Методичка / Лабораторный практикум Техника Высоких Напряжений

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

либо измерением емкости или сопротивлением жилы до места повреждения.

Описание лабораторной установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рисунке 10.

Высокое напряжение постоянного тока получается от аппарата для испытания силовых кабелей АКИ-50, который включает в себя автотрансформатор АТ, высоковольтный выпрямитель VD - кенотрон типа КРМ-110, контактор КМ для включения и отключения высоковольтного напряжения.

Q1

220 В

μA

Рисунок 10 - Схема лабораторной установки

Напряжение измеряется вольтметром, отградуированным в киловольтах, ток утечки

- микроамперметром. Выключатель Q1 служит для коммутации напряжения испытательной установки. Испытательная схема снабжена лампочкой, сигнализирующей о подаче напряжения на высоковольтный трансформатор T. Испытуемый кабель расположен за ограждением. Двери ограждения снабжены блокировкой, контакты которой включены в цепь управления контактором КМ. Сопротивление изоляции кабеля измеряется мегомметром М2500.

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 и каждой жилы кабеля относительно земли (Э) и между жилами мегомметром М2500, данные занести в таблицу 11.

3.Испытать изоляцию кабеля повышенным выпрямленным напряжением,

31

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

замеряя токи утечки каждой жилы. Замер для каждой жилы кабеля выполнять в течении

5 мину записывая измеренные значения в таблицу 12. Первый замер тока утечки .0

производится при включении испытательной установки, второе значение 5 производится через 5 минут. По данным измерений определить коэффициент асимметрии для изоляции кабеля по выражению:

а = . (17).

где . – максимальное значение тока утечки для испытуемого кабеля, мкА;. – минимальное значение тока утечки для испытуемого кабеля, мкА.

4. Сделать на основании полученных результатов испытания заключение о годности изоляции кабеля для эксплуатации.

Таблица 11 - Результаты замера сопротивления изоляции

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткие теоретические сведения.

3.Схема установки.

4.Результаты измерений.

5.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Как выполняется изоляция кабелей с вязкой пропиткой?

2.Какие дефекты могут быть в изоляции кабелей с вязкой пропиткой?

32

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

3.Как развиваются ветвистые разряды в изоляции кабеля?

4.На какие напряжения применяются кабели с вязкой пропиткой?

5.Почему кабели с вязкой пропиткой могут работать при постоянном напряжении при более высоких напряжениях, чем при переменном?

6.Какие дефекты в изоляции кабеля могут быть обнаружены с помощью

мегомметра?

7.Какие дефекты в изоляции кабеля могут быть обнаружены при испытании повышенным выпрямленным напряжением?

8.Какой физический смысл коэффициента асимметрии изоляции кабеля и почему этот параметр применяют при проверке изоляции.

9.Как производится замер сопротивления с помощью мегаомметра?

33

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

Лабораторная работа № 5 ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Теоретические 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 землю вблизи (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

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 восстанавливающейся 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) ф. 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.

34

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

Такое возможно, если емкостной ток однофазного короткого замыкания оказывается меньше тока самопогасания дуги. Согласно 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 кратковре-

менная (импульсная) прочность изоляции установок 110 кВ и выше не менее 600 кВ, а

установок 35-200 кВ. Поэтому эти перенапряжения более опасны для установок 35 кВ, чем для установок 110 кВ. Наиболее тяжелыми и опасными для изоляции являются перенапря-

жения при прямых ударах молнии, ток при которых достигает очень больших величин (до

25000 А).

Зашита 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 545 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 сече-

нием 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

35

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

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. 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 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 (РТ).

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, длительность – 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).

36

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

На рисунке 11 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.

Фазный провод

ИП

НС

З

Рисунок 11 - Схема включения вентильного разрядника

На рисунке 12 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 ф.

фаза А фаза В

фаза С

Рисунок 12 - Схема включения ограничителя перенапряжения нелинейного (ОПН)

Вентильные разрядники на напряжение 6-10 кВ устанавливаются в ячейках

37

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

закрытых распределительных устройств, связанных с воздушными линиями. Разрядники напряжением 35 кВ и более устанавливаются на входе ЛЭП открытого распределительного устройства подстанции. Обозначения аппаратов защиты от перенапряжений на электрических схемах показаны на рисунке 13.

4,00

10,00

Рисунок 13 - Обозначения аппаратов защиты от перенапряжений на электрических схемах

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.

Порядок выполнения работы

1.Изучить конструкцию трубчатого разрядника и выполнить эскиз с обозначением элементов конструкции.

2.Изучить конструкцию вентильного разрядника и выполнить эскиз с обозначением элементов конструкции.

3.Изучить конструкцию ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН) и

выполнить эскиз с обозначением элементов конструкции.

4.Изучить возможности применения защитных промежутков (ПЗ) и выполнить

38

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

их эскизы.

5.Разработать схемы защиты подстанций от ПУМ и набегающих волн перенапряжений с линий.

6.Выполнить эскизы защит от перенапряжений воздушных линий на деревянных или железобетонных опорах.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткие теоретические сведения.

3.Эскизы согласно варианту задания.

4.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Виды перенапряжений в системах электроснабжения.

2.Внутренние перенапряжения в системах электроснабжения и меры по их

снижению.

3.Защита от перенапряжений зданий и устройств на территории подстанций.

4.Как защищаются от перенапряжений воздушные линии?

5.Форма импульсов перенапряжений с пораженной молнией линии.

6.Каким образом защищается оборудование подстанций от набегающих с линий волн перенапряжений?

7.Устройство и принцип действия трубчатого разрядника.

8.Назначение, конструкция и процесс срабатывания вентильных разрядников.

9.В каких случаях применяются защитные промежутки (ПЗ)?

10.Особенность защиты подстанций, присоединенных к воздушным линиям на деревянных опорах.

11.Как выполняется защиты самонесущих изолированных проводов (СИП)

воздушных линий электропередачи различных классов напряжения от перенапряжений.

39

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Лабораторный практикум

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Ополева Г.Н. Электроснабжение промышленных предприятий и городов. М.:

Форум, 2020. 416 pp.

2.Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электричеких станций и подстанций. М.: Академия, 2013. 449 с.

3.Макаров А. И. Справочник по электрическим сетям: в 6-ти т. М.:

Энергоатомиздат, 2005.

4.Электротехнический справочник: в 4-х т. / под ред. В.Г. Герасимова. - М.:

Энергоатомиздат, 2002.

5. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. Москва: Издательство

Проспект, 2020. 832 с.

40