Ответы на ТВН

На рис. 2.6 приведено схематическое устройство главной изоляции высоковольтного трансформатора. Высоковольтные обмотки выполняются катушечного типа или непрерывной цилиндрической многослойной намоткой.

Трансформаторы до 35 кВ выполняются с изолированной нейтралью. Трансформаторы свыше 110 кВ – с заземленной нейтралью.

Схема устройства изоляции высоковольтного трансформатора: 1 – магнитопровод; 2 – низковольтная обмотка (НВ); 3 – высоковольтная обмотка (ВВ); 4 – барьер; 5 – щитки электроизоляции; 6 – масло.

Вводы – это проходные изоляторы на 110 кВ и выше. Они содержат внешнюю и внутреннюю изоляцию сложной конструкции. Внешней изоляцией является фарфоровая покрышка. Внутренняя – участки изоляции в теле ввода. Вводы бывают двух типов: маслобарьерные и бумажномасляные (для UH ≥ 220 кВ).

1) Маслобарьерный ввод 110…150 кВ конденсаторного типа (см. рис. 2.3). Чтобы повысить Uпр, разбивают промежуток наn малых промежутков ба-

рьерами 5 и выравнивают поле металлическими обкладками (фольга на барьерах). В результате Uпр повышается в ~ 2,5 раза.

Обкладки выравнивают поле в радиальном и аксиальном направлениях. Наиболее важно выровнять поле в аксиальном направлении для уменьшения длины ввода. Для этого уступы делают одинаковыми. На рис. 2.4 приведены эпюры распределения напряженностей электрического поля в радиальном (а) и аксиальном (б) направлениях маслобарьерного ввода.

Токоведущий стержень обматывается несколькими слоями бумаги. Основную электрическую прочность изоляции ввода обеспечивает масло, находящееся внутри покрышки.

2) Бумажно-масляный ввод конденсаторного типа на класс напряженияU ≥ 220 кВ. Ввод изготавливается путем намотки на токоведущий стержень (или трубу) изоляционного тела из бумаги. Через каждые 2…4 мм намотки бумаги в тело закладываются конденсаторные обкладки из алюминиевой фольги для выравнивания поля в осевом и радиальном направлениях. После намотки тело пропитывается маслом в вакууме, а после сборки ввод герметизируется.

Рис. 2.3. Конструктивная схема маслобарьерного ввода:

1 – токопровод (стержень); 2 – высоковольтный фланец; 3 – заземленный фланец; 4 – фарфоровая рубашка; 5 – барьеры с обкладками; 6 – масло

Рис. 2.4. Распределение напряженности электрического поля в радиальном (а) и аксиальном (б) направлениях ввода: rc – радиус токопровода (стержня); r1 – радиус первой обкладки (фольги); r2 – радиус второй обкладки (фольги)rф – радиус обкладки у фланца (заземлена); ∆hс – длина уступа изоляции у стержня; ∆h1 – длина уступа на первом барьере; ∆h2 – длина уступа на втором барьере; ∆hф – длина уступа на барьере у фланца.

17.Изоляция силовых кабелей различного класса напряжения.

Электрические кабели – это гибкие изолированные проводники, снабженные защитными оболочками, которые предохраняют изоляцию от внешних механических и иных воздействий. Основными элементами силовых кабелей являются проводники – жилы, изоляция по отношению к земле и между жилами, герметичная металлическая оболочка и защитные покровы.

Основное назначение кабелей – передача электрической энергии от подстанции к потребителям. Силовые кабели высокого напряжения выполняются 4 типов:

1)кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой на напряжение до 35 кВ (рабочая напряжен-

ность ЕРАБ = 2…3 кВ/мм);

2)кабели с бумажной изоляцией с пропиткой маслом под давлением – маслонаполненные кабели:

2…3 атм – низкое давление (ЕРАБ = 3…5 кВ/мм); 4…5 атм – среднее давление (ЕРАБ = 6…8 кВ/мм); 8…15 атм – высокое давление (ЕРАБ = 10…15 кВ/мм);

3)кабели с монолитной полимерной изоляцией (полиэтилен, фторопласт и др.).

4)кабели из сшитого полиэтилена.

Кроме этого, нашли применение кабели в трубах под давлением масла или газа. Разрабатываются криогенные кабели с охлаждением до температуры жидкого азота (77 К) или жидкого гелия (5 К). Кабели выполняются на напряжение до 500 кВ. Разрабатываются кабели на напряжение 750…1150 кВ.

На рис. приведена схема устройства трехфазного кабеля с поясной изоляцией. Такие кабели выпускаются на рабочее напряжение до 10 кВ. На 35 кВ выпускаются кабели с отдельно освинцованными жилами и броней из стальных лент типа АОСБ (А – алюминиевая жила, О– отдельно освинцованные жилы, СБ – броня стальными лентами).

Рис. 2.7. Схема устройства изоляции кабелей до 35 кВ:1 – жила; 2 – фазная изоляция; 3 – поясная изоляция; 4 – герметичное покрытие; 5

– подушка; 6 – броня; 7 – антикоррозионное покрытие; 8 – наполнитель (джут)

На рис. ниже приведена схема устройства маслонаполненного кабеля на рабочее напряжение 110 кВ. Как правило, выполняются однофазными в свинцовой оболочке с броней из круглых или плоских проволок. Например, типа МССК-110,где М – маслонаполненный; С – среднего давления; С – свинцовый экран; К – броня круглой стальной проволокой.

Схема устройства изоляции кабелей до 35 кВ:

1 – жила; 2 – фазная изоляция; 3 – поясная изоляция; 4 – герметичное покрытие; 5 – подушка; 6 – броня; 7 – антикоррозионное покрытие; 8 –

наполнитель (джут)

18.Изоляция вращающихся машин.

Квращающимся машинам высокого напряжения относятся турбо- и гидрогенераторы, синхронные компенсаторы и двигатели большой мощности с номинальным напряжением 3 кВ и выше. Они выполняют важные функции в энергосистемах и на промышленных предприятиях.

Ких изоляции предъявляются очень высокие требования. Гидрогенераторы разрабатываются и изготавливаются на напряжение до 220 кВ. Устройство изоляции вращающейся машины высокого напряжения определяется конструкцией ее статорной обмотки. Изоляция статорных обмоток подразделяется на главную (корпусную) и продольную. Главная – изоляция между проводниками обмотки и корпусом. Она имеет разную конструкцию на пазовых и лобовых частях катушек, а также на выводах (линейных и у нейтрали).

Междуфазная изоляция - изоляция между обмотками различных фаз.

Кпродольной относится изоляция между витками одной катушки, т.е. междувитковая (у стержневых обмоток отсутствует), а также изоляция между уложенными в одном пазу катушками. Междувитковой изоляцией, а также изоляцией между элементарными проводниками обычно служит собственная изоляция обмоточных проводов.

Большое значение имеет регулирование электрического поля в изоляции статорной обмотки. Основная

задача регулирования электрических полей – устранение частичных разрядов в воздушных зазорах между поверхностью изоляции и стенками пазов и устранение скользящих разрядов по поверхности изоляции, в местах выхода обмоток из паза статора, где поле получается резконеоднородным. Для этого используются полупроводящие покрытия из железистой асбестовой ленты и различные лаки. На рис. приведено устройство высоковольтной изоляции в пазу электрической машины.

Схема устройства высоковольтной изоляции электрической машины: 1 – статор; 2 – проводник сплошной; 3 – проводник полый; 4 – витковая (продольная) изоляция; 5 – главная корпусная изоляция; 6 – полупроводящее покрытие; 7 – прокладки; 8 – клин.

Изоляционные материалы, которые используются в электрических машинах, изготавливают на основе слюды (миканит, микаленты, микафорий). Широко используются компаунды (термопластичные), в качестве связующих применяют термореактивные лаки и смолы.

19.Изоляция силовых конденсаторов.

Назначение конденсаторов: 1)улучшение cos ϕ; 2)ВЧ-связь;

3)компенсация сдвига по фазе между током и напряжением; 4)выпрямительные установки – фильтры и др.; 5)высоковольтные импульсные установки.

В качестве изоляции используются: газ, жидкости, твердые неорганические материалы, твердые органические материалы. Твердая изоляция в высоковольтных конденсаторах (чаще органическая) – бумага, пленки с пропиткой маслом. Конденсатор характеризуется удельной запасаемой энергией, например Дж/дм3:

Высоковольтные конденсаторы разного назначения, разных номинальных напряжений и реактивной мощности устроены одинаково: состоят из пакетов секций, соединенных последовательно-параллельнои расположенных в герметизированном корпусе, залитом пропиточной жидкостью.

Основным элементом любого силового конденсатора является секция – спирально намотанный рулон из лент диэлектрика и алюминиевых обкладок, вы-

полняющих роль электродов (рис. ). Секции после намотки сплющивают для уменьшения объема. Устройство секции высоковольтного конденсатора:

1 – фольга; 2 – диэлектрик (слои бумаги, пленки); 3 – выводы.

20.Молния как источник грозовых перенапряжений.

Молния - разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. В облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов ( в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности), молния бывает обычно многократной, т.е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути.

Молния представляет собой электрический разряд между облаком и землей или между облаками. Молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров.

Капли воды, достигшие области отрицательных температур, замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается тонкой корочкой льда. Выделяющееся при этом тепло поддер-

живает температуру внутри капли около 0°С. Имеющиеся в воде положительные ионы под действием разности температур перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, в то время как жидкой части капли (сердцевине) сообщается при этом избыточный отрицательный заряд.

Когда замерзает сердцевина капли, то вследствие ее расширения ранее замерзший поверхностный слой лопается и его положительно заряженные осколки уносятся потоком воздуха в верхние части облака. Таким образом, нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а верхняя положительно. Это один из основных процессов электризации грозовых облаков, и поэтому в большинстве случаев (до 90%) молнии бывают отрицательными, т.е. переносят на землю отрицательный заряд.

Грозовое облако, заряженное с нижней стороны в основном отрицательными зарядами, образует гигантский конденсатор, другой «обкладкой» которого является земля, где на поверхности индуктируются положительные заряды.

По мере концентрации в нижней части облака отрицательных зарядов увеличивается напряженность электрического поля, и когда она достигает критического значения (20-24 кВ/см в зависимости от высоты облака над землей), происходит ионизация воздуха и в сторону земли начинает развиваться разряд. Механизм развития молнии 1)Начальная стадия – лидерная

Молния представляет собой относительно медленно (V≈1,5 105 м/с) развивающийся слабо светящийся канал – лидер. Зона ионизации лидера имеет избыточный заряд того же знака, что и облако. Заряды облака и лидера индуктируют на поверхности земли и на расположенных на ней объектах заряды другого знака. По мере приближения лидера к земле индуктированный заряд и напряженность поля на вершинах возвышающихся над поверхностью земли объектах возрастают и с них могут начать развиваться встречные лидеры, имеющие заряды, по знаку обратные заряду лидера. Ток в лидерной стадии молнии имеет порядок десяток и сотен ампер.

2) Главный разряд

Когда канал развивающегося от облака лидера приближается к земле или к одному из встречных лидеров, то между ними на расстоянии 25-100 м возникает высокая напряженность электрического поля, среднее значение которой оценивается в 10 кВ/см. Промежуток этот пробивается за несколько микросекунд, и в нем выделяется энергия порядка 0,5-5 МДж, которая расходуется на нагрев и термоионизацию. Проводимость этой части канала резко возрастает, и зона повышенной напряженности перемеща-

ется к облаку со скоростью от 1,5 107 до 1,5 108 м/с (0,05-0,5 скорости света). Процесс этот называется главным разрядом и сопровождается сильным свечением канала разряда. Ток в канале за 5-10 мкс достигает десятков и даже одной – двух сотен килоампер, а затем за время 25-200 мкс спадает до половины амплитудного значения. В течении этого очень короткого времени канал разряда разогревается до

температуры 20-30 тыс.°С.

При нагревании канал разряда быстро расширяется, что вызывает распространение в окружающем воздухе ударной волны, имеющей на своем фронте высокое давление и воспринимаемое как гром. Во время главного разряда происходит нейтрализация зарядов лидера.

3) Завершающая (финальная) стадия

По каналу в течении десятков миллисекунд проходит ток порядка десятков и сотен ампер. В это время нейтрализуются заряды облака. Часто на ток финальной стадии накладываются импульсы тока повторных разрядов, во время которых разряжаются на землю скопления зарядов, расположенные в разных местах по высоте грозового облака. Лидер повторных разрядов – так называемый стреловидный лидер – движется со скоростью превосходящей скорость лидера первого разряда и имеющей порядок 106 м/с, поскольку он развивается по уже образованному каналу. Скорости нарастания тока главного разряда в повторных разрядах выше, чем в первом, а амплитуды ниже. Яркие вспышки канала при повторных разрядах воспринимаются как молнии. Чаще всего длительность удара молнии не превышает 0,1 с.

Электрические характеристики молнии

Переход от лидерной стадии к главному разряду можно имитировать замыканием на землю вертикального заряженного провода .Будем считать, что во время лидерной стадии сформировался проводящий

канал (вертикальный провод) с постоянной плотностью отрицательного заряда на единицу длины σ (Кл/м) . При замыкании ключа К происходит нейтрализация отрицательного заряда за счет положительных зарядов, поступающих в канал молнии с поверхности земли.

Если волна нейтрализации распространяется вверх со скоростью V , то амплитуда тока: IM=σ V.

Если провод замыкается на землю через некоторое сопротивление R, то ток уменьшается и определяется как IM =σV Z Z+ R , где z – эквивалентное волновое сопротивление канала молнии (300-600 Ом)

При таких значениях z влияние сопротивления заземления, по крайней мере до R=50 Ом, невелико и с достаточной степенью точности для расчетов молниезащиты можно принимать эквивалентное волновое сопротивление канала молнии бесконечно большим, т.е. рассматривать молнию как источник тока.

С точки зрения электромагнитного воздействия на установки ВН важное значение имеют форма и значение тока главного разряда. Приближенно он имеет вид апериодического импульса

Важнейшей характеристикой является максимальное значение тока молнии IM , часто называемое просто током молнии.

индуктированные напряжения магнитно-связанных цепях. Однако удобнее бывает пользоваться сред-

ней крутизной acp = IM это не вносит существенной ошибки при способе определения продолжитель-

τф

ности фронта, показанном на рис.

Между амплитудой и крутизной фронта тока молнии имеется слабая положительная корреляционная связь: большим токам соответствует большая крутизна. Однако данных пока недостаточно, поэтому принято считать IM и a независимыми случайными величинами. В этом случае:P(IM,a)≈ P(IM)+ P(a)

где P(IM) и P(a) – вероятности того что ток молнии и крутизна будут равны или превысят заданные значенияP(IM ) = e−0,04IM , P(a) = e−0,08a .

При проектировании молниезащитных устройств необходимо учитывать тепловое и электродинамическое действия молнии. Значения зарядов, переносимых молнией, характеризуют энергию, выделяющуюся в точке удара молнии, и расплавление металла в этом месте. Интеграл квадрата тока

∫iM2 dt , называемый также иногда интегралом действия или импульсом квадрата тока, определяет механические воздействия и нагрев проводников при прохождении по ним тока молнии.

21.Защита от прямых ударов молнии.

Для защиты объектов от поражения молнией используются молниеотводы. В зависимости от защищаемого объекта применяют стержневые (подстанции) или тросовые (ВЛ) молниеотводы. Необходимым условием эффективной работы молниеотводов является их хорошее заземление.

Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя удар молнии, токоотвода и заземлителя.

Защитное действие молниеотводом основано на том, что во время лидерной стадии на вершине молниеотвода скапливаются заряды и наибольшие напряженности электрического поля создаются на пути между развивающимся лидером и вершиной молниеотвода. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного лидера еще более усиливает напряженность поля на этом пути, что окончательно предопределяет удар в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий чем молниеотвод, будучи расположен поблизости от него, оказывается за экранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не может быть поражен молнией. Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты.

Зона защиты молниеотвода – пространство вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает определенного достаточно малого значения.

Молниеотводы по типу молниеприемников подразделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем. Тросовые – в виде горизонтально подвешенных проводов. По опорам, к которым крепится трос, прокладываются токоотводы, соединяющие трос с заземлителем.

Открытые распределительные устройства подстанций защищаются стержневыми молниеотводами, а линии электропередачи – тросовыми.

Зоны защиты молниеотводов

Стержневые молниеотводы Зона защиты одиночного стержневого

молниеотвода высотой h≤150 м представляет собой круговой конус (рис.6.4)

с вершиной на высоте h0<h, сечение которого на высоте hx имеет радиус rx. Рис. 6.4 Сечение зоны защиты стержне-

вого молниеотвода Граница зоны защиты находится по формулам (все размеры в метрах).

Зона защиты двух стержневых молниеотводов находящихся вблизи друг от друга, расширяется по сравнению с зонами отдельных молниеотводов. Возникает дополнительный объем зоны защиты, обуслов-

ленный совместным действием двух молниеотводов (рис.6.5) Рис. 6.5 Зона защиты двойного стержневого молниеотвода Несколько близко расположенных молниеотводов образуют «многократный» молниеотвод. Его зона защиты определяется зонами защиты ближайших молниеотводов.

Тросовые молниеотводы

Для защиты протяженных объектов тросовые молниеотводы натягивают над защищаемым объектом и заземляют на опорах. Тросовые молниеотводы используются в основном для защиты проводов ВЛ. В связи с этим пользуют-

ся не зонами защиты, а углами защиты, т. е. углами между вертикальной линией, перпендикулярной тросу, и линией, соединяющей провод и трос.

Грозозащита подстанций, кроме защиты от прямых ударов молнии, должна включать в себя следующие виды защит:

1)от перекрытий при ударах молнии в заземленные конструкции подстанций, т. е. от обратных перекрытий с заземленных элементов на токоведущие части оборудования; 2)от волн, приходящих с линии.

22.Защитные разрядники. Защитные промежутки. Ограничители перенапряжений.

Принцип действия защитного аппарата состоит в том, что он предотвращает появление на электроустановке импульсов перенапряжений, опасных для ее изоляции, и не препятствует работе электроустановки при рабочем напряжении.

Простейшим защитным устройством является искровом промежуток, включенный параллельно изоляционной конструкции. Для предупреждения перекрытия или пробоя изоляции вольт-секундная характеристика защитного искрового промежутка ПЗ с учетом разброса должна в идеальном случае лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции (рис. 22.1). При выполнении этого требования появление опасных для изоляции электроустановок перенапряжений невозможно, так как при набегании импульса напряжения Uпад происходит пробои ПЗ с последующим резким падением («срезом») напряжения. Вслед за импульсным током через защитный промежуток по ионизированному пути устремляется ток, обусловленный напряжением промышленной частоты, — сопровождающий ток. Если электроустановка работает в сети с заземленной нейтралью или если пробои ПЗ произошел в двух или трех фазах, то дуга сопровождающего тока может не погаснуть и импульсный пробой переходит в устойчивое короткое замыкание, которое вызывает аварийное отключение электроустановки. Чтобы этого избе жать, следует обеспечить гашение дуги сопровождающего тока.

Защитные аппараты, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени меньшего, чем время действия релейной защиты, получили название за-

щитных разрядников.

Устройства, которые обеспечивают не только защитуизоляции от перенапряжений но и гашения дуги называются

защитными разрядниками или защитный промежуток.

Имеются два различных способа гашения дуги: в трубчатых разрядниках гашение происходит в результате интенсивного продольного дутья, в вентильных разрядниках — благодаря снижению значения сопровождающего тока с помощью сопротивления, включенного последовательно с искровым промежутком.

ЗАЩИТНЫЕ ПРОМЕЖУТКИ

Конструктивно защитные промежутки выполняются в виде стержневых электродов, создающих резконеодпородное поле. Для таких электродов характерно значительное возрастание разрядного напряжения при малых временах, что не всегда позволяет осуществлять координацию вольт-секупдиых

характеристик изоляции и защитных промежутков во всем диапазоне предразрядпых времен. Как видно из рис. 22.1, при малых временах изоляция может оказаться незащищенной.

Переход импульсного тока при пробое ПЗ в устойчивую дугу может сопровождаться аварийным отключением электроустановки или участка электрической сети. Для повышения надежности электроснабжения желательно ПЗ устанавливать лишь на тех участках сети, которые оборудованы устройствами автоматического повторного включения (АПВ).

Простота и дешевизна стержневых промежутков определяют их широкое применение, особенно в сетях низших классов напряжения. На линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжении принимаются специальные меры но ограничению внутренних перенапряжений, поэтому стержневые промежутки могут на них применяться в качестве координирующих, т.е. для ограничения максимального значения набегающего на подстанцию импульса напряжения и тока через вентильные разрядники при грозовых перенапряжениях.

Трубчатый разрядник

Принципиальная схема устройства и включения трубчатого разрядника (РТ) показана на рис. 22.2. Основу разрядника составляет трубка из газогенерирующего материала 1, Один конец трубки заглушён металлической крышкой, на которой укреплен внутренний стержневой электрод 2. На открытом конце трубки расположен другой электрод в виде кольца 3 . Промежуток l1 между стержневым и кольцевым электродами называется внутренним, или дугогася-шим, промежутком. Трубка отделяется от провода фазы внешним искрозым промежутком l2, иначе газогенерирующин материал трубки постоянно разлагался бы под действием токов утечки.

Защитное действие трубчатого разрядника характеризуется его вольт-секундной характеристикой и сопротивлением заземления. Вольт-секундyая характеристика определяет напряжение срабатывания разрядника, а сопротивление заземления — остающееся на разряднике после его срабатывания импульсное напряжение. Вольт-секундная характеристика зависит от длины внешнего и внутреннего промежутков разрядника и имеет вид, характерный для промежутков с резконеоднородным полем.

Длина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Длина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящи-ми свойствами разрядника и регулированию не подлежит.

При возникновении импульса перенапряжения оба промежутка пробиваются, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. При работе

разрядника слышен звук, напоминающий выстрел, и из трубки выбрасываются раскаленные газы. Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условию защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. А величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит. Для успешного гашения дуги необходимо достаточно интенсивное генерирование газа в трубке, которое зависит от величины проходящего тока. В связи с этим имеется нижний предел токов, которые надежно отключаются трубчатым разрядником. При больших токах слишком интенсивное газообразование может привести к разрыву трубки или срыву наконечников. Поэтому для трубчатых разрядников устанавливают верхний и нижний предел отключаемых токов, значение которых зависит от размеров внутреннего канала разрядника. Изменение внутреннего промежутка и диаметра канала позволяет выпускать трубчатые разрядники с разными пределами отключаемых токов. Выпускаются трубчатые разрядники типа РТ, РТФ, (с фибробакелитовыми трубками), РТВ (с трубками из винипласта) и РТВУ (винипластовые усиленные).

Вентильный разрядник.

Для защиты изоляции электрооборудования подстанций применяются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители напряжения (ОПН). В соответствии с защитными характеристиками этих аппаратов устанавливаются уровни изоляции трансформаторов и аппаратов подстанций.

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рис. 22.4). При воздействии па РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток (ИП) и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении резистора. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике это падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока (рис. 22.5).

Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника Uост. , т.е. напряжение при определенном токе, который называется током координации. Uпр.и. и близкой к нему Uост. должны быть на 20-25% ниже разрядного напряжения изоляции.

После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает про-

ходить ток, определяемый рабочим напряжением. Этот ток называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора разрядника резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжений, сопровождающий ток существенно ограничивается, и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Наибольшее напряжение промышленной частоты на вентильном разряднике, при котором надежно обрывается проходящий через него ток, называется напряжением гашенияUгаш.

Нелинейные резисторы вентильных разрядников выполняются в виде дисков, состоящих из карборундового порошка и связующего материала. В настоящее время применяют диски из велита и тервита. В качестве связи применяют жидкое стекло. Свойства материала резко меняет свое сопротивление в зависимости от напряжения, обеспечивая пропускание очень больших токов при высоких напряжениях и весьма малых – при пониженных напряжениях, называют «вентильными». Отсюда и название разрядника.

Рис. 14.9. Конструкция вентильного разрядника.

Работа вентильного разрядника начинается с пробоя ИП и заканчивается гашением дуги сопровождающего тока. Простейший единичный промежуток состоит (рис.14.10) из двух латунных электродов 1, разделенных миканитовой шайбой 2. При приложении к

промежутку 3 напряжения в воздушных прослойках происходит пробой. Гашение сопровождающего тока простейшими ИП основано на естественном восстановлении электрической прочности между холодными электродами.

Вентильные разрядники состоят из основных частей (рис.14.9): фарфорового цилиндра 1, искровых промежутков 2, вилитовых дисков 3, пружины 4 и крышки 5.

Рис. 14.10. Конструкция искрового промежутка вентильного разряда.

Вентильные разрядники по защитным свойствам делятся наIVгруппы.Iгруппа – серии РВТ (токоограничивающие) и РВРД (с растягивающейся дугой),IIгруппа – серии РВМ (магнитный), РВМГ (магнитный газоразрядной), РВМК-П (магнитный комбинированный с повышенным напряже-

нием),IIIгруппа – серии РВС (станционный) иIVгруппа – серии РВП (подстанционный).

ОПН

В ограничителях перенапряжений (ОПН — ограничитель перенапряжений нелинейный) в силу очень большой нелинейности характеристики резистора сопровождающий ток при рабочем напряжении имеет значение долей миллиампера, что безопасно для защитного аппарата и не создает заметных потерь энергии. Поэтому ОПН выполняются без искровых промежутков. Имеют малые габариты. При перенапряжении рассивается много тепла, следовательно они могут перегреваться и разрушаться, поэтому его нельзя часто включать.

Разработанные в последнее время в СССР и за рубе жом резисторы на основе окиси цинка обладают значительно большей нелинейностью, чем резисторы на основе карборунда. Это позволило создать но-

вый тип защитного аппарата — нелинейный ограничитель перенапряжении (ОПН).

Преимуществами ОПН являются возможность глубокого ограничения перенапряжении, в том числе междуфазных, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, большая пропускная способность.

Применительно к OПН отсутствует понятие напряжении гашения. Однако длительное воздействие резонансных перенапряжений, связанных с прохождением через ОПН больших токов, может нарушить тепловую устойчивость аппарата и привести к аварии. В связи с этим для ОПН установлены допустимые длительности приложения повышенных напряжений, которые должны быть скоординированы, с действием релейных защит.

Применение ОПН позволяет глубоко ограничивать также и междуфазные перенапряжения. Для этого может быть использована схема с искровыми промежутками.

23. Заземления в электрических установках высокого напряжения. Требования к заземлению станций и подстанций.

Для устройства заземлений применяются вертикальные и горизонтальные электроды (заземлители). Для горизонтальных заземлителей используется полосовая сталь шириной 20—40 мм и толщиной не менее 4 мм, а также сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. В качестве вертикальных заземлителей применяются стальные трубы, стержни и профильная сталь. На подстанциях заземлитель представляет собой сложную систему, состоящую обычно из горизонтальных полос, объединяющих вертикальные электроды и образующих сетку на площади, занимаемой подстанцией. На линиях электропередачи в качестве заземлителя опор могут использоваться их железобетонные фундаменты.

Заземлитель характеризуется значением сопротивления, которое окружающая земля оказывает стекающему с него току. Сопротивление заземлителя зависит от его геометрических размеров и удельного сопротивления грунта р, в котором он находится.

При больших импульсных токах — токах молнии — плотность проходящего через заземляющие электроды тока велика, поэтому в земле у поверхности электродов создаются очень высокие напряженности поля Е=1р, превосходящие пробивные напряженности грунта. Вокруг электродов образуются зоны искрения, увеличивающие их эффективные размеры, и сопротивление заземления уменьшается.

Быстрое же нарастание тока молнии на фронте импульса создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивление заземления, наоборот, увеличивается.

В результате влияния того или иного фактора (образования зоны искрения или падения напряжения на индуктивности) сопротивление заземлителя при прохождении тока молнии — так называемое импульсное сопротивление RИ — отличается от стационарного сопротивления заземления, измеренного при переменном напряжении и сравнительно небольшом токе или рассчитанного.

Отношение импульсного и стационарного сопротивлений заземления называется импульсным коэффициентом

Импульсный коэффициент протяженного горизонтального заземлителя больше единицы, и чем больше его длина и меньше длительность фронта импульсного тока, тем выше значение аи.

Следует иметь в виду, что у поверхности протяженного заземлителя имеют место искровые процессы, однако они ослабевают по мере удаления от начала заземлителя, поскольку уменьшаются его

потенциал и плотность стекающего тока. Искровые процессы в земле существенно влияют на