Устройство и назначение вентильных разрядников I гр




Лабораторная работа № 1

 

Вентильные разрядники

 

 

Выполнила: студентка гр.Эб-419

Клименко А.Г.

Проверил: Кириченко Н.В.

 

Омск 2012

Пропускная способность. Выдерживает 20 грозовых импульсов 18 – 20 кА или 20 прямоугольных импульсов длительностью 2000мкс по 400 А (ими заменяют промышленную частоту).

 

Устройство и назначение вентильных разрядников I гр

Разрядники I группы (для тяжелого режима) предназначены для ограничения грозовых и внутренних перенапряжений на вращающихся электрических машинах, работающих на ЛЭП без трансформатора.

 

Рис.1.21. Место включения разрядника IV группы

 

В разрядниках I группы применяются диски из тервита.

 

 

 

Состав нелинейного сопротивления

Нелинейные сопротивления, изготовленные из несвязанных зёрен карборунда, являются нестабильными, боятся тряски и легко изменяют свои характеристики. Поэтому зёрна надо скреплять связующим материалом. В настоящее время применяются диски из вилита и тервита.

Для изготовления вилитовых дисков, в качестве связки применяется жидкое стекло. Это позволяет спекать диски при низкой температуре (380 град.).

Тервитовые диски обжигаются при температуре 1280-1300 град. При этом часть запорных плёнок выгорает, что повышает пропускную способность материала.

Нелинейные характеристики диска.

 

Таблица для построения графиков.

 

I U R
0,10    
1,00    
5,00    
10,00    
    59,72
    27,32
    18,99
    14,94
    12,50
    11,59
    4,51
    2,91
    2,18
    1,76
    1,48
    1,28
    1,13


 

График 1 - Вольт-амперная характеристика U=f(I)

 

График 2 - Ом-амперная характеристика R=f(I)

Искровой промежуток РВС

Рисунок 5 - Единичный искровой промежуток разрядников III группы.

 

Искровой промежуток состоит из двух латунных электродов, разделённых миканитовой шайбой (миканит состоит из лепестков слюды, склеенных лаком). Для уменьшения коэффициента импульса здесь используется активизация промежутка между основными электродами с помощью вспомогательных электродов.

У РВО d=55мм.

Если на основные электроды подать импульсное пробивное напряжение Uимп , то коэффициент импульса:

 

,

 

где Uпр.ч – пробивное напряжение на промышленной частоте.

Это происходит из-за большого времени ожидания эффективного электрона tс.

Для уменьшения времени ожидания эффективного электрона введены вспомогательные электроды, между которыми при более низком напряжении возникает скользящий разряд, поставляющий заряженные частицы и фотоны в основной промежуток, что облегчает и ускоряет его пробой.

 

Пробой основного промежутка (без вспомогательных электродов)

За время t1 напряжение достигло пробивного напряжения на промышленной частоте Uпр.пч. Идет ожидание эффективного электрона.

Рисунок 6 - Пробой основного промежутка.

 

За время tс в искровом промежутке наконец появляется эффективный электрон. Идет формирование канала разряда.

За время tф закончилось формирование канала разряда.

И произошел пробой промежутка. В этом промежутке слишком велико время ожидания эффективного электрона tс

А теперь посмотрите, как помощью вспомогательных электродов поставляются заряженные частицы в основной промежуток и уменьшается время ожидания эффективного электрона tс.

У вспомогательных электродов маленький радиус закругления, поэтому на них выше напряженность, чем на основных электродах, уже при напряжении Uск начинается скользящий разряд.

Подадим на искровой промежуток разрядника импульсное напряжение Uимп той же величины.

 

Пробой искрового промежутка разрядника

Рисунок 7 - Пробой искрового промежутка разрядника.

 

При напряжении Uск начался скользящий разряд (проследите за самым быстрым из электронов).

 

За время t1 напряжение достигло пробивного напряжения на промышленной частоте Uпр.пч. Эффективные электроны уже есть в промежутке и tс будет мало.

За счет скользящего разряда время tс существенно сократилось. Идет формирование канала разряда.

За время tф закончилось формирование канала разряда. И произошел пробой промежутка.

Время ожидания эффективного электрона tс существенно уменьшилось и за время tр напряжение не снизилось до Uпр.пч. Значит можно уменьшить Uимп (и kи).

Вентильные разрядники РВО

Из расcмотренных элементов комплектуются разрядники типов РВП. РВО, РВС. Разрядники РВП выпускались на напряжение 3. 6. 10 кВ и имели рабочий диапазон импульсных токов 3-10 кА. сейчас они сняты с производства.

Вместо них на те же напряжения выпускаются разрядники РВО (облегченные). У них диапазон токов уже (3-5 кА) и они предназначены для защиты сельских сетей.

 

Конструкция вентильного разрядника РВО-10кВ

Рисунок 8 - Схема и конструкция вентильного разрядника РВО-10кВ.

 

Высота 400 мм

Вес 4,8 кг

Диски из вилита d=55 мм (4 штуки: 2 высотой 60 мм и 2- 40 мм)

Искровые промежутки d=42 мм - 11 штук

Uимп = 48 кВ Uпр.пч = 26-30,5 кВ

Uост при 8 кА 48 кВ

Uост при 5 кА 45 кВ

Выдерживает 20 грозовых импульсов 5 кА

 

Разрядник РВО-10 кВ срабатывает при набегании по ЛЭП грозовой волны.

Грозовая волна не может иметь амплитуду больше напряжения импульсного перекрытия изолятора ЛЭП 10 кВ (Uимп.гир.).

Предположим, что на ЛЭП применены фарфоровые подвесные изоляторы типа ПФ6. У них Uимп.гир. = 125- 130 кВ.

Пусть после перекрытия гирлянды волна имела амплитуду Uпад=125 кВ

Но затем, чем больше она пробегает расстояние, тем сильнее у нее сглаживается фронт и уменьшается амплитуда, поэтому у подстанции амплитуда будет меньше.

Срабатывание разрядника РВО-10, стоящего у трансформатора

 

Рисунок 9 - Срабатывание разрядника РВО-10кВ, стоящего у трансформатора.

 

При набегании волны на разрядник, она отражается от трансформатора, поэтому напряжение на разряднике равно их сумме и растет быстрее.

После пробоя напряжение на разряднике слабо зависит от формы волны и почти не изменяется.

Разрядник сработал при Uимп = 48.11 кВ. остающееся напряжение на разряднике Uост = 43.14 кВ. а трансформатор на 10 кВ на заводе испытывается напряжением Uисп = 75 кВ. Так что эта волна Uпад = 96.3 кВ ему не страшна!

 

Срабатывание разрядника при набегании грозовой волны

Таблица для построения графиков.

T (мкс) Uпад (кВ) Uраз (кВ)
0,00 0,00 0,00
0,50 4,71 9,41
1,00 9,22 18,45
1,50 13,57 27,13
2,00 17,73 35,46
2,50 21,73 43,46
2,80 24,05 48,11
Сработал РВО-10  
2,80 24,05 39,16
3,00 25,57 39,47
13,00 75,69 43,04
23,00 93,61 44,21
33,00 95,98 44,40
43,00 91,22 44,11
53,00 83,53 43,66
63,00 75,01 43,35

 

 

График 3 - Срабатывание разрядника РВО−10 кВ

 

Вентильные разрядники РВС

Разрядники РВС выпускаются на напряжение 15, 20, 33, 35 кВ. На более высокие напряжения они комплектуются из этих стандартных элементов. Они имеют очень большое количество последовательно включенных искровых промежутков и, если не принять меры, напряжения на них распределяется по паразитным емкостям и будет резко неравномерным. А это приведёт к снижению пробивного напряжения разрядника на промышленной частоте, но для ограничения внутренних перенапряжений РВС не предназначен. Для выравнивания напряжения каждые 4 промежутка объединяются в блок в фарфоровом корпусе и шунтируются карборундовым резистором. Резисторы выравнивают напряжение на промышленной частоте и практически не влияют на распределение напряжения грозового импульса.

 

Конструкция вентильного разрядника РВС-35 кВ.

 

Рисунок 10 - Конструкция вентильного разрядника РВС-35 кВ.

 

Высота 1210 мм Масса 73 кг

Диски из вилита d=100 мм (11 дисков высотой 60 мм)

Искровые промежутки d=55 мм - 32 штуки (3 блоков по 4 промежутка в каждом)

Uимп = 125кВ

Uпр.пч = 73-93 кВ

Uост при ЗкА 122 кВ

Uост при 5 кА 130 кВ

Uост при 10 кА 143 кВ

Выдерживает 20 грозовых импульсов 10 кА

 

Основные характеристики вентильных разрядников:

 

1. Класс напряжения - это номинальноенапряжение сети, в которой устанавливается разрядник.

Например у РВС - 35 это 35 кВ.

 

2.Импульсное пробивное напряжение (Uпр.имп.)- импульсное напряжение на разряднике, при котором происходит пробой его искрового промежутка.

 

3.Пробивное напряжение на промышленной частоте (Uпр.пч.)- напряжение частоты 50 Гц, при котором происходит пробой искрового промежутка.

 

 

4. Коэффициент импульса.

Рисунок 11 - Коэффициент импульса.

 

 

,

где Uимп - импульсное пробивное напряжение(*)

Uпр.пч - пробивное напряжение на промышленной частоте(+)

У разрядников III-IV группы kи=1.3-1.5

 

5. Коэффициент нелинейности резистора.

Вольт-амперная характеристика диска в логарифмических координатах

n lgU lgI
  3,20 0,00
  4,03 3,00
  4,25 4,50

 

 


 

График 4 - Вольт-амперная характеристика в логарифмических координатах

Тогда ВАХ в расчетах можно заменить простой аналитической зависимостью:

lgU=lgA+a*lgI

для первого участка получим lgU=lgA+a1*lgI,

А1 – постоянная

а1 – показатель нелинейности (у вилита а1=0.28-0.3, у тервита а1=0.35-0.38)

для второго участка имеем lgU=lgA+a2*lgI,

А2 – постоянная второго участка

а2 – показатель нелинейности (у вилита а2=0.11-0.2, у тервита а2=0.15-0.25)

 

6.Остающееся напряжение – это напряжение на разряднике при токе координации.

Рис.12.Остающееся напряжение.

 

 

7 и 8. Напряжение и ток гашения.

Ограничение амплитуды грозового импульса - это еще только половина работы разрядника. Дело в том, что по образовавшемуся каналу устремляется ток промышленной частоты и загорается дуга. Её нужно как можно быстрее погасить, чтобы не произошло разрушение нелинейного резистора. Наибольшее напряжение на разряднике, при котором надежно обрывается сопровождающий ток называется напряжением гашения, а соответствующий ток - током гашения.

Гашение дуги облегчается благодаря двум свойствам разрядника:

1. Сопротивление резистора при низком напряжении резко возрастает, сопровождающий ток уменьшается и гаснет при переходе через нуль.

2. Дуга делится в разряднике на множество коротких дуг и хорошо охлаждается массивными холодными электродами.

Напряжение гашения должно быть равным напряжению на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю:

Uгаш = kз * Uном, где kз - коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали (kз=0.8 для заземленной нейтрали; кз=1.1 для изолированной нейтрали).

Один искровой промежуток разрядников РВС (d=55 мм) способен погасить ток 80-90 А, а РВО (d=42 мм) - 50-60 А.

 

Рисунок 13 - Напряжение и ток гашения на вольт-амперной характеристике.

 

9. Коэффициент защиты

Эффективность вентильного разрядника характеризуется коэффициентом защиты или защитным отношением:

Для РВО-10 кВ получим:

Uост = 45 кВ (при токе координации 5 кА);Uгаш = 1.1*Uном = 11 кВ; Кзащ = 2.89

Чем меньше Кзащ, тем лучше разрядник.

 

10. Пропускная способность разрядника

Разрядник не долговечен. При каждом токовом воздействии в нелинейном резисторе выделяется большое количество энергии. Суммарную энергию, воздействие которой нелинейный резистор способен выдержать без разрушения называют пропускной способностью разрядника. Нормированное число воздействий предельным допустимым током обычно равно двадцати. Допустимый ток сильно зависит от формы импульса и его длительности. Причем, чем больше длительность импульса, тем меньше допустимый ток. В справочниках обычно указывают два значения: для грозового импульса и для тока промышленной частоты.

Например, РВО-10 может выдержать 20 грозовых импульсов по 5 кА или 20 прямоугольных импульсов длительностью 2000 мкс по 75 А (ими заменяют промышленную частоту).

Эмпирическая зависимость между амплитудой (I) и длительностью (tв) описывается следующим уравнением: I *tвm = соnst, где m - постоянная (для РВО-10 m=1-1.07)

Пропускная способность разрядника РВО-10кВ (для 20 импульсов)

Эмпирическая зависимость I=f(tв) для разрядника РВО=10 кВ.

Таблица для построения графика.

 

tв I(A)
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

 

 

 

o Выбор вентильных разрядников по ПУЭ

В ПУЭ сказано, что если к подстанции 35 кВ и выше присоединены воздушные линии, то для защиты изоляции электрооборудования от грозовых перенапряжений нужно поставить вентильные разрядники (обычно ставят РВС в каждую фазу). Расстояние (L) от РВС до трансформаторов и другого обору­дования не должно быть более указанного в таблице.

Поясним это положение ПУЭ на примере подстанции 110/6-10 кВ.

Фрагмент таблицы из ПУЭ

U, кВ Тип опор на подходах Длина подхода, км Расстояние до трансформатора, м
Расстояние до остального оборудования, м
  Опоры с негоризонтальным расположением проводов  
1,5
 
2,5
3 и более

При набегании грозового импульса (кривая 1) на подстанцию, напряжение на вентильном разряднике после срабатывания снижается до Uост1 (кривая 2), которое равно падению напряжения импульсного тока на нелинейных резисторах. На изоляции трансформатора будет такое же напряжение, если расстояние между РВ и трансформатором L=0

 

Рис.14. Схема защиты изоляции подстанции.

Рис.15. Формы волн

 

Форма волн:

1- грозовой импульс

2- напряжение на разряднике

3-Напряжение на трансформаторе

 

На изоляции трансформатора, удалённого от РВ на расстояние L, воздействует напряжение Uост2 (кривая 3), которое является результатом многократных отражений падающей волны от узловых точек подстанции и определяется путём моделирования.

Если L не превышает значений, указанных в таблице ПУЭ, то и Uост2 не превышает допустимых напряжений на изоляции электрооборудования.

 

Вывод:

В данной лабораторной работе мы изучили характеристики и назначение вентильных разрядников. По данным полученным из опытов построили вольт-амперные, ом-амперные характеристики вилитового диска, вольт-амперную характеристику резистора в логарифмических координатов, график срабатывания разрядника при набегании грозовой волны и эмпирическую зависимость I=f(tв) для разрядника РВО=10 кВ.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: