Электрические и электронные аппараты распределительных устройств и подстанций горных предприятий. Учебное пособие

4.Кратность первичного тока измерительного трансформатора – отношение действительного первичного тока к номинальному первичному.

5.Номинальная вторичная нагрузка Z2ном – полное сопротивление внешней вторичной цепи трансформатора, при которой гарантируется установленный класс точности при cosϕ2 ном =0,8 .

6.Номинальная предельная кратность – кратность первичного тока по отношению к номинальному, при котором погрешность не

превышает 10 %, при номинальной вторичной нагрузке Z2ном и номинальном коэффициенте мощности cosϕ2 ном .

Измерительные трансформаторы тока поставляются со следующими значениями первичного и вторичного тока: 5/5; 10/5; 15/5; 20/5; 30/5; 40/5; 50/5; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 800/5; 1000/5; 1500/5; 2000/5; 2500/5; 3000/5; 5000/5; 8000/5; 10000/5.

Измерительный трансформатор напряжения – трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения до значения, удобного для измерения.

Трансформаторы напряжения характеризуются номинальным зна-

чением первичного и вторичного напряжения (100 В или 100/3 ). В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0.

Измерительные трансформаторы напряжения подразделяются:

•на заземляемый измерительный трансформатор напряжения – однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;

•незаземляемый измерительный трансформатор напряжения – трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;

•каскадный измерительный трансформатор напряжения –транс- форматор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединенных секций, передача от которых

квторичным обмоткам осуществляется с помощью связующих и выравнивающих обмоток;

•емкостной измерительный трансформатор напряжения – трансформатор напряжения, содержащий емкостной делитель;

•оптоволоконный измерительный трансформатор напряжения – трансформатор напряжения, в основе действия которого лежат эффекты Поккельса и Фарадея.

91

По материалу диэлектрика измерительные трансформаторы напряжения подразделяются:

•на масляные;

•газонаполненные (элегазовые) трансформаторы;

•сухие;

•с литой изоляцией (компаундные).

Вустановках напряжением до 3 кВ, как правило, используются измерительные трансформаторы с воздушным охлаждением (сухие) (НОС), в установках выше 6 кВ с масляным диэлектриком (НОМ; ЗНОМ; НТМИ; НТМК), элегазовые измерительные трансформаторы, трансформаторы с литой изоляцией (ЗНОЛ).

Вустановках напряжением 110 кВ и выше применяются измерительные трансформаторы напряжения каскадного типа (НКФ) и емкостные делители напряжения (НДЕ).

Вустановках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные измерительные трансформаторы. При напряжении свыше 18 кВ применяются только однофазные измерительные трансформаторы.

На рис. 6.7 представлена схема подключения однофазного измерительного трансформатора напряжения. Измерительный трансформатор напряжения подключается к высоковольтной сети с помощью разъеди-

нителей QS1и QS2, последовательно с которыми в цепь включены дополнительные токоограничивающие сопротивления R1 и R2, для уменьшения токов короткого замыкания и высоковольтные предохранители FU1и FU2. Для защиты измерительных трансформаторов от перегрузок

икоротких замыканий в низковольтной цепи включен низковольтный

предохранитель FU3. В случае пробоя изоляции высоковольтной обмотки сердечник и низковольтная обмотка может получить высокий разряд. В целях обеспечения безопасности обслуживающего персонала

иоборудования один вывод низковольтной обмотки заземляется. Достоинства и недостатки различных измерительных трансформа-

торов представлены в табл. 6.2.

Самым современным измерительным трансформатором является оптический (оптоволоконный) измерительный трансформатор. Толчком для разработки данной технологии послужило наличие недостатков у существующих устройств. Благодаря новому принципу работы, оптические трансформаторы имеют более высокий класс точности измерений, возможность передавать цифровой сигнал неограниченному количеству принимающих устройств. Они дают возможность

92

совмещения измерительного трансформатора тока и напряжения в одном устройстве. Оптоволоконные измерительные трансформаторы обладают низкими массогабаритными показателями; широкими динамическими и частотными диапазонами измерений; устойчивостью к явлению феррорезонанса; взрыво – пожаробезопасностью, полной гальванической развязкой; простотой в эксплуатации.

Высоковольтная линия

Рис.6.7. Схема подключения однофазного измерительного трансформатора напряжения

93

Таблица 6.2

Достоинства и недостатки различных измерительных трансформаторов напряжения

Использование оптических измерительных трансформаторов позволит облегчить создание систем АИИСКУЭ (Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии). Помимо аналоговых сигналов они имеют цифровые интерфейсы, которые полностью согласованы с существующими системами АИИСКУЭ.

Кроме представленных выше измерительных трансформаторов, используются емкостные делители напряжения. На рис. 6.8 представлена схема емкостного делителя напряжения НДЕ-500.

Емкостный делитель напряжения типа НДЕ-500 состоит из трех конденсаторов связи тина СМР-166/3 -0,014 и одного конденсатора

94

отбора мощности типа ОМР-15-0,017. Первичная обмотка трансформатора ТV рассчитана на напряжение 15 кВ.

Высоковольтная линия

Рис. 6.8. Схема емкостного делителя напряжения НДЕ-500

Заградитель (реактор) LR1 препятствует ответвлению токов высокой частоты в трансформатор Т во время работы высокочастотной связи, аппаратура которой подключается к конденсаторам через фильтр присоединения ФП. Реактор LR2 улучшает электрические свойства схемы при увеличении нагрузки. Балластный фильтр или резистор R1 служит для гашения феррорезонансных колебаний во вторичной цепи при внезапном отключении нагрузки.

6.4. Ограничивающие высоковольтные аппараты

Разрядник – электрический аппарат, предназначенный для защиты электрического оборудования от перенапряжений, возникающих при ударе молнии в линию электропередачи напряжением выше 1кВ.

95

Работу разрядника характеризует вольт-секундная характеристика, представленная на рис. 6.9.

U

3

О

2

4

Uном

1

t

Рис. 6.9. Вольт-секундные характеристики электрооборудования при работе разрядника

Под прямой 1 подразумевается номинальное напряжение линии электропередачи. Кривая 3 является вольт-секундной характеристикой изоляции электрооборудования, т.е. времени, в течение которого изоляция электрооборудования может выдержать данное перенапряжение не повреждаясь. Кривая 2 является вольт-секундной характеристикой разрядника. При возникновении перенапряжения (кривая 4) искровой промежуток разрядника пробивается раньше (точка 0), чем изоляция оборудования. Падение напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

К разрядникам предъявляются следующие требования:

1.Вольт-секундная характеристика разрядника должна быть ниже, чем у защищаемого электрического оборудования.

2.При промышленной частоте искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантируемую электрическую прочность.

96

3.Остающееся напряжение на разряднике, характеризующее его ограничивающую способность, не должно превышать значений, которые опасны для изоляции оборудования.

4.Разрядник должен обеспечивать большое число срабатываний без технического обслуживания и ремонта.

Рис. 6.10. Вентильный разрядник: 1 – контактная клемма для подключения к линии; 2 – герметичные крышки разрядника; 3 – блоки искровых промежутков; 4 – керамические изоляторы;

5 – вилитовые диски (нелинейные резисторы); 6 – контактная клемма для подключения к «земле»

97

В настоящее время существует несколько видов разрядников: вентильный, трубчатый (воздушный), магнитовентильный и газовый.

Вентильный разрядник (рис. 6.10) – разрядник, состоящий из двух основных частей: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких, последовательно включенных одинарных промежутков) и рабочего резистора, выполненного из нескольких последовательно включенных вилитовых дисков. Данный вид разрядников называют вилитовый. Вилит – керамический сплав, в состав которого входят карборунд – карбид кремния (SiC) – бесцветные кристаллы с алмазным блеском, технический продукт – зеленый

ичерный, тугоплавок (tпл= 2830 °С), химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора – боразону, используется как абразивный материал и для изготовления деталей химической

иметаллургической аппаратуры, работающей в условиях высоких температур), а также графит и глина. Вилит обладает ценным свойством: при нормальном напряжении пропускает ничтожно малый ток, с повышением напряжения пропускная способность значительно увеличивается.

После снижения напряжения он восстанавливает свое внутреннее сопротивление. Следует отметить необходимость герметизации вилитовых дисков ввиду их значительной гигроскопичности, из-за которой вилит изменяет свои характеристики.

Как правило, вентильный разрядник присоединяется искровыми промежутками к линии или шинам подстанции через разъединитель,

авилитовыми дисками – к заземлителю.

Вентильные разрядники работаю бесшумно и экологически безопасны (отсутствуют выбросы газов в атмосферу).

Трубчатый (воздушный) разрядник (рис. 6.11) – электрический аппарат, представляющий собой дугогасительную трубку из полимеров, способных подвергаться термической деструкции с выделением значительного количества газов и без значительного обугливания. Как правило, в качестве материала трубки используются фибра (использовалась ранее), винипласт или оргстекло. Один электрод разрядника заземляется, а второй располагается на определенном расстоянии от него (расстояние определяет напряжение срабатывания или пробоя) и имеет прямое электрическое подключение к защищаемой линии. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация (плазма) и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для гашения дуги. В воздушном разряднике от-

98

крытого типа выброс плазменных газов осуществляется в атмосферу. На рис. 6.12 представлено обозначение разрядников на электрических схемах.

Рис. 6.11. Трубчатый разрядник: 1 – стержневой электрод; 2 – газогенерирующая трубка; 3 – кольцевой электрод; 4 – внешний искровой промежуток

Рис. 6.12. Обозначение разрядников на электрических схемах: 1 – общее обозначение разрядника; 2 – трубчатый разрядник; 3 – вентильный (магнитовентильный) разрядник;

4 – ограничитель перенапряжения

99

При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка, внешний и внутренний, пробиваются, импульсный ток отводится

вземлю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, а искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит. Следует отметить, что внешний искровой промежуток необходим для того, чтобы трубка разрядника не находилась под напряжением, в противном случае токи утечки будут вызывать обугливание, а затем и сгорание трубки.

Газовый разрядник – ЭА, по структуре идентичный трубчатому разряднику, за исключением того, что электрический разряд происходит в замкнутом пространстве, заполненном инертным газом. Данная технология позволяет обеспечить лучшие характеристики скорости срабатывания и гашения дугового разряда. Газовые разрядники имеют ограничение по напряжению, как правило, уровень напряжения не превышает 5 кВ.

Магнитовентильный разрядник состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенных

вфарфоровый цилиндр. При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

Ограничители перенапряжений (ОПН) предназначены для защиты от коммутационных и грозовых перенапряжений электрооборудования сетей с изолированной или компенсированной нейтралью напряжением 0,22…0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц.

Ограничители представляют собой защитные аппараты опорноподвесного типа, состоящие из последовательно соединенных ок-

100