Скачать презентацию Техника высоких напряжений Схема передачи электроэнергии по Скачать презентацию Техника высоких напряжений Схема передачи электроэнергии по

4_Техника высоких напряжений.ppt

  • Количество слайдов: 101

Техника высоких напряжений Техника высоких напряжений

Схема передачи электроэнергии по линии r = 0, 01 Ом P = 10 Вт Схема передачи электроэнергии по линии r = 0, 01 Ом P = 10 Вт 1) I 1 = 1 А, U 1 = 10 В; P 1 = I 1 U 1 = 10 Вт; 2) I 2 = 10 А, U 2 = 1 В; P 2 = I 2 U 2 = 10 Вт 1) W 1 = I 12 r = 12· 0, 01 = 0, 01 Вт; 2) W 2 = I 22 r = 102· 0, 01 = 1 Вт.

Класс напряжения Величины напряжений, на которых передается электроэнергия, нормированы, они называются классами напряжений: 3; Класс напряжения Величины напряжений, на которых передается электроэнергия, нормированы, они называются классами напряжений: 3; 6; 10; 20; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150 к. В. Класс напряжения – это номинальное (Uн), линейное (Uл), действующее (U) напряжение на приёмнике электроэнергии. Линейное напряжение больше фазного напряжения (Uф) в раз: Uл = Uф Амплитуда Um (максимальное значение), больше действующего напряжения в раз: Um = U Вольтметры и амперметры измеряют действующее напряжение.

Наибольшее рабочее напряжение На генераторе электроэнергии напряжение выше, для того чтобы скомпенсировать падение напряжения Наибольшее рабочее напряжение На генераторе электроэнергии напряжение выше, для того чтобы скомпенсировать падение напряжения в линии. Величина напряжения, которая должна быть на генераторе, нормируется в зависимости от класса напряжения, так как с его увеличением стоимость изоляции возрастает не по линейному закону. Напряжение на генераторе есть наибольшее рабочее напряжение (Uраб max = k. Uн), изоляция кабеля рассчитывается на это напряжение. Коэффициент k принят для классов напряжения 3– 220 к. В равным 1, 15; для 330 к. В – 1, 1 и более 500 к. В – 1, 05. Снижение коэффициента k приводит к уменьшению толщины изоляции, т. е. снижению стоимости кабеля.

Для уменьшения коэффициента k: 1) применяют меньшие плотности тока, что снижает падение напряжения на Для уменьшения коэффициента k: 1) применяют меньшие плотности тока, что снижает падение напряжения на активном сопротивлении провода; 2) используют расщепление проводов для снижения индуктивности и, следовательно, уменьшения падения напряжения на индуктивном сопротивлении провода; 3) применяют регуляторы напряжения, которые снижают напряжение при уменьшении нагрузки.

Начальное напряжение ионизации – это наименьшее напряжение, при котором в изоляции возникают слабые разряды, Начальное напряжение ионизации – это наименьшее напряжение, при котором в изоляции возникают слабые разряды, вызывающие ионизаци онное старение изоляции. В нормально работающей изоляции разрядов не должно быть, при их наличии резко уменьшается срок службы кабеля. При отсутствии разрядов кабель служит 25– 30 лет. Критическое напряжение ионизации – это напряжение, при котором в изоляции возникают разряды значительной интенсивности, способные вызвать ионизационный пробой за малый промежуток времен. Уровень изоляции – это испытательное напряжение, которое будучи приложено к изоляции на короткий промежуток времени не вызывает ее пробоя. Уровень изоляции лежит ниже критического напряжения ионизации и зависит от времени приложения испытательного напряжения. Уровень изоляции больше номинального напряжения на коэффициент запаса электрической прочности, который лежит в пределах 3 – 5.

Запас электрической прочности Запас электрической прочности

Координация изоляции – это согласование уровня изоляции с возможной величиной перенапряжений. Существуют два пути Координация изоляции – это согласование уровня изоляции с возможной величиной перенапряжений. Существуют два пути координации изоляции: установление уровня изоляции выше возможной величины перенапряжений; ограничение перенапряжений разрядниками. Выбор одного из двух путей производят исходя из экономических соображений, т. е. увеличивать толщину изоляции или устанавливать разрядники.

Режим работы нейтрали зависит от класса напряжения (в следующем ряду жирным шрифтом выделены классы Режим работы нейтрали зависит от класса напряжения (в следующем ряду жирным шрифтом выделены классы напряжений с заземленной нейтралью): 0, 22; 0, 38; 0, 66; 1; 3; 6; 10; 20; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150 к. В.

Изолированная нейтраль Изолированная нейтраль

Замыкание одной из фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью Замыкание одной из фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью

Гашение дуги с помощью катушки индуктивности в сетях с изолированной нейтралью Гашение дуги с помощью катушки индуктивности в сетях с изолированной нейтралью

Замыкание фазы на землю в сетях с заземленной нейтралью Замыкание фазы на землю в сетях с заземленной нейтралью

АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Развитие грозового разряда АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Развитие грозового разряда

Распределение зарядов в грозовом облаке Распределение зарядов в грозовом облаке

Развитие начальной лавины Развитие начальной лавины

Развитие канала стримера Развитие канала стримера

Стример Стример

Развитие стримера и лидера Развитие стримера и лидера

Переход лидерного канала в стадию главного разряда Переход лидерного канала в стадию главного разряда

Спрайт Спрайт

Спрайт Спрайт

Радиус Земли 6 371 302 м Q=CU Радиус Земли 6 371 302 м Q=CU

Параметры разряда молнии Ток молнии Bmax = μμ 0 Hmax μ 0 = 4π10 Параметры разряда молнии Ток молнии Bmax = μμ 0 Hmax μ 0 = 4π10 7 Гн/м – магнитная постоянная.

Вероятность амплитуд тока молнии Вероятность амплитуд тока молнии

Крутизна фронта тока молнии к. А/мкс Крутизна фронта тока молнии к. А/мкс

ЭДС вызывает протекание тока в рамке I = E/r, где r – сопротивление контура. ЭДС вызывает протекание тока в рамке I = E/r, где r – сопротивление контура. Это формула справедлива при условии, что постоянная времени контура T = L/r должна быть много меньше длины фронта волны τф. В этом случае индуктивность не будет влиять на фронт волны, т. е. не будет его сглаживать. В лаборатории магнитометром измеряется остаточная индукция Br, которая примерно равна Bmax, по кривой гистерезиса Bmax = μμ 0 Hmax определяется Hmax. Затем по максимальной напряженности магнитного поля Hmax, которая была в катушке, рассчитывается ток в рамке I. По закону Ома вычисляется ЭДС E = Ir и далее определяется крутизна a = diм/dt = E/M. Взаимоиндукция М между молниеотводом и рамкой определяется геометрическими размерами и взаимным расположением. Вся цепочка вычислений выглядит следующим образом:

Воздействие тока молнии Грозовой разряд оказывает электромагнитное, тепловое и механическое воздействие. Электромагнитное воздействие проявляется Воздействие тока молнии Грозовой разряд оказывает электромагнитное, тепловое и механическое воздействие. Электромагнитное воздействие проявляется в индуктировании напряжения на проводах вблизи места удара за счет большого и быстро изменяющегося тока молнии в стадии главного разряда. Эти напряжения могут достигать сотен киловольт. В месте удара молнии в провод ЛЭП происходит выделение тепла. Ток молнии, вызывающий нагревание проводника до температуры плавления или испарения, определяется по формуле где S – сечение проводника, мм 2; τв – длина волны, мкс; k – коэффициент, для меди k = 300– 330, для алюминия k = 200– 230. Механическое воздействие возникает при ударах молнии в деревянные опоры ЛЭП, вода в древесине вскипает, испаряется, и опора разрушается.

Полярность разряда Клидонограф и фигуры Лихтенберга Полярность разряда Клидонограф и фигуры Лихтенберга

Интенсивность грозовой деятельности характеризуют числом грозовых дней в году nд либо числом грозовых часов Интенсивность грозовой деятельности характеризуют числом грозовых дней в году nд либо числом грозовых часов в году nч. Число грозовых дней в году определяется по данным метеорологических станций. В настоящее время построена подробная карта грозовой деятельности на европейской части России. Число грозовых дней в году в средней полосе России – 20, в пустынях и в тундрах – 5, в южных районах – до 35, в тропических (некоторые районы Африки) – от 100 до 140. Средняя продолжительность грозы составляет 1, 5 часа. Продолжительность гроз в течение года определяет количество разрядов молнии в единицу поверхности земли. В России каждый квадратный километр поверхности поражается в среднем 2– 3 раза в год.

Грозы бывают тепловые и фронтальные Фронтальная гроза Грозы бывают тепловые и фронтальные Фронтальная гроза

Молниеотводы Молниеотводы

Стержневые молниеотводы Стержневые молниеотводы

Соприкосновение зон 100 %-го попадания в молниеотвод на высоте ориентировки молнии H Соприкосновение зон 100 %-го попадания в молниеотвод на высоте ориентировки молнии H

Зона защиты двух рядом стоящих стержневых молниеотводов Зона защиты двух рядом стоящих стержневых молниеотводов

Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты

Тросовые молниеотводы Тросовые молниеотводы

Угол защиты Угол защиты

Заземлители Заземление – электрическое соединение защищаемого объекта с землей. Заземление подразделяется на рабочее, защитное Заземлители Заземление – электрическое соединение защищаемого объекта с землей. Заземление подразделяется на рабочее, защитное и грозозащитное. Рабочее заземление, например заземление нейтрали трансформаторов, предназначено для обеспечения нормальной работы электроустановки. Защитное заземление, например заземление корпуса установки, который может оказаться под напряжением при коротком замыкании, предназначено для безопасного обслуживания электрических установок. Грозозащитное заземление служит для отвода тока молнии.

, Сопротивление вертикального заземлителя Сопротивление горизонтального заземлителя , Сопротивление вертикального заземлителя Сопротивление горизонтального заземлителя

Зоны в грунте вокруг заземлителя в момент прохождения тока молнии Зоны в грунте вокруг заземлителя в момент прохождения тока молнии

Грунты по удельному сопротивлению ρ подразделяются на пять классов Класс I ρ, Ом·м до Грунты по удельному сопротивлению ρ подразделяются на пять классов Класс I ρ, Ом·м до 100 II IV V 100– 300– 500– 1000 более 1000

Различные типы заземлителей Различные типы заземлителей

Порядок устройства заземлителей: 1) измеряется удельное объемное сопротивление грунта; 2) по формулам рассчитываются геометрические Порядок устройства заземлителей: 1) измеряется удельное объемное сопротивление грунта; 2) по формулам рассчитываются геометрические размеры и число заземлителей; 3) производится монтаж заземлителя; 4) измеряется фактическое сопротивление заземлителя; 5) составляется паспорт и формуляр, в который ежегодно записываются результаты измерений.

Схема измерения сопротивления заземлителя Схема измерения сопротивления заземлителя

Разрядники Структура времени разряда Разрядники Структура времени разряда

Вольт-секундная характеристика искрового промежутка Вольт-секундная характеристика искрового промежутка

Вольт-секундные характеристики искровых промежутков с неоднородным и однородным электрическим полем Вольт-секундные характеристики искровых промежутков с неоднородным и однородным электрическим полем

Принцип защиты объекта разрядником Для предотвращения пробоя изоляции подстанций применяются разрядники. Принцип защиты основан Принцип защиты объекта разрядником Для предотвращения пробоя изоляции подстанций применяются разрядники. Принцип защиты основан на том, что параллельно защищаемому объекту включается разрядник, т. е. искровой промежуток, вольт-секундная характеристика которого всеми своими точками лежит ниже вольт-секундной характеристики защищаемого объекта

Трубчатый разрядник Трубчатый разрядник

Защита изоляции трубчатым разрядником Защита изоляции трубчатым разрядником

Вентильный разрядник Вентильный разрядник

Вилит – это материал, получаемый путем запечки массы, состоящей из зерен карборунда (Si. C), Вилит – это материал, получаемый путем запечки массы, состоящей из зерен карборунда (Si. C), склеенных жидким стеклом (силикаты натрия и калия). Зерна карборунда обладают резко выраженными нелинейными свойствами. На поверхности зерен имеется запорный слой из окиси кремния (Si. O 2). 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 к. А. 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.

Вентильный разрядник Вентильный разрядник

Магнитно-вентильный разрядник Магнитно-вентильный разрядник

Ограничитель перенапряжения нелинейный Ограничитель перенапряжения нелинейный

Ограничитель перенапряжения нелинейный представляет собой разрядник без искровых промежутков, активная часть его состоит из Ограничитель перенапряжения нелинейный представляет собой разрядник без искровых промежутков, активная часть его состоит из окиси цинка (Zn. O) с малым добавлением окислов других металлов. Высоконелинейная вольт-амперная характеристика резисторов позволяет им длительно находиться под действием рабочего напряжения, обеспечивая при этом глубокий уровень защиты от перенапряжений. Резисторы запрессовываются в оболочку из полимерных материалов, которая обеспечивает заданную механическую прочность и изоляционные характеристики. При фазном напряжении ток утечки носит емкостный характер и составляет доли миллиампера. Рассчитаны ограничители для работы до напряжения 220 к. В, максимальный ток 10 к. А.

Грозозащита линий электропередачи Индуктированные перенапряжения на ЛЭП . Удар молнии вблизи ЛЭП где Iм Грозозащита линий электропередачи Индуктированные перенапряжения на ЛЭП . Удар молнии вблизи ЛЭП где Iм – величина тока молнии, А; b – расстояние от линии до места удара молнии, м; h – высота подвеса провода, м.

УДАР МОЛНИИ В ЛЭП УДАР МОЛНИИ В ЛЭП

Прямой удар молнии в опору ЛЭП, не защищенную тросами Uз = Iм. Rи. а Прямой удар молнии в опору ЛЭП, не защищенную тросами Uз = Iм. Rи. а – крутизна фронта тока молнии, к. А/мкс; Lэ – коэффициент, численно равный высоте подвеса (hпр) провода, мк. Гн. Lоп – индуктивность опоры, Lоп = 0, 6 hоп.

Пусть металлическую опору ЛЭП 220 без тросов поразила молния: ток молнии iм = 50 Пусть металлическую опору ЛЭП 220 без тросов поразила молния: ток молнии iм = 50 к. А/мкс, крутизна фронта тока молнии a = 40 к. А/мкс. Высота подвески проводов hоп = 30 м, импульсное сопротивление заземлителя Rи =20 Ом. Получаем: МВ С опоры на провод произойдет обратное перекрытие.

Прямой удар молнии в опору ЛЭП с тросами МВ Прямой удар молнии в опору ЛЭП с тросами МВ

Прямой удар молнии в провод ЛЭП Прямой удар в провод линии отличается от прямого Прямой удар молнии в провод ЛЭП Прямой удар в провод линии отличается от прямого удара молнии в опору тем, что значительное волновое сопротивление провода (Zпр = 400– 500 Ом) ограничивает ток молнии, в то время как хорошо заземленная опора его не ограничивает. Лидер канала молнии несет на себе потенциал равный U 0 = Iм. Zм , где Zм = 100 – 250 Ом – волновое сопротивление канала молнии. В месте удара возникнет ток:

По проводу в каждую сторону от места удара будет распространяться волна с током Iм/4, По проводу в каждую сторону от места удара будет распространяться волна с током Iм/4, которая создаст на проводе напряжение Кроме того, от отрицательного заряда лидера на проводе возникнет электрическая составляющая индуктированного напряжения:

Грозозащита подстанций Схема грозозащиты подстанций на 3– 20 к. В Грозозащита подстанций Схема грозозащиты подстанций на 3– 20 к. В

Схема грозозащиты подстанций на 35 к. В Схема грозозащиты подстанций на 35 к. В

Схемы грозозащиты подстанций на 500 к. В Схемы грозозащиты подстанций на 500 к. В

Схема защиты подстанции с вращающейся машиной при воздушных линейных подходах Схема защиты подстанции с вращающейся машиной при воздушных линейных подходах

Схема грозозащиты вращающихся машин, подключенных через кабельную вставку Схема грозозащиты вращающихся машин, подключенных через кабельную вставку

ВНУТРЕННИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Перенапряжения при отключении ненагруженных линий Временная диаграмма напряжения и тока при отключении ВНУТРЕННИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Перенапряжения при отключении ненагруженных линий Временная диаграмма напряжения и тока при отключении ненагруженной линии

Перенапряжения при отключении трансформаторов В момент обрыва дуги в выключателе возникает колебательный контур LC, Перенапряжения при отключении трансформаторов В момент обрыва дуги в выключателе возникает колебательный контур LC, напряжение на емкости UС равно напряжению на индуктивности UL. Пусть дуга погасла при некоторых средних значениях тока и напряжения: i = = iср, U = Uср в момент t = 0. Запишем уравнение для данного контура по закону Кирхгофа:

Емкостный ток можно найти из выражения: Продифференцируем: Для решения составим характеристическое уравнение: – корень Емкостный ток можно найти из выражения: Продифференцируем: Для решения составим характеристическое уравнение: – корень характеристического уравнения.

Уравнение имеет решение: Найдем постоянные A 1 и A 2, для этого продифференцируем : Уравнение имеет решение: Найдем постоянные A 1 и A 2, для этого продифференцируем : Умножим на C:

С учетом уравнение примет вид С учетом уравнение примет вид

В начальный момент времени (t = 0) емкостный ток равен среднему значению (i. С В начальный момент времени (t = 0) емкостный ток равен среднему значению (i. С = iср), поэтому Подставив в уравнение . t = 0 и U = Uср, получим

Преобразуем выражение Применим формулу Эйлера Преобразуем выражение Применим формулу Эйлера

– сопротивление контура. – сопротивление контура.

Найдем максимальное значение этой величины, для этого приравняем производную к нулю: Найдем максимальное значение этой величины, для этого приравняем производную к нулю:

Подставим в sin t и cos t Подставим в sin t и cos t