- •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
1.6.2. Вольт-секундная характеристика искрового промежутка
Зависимость амплитуды волны на искровом промежутке от времени разряда называется вольт-секундной характеристикой.
Вольт-секундная характеристика снимается следующим образом. На воздушный промежуток подается волна напряжения U1, пробой происходит на фронте при времени t1, на графике ставится точка 1, которая есть пересечение линий напряжения U1 и времени t1 (рис. 1.36). Затем подается волна напряжения другой амплитуды, например U2, которая производит пробой при времени t2. Пробой произошел на хвосте волны, на графике откладывается амплитуда U2 и время t2, ставится точка 2 и т. д. Соединив точки, получим вольт-секундную характеристику искрового промежутка.
Рис. 1.36. Вольт-секундная характеристика искрового промежутка
Форма вольт-секундной характеристики определяется конфигурацией электрического поля между электродами. В резко неоднородном поле, что характерно для длинных промежутков, время разряда очень сильно зависит от величины приложенного напряжения. Это обусловлено тем, что у длинных промежутков большое время формирования разряда tф и скорость движения зарядов возрастает с увеличением напряжения, поэтому вольт-секундная характеристика круто загибается вверх при больших напряжениях.
Рис. 1.37. Вольт-секундные характеристики искровых промежутков с неоднородным и однородным электрическим полем
В промежутках с однородным полем, что свойственно коротким промежуткам, время разряда не зависит от величины приложенного напряжения из-за малого время формирования разряда tф , поэтому вольт-секундная характеристика пологая (рис. 1.37).
1.6.3. Принцип защиты объекта разрядником
Для предотвращения пробоя изоляции подстанций применяются разрядники. Принцип защиты основан на том, что параллельно защищаемому объекту включается разрядник (рис. 1.38, а), т. е. искровой промежуток, вольт-секундная характеристика которого всеми своими точками лежит ниже вольт-секундной характеристики защищаемого объекта (рис. 1.38, б).
а б
Рис. 1.38. Схема включения разрядника (а) и принцип защиты
объекта разрядником (б)
В функцию разрядника входит также гашение дуги сопровождающего тока промышленной частоты, проходящего через разрядник вслед за импульсным пробоем, так как при срабатывании разрядника линия не отключается. Время гашения дуги должно быть достаточно малым, чтобы реле времени релейной защиты смогли отличить срабатывание разрядника от установившегося короткого замыкания на линии. Обычно разрядник гасит дугу сопровождающего тока за один-два полупериода, что меньше времени ожидания релейной защиты.
1.6.4. Трубчатый разрядник
Трубчатый разрядник является основным средством защиты ЛЭП и вспомогательным средством защиты подстанций, так как имеет крутую вольт-секундную характеристику. Он устанавливается на подходах к подстанциям, в местах пересечения двух ЛЭП и в месте перехода ЛЭП в кабельную линию.
Рис. 1.39. Трубчатый разрядник: S1– внутренний искровой промежуток;
S2– внешний искровой промежуток
Основу разрядника (рис. 1.39) составляет трубка из газогенерирующего материала, которым является винипласт. Один конец трубки заглушён обоймой, к которой прикреплен внутренний стержневой электрод. С противоположной стороны расположена обойма открытого конца. Промежуток S1 между стержнем и обоймой открытого конца называется внутренним или дугогасящим. Разрядник отделяется от провода ЛЭП внешним искровым промежутком S2 для предотвращения протекания тока утечки и предохранения газогенерирующего материала от разложения.
Работает трубчатый разрядник следующим образом. При воздействии волны атмосферного перенапряжения пробиваются оба искровых промежутка и импульс тока молнии уходит в землю. Вслед за импульсным пробоем возникает короткое замыкание и под воздействием фазного напряжения вспыхивает силовая дуга. От высокой температуры канала дуги переменного тока газогенерирующий материал начинает гореть, интенсивно выделяя газ, давление в камере дутья возрастает до 20 атмосфер. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга обрывается и гаснет при первом прохождении тока через ноль. При работе разрядника из отверстия трубки раскаленные газы вырываются на расстояние до 3 м и слышен звук, напоминающий выстрел.
Трубчатый разрядник имеет крутую вольт-секундную характеристику (рис. 1.40) из-за длинных искровых промежутков. Срабатывание разрядника происходит в месте встречи волны перенапряжения с вольт-секундной характеристикой. После срабатывания на разряднике остается напряжение, равное произведению амплитуды тока молнии Iм на импульсное сопротивление заземлителя Rи.
Рис. 1.40. Срабатывание трубчатого разрядника |
Рис. 1.41. Защита изоляции трубчатым разрядником |
Величину внешнего искрового промежутка S2 выбирают по условиям защиты изоляции, т.е. изменением S2 регулируют пробивное напряжение.
В функцию разрядников входит не только ограничение волны перенапряжения, но и погашение дуги сопровождающего тока. Величина внутреннего искрового промежутка S1 устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит: чем больше диаметр отверстия и короче S1, тем большие токи отключает разрядник.
Для успешного гашения дуги сопровождающего тока необходима интенсивная генерация газа, которая зависит от величины протекающего тока. Разрядники характеризуются нижним и верхним пределами отключаемых токов. Если ток будет ниже нижнего предела, то дуга не погаснет и разрядник сгорит, если ток будет выше верхнего предела, то разрядник разорвет. Поэтому в месте установки разрядника проверяется ток короткого замыкания, он должен быть выше нижнего предела и ниже верхнего предела.
Трубчатый разрядник является лишь вспомогательным средством защиты подстанций, он не защищает изоляция при крутых фронтах волны (рис. 1.41).
Разрядники устанавливаются отверстием вниз, наклонно так, чтобы зоны их выхлопа не пересекались и не попадали на соседние фазы и на заземленные объекты. Кроме того, такое положение разрядника не даст атмосферной влаге скапливаться в канале. Если в канале будет вода, то не произойдет газогенерации и разрядник сгорит.
Разрядник снабжен указателем срабатывания, это металлическая пластина, которая отгибается под действием выхлопных газов. В результате многократного срабатывания канал газогенерирующей трубки выгорает, поэтому при увеличении внутреннего диаметра на 15–20% разрядник заменяется.
Время срабатывания АПВ настроено с задержкой, доли секунды АПВ ждёт, за это время разрядник должен погасить дугу. Если замыкание длительное, то АПВ на короткий промежуток времени отключает линию и вновь подключает её, если за момент этой паузы замыкание не самоустранилось, то после повторного включения линия выключается совсем.