книги / Техника высоких напряжений

Это выражение показывает, что максимальное напряжение на защи­ щаемой изоляции в данном случае превышает пробивное напряжение раз­

порциональную крутизне падающей волны напряжения и расстоянию /.

На рис. 35-6,6 пунктиром пока­ заны кривые напряжения на изо­ ляции для других значений т. Сле­ дует иметь в виду, что (35-5) спра­ ведливо только в том случае, если

2т-ИПр<Тф. Если 2T> T$, то

Из этого выражения ясно, что условие 2т>Тф не может иметь ме­ ста в практических схемах, так как при этом максимальное напряжение на изоляции превышает амплитуду падающей волны, которая, как ука­ зывалось выше, может быть суще­ ственно больше допустимого для подстанционной изоляции напряже­ ния. Поэтому всегда 2т существен­ но меньше Тф и (35-5) справедливо.

Рассмотрим теперь, как влияет емкость С защищаемого оборудова­ ния в схеме рис. 35-3,а. Падающая волна, пройдя мимо емкости, дохо­ дит до разрядника со сглаженным фронтом, как показано на рис. 35-7,а, где приведено также по­ строенное графическим способом на-

Рис. 35-7. Графики напряжения на разряд-' нике Up и защищаемой изоляции £/из в схеме рис. 35-3,а при С ф 0 и различных

/ — во л н а, п а д а ю щ а я на р а зр я д н и к ; 2 — у д в о ен н а я во л н а, п а д а ю щ а я на р азр я д н и к ; 3 — о т р а ж е н н а я о т р а зр я д н и к а во л н а; 4 — о т р а ж е н н а я о т р а зр я д н и к а во л н а, с гл а ж е н н а я ем к о стью .

пряжение на разряднике и отражен­ ная от разрядника волна. Дойдя до точки Л, эта отраженная волна также сгладится емкостью, причем результирующая форма этой волны может быть получена с помощью описанного в гл. 30 метода подкасателыюй. Накладываясь на падаю­ щую волну, эта волна дает напря­ жение «а емкости, как показано на рис. 35-7,6, для различных значе­ ний 2т.

Как видно из. сравнения графи­ ков рис. 35-6,6 и 35-7,6, емкость С несколько сглаживает пик напряже-

Рис. 35-8. Графическое построение напряже­ ния на разряднике £/р и изоляции Un3 для схемы рис. 35-3,^ при С = 0 II/пад—сумма

волн, падающих на разрядник с обеих ' сторон.

ния на защищаемом объекте, соот­ ветствующий моменту пробоя вен­ тильного разрядника, однако амплитуда напряжения на изоля­ ции из-за наличия емкости снижает­ ся незначительно, особенно при ма­ лых значениях т, которые, как толь­

запасом и при наличии емкости ма­ ксимальное напряжение на изоля­ ции можно определять по (35-5).

Перейдем теперь к анализу схе­ мы рис. 35-3,6; и вначале также раз­ берем случай, когда емкость защи­ щаемой изоляции равна нулю. Эта схема значительно труднее для рас­ чета, чем предыдущая, так как при­ ходится учитывать многократные отражения волн на участке АВ. При С = 0 в точке В отраженная волна по форме и по амплитуде повторяет падающую, а в точке Л, где вклю­ чен разрядник с нелинейной харак­ теристикой, отраженные волны мо­ гут быть найдены с помощью гра­ фического построения, подобного приведенному на рис. 35-5. Резуль­ таты графического построения для схемы рис. 35-3,6 при С=0 приве­ дены на рис. 35-8.

Как видно из рисунка, благода­ ря нелинейному характеру вольтамперной характеристики разряд­

ника напряжение на нем, несмотря на наличие многократных отраже­ ний, остается практически неизмен­ ным. Поэтому разрядник ведет себя как источник с неизменным напря­ жением и отражение от разрядника происходит с переменой знака. На­ пряжение на изоляции имеет фор­ му колебаний, происходящих вокруг величины остающегося напряжения •на разряднике. Период колебаний

_ . 4/

Т = 4 т= — характерен для линии,

разомкнутой на конце (см. гл. 30). Если, как на рис. 35-8, вентиль­ ный разрядник пробивается после прихода отраженной от холостого конца волны (^пр>2т), то макси­ мальное напряжение на изоляции

рис. 35-3,6 с учетом емкости защи­ щаемого объекта. Графическое по­ строение напряжения на разрядни­ ке и емкости возможно и в этом случае, причем оно обычно выпол­ няется методом подкасательной. Даже не выполняя этого построе­ ния, можно утверждать, что напря­ жение на разряднике, так же как и в схеме без емкости, будет оста­ ваться приблизительно постоянным. Напряжение на емкости сохранит колебательный характер, но эти ко-

Рис. 35-9. Форма напряжения на вентиль­ ном разрядник^

прибегая к громоздким графическим построениям, заменим участок оши­ новки длиной I с емкостью на конце колебательным контуром, восполь­ зовавшись результатами, получен­ ными в § 30-7. Так как в практиче­ ски встречающихся случаях почти всегда отношение емкости изоля­ ции к емкости соединительных про­ водов больше двух, колебательный контур должен состоять из емко­ сти С и индуктивности соединитель­ ных проводов. Частота собственных колебаний этого контура на основа­ нии (30-54) равна:

и период

Г = ~ = 2 « [ / * т = 2 иуШ к. (35-7)

Так как напряжение на разряд­ нике нечувствительно к многократ­ ным отражениям волн на участке /, вместо разрядника в схему замеще­ ния может быть включен источник, который дает напряжение, близкое по форме к волне с косоугольным фронтом (рис. 35-9). Таким образом, схема замещения для рассматривае­ мого случая (рис. 35-10) представ­ ляет собой колебательный контур, имеющий период собственных коле­

баний Т = 2« ] / т . подключенных

к источнику, дающему волну напря­ жения с косоугольным фронтом. Амплитуда напряжения источника может быть принята равной (Уост — остающемуся на разряднике напряже­ нию при предельно допустимом токе (5 или 10 ка), а крутизна аи равна крутизне падающей на подстанцию волны.

При воздействии на колебатель­ ный контур волны с косоугольным

Рис. 35-10. Схема замещения для случая, изображенного на рис. 35-3,6.

фронтом (см. гл. 30), наибольшее на­ пряжение на емкости зависит от ве­ личины отношения Г/тф (рис. 30-18). Так как в рассматриваемом случае

длина фронта 1ф = Ч±22- , а период

собственных колебаний определяется по (35-7), то

что позволяет с помощью рис. 30-18 построить зависимость максимального напряжения на изоляции и Яа.ы/и осг

от -jp— для различных Тс \-с. Такие

зависимости приведены на рис. 35-11. Как отмечалось выше, составленная нами схема замещения дает доста­ точно точные результаты только при 7c / t > 2. Но из рис. 35-11 следует,

zCv

= “ j— . При построении кривой для С = 0

по (35*5) предполагалось, что для разряд­ ника U Пр = Uост-

Рис. 35-13. Графики напряжения в отдельных точках схе­ мы рис. 35-12 и ток в линии (разрядник не пробивается).

промежутки разрядника пробьются после заряд­ ки емкости кабеля, ког­ да напряжения на кабеле и в месте установки раз­ рядника практически одинаковы.

Так как пробой раз­ рядника и дальнейшее повышение напряжения в схеме происходят при большом времени t > > = lK/vK и кабель находится между двумя сопротивлениями (одно из них практически рав­ но бесконечности), зна­ чительно ббльшими вол­ нового сопротивления кабеля, его можно заме­ нить сосредоточенной

резко снижается и становится прак­ тически равным напряжению в на­ чале кабеля. Поэтому искровые промежутки разрядника пробьются либо в самом начале процесса, ли­ бо после большого числа отраже­ ний, когда напряжения в интересу­ ющих нас трех точках практически одинаковы. Оценим вероятность пробоя искровых промежутков раз­ рядника при малом времени. Для этого, очевидно, необходимо, чтобы

аих= аи — было больше U„р.

Но крутизна падающей волны, ее амплитуда и длина фронта связаны

Следовательно, вентильный разрядник пробьется при малом времени, только

,^ 300-1,2-285

если I > — ggg---- = 160 му что для

подстанций 110 кв мало реально. Таким образом, в большинстве прак­ тически важных случаев, искровые

емкостью Ск= ~ = ^ ,

после чего мы приходим к схеме замещения рис. 35-14,а, которая ана­ логична схеме рис. 35,3,6 только по внешнему виду.

Из графиков рис. 35-13 следует, что при сделанном предположении относительно момента пробоя вен­ тильного ;разрядника длина фронта падающей волны, а следовательно, и крутизна аи практически не влия­ ют на величину напряжения в нача­ ле и конце кабеля. Поэтому для про-

L J, = Z T

Рис. 35-14. Схема замещения для случая, изображенного на рис. 35-12.

L

О.Чf

внешней изоляции обычно получа­ ются облегченными. Если атмосфер­ ные условия в месте расположения подстанции (высота над уровнем моря) известны, то координация мо­ жет осуществляться по фактической импульсной прочности изоляции.

Рис. 35-15. Кривые выдерживаемого напря­ жения для трансформаторов различных но­ минальных напряжений.

1 - и в о ы = Ю О кв; и м я к о = 1000 кв; 2 - ü H0M =

= НО кв; U UBK0 = 550 кв; 3 - С / Н0М = 35 кв;

u a vn — “ 5 Кв,

35-6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРОЗОЗАЩИТЫ РЕАЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИИ

Даже в простейших схемах рас­ чет напряжения на изоляции под­ станции весьма громоздок либо мо­

жет проводиться ценой существен­ ных приближений с помощью схем замещения. Расчетные схемы реаль­ ных подстанций настолько сложны, что для них расчетное определение напряжения становится вообще не­ возможным. Поэтому в последнее время все более широкое распрост­ ранение получают эксперименталь­ ные методы. Исследования вначале проводились на реальных подстан­ циях с использованием генератора импульсных напряжений в качестве источника. Однако эти опыты явля­ ются весьма громоздкими и могут дать надежные результаты только для той подстанций, на которой они проводятся. Поэтому основным ме­ тодом исследования грозозащиты подстанций являются опыты на мо­ делях, в которых оборудование за­ меняется сосредоточенными емкос­ тями, ошиновка подстанции —цепо­ чечными схемами (реже отрезками кабелей), вентильные разрядники— специальными электронными схема­ ми. Источником напряжения в мо­ дели является генератор импульс­ ных напряжений (низкого напряже­ ния), который допускает изменение в широких пределах амплитуды вол­ ны, а также длины волны и длины фронта.

Неоднократно проводились сопо­ ставления результатов, полученных на моделях с непосредственными измерениями на подстанциях, одно из таких сопоставлений приведено на рис. 35-17. Все они подтвердили полную надежность полученных с помощью моделей данных, на ос­ новании которых в настоящее вре­ мя составляются все практические рекомендации по защите подстан­ ций от набегающих волн.

Установка для исследования на моделях («Анализатор грозозащиты подстанций») содержит три основ­ ные части:

а)

Рис. 35-17. Осциллограммы напряжений в одной из точек реальной подстанции (а)

имодели (б).

т.е. их амплитуда и форма в опре­ деленных масштабах должны соот­ ветствовать амплитуде и форме ре­ альных волн.

2.Набор элементов (модели оши­ новки, оборудования, разрядников), из которых может быть собрана мо­ дель любой подстанции.

3.Осциллоскоп для регистрации напряжений в различных точках схемы; подача отпирающего импуль­ са на модулятор и напряжения на пластины временной развертки про­ исходит синхронно с работой гене­ ратора импульсов, поэтому на од­

что воспринимается глазам, как не­ подвижное изображение.

Остановимся на моделировании отдельных элементов схемы под­ станции. Отрезки шин моделируют­ ся цепочечными схемами, состоящи­ ми из П-образных ячеек, каждая из которых обычно соответствует уча­

сопротивление, равное волновому •сопротивлению линии, подаются им­ пульсы от ГИН. Амплитуда «набе­ гающей» волны (равная половине напряжения на выводах ГИН) при­ нимается равной разрядному на­ пряжению изоляции линии, а кру­ тизна изменяется. Регистрируются потенциалы в узлах подстанции, наиболее удаленных от разрядни­ ков.

длины подхода и надежности грозо­ защиты подстанции.

Рассмотрим в качестве примера простую схему небольшой подстан­ ции 110 кву представленную на рис. 35-18,а. На рис. 35-18,6 дана схема замещения подстанции при полном числе включенных линий с указа­ нием расстояния между аппарату­ рой по ошиновке и обозначением ос­ новных узлов.

а)

в)