| |||||
МЕНЮ
| Высоковольтные шунтирующие сопротивленияВысоковольтные шунтирующие сопротивленияСОДЕРЖАНИЕ I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШС ............ стр.2 II. КОНСТРУКЦИЯ ШС ВВ ............................... стр.3 III. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ШС ............................. стр.8 IV. ПРИМЕНЕНИЕ ШС ................................... стр.13 V. ВЛИЯНИЕ ШС НА ВН НА КОНТАКТАХ .................... стр.14 ЛИТЕРАТУРА .......................................... стр.15 I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ Большинство современных воздушных выключателей (ВВ) снабжено шунтирующими сопротивлениями (ШС), т.е. сопротивлениями, подключаемыми параллельно контактам выключателей. От ШС в значительной мере зависит эффективность работы выключателей. По назначению ШС могут быть разделены на три основные группы: - сопротивления, предназначенные для влияния на параметры переходного восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя при отключении коротких замыканий; Наибольшее распространение получили сопротивления первой группы. Ими
снабжаются генераторные выключатели для нейтрализации высоких частот Поскольку проблема отключения тока через эти сопротивления становится иногда весьма сложной, в ряде случаев применяется двухступенчатое шунтирование. Как правило, в качестве сопротивлений первой группы используются линейные металлические или керамические сопротивления. Не менее важное значение, особенно для выключателей сверхвысокого напряжения, имеют сопротивления второй группы. Их основное назначение – - ограничивать перенапряжения при отключении ненагруженных
трансформаторов, реакторов, синхронных компенсаторов, а также при
коммутации ненагруженных линий. В отличие от сопротивлений первой группы,
вводимых в действие только при отключении, сопротивления второй группы в
ряде случаев вводятся при включении (предвключаемые сопротивления). II. КОНСТРУКЦИЯ ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ 2.1. Общие сведения Шунтируюшие сопротивления используются практически во всех современных воздушных выключателях, однако число используемых конструкций сопротивлений весьма ограничено. По роду установки шунтирующие сопротивления классифицируются на три группы: наружной установки, внутренней установки и для работы в средах с высокой электрической прочностью (например, в сжатом воздухе, SF6, масле и т.п.). По конструктивному исполнению сопротивления можно разделить на две группы: сопротивления с металлическими токоведущими элементами (круглыми или плоскими) и объёмные сопротивления (линейные или нелинейные), выполненные из специальной керамики. В таблице 1 и в таблице 2 приведены необходимые для расчётов характеристики отечественных металлических и изоляционных материалов, применяемых в конструкциях сопротивлений. Наиболее перспективными являются конструкции безындуктивных объёмных
шунтирующих сопротивлений. В мировой практике наибольшее распространение
получили керамические объёмные сопротивления фирмы «Морганайт», выпуск
аналогичных элементов сопротивлений освоен также российской
промышленностью. Для современных линейных объёмных сопротивлений достигнута
теплоёмкость в единице объёма при адиабатном нагреве до 300 Минимальное значение mн для нелинейных сопротивлений обычно составляет Для иллюстрации эффективности применения нелинейных сопротивлений при отключении малых индуктивных токов на рис. приведена зависимость кратности перенапряжений от отношения срезанного тока к его амплитуде при нелинейном сопротивлении с характеристическим уравнением ir = 0,0025.I.(uв/E)5, где I = E/((.L). Рассмотрим более подробно конструкции сопротивлений различных типов. 2.2. Сопротивления с металлическими токоведущими элементами На рис.1 приведена конструкция ШС наружной установки с ленточным
токоведущим элементом. Согнутая зигзагообразно лента из нихрома Х20Н80Т со
слюдопластовыми прокладками заложена в металлические коробочки,
изолированные друг от друга миканитовыми прокладками и собранные в пакет,
который в свою очередь помещён в фарфоровую герметизированную покрышку. На рис.3 изображено ШС наружной установки, которое применяющееся в
отечественных ВВ для особо тяжёлых условий по скорости восстановления
напряжения. Две параллельные ленты 3 из нихрома ОХ23Ю5 с проложенными между
сгибами миканитовыми прокладками круглой формы 4 и концевыми латунными
контактами сжаты между основанием 1 и крышкой 5 посредством регулировочных
болтов 7 в фарфоровой герметизированной покрышке 2, в которую для
поглощения выделяющейся из миканита при нагреве остаточной влаги вложен
пакет с силикагелем 6. Поскольку сам пакет обладает пружинящими свойствами,
дополнительных сжимающих приспособлений в этом сопротивлении не требуется. На рис.4 приведена конструкция сопротивления 150 Ом наружной установки
со спиральным токоведущим элементом, применяемого в отечественных ВВ с
газонаполненным отделителем. Спираль 3, выполненная из хромелевой проволоки На рис.5 показано сопротивление с ленточным токоведущим элементом для
генераторных выключателей внутренней установки. Нихромовая лента согнута
зигзагообразно, между отдельными зигзагами проложены миканитовые прокладки На рис.6 тоже приведена конструкция шунтирующего сопротивления со
спиральным токоведущим элементом для работы в сжатом воздухе, применяющаяся
в отечественных воздушных выключателях с металлической гасительной камерой
на высоком напряжении. Спираль 5, выполненная из нихромовой проволоки 2.3. Сопротивления с объёмными токоведущими элементами Элементы объёмных сопротивлений, как правило, выполняются в виде дисков, иногда с центральным отверстием, или цилиндров. На торцевые поверхности элементов по специальной технологии наносится слой металлизации для создания надёжного контакта с соседними элементами или контактной арматурой; необходимое контактное нажатие составляет примерно 2,1 кг/см2; боковая поверхность элементов обычно покрывается слоем жаропрочной изоляционной эмали или глазуруется. Блок керамических ШС, применяемых в ВВ с металлической камерой фирмы На рис.2 показано шунтирующее сопротивление наружной установки с бетэловым элементом, применяющееся для отечественных выключателей с газонаполненным отделителем. Бетэловый элемент (БЭ) представляет собой цилиндр диаметром 0,25 м и высотой 1 м, армированный по торцам стальными фланцами, приклеиваемыми специальным составом. Сопротивление элемента может быть от 10 до 1000 Ом с адиабатным поглощением энергии до 5 МДж, индуктивность его составляет 0,2 – 0,5 мГн. Бетэловый элемент помещён в герметизированную фарфоровую покрышку, закрытую по торцам фланцами. На рис.7 приведено нелинейное ШС, применяющееся на ВВ внутренней
установки напряжением 35 кВ, предназначенном для отключения
электротермических установок. Двадцать последовательно соединённых
керамических дисков 1 помещены для защиты от механических повреждений в
изоляционный цилиндр 2. Цилиндр с обеих сторон закрыт фланцами 3, с помощью
которых производится крепление сопротивления к камере. Электрическая цепь
керамических дисков с фланцами 3 создаётся пружиной 4 и шайбой 6. На рис.8 представлена в разрезе вспомогательная камера воздушного
выключателя фирмы «Делль» с дисковыми керамическими сопротивлениями. III. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В зависимости от назначения щунтирующих сопротивлений в воздушных выключателях имеется довольно много разновидностей схем их включения. Эти схемы отличаются друг от друга как принципиально, по режиму протекания основного и сопровождающего тока, так и функционально, по временной координации разрывов в операции отключения и включения. Существенно также различие самих сопротивлений, которые в основном определяются режимом работы и параметрами выключателей. На рис.16 приведены три основные схемы, классифицированные по способу
подсоединения шунтирующих сопротивлений; в свою очередь каждая из этих схем
имеет несколько исполнений – в зависимости от временной координации. С учётом времени гашения вспомогательной дуги наибольшее время обтекания сопротивлений током составляет 0,04 – 0,07 сек, что предопределяет довольно тяжёлый термический режим сопротивлений, особенно при работе в циклах. Схема позволяет во включенном положении выключателя держать вспомогательные контакты разомкнутыми, включая их только после подачи команды на отключение (до размыкания главных контактов). По данной схеме возможно также двухстороннее использование сопротивлений (при отключении и включении). При этом временная координация должна предусматривать отключение вспомогательных контактов позже главных, а включение – раньше. При наличии отделителя в этом случае он отключается последним, а включается первым. Особенностью схемы при отсутствии отделителя является необходимость разомкнутого положения как главных, так и вспомогательных контактов в отключенном положении выключателя и соответствующее их выполнение с точки зрения изоляционной прочности. В некоторых случаях, особенно для выключателей высоких классов напряжения, сопротивления подключают только при включении. При этом после завершения операции включения вспомогательные контакты размыкаются и остаются в отключенном положении. Схема а распространена в воздушных выключателях на все напряжения. Назначение сопротивлений по этой схеме – снижение скорости восстановления напряжения при отключении и ограничение коммутационных перенапряжений при включении. В большинстве случаев применяются линейные сопротивления, однако в некоторых специальных случаях сопротивления выполняются нелинейными (для ограничения коммутационных перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов и малых индуктивных токов). При этом при наличии отделителя вспомогательные контакты могут вообще отсутствовать. В схеме б номинальный ток протекает по главным (ГК) и вспомогательным Обязательным условием для этой схемы, так же как и для схемы а,
является заданное запаздывание в размыкании вспомогательного контакта. В
схемах а и б аналогичны и требования к термической стойкости сопротивлений. Схема в по виду аналогична схеме б, однако принципиально её отличием является конструктивное выполнение вспомогательного контакта ВК1, дающее ему возможность при размыкании пропускать полный ток короткого замыкания и гасить, по крайней мере, сопровождающий ток, ограниченный шунтирующим сопротивлением r1. Естественно, что при включенном положении этот контакт должен, как и в схеме б, пропускать номинальный ток и сквозной ток короткого замыкания. Это даёт возможность производить одновременно замыкание главных контактов ГК и вспомогательных ВК1 и тем самым существенно уменьшить время обтекания током шунтирующего сопротивления r1. Действительно, поскольку к моменту перехода через нуль тока в главном контакте вспомогательный контакт ВК уже готов к гашению, прерывание тока во вспомогательном контакте происходит при первом же переходе через нуль после гашения тока в главном контакте ГК и, следовательно, время протекания тока по сопротивлению r1 будет t = [( - arcsin(r1/(x2+r12)]/(, где x – реактивное сопротивление внешней цепи, Ом. Обычно для простоты конструкцию вспомогательных контактов ВК1 в схеме в принимают аналогичной конструкции главных ГК. При необходимости вспомогательные контакты ВК1 шунтируют второй, более высокоомной, ступенью r2. При этом во многих случаях КЗ с неповышенными СВН, а также небольшие токи отключает вспомогательный контакт ВК1 при первом переходе тока через нуль, и шунтирующее сопротивление r1 вообще током не обтекается, что также является преимуществом по сравнению со схемами а и б, где термическая нагрузка сопротивлений при отключении КЗ практически не зависит от его тяжести. Рассмотрим эквивалентную схему (на основе рис.12) выключателя, питающего присоединения, в режиме, наиболее тяжёлом для вспомогательных контактов. При этом rв = (. Примем в этом расчёте, что шунтирующее сопротивление r имеет индуктивность Lш. Из очевидных соображений следует, что до размыкания вспомогательного контакта ток через сопротивление r ic = Em/(([(.(L + Lш)]2 + r2).sin((.t) = (Em/z).sin((.t) при напряжении источника питания e = Em.sin((.t + (), где tg( = (.(L + При отсутствии ёмкости на шинах после гашения сопровождающего тока на вспомогательных контактах скачком восстановилось бы напряжение Em.sin(, которое бы затем изменялось по синусоидальному закону. При наличии ёмкости получим следующее выражение для восстанавливающегося напряжения на вспомогательном контакте: u(p) = ic(p).zвх(p) При этом ток ic(p) = Em.(/[zвх.(p2 + (2)]; Входное сопротивление схемы со стороны вспомогательных контактов zвх(p) = r + p.Lш + p.L/(1 + p2.L.C). Отсюда u(t) ( Em[r.sin((.t) + (.(L + Lш).cos((.t) - (.L.cos((0.t)]/z, где (0 = 1/((L.C). Принимая ((0/()2 – 1 ( ((0/()2, получаем u(t) = Em.(.Lш/z, так как при t = 0 (0 >> (, т.е. индуктивность шунтирующего сопротивления даже при наличии ёмкости создаёт скачёк напряжения на вспомогательных контактах. Начальная скорость восстановления напряжения на вспомогательных контактах ( t = 0 ) (du/dt)t=0 = Em.(.r/z = Ic.(.r, т.е. практически не зависит от индуктивности шунтирующего сопротивления. Таким образом, при увеличении ШС уменьшается сопровождающий ток и СВН на вспомогательном контакте, в то время как на главном контакте СВН увеличивается. IV. ПРИМЕНЕНИЕ ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ 4.1. Применение ШС для ограничения коммутационных перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов ШС могут быть применены для ограничения коммутационных перенапряжений
при отключении ненагруженных трансформаторов и малых индуктивных токов. uв = -Em.[cos((.t0) + ((0/().sin((.( + ().e-(( x _________________________________________________ x ((cos((.t0) – ((/().sin ((.t0))2 + ((2/(2).sin2((.t0)], где ( = arctg[(/((.ctg((.t0) - ()] – arctg((/-(). 4.2. Применение ШС для ограничения коммутационных перенапряжений при коммутации ненагруженных линий Как известно, при коммутациях ВК ненагруженных линий опасные
перенапряжения могут появиться в двух основных режимах: при отключении
ненагруженной линии, сопровождающемся повторными пробоями межконтактного
промежутка ВК и при включении ВК на ненагруженную линию, в том числе при Большего внимания заслуживает другой режим, наиболее важный для практики конструирования ВК, позволяющий оценить нужное значение предвключаемых сопротивлений. Эквивалентная однофазная схема для первой гармонической составляющей переходного режима представлена на рис.14. Хотя эта схема и не учитывает поправки, обусловленной волновыми процессами, высшими гармоническими, разбросом включения фаз, короной и т.д., однако позволяет с достаточной для практических расчётов точностью оценить влияние в этом режиме предвключаемых сопротивлений и момента включения линии. На рис.14 Lэ и Cэ – эквивалентная индуктивность и ёмкость линии в Г- образной схеме замещения, а r – предвключаемое сопротивление ВК.
5.1. Влияние при отключении КЗ вблизи ВК Расчётными видами КЗ для этого случая, определяющими наиболее жёсткие
условия по параметрам восстанавливающегося напряжения (ВН), являются КЗ за На рис.10 представлена характерная осциллограмма ВН при отключении КЗ
за трансформатором и параметры ВН (частота fв и коэффициент превышения
амплитуды первого пика kа), определённые на основании обследования
непосредственно в системах большого числа трансформаторов в зависимости от
их установленной мощности P и класса напряжения Uном. Процесс
восстановления напряжения при отключении КЗ за трансформаторами имеет в
подавляющем большинстве случаев одночастотный характер. Зависимыми от
параметров fв и kа для каждого трансформатора являются при определённых
токах КЗ собственная ёмкость и начальная скорость ВН. Рекомендованная ГОСТ Математическое выражение общей зависимости коэффициента превышения
амплитуды первого пика от параметров рассматриваемой схемы и значения ШС
весьма сложно. Для иллюстрации влияния ШС на характер ВН на рис.9 построены
кривые кратности ВН uв по отношению к действующему значению наибольшего
рабочего фазного напряжения Uф для одного из конкретных случаев при КЗ со
стороны обмотки 110 кВ трансформатора при I = 9,2 кА, C = 5.2. Влияние при отключении КЗ на линии (неудалённое КЗ) Эквивалентная расчётная схема изображена на рис.13. Здесь zв – - волновое сопротивление короткозамкнутой линии. Источник напряжения в данном случае характеризует линейно нарастающее напряжение Em.t для промежутка времени от момента погасания дуги до прихода волны, отражённой от места КЗ, причём значение Em равно отклонению до этого момента напряжения на стороне линии от начального плюс добавка напряжения к этому моменту со стороны источника питания; Lш – индуктивность шунтирующего сопротивления, а r – его активное сопротивление. При расчёте ВН можно пренебречь ёмкостью C присоединённого к шинам оборудования и током, протекающим через индуктивность L. Для случая, когда индуктивность ШС Lш близка к нулю z(p) = 1/(1/(rв + zв) + 1/r); uв(p) = Em/[L.p2.(1/(rв + zв) + 1/r); uв(t) = (Em/L).r.(rв + zв)/(r + rв + zв).t; duв/dt = (Em/L).r.(rв + zв)/(r + rв + zв) = (.Im.r.(rв + zв)/(r + rв + zв). Таким образом, при неудалённом КЗ ШС уменьшает СВН на контактах выключателя в [1 + (rв + zв)/r] раз. ЛИТЕРАТУРА 1. В.В. Афанасьев. Ю.И. Вишневский. Воздушные выключатели. Л.: 2. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения под
редакцией В.В. Афанасьева. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение,
|
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|