книги / Электрические аппараты

частоты, который называется с о п р о в о ж д а ю щ и м . Сопровождающий ток может изменяться в широких пре­ делах.

Чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в воз­ можно малое время (около полупериода промышленной частоты).

Кразрядникам предъявляются следующие требования.

1.Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже характеристики защищаемого объекта и долж­ на быть пологой.

2 Искровой промежуток разрядника должен иметь опре­ деленную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте (50 Гц) и при импульсах.

3.Остающееся напряжение на разряднике, характери­ зующее его ограничивающую способность, не должно до­ стигать опасных для изоляции оборудования значений.

4.Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отклю­ чаться за минимальное время.

5.Разрядник должен допускать большое число сраба­ тываний без осмотра и ремонта.

21.2. ТРУБЧАТЫЕ РАЗРЯДНИКИ

мы поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3

При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под Действием охлаждения промежутка Si газами, выходящими из разряд­ ника.

В заземленном электроде 4 имеется буферный объем 5, где накап­ ливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через

нуль создается газовое дутье из буферного объема, что способствует эффективному гашению дуги (§ 18.3).

Предельный отключаемый ток промышленной частоты определяет­ ся механической прочностью обоймы и составляет 10 кА для фиброба­ келитовой обоймы и 20 кА для винипластовой, упрочненной стеклотка­ нью на эпоксидной смоле. Сопровождающий ток частотой 50 Гц опре­ деляется местом расположения разрядника и меняется в довольно широком диапазоне в зависимости от режима работы энергосистемы. Поэтому должны быть известны минимальные и максимальные значе­ ния тока КЗ в месте установки разрядника.

Минимальный ток разрядника определяется гасящей способностью трубки. Чем меньше диаметр выхлопного канала, чем больше его длина, тем меньше нижний предел отключаемого тока. Однако при больших токах в трубке возникает высокое давление. При недостаточной меха­ нической прочности трубки может произойти разрушение разрядника. В настоящее время выпускаются винипластовые разрядники высокой прочности с наибольшим отключаемым током до 20 кА.

Работа трубчатого разрядника сопровождается сильным звуковым эффектом и выбросом газов. Так, зона выброса газов разрядника РТВ-110 имеет вид конуса с диаметром 3,5 и высотой 2,2 м. При раз­ мещении разрядников необходимо, чтобы в эту зону не попадали эле­ менты, находящиеся под высоким потенциалом.

Защитная характеристика разрядника в значительной степени за­ висит от вольт-секундной характеристики искрового промежутка. В трубчатом разряднике промежуток образован стержневыми электро­ дами, имеющими крутую вольт-секундную характеристику из-за боль­ шой неоднородности электрического поля. В то же время электрическое поле в защищаемых аппаратах и оборудовании стремятся сделать рав­ номерным с целью более полного использования изоляционных матери­ алов и уменьшения габаритов и массы. При равномерном поле вольтсекундная характеристика получается пологой, практически мало зави­ сящей от времени. В связи с этим трубчатые разрядники, имеющие крутую вольт-секундную характеристику, непригодны для защиты под­ станционного оборудования. Обычно с их помощью защищается только линейная изоляция (изоляция, создаваемая подвесными изоляторами). При выборе трубчатого разрядника необходимо рассчитать возможный минимальный и максимальный ток КЗ в месте установки в по этим то­ кам выбрать соответствующий разрядник. Номинальное напряжение разрядника должно соответствовать номинальному напряжению сети. Размеры внутреннего Si и внешнего Sг промежутков (рис. 21.2) выби­ раются по специальным таблицам [4.3J.

ка при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги сопровождающего тока.

После пробоя искровых промежутков напряжение на разряднике Uр=П?р.

Если сопротивление разрядника Rp, определяемое рабочими рези­ сторами, линейное, то напряжение на разряднике растет пропорцио­ нально току и может стать выше допустимого для защищаемого обо­ рудования. Для ограничения напряжения Up сопротивление Rp выпол­ няется нелинейным и с ростом тока уменьшается. Зависимость между напряжением и током в этом случае выражается как

Up = Ala ,

где А — постоянная, характеризующая напряжение на сопротивлении Rp при токе 1 А; а — показатель нелинейности. Случай, когда а=0, яв­ ляется идеальным, так как напряжение Up не зависит от тока.

Описанные разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что дает воз­ можность пропустить большой ток при относительно небольшом паде­ нии напряжения.

В качестве материала нелинейных резисторов широко применяется вилит. В области больших токов его показатель нелинейности а=0,13-ь -г0,2. Типичная вольт-амперная характеристика вилитового резистора приведена на рис. 21.4, а. При небольших токах сопротивление Rp ве­ лико и напряжение линейно растет с ростом тока (область А). При больших токах сопротивление резко уменьшается и напряжение Up поч­ ти не растет (область В).

Основу вилита составляют зерна карборунда SIC с удельным со­ противлением около 10-2 Ом-м. На поверхности карборундовых зерен создается пленка оксида кремния Si02 толщиной 10-7 м, сопротивление которой зависит от приложенного к ней напряжения. При небольших напряжениях удельное сопротивление пленки составляет 104—10еОм-м. При увеличении приложенного напряжения сопротивление пленки рез­ ко уменьшается, сопротивление определяется в основном зернами кар­ борунда и падение напряжения ограничивается.

Рабочие резисторы изготавливаются в виде дисков диаметром 0,1—0,15 м и высотой (20-4-60) • 10-s м. С помощью жидкого стекла зер­ на карборунда прочно связываются между собой.

Вилит очень гигроскопичен. Для защиты от влаги цилиндрическая поверхность дисков покрывается изолирующей обмазкой. Торцевые по­ верхности являются контактными и металлизируются.

Обычно несколько рабочих резисторов в виде дисков соединяются последовательно (на рис. 21.3, а изображено 10 дисков). При наличии п дисков остающееся напряжение

Uост — ПАР- •

Для уменьшения остающегося напряжения число дисков п должно быть возможно меньше.

При прохождении тока температура дисков повышается. При про­ текании импульса тока большой амплитуды, но малой длительности (десятки микросекунд) резисторы не успевают нагреваться до высокой температуры. При длительном протекании даже небольших токов про­

свойства, и разрядник выходит из строя.

Предельно допустимая амплитуда импульса тока для диска диа­ метром 100 мм равна 10 кА при длительности импульса 40 мкс. Допу­ стимая амплитуда прямоугольного импульса с длительностью 2000 мкс не превышает 150 А. Такие токи диск без повреждения пропускает 20— 30 раз.

После прохождения импульсного тока через разрядник начинает протекать сопровождающий ток, представляющий собой ток промыш­ ленной частоты. По мере приближения тока к нулевому значению со­ противление вилита резко увеличивается, что ведет к искажению сину­ соидальной формы тока. Увеличение сопротивления цепи ведет к умень­ шению тока и угла сдвига фаз ф между током и напряжением (<р-»-0). На рис. 21.4,6, показаны кривые токов в рабочем резисторе. Здесь I — напряжение источника 50 Гц; 2 — кривая тока цепи, определяемого ин­ дуктивным сопротивлением Х\ 3 — кривая тока, определяемого рабочим резистором (ЛР3>Х). Из-за нелинейности резистора /?р уменьшается возвращающееся напряжение (напряжение промышленной частоты). Уменьшение скорости подхода тока к нулю уменьшает мощность дуги в области нулевого значения тока. Все это облегчает процесс гашения дуги, горящей между электродами разрядного промежутка. Благодаря применению латунных электродов в искровых промежутках после про­ хода тока через нуль около каждого катода образуется промежуток, электрическая прочность которого 1,5 кВ. Это обеспечивает гашение сопровождающего тока при первом прохождении тока через нуль и по­ зволяет погасить дугу в искровых промежутках без применения специ­ альных дугогасительных устройств.

Устройство искрового промежутка вентильного разрядника ясно из рис. 21.3, б. Форма электродов обеспечивает равномерное электрическое поле, что позволяет получить пологую вольт-секундную характеристи­ ку. Расстояние между электродами принимается (0,5-ь 1)-10~3 м.

Возникновение заряда в закрытом объеме разрядника при малой длительности импульса тока затруднено. Для облегчения ионизации искрового промежутка между электродами помещается миканитовая прокладка. Так как диэлектрическая проницаемость воздуха значитель­

но меньше, чем у входящей в состав миканита слюды, то в приэлектродном объеме воздуха возникают высокие градиенты электрического поля, вызывающие его начальную ионизацию. Образующиеся электро­ ны приводят к быстрому формированию разряда в центре искрового промежутка.

Искровые промежутки последовательно соединяются, образуя блок (см. рис. 21.3,6). Обычно разрядник имеет несколько таких блоков. Результирующая вольт-секундная характеристика последовательно со­ единенных промежутков достаточно пологая.

Экспериментально установлено, что одиночный искровой промежу­ ток способен отключить сопровождающий ток с амплитудой 80—100 А при действующем значении напряжения 1—1,5 кВ. Число единичных

Рис. 21.5. Комбинированный разрядник с тервитовыми резисторами

промежутков выбирается исходя из этого напряжения. Количество дис­ ков рабочего резистора должно быть таким, чтобы максимальное зна­ чение тока не превысило 80—100 А. При этом гашение дуги обеспечи­ вается за один полупериод.

Для обеспечения равномерной нагрузки при промышленной частоте промежутки шунтируются нелинейными резисторами 1 (рис. 21.3). Тер­ мическая стойкость дисков рассчитана на пропускание сопровождающе­ го тока в течение одного-двух полупериодов.

Внутренние перенапряжения имеют низкочастотный характер и мо­ гут длиться до 1 с. Вследствие малой термической стойкости вилит не может быть использован для ограничения внутренних перенапряжений. Для ограничения внутренних перенапряжений используется аналогич­ ный вилиту материал тервит, обладающий большой термической стой­ костью и повышенным показателем нелинейности а=0,15-^0,29.

Тервитовые диски используются в комбинированных разрядниках

где UntM — напряжение пробоя частотой 50 Гц искрового промежутка.

4. Защитное действие нелинейного резистора характери­ зуется коэффициентом защиты

^защ = Uо с ч У 2^гаш)>

где Uост — напряжение на разряднике при импульсном то­ ке 5— 14 кА. Это напряжение должно быть на 20—25 % ниже разрядного напряжения защищаемой изоляции.

Расчет элементов разрядников рассмотрен в [4 4].

21.4. РАЗРЯДНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для защиты установок от перенапряжений постоянного тока могут быть применены вентильные разрядники Однако гашение дуги посто­ янного тока значительно сложнее, чем переменного. Для использования околоэлектродного падения напряжения требуется очень большое чис­ ло искровых промежутков, так как на каждой паре электродов напря­ жение не должно превышать 20—30 В

Для гашения дуги целесообразно использовать магнитное дутье с помощью постоянных магнитов Возникающая при этом электродина­ мическая сила с большой скоростью перемещает дугу в узкой щели из дугостойкого изоляционного материала В результате интенсивного ох­ лаждения дуги ее сопротивление увеличивается и ток прекращается

Вентильный разрядник для сети с напряжением 3 кВ постоянного

Рис. 21 6 Разрядник постоян­ ного тока

На основе оксида цинка, имеющего резко выраженную нелинейность вольт-амперной характеристики, разработана серия нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) на номинальное напряжение 110—500 кВ.

ОПН представляет собой нелинейный резистор с высо­

f/ф ток, протекающий через резисторы, уменьшается в 10® раз. Сопровождающий ток, протекающий после срабатыва­ ния аппарата, невелик (миллиамперы), так же как и неве­ лика мощность, выделяемая в резисторах. Это позволяет отказаться от последовательного включения нескольких искровых промежутков и дает возможность присоединять ОПН непосредственно к защищаемому оборудованию, что значительно повышает надежность работы.

Высокая нелинейность резисторов ОПН (для области больших токов а«*0,04) позволяет значительно снизить пе­ ренапряжения и уменьшить габариты оборудования, осо­ бенно при напряжении 750 и 1150 кВ.

Габаритные размеры и масса ОПН намного меньше, чем у обычных вентильных разрядников того же класса напря­ жения.

Глава д вад ц ать в т о р а я

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

22.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для удобства измерения тока в установках высокого на­ пряжения и изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения служат транс­ форматоры тока (TT). ТТ имеет замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку пропускает­ ся измеряемый ток, вторичная обмотка подключается к из­ мерительным приборам или реле. Первичная обмотка изо-

Ij 1г

*

X2iR2>^2 К

Е

Ш2)Г2)Х

а)

Рис. 22.1. Схема включения и схемы замещения трансформатора тока

лирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата. Один вывод вторичной обмотки обязательно за ­ земляется.

В случае повреждения изоляции приборы и реле оста­ ются под потенциалом земли. Схема включения трансфор­ матора тока ТА показана на рис. 22.1, а. В цепь вторичной обмотки включаются измерительные приборы или реле, яв­ ляющиеся нагрузкой TT (/?2, Х2, Z2). Ток Д в первичной об­ мотке ТТ определяется сопротивлением Zb которое на не­ сколько порядков выше, чем входное сопротивление ТТ при любом сопротивлении нагрузки Z2. Для анализа работы ТТ