Описание установки
Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 4–2. Высокое напряжение постоянного тока получается от аппарата для испытания силовых кабелей АКИ-50, который включает в себя автотрансформатор AT, высоковольтный выпрямитель ВК – кенотрон типа КРМ – 110, контактор П для включения отключения высоковольтного напряжения. Напряжение измеряется вольтметром, отградуированным в киловольтах, ток утечки – микроамперметром, работающим на трех пределах: 2500, 500, 100 мкА. Выключатель В служит для коммутации напряжения испытательной установки. Испытательная схема снабжена лампочкой, сигнализирующей о подаче напряжения на высоковольтный трансформатор. Испытуемый кабель расположен за ограждением. Двери ограждения снабжены блокировкой, контакты которой включены в цепь управления контактором П. Сопротивление изоляции кабеля измеряется мегомметром М2500.
Рис. 4 — 2. Принципиальная электрическая схема установки
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться со схемой установки, расположением ее элементов и объектов испытания, с порядком проведения измерений и правилами безопасной работы.
2. Измерить сопротивление изоляции каждой жилы кабеля относительно земли и между жилами мегомметром М2500.
3. Испытать изоляцию кабеля повышенным выпрямленным напряжением, замеряя токи утечки каждой жилы. По данным измерений определить коэффициент асимметрии.
4. Сделать на основании полученных результатов испытания заключение о годности изоляции кабеля для эксплуатации.
Таблица 4–1
R |
A–0 |
B–0 |
C–0 |
AB |
AC |
BC |
МОм |
|
|
|
|
|
|
Таблица 4–2
|
жила |
|||
A |
B |
C |
||
iп (начальн.) |
мкА |
|
|
|
iп (конечн.) |
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Как выполняется изоляция кабелей с вязкой пропиткой?
Какие дефекты могут быть в изоляции кабелей с вязкой пропиткой?
Как развиваются ветвистые разряды в изоляции кабеля?
На какие напряжения применяются кабели с вязкой пропиткой?
Почему при постоянном напряжении кабели с вязкой пропиткой могут работать при более высоких напряжениях, чем при переменном?
Какие дефекты в изоляции кабеля могут быть обнаружены с помощью мегомметра?
Какие дефекты в изоляции кабеля могут быть обнаружены при испытании повышенным выпрямленным напряжением?
Лабораторная работа №5 Защита от перенапряжений в системах электроснабжения Предварительные сведения
В системах электроснабжения возможны повышения напряжения сверх наибольшего рабочего – внутреннее и внешнее перенапряжения.
Источником внутренних коммутационных перенапряжений является ЭДС генераторов, поддерживающие колебания электромагнитной энергии, запасенной в реактивных элементах электрической сети.
Причиной внешних (грозовых) перенапряжений являются удары молнии в электроустановку или в близи в землю (индуктированные перенапряжения).
Опасность для изоляции электроустановок в системах электроснабжения (СЭС) представляют внутренние перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью. Перенапряжения возникают и при дуговых замыканиях на землю. Дуга в этом случае является своего рода коммутатором, который периодически соединяет и разъединяет поврежденную фазу с землей.
При каждом переходе через нулевое значение тока замыкания на землю, являющегося суммой тока замыкания промышленной частоты и переходного высокочастотного тока свободных колебаний, создаются условия для гашения дуги. После гашения дуги пауза длится да тех пор, пока нарастающая электрическая прочность будет больше, чем восстанавливающееся на промежутке напряжение.
Восстанавливающееся напряжение определяется суммой напряжения промышленной частоты и затухающего колебательного переходного процесса, возникающего после гашения дуги из-за перераспределения зарядов между неповрежденными и поврежденными фазами.
При определенном сочетании скорости нарастания восстанавливающегося напряжения и восстанавливающийся прочности промежутка возникают условия появления более или менее периодов отсутствия дуги, а затем периодических ее повторных зажиганий. Такие дуги называются перемежающимися и обуславливают возможность возникновения наибольших перенапряжений, достигающих (2,5...3)Uф. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование коротких замыканий в частях установки с ослабленной изоляцией.
Основной защитой от указанных выше перенапряжений является недопущение возникновения перемежающихся дуг при однофазных коротких замыканиях на землю. Такое возможно, если емкостной ток однофазного короткого замыкания оказывается меньше тока самопогасания дуги. По ПУЭ емкостной ток однофазного короткого замыкания на землю не должен превосходить величину 30 А (напряжение сети 6 кВ), 20 А (напряжение сети 10 кВ), 10 А (напряжение сети 35 кВ). При больших значениях емкостной ток компенсируется индуктивным током от реактора (дугогасящей катушки) включенным в нейтраль установки.
Внешние перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку (подстанцию, линию электропередачи) и при индуктивных влияниях на электроустановку от разрядов молнии вблизи нее. Амплитуда индуктированных перенапряжений не превышает нескольких сотен киловольт. Минимальная кратковременная (импульсная) прочность изоляции установок 110 кВ и выше не менее 600 кВ, а установок 35 кВ – 200 кВ. Поэтому эти перенапряжения более опасны для установок 35 кВ, чем для установок 110 кВ
Наиболее тяжелыми и опасными для изоляции являются перенапряжения при прямых ударах молнии, ток при которых достигает очень больших величин (до 25000 А).
Защита станций и подстанций от прямых ударов молнии. Открытые распределительные устройства (ОРУ) защищаются стержневыми молниеотводами. Для защиты шинных мостов и гибких связей большой протяженности могут применяться тросовые молниеотводы.
Подстанционные здания и сооружения защищаются путем заземления металлической кровли или, если кровля неметаллическая, посредством сетки из стальной проволоки диаметром 8 мм с размером ячейки 5х5 м, располагаемой на крыше и присоединяемой к заземлению. Защита металлических маслобаков с толщиной стенки не менее 5 мм осуществляется путем их заземления. При меньшей толщине стенки маслобака защита производится отдельно устанавливаемыми молниеотводами. Неметаллические трубы защищаются путем укладки по периметру вершины трубы стальной полосы сечением не менее 50 мм и соединением ее с заземлением. На трубах высотой более 50 м прокладывается два заземляющих спуска.
При установке на подстанции отдельно стоящих молниеотводов должны соблюдаться безопасные расстояния: по воздуху между молниеотводом и частями распределительного устройства не менее 5 м и в земле от молниеотвода до заземлителей не менее 3 м.
Молниезащита воздушных линий электропередачи. Показателем грозоупорности воздушных линий, является удельное число грозовых отключений в год на 100 км длины и 100 грозовых часов в году. Уровень молниезащиты ЛЭП находится экономическим обоснованием числа грозовых отключений линии.
Основные средства молниезащиты ЛЭП:
Для линий 110 кВ и выше тросовые молниеотводы, эффективность которых зависит от защитного угла троса на опоре. Линии на деревянных опорах достаточно грозоупорны из-за дополнительной изоляционной прочности деревянных траверс, поэтому тросы применяются только на подходах к подстанциям. Применение тросов на линиях 35 кВ малоэффективно из-за невысокой импульсной прочности гирлянд изоляторов и поэтому большой вероятности перекрытия с опоры на провод при ударе молнии в трос. На линиях 3-10 кВ применение тросов бесполезно.
Сопротивление заземления опор ЛЭП с тросами должно быть не более 10-30 Ом при удельных сопротивлениях грунта 100-1000 Ом соответственно.
Для очень высоких опор увеличение числа изоляторов в гирлянде, что позволяет повысить импульсную прочность изоляции и, следовательно, грозоупорность линии.
Автоматическое повторное включение (АПВ), предотвращающее переход грозового перекрытия линейной изоляции в перерыв передачи энергии. Целесообразно применение АПВ с другими средствами молниезащиты.
Отдельные опоры и участки линии на деревянных опорах, либо с ослабленной изоляцией (переходы через дороги, реки; пересечения линий между собой и с линиями других напряжений) защищаются трубчатыми разрядниками (PT).
Защита электрооборудования подстанций от импульсов грозовых перенапряжений, набегающих с линии. Импульсы перенапряжений, набегающие на подстанцию с пораженной молнией линии имеют форму:
полного импульса, повторяющего форму тока молнии при ударах в фазный провод без последующего перекрытия изоляции в месте удара. Длительность импульса 50-100 мкс,
короткого импульса при прорыве тросовой защиты или при ударе молнии в вершину опоры линии на металлических или железобетонных опорах с последующим перекрытием линейной изоляции. Фронт импульса практически прямоугольный, длительностью 5-15 мкс;
срезанного импульса при срабатывании трубчатого разрядника в начале защищенного подхода линии на деревянных опорах. Длительность импульса в месте среза 2-3 мкс.
Защита электрооборудования подстанций производится вентильными разрядниками (РВ) или ограничителями перенапряжений (ОПН).
На рис. а) приведена принципиальная схема включения вентильного разрядника, состоящего из последовательно соединенных искровых промежутков (ИП), нелинейного сопротивления (НС), выполненного из вилитовых или тирвитовых дисков (карборунд и графит, запеченные в стекле) и заземления (3). Свойства нелинейного сопротивления таковы, что при высоких приложенных напряжениях его сопротивление резко уменьшается. По мере снижения напряжения сети сопротивление возрастает, ограничивая сопровождающий ток через вентильный разрядник.
На рис. указана электрическая схема ограничителя перенапряжений, в каждой фазе которого последовательно соединены два нелинейных сопротивления (НС), выполненные на основе окиси цинка. ОПН позволяют снизить перенапряжения до 1,8 Uф.
Вентильные разрядники на напряжение 6-10 кВ устанавливаются в ячейках закрытых распределительных устройств, связанных с воздушными линиями. Разрядники напряжением 35кВ и более устанавливаются на входе ЛЭП открытого распределительного устройства подстанции.
Простейшим устройством защиты от перенапряжений является защитный промежуток (ПЗ), включаемый параллельно защищаемой изоляции. Защитные промежутки применяются на гирляндах изоляторов и опорных изоляторах аппаратов высокого напряжения. Конструктивно защитные промежутки выполняются в виде стержней, рогов, колец, причем один стержень соединяют с частью, находящейся под напряжением, а другой стержень – с заземлителем. При перенапряжениях воздушный промежуток пробивается, и устойчивая дуга сопровождающего тока отключается релейной защитой. В необходимых случаях применяется АПВ.