Анализ применения ограничителей перенапряжений в электросетях 0,38-110 кВ
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
µмкости С, в первый момент с переменой знака, что несколько замедляет нарастание напряжения на разряднике и вызывает некоторое запаздывание пробоя искрового промежутка. После срабатывания разрядника возникают многократные отражения волн между разрядником и объектом, причем в точке 1 отражения волн происходят с переменой знака вследствие небольшого сопротивления разрядника, а от заряженной емкости С (точка 2) волны отражаются с тем же знаком. Благодаря пологой вольт-амперной характеристике разрядника напряжение на нем (uр) почти не изменяется под влиянием отраженных волн и остается практически постоянным. Длительность фронта расчетной волны на разряднике равна Uост/
Рис. 3.9 - Изменение напряжений в схеме рис. 3.6, б
Более простой метод расчета заключается в том, что участок шин длиной / между точками 1 и 2 схемы рис. 3.6,б заменяется П - образной схемой, содержащей индуктивность Ll и емкости С1/2, причем половина емкости шин, включенная параллельно разряднику (в точке 1), не оказывает влияния на ход процесса (при принятых допущениях), а соответствующая емкость в точке 2 прибавляется к емкости защищаемой аппаратуры, образуя емкость С2=С+С/2. Схема замещения принимает вид в соответствии с рис. 3.10. Определение напряжения на защищаемой изоляции сводится к решению задачи о подключении колебательного контура к источнику бесконечной мощности, напряжение которого равно расчетной волне напряжения на разряднике, т. е. бесконечной волне с косоугольным фронтом
= .
Рис. 3.10 - Упрощенная расчетная схема для определения напряжения на изоляции, включенной после вентильного разрядника (схема рис. 3.6, б)
Напряжение на емкости С2 колебательного контура имеет форму колебаний (слабозатухающих с учетом активных потерь в схеме), которые накладываются на остающееся напряжение разрядника (кривая uи на рис. 3.9). Максимальное напряжение Uи,мах может быть определено по кривой рис. 3.11.
Рис. 3.11 - Зависимость Uи,мах /Uост=f(/T1) для колебательного контура схемы рис. 3.10
Из этой кривой видно, что максимальное напряжение на изоляции зависит от отношения длительности фронта волны к периоду колебаний контура Т1
=2 (3.11)
где и - индуктивность и емкость соединительных проводов на единицу длины: L=z/v; C=1/zv. Для подстанций 110-220 кВ можно принять z =400 Ом. При v =300 м/мкс индуктивность и емкость на единицу длины будут соответственно равны: =1,33 мкГн/м; =8,33 пФ/м.
Из кривых рис. 3.11 следует, что напряжение в точке 2 возрастает с уменьшением длительности фронта и увеличением периода собственных колебаний. Поскольку длительность фронта обратно пропорциональна крутизне, а период увеличивается с увеличением длины l, то напряжение в точке 2, т.е. на защищаемой изоляции, оказывается тем выше, чем больше крутизна падающей волны и расстояние l между разрядником и защищаемой изоляцией.
Включение сопротивления z, имитирующего отходящую линию, в схеме рис. 3.6,б до разрядника (по ходу волны) уменьшает в первую очередь крутизну, а также максимальное значение набегающей на разрядник волны, что ведет к снижению перенапряжений; еще больший эффект оказывает включение z между разрядником и емкостью С вследствие демпфирования колебаний. В обоих случаях влияние z увеличивается по мере удаления точки его включения от разрядника.
Составим схему замещения подстанции, используя схему включения оборудования с обозначением расстояний по ошиновке, взятых из конструктивных чертежей. Следует заменить элементы оборудования сосредоточенными емкостями, имеющими следующие значения для различных элементов, пФ:
Трансформатор1500
Выключатель 500
Трансформатор напряжения 300
Разъединитель 60
В виде примера на рис. 3.12 представлена схема распределительного устройства 110 кВ. Цифры в схеме на рис. 3.12, указывают расстояния в метрах между аппаратами или узловыми точками, цифры у емкостей - значения емкостей в пикофарадах.
Рис. 3.12 - Схема открытого распределительного устройства (ОРУ) 110 кВ: Л1 и Л2- подходящие воздушные линии электропередачи; Тр - силовой трансформатор; ТН- трансформатор напряжения; В1- линейный выключатель; РВ - выключатель перемычки; Р - разъединители; РВ - вентильный разрядник
Рассчитаем и построим зависимости Umax (равного 50%-ному разрядному напряжению изоляции линии) на изоляции от расстояния между изоляцией и ОПН или разрядником в схемах 1 на рис. 3.6,а и 2 на рис. 3.6,б при защите изоляции разрядником РВС-110, а также ограничителем ОПН-110.
Исходные данные:ном п/ст=110 кВ; U=330 кВ/мс.
Схема 1: С=0 пФ. Схема 2: С=1500 пФ.
Характеристики:
РВС-110:Uост=335кВ;
ОПН-110: Uост =250кB.
При =300 м/мкс индуктивность и емкость на единицу длины будут соответственно равны: С=8,33 пФ/м и L =1,33 мкГн/м.
Рассчитаем период колебаний контура T1 для ОПН и разрядника в каждой схеме по формуле 3.11. Расчет произведем для диапазона расстояний lмежду ОПН (разрядником) и защищаемой изоляцией от 10 до 300 м:
; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 150; 200; 250; 300 м.
Для нахождения Umax воспользуемся графиком зависимости
и, max/ Uост =f(/T1) на рис. 3.11:и, max= Uост f(/T1) (3.12)
Схема 1 (без учета емкости объекта С).
. Найдем отношение длительности фронта волны к периоду колебаний контура T1 для разрядника РВС-110:
= ==10,15мс (3.13)
Расчёты сведём в таблицу 3.2
Таблица 3.2 - Результаты расчётов по разряднику РВС-110 в схеме 1
ilT1Tф,р/ T1Umax/ UостUmax, кВ1101,486,871,003352202,963,431,254193304,432,291,093654405,911,721,193995507,391,371,173926608,871,141,0535277010,350,981,0033588011,820,861,1839599013,300,761,294321010014,780,691,384