- •Л.А. Ковригин техника высоких напряжений
- •Введение
- •Атмосферные перенапряжения
- •1.1. Волновые процессы в линиях электропередачи
- •1.1.1. Прохождение электромагнитной волны через узловую точку
- •1.1.2. Прохождение электромагнитной волны через индуктивность
- •1.1.3. Прохождение электромагнитной волны мимо емкости
- •1.2. Развитие грозового разряда
- •Важным параметром при расчете грозозащиты является крутизна фронта тока молнии, это отношение амплитуды тока молнии Iм к длительности фронта τф (рис. 1.17):
- •1.4. Молниеотводы
- •1.5. Заземлители
- •Порядок устройства заземлителей:
- •1) Измеряется удельное объемное сопротивление грунта;
- •1.6. Разрядники
- •1.6.1. Структура времени разряда
- •1.6.2. Вольт-секундная характеристика искрового промежутка
- •1.6.3. Принцип защиты объекта разрядником
- •1.6.4. Трубчатый разрядник
- •1.6.5. Вентильный разрядник
- •1.6.6. Магнитно-вентильный разрядник
- •1.6.7. Ограничитель перенапряжения нелинейный
- •1.7. Грозозащита линий электропередачи
- •1.7.1. Индуктированные перенапряжения на лэп
- •1.7.2. Прямой удар молнии в опору лэп, не защищенную тросами
- •1.7.3. Прямой удар молнии в опору лэп с тросами
- •На изоляцию будет воздействовать напряжение:
- •1.7.4. Прямой удар молнии в провод лэп
- •1.7.5. Прямой удар молнии в трос в центре пролета
- •Через τфнапряжение начнет спадать (рис. 1.50,б).
- •1.7.6. Общие принципы защиты лэп
- •1. 8. Грозозащита подстанций
- •1.8.1. Допустимое расстояние между вентильным разрядником и защищаемым объектом
- •1.8.2. Грозозащита подстанций на напряжение 3–20 кВ
- •1.8.3. Грозозащита подстанций на напряжение 35–220 кВ
- •1.8.4. Грозозащита подстанций на напряжение 500 кВ
- •1.8.5. Грозозащита вращающихся машин
- •2. Внутренние перенапряжения
- •2.1. Общие сведения
- •2. 2. Перенапряжения при отключении ненагруженных линий
- •Возникновение перенапряжений можно избежать при отключении трансформаторов со стороны низкого напряжения (рис. 2.5, б). В этом случае линия разрядится через обмотку трансформатора.
- •2.3. Перенапряжения при отключении трансформаторов
- •С учетом (2.2) уравнение (2.8) примет вид
- •3. Корона на проводах лэп
- •3.1. Общие сведения
- •Зная критическую напряженность, можно определить критическое напряжение образования короны:
- •3. 2. Корона на проводах лэп при постоянном напряжении
- •3.3. Корона на проводах лэп при переменном напряжении
- •3.4. Корона на проводах лэп при импульсном напряжении
- •Скорость распространения волны вдоль некоронирующей линии равна скорости света c:
- •4. Высоковольтные испытательные установки и измерение высоких напряжений
- •4. 1. Одноступенчатый генератор импульсных напряжений
- •Заряд емкости Сф идет в соответствии с уравнением
- •Одновременно идет разряд Сг через Rхв:
- •4. 2. Многоступенчатый гин
- •4.3. Генератор постоянного напряжения
- •4.4. Испытательные трансформаторы
- •4.5. Измерение высоких напряжений
- •4. 5.1. Шаровые разрядники
- •4.5.2. Электростатические вольтметры
- •Достоинством электростатического вольтметра является линейность шкалы, что видно из формулы (4.23). Предел измерения и чувствительность вольтметра регулируются площадью пластин и упругостью пружины.
- •4.5.3. Делитель напряжения
- •4.5.4. Генерирующий вольтметр
1.6.5. Вентильный разрядник
Вентильный разрядник является основным средством защиты подстанций от набегающих по линии волн атмосферных перенапряжений, так как имеет пологуювольт-секундную характеристику. В фарфоровом корпусе (рис. 1.42), размещается многократный искровой промежуток и нелинейное сопротивление. Многократный искровой промежуток собран из латунных дисков и диэлектрических шайб (миканит, стеклотекстолит), нелинейное сопротивление состоит из вилитовых дисков. Диэлектрические шайбы выполнены из материала с высоким классом нагревостойкости – миканита или стеклоткани.
а б
Рис. 1.42. Вентильный разрядник (а) и его условное обозначение (б)
Вилит – это материал, получаемый путем запечки массы, состоящей из зерен карборунда (SiC), склеенных жидким стеклом (силикаты натрия и калия). Зерна карборунда обладают резко выраженными нелинейными свойствами. На поверхности зерен имеется запорный слой из окиси кремния (SiO2). При небольшой напряженности электрического поля пленка окиси кремния имеет большое сопротивление, с повышением напряжения сопротивление запорного слоя резко падает. С уменьшение напряжения пленка вновь восстанавливает свои свойства. Диски из карборунда способны пропустить ток до 10 кА.
Пологость вольт-секундной характеристики вентильного разрядника обусловлена:
однородным электрическим полем между плоскими электродами;
подсвечиванием искрового промежутка за счет ионизации воздуха в зазорах между диэлектриком и диском в момент нарастания волны перенапряжения;
неравномерным распределением напряжения по емкостной цепочке, образованной латунными дисками; это ведет к опережающему пробою промежутка с наиболее сильным полем (верхнего), в результате чего напряжение на остальных промежутках возрастает.
Работает вентильный разрядник следующим образом (см. рис. 1.42). При возрастании волны перенапряжения в воздушных прослойках между диэлектриком и диском возникает ионизация, так как все напряжение прикладывается к воздушной прослойке из-за того, что диэлектрическая проницаемость воздуха равна единице, а миканита восьми. Ионизация подсвечивает промежуток, уменьшая время статистического запаздывания. Когда мгновенное значение волны перенапряжения на разряднике достигает импульсного пробивного напряжения искровых промежутков, происходит покаскадный пробой и все напряжение прикладывается к нелинейному сопротивлению. Оно уменьшает свою величину, и импульс тока уходит в землю. Остающееся напряжение на нелинейном сопротивлении должно быть примерно на 20–25 % меньше импульсной прочности защищаемой изоляции.
После прохождения импульсного тока через разрядник начинает протекать сопровождающий ток промышленной частоты, обусловленный рабочим напряжением сети. Так как это напряжение значительно ниже значений перенапряжения, то нелинейное сопротивление возрастает и величина сопровождающего тока ограничивается до значения, при котором дуга, разбитая к тому же в искровых промежутках на большое число отдельных дуг небольшой длины, гаснет. Латунные диски интенсивно отводят тепло, поэтому автоэлектронная эмиссия не переходит в термоэлектронную, а дуга гаснет при первом же прохождении тока через нуль.
Многократный искровой промежуток способен погасить токи до 100 А, если токи будут больше, то электроды промежутков нагреются и автоэлектронная эмиссия перейдет термоэлектронную (на поверхности металла возникнет катодное пятно), гашения дуги не произойдет и разрядник сгорит. По этой причине разрядники выпускаются до 220 кВ.
Разрядники подключаются через разъединители Р (рис. 1.43). Вне грозового сезона они отключаются и подвергаются ревизии.
РВП-10 – разрядник вентильный подстанционный на 10 кВ, состоит из 11 единичных искровых промежутков (ИП) и шести вилитовых дисков. Имеет длину 0,5 м и диаметр 35 мм. Разрядник пробивается при 50 кВ, пропускает ток до 5 кА.
Рис. 1.43. Вентильный разрядник |
РВВМ-10 – разрядник вентильный для защиты вращающихся машин, непосредственно подключенных к ЛЭП. Уровень изоляции вращающихся машин ниже уровня изоляции трансформаторов, поэтому разрядники должны пробиваться при меньших напряжениях. Снижение импульсного пробивного напряжения достигается путем шунтирования части искровых промежутков емкостью C (см. рис. 1.43). При возрастании волны перенапряжения все напряжение прикладывается к ИП1, так как его емкость меньше емкости C и он пробивается первым, затем пробивается ИП2. Разрядник РВВМ-10 пробивается при 35 кВ, пропускает импульс тока до 10 кА.