрии его конструкции и симметрии верхней и нижней частей плоскости сечения BB (рисунок 1.73а). Условия симметрии в данной задаче означает равенство нулю производной от электростатического потенциала по направлению нормали к поверхности (U/n = 0). Модель расположить горизонтально.

Учитывая наличие электростатического поля не только непосредственно внутри проходного изолятора, но и в окружающем его пространстве, внешние границы расчетной модели должны бытьрасположены таким образом, чтобы имитировать бесконечное удаление (отсутствие изменение поля в нормальном направлении к границе).

Расчетная модель с рекомендуемыми соотношениями размеров изображена на рисунок 1.74. Перед построением модели требуется по формуле (1.25) рассчитать размеры основных обкладок. Приведенная модель содержит

188

два блока (1-2-12-11-1) и (3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-3) с разными диэлектрическими свойствами.

Рисунок 1.74 – Расчетная модель проходного изолятора

Граничные условия:

1-10 – заданный потенциал (U=U0);

2-3-4-5-6-7 – нулевой потенциал (U=0);

7-8-9-10 – условие симметрии (=0);

13-14 – изолированный проводник (задается на основных обкладках и

дополнительных кольцах).

Далее приведен пример расчета размеров и построения модели с двумя тонкими металлическими цилиндрами для варианта №5. Поскольку hc rc = 35 4 = 140 мм и hk rk = 20 7 = 140 мм, то и h0 r0 должно быть равно 140 мм. Так же при построении модели необходимо соблюдать пропорции. Поэтому в данном случае подходящим будет взять значение h0 r0 = 10 14 = 140 мм.

При добавлении второго цилиндра на расстоянии 3 мм по оси y от первого hk rk = (20–3)(7+3) = 140 мм. Т.е. длина этого цилиндра будет равна 17 мм. Аналогичные действия необходимо произвести при добавлении большего

189

количества цилиндров. Построенная модель приведена на рисунке 1.75.

Рисунок 1.75 – Модель проходного изолятора для варианта №5 Инструкция к выполнению работы:

При создании новой задачи ELCUT выбрать следующие настройки: тип задачи – электростатика; класс модели – осесимметричная; единицы длины – миллиметры; система координат – декартова.

При решении данной задачи предпочтительнее использовать неравномерную сетку. Вблизи узлов 8, 9 и 10 сетка может быть крупнее. В областях сильного поля сетку следует измельчить. При использовании студенческой версии существует ограничение на количество узлов. В данном случае рекомендуется в области сильного поля задать шаг дискретизации 1 мм, остальных областях – до нескольких мм.

Напряженность поля рассматривать вдоль контуров 1–2, 3*–3. Полученные зависимости включить в отчет.

1.11.3Содержание и требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать титульный лист, название работы и цель работы, исходные данные, результаты расчетов, таблицы и графики, анализ результатов и выводы по работе.

Оформление должно соответствовать ОС ТУСУР 01-2013 "работы студенческие по направлениям подготовки и специальностям технического профиля. Общие требования и правила оформления".

1.12 Ограничитель перенапряжений

Цель работы – моделирование работы ограничителя перенапряжений

190

нелинейного.

Работа выполняется в студенческой версии системы ELCUT. Ограничители перенапряжений нелинейные – электрические аппараты,

предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений (рисунок 1.76). Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор, переменное, изменяющееся сопротивление). Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей состоит в резко нелинейной вольт-амперной (ВАХ) характеристики и повышенной пропускной способности.

Рисунок 1.76 – Общий вид ограничителей перенапряжений нелинейных Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись)

цинка ZnO. Его смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно -цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т.д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка

(прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n -типа) и междукристаллической прослойки (полупроводник p -типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно-параллельно включённых p-n переходов. Эти переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.