Задача 14.2.4_1 - Чувашский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ
Методические указания к лабораторным
и расчетно-графическим работам
Чебоксары
2013
УДК 621.311.2.06
Составители: И.Г. Злобина,
И.В. Афанасьев
Высоковольтные электрические аппараты: метод. указания к
лабораторным и расчетно-графическим работам / сост. И.Г. Злобина, И.В. Афанасьев. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та 2013.
Дана методика выполнения лабораторных работ по темам: высоковольтные коммутационные аппараты и их дугогасительные устройства; защитные аппараты; измерительные трансформаторы тока; измерительные трансформаторы напряжения; методика выполнения расчетно-графической работы на тему «Проверка выключателей по переходному восстанавливающемуся напряжению», а также приложение с
вариантами заданий к расчетно-графической работе.
Для студентов электроэнергетического факультета III курса дневной формы обучения и II курса заочной формы обучения по направлению 140400 Электроэнергетика и электротехника; профиль подготовки
07 – Электроснабжение и 05 – Электроэнергетические системы и сети,
03 – Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем.
Ответственный редактор канд. техн. наук
доцент И.Г. Злобина
Утверждено Учебно-методическим советом университета
2
1. Общие указания к лабораторным работам
Целью работ является самостоятельное изучение студентами вопросов дисциплины «Высоковольтные электрические аппараты», которые дополняют теоретическую часть, прежде всего
изучение элементов конструкции высоковольтных электрических аппаратов.
План выполнения работ
На выполнение каждой работы отведено 4-часовое занятие
в лаборатории «Высоковольтные аппараты РУ», используемое
следующим образом:
1) проверка самостоятельной подготовки к занятиям;
2) изучение конструкций электрических аппаратов в соответствии с заданием к работе в лаборатории;
3) окончательное оформление отчета и сдача зачета по работе.
Подготовку к лабораторной работе и оформление предварительного отчета следует выполнять дома или в читальном зале.
Очередность работ бригад студентов определяет график лабораторных работ, задаваемый преподавателем.
1. Самостоятельная подготовка к работе дома
Каждая лабораторная работа имеет раздел указаний, в которых студентам по теме предстоящей работы предлагается прочесть соответствующие параграфы глав учебников и учебных
пособий и ответить на вопросы.
Список литературы приводится в конце методических указаний.
После изучения рекомендованных разделов литературы студент составляет предварительный отчет, включающий в себя
ответы на поставленные вопросы, сопровождаемые рисунками,
и представляет преподавателю в начале занятия при проверке им
подготовленности студентов к занятию. Сам факт представления студентом отчета не является допуском его к работе, свою
готовность к выполнению работы он должен доказать правильными ответами на предложенные преподавателем вопросы.
2. Оформление работ
Оформление работ рекомендуется выполнять на отдельных
листах бумаги формата А4. Текст следует писать на обеих сторонах листа. Титульный лист должен иметь: в самом верху стра3
ницы название вуза и кафедры; ниже – номер лабораторной работы и ее наименование, а также дисциплины, по которой выполняется работа; в нижней правой части указывается номер
группы, фамилия студента, написавшего отчет, и преподавателя,
ведущего занятия.
Окончательный отчет представляет собой предварительный
с добавлением материала, полученного при работе в лаборатории: рисунков конструкций, схем. Графические зависимости и
векторные диаграммы рекомендуется вычерчивать на вкладных
листах миллиметровки.
Если бригада защищает работу в день ее выполнения, то ответы на вопросы второго пункта и графики достаточно привести
в одном отчете.
3. Правила техники безопасности
При выполнении работ необходимо строго выполнять правила техники безопасности, которые следует тщательно изучить.
Без предварительного инструктажа на рабочем месте, проводимого преподавателем, и проверки им собранной схемы подавать напряжение на стенд не разрешается. Факт проведения
инструктажа фиксируется в журнале по технике безопасности
(ТБ).
Лабораторная работа 1
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ
АППАРАТЫ И ИХ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Цель: изучение принципа действия, конструкций и области
применения высоковольтных выключателей, выключателей
нагрузки и их дугогасительных устройств, разъединителей, короткозамыкателей, отделителей.
1. Подготовка к работе
При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить
теоретические положения по применению указанных выше
электрических аппаратов и ответить на вопросы, используя [1.
Гл. 12, § 12.1–12.6; Гл. 14, § 14.1, 14.2]; [2. Гл. 3, 4, 5, 6, 7]; [3.
Гл. 4, § 4.5, 4.6].
4
1. Назначение коммутационных аппаратов: выключателей,
выключателей нагрузки, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей, используя [2. Гл. 2; Гл. 3, § 3.1, 3.9, 3.10, 3.12,
3.14]; [3. Гл. 4].
2. Условное графическое и буквенное обозначение коммутационных аппаратов на электрических схемах.
3. Места включения коммутационных аппаратов в схемах
электроустановок и системах электроснабжения.
4. Номинальные параметры, характеризующие коммутационные аппараты.
5. Назначение дугогасительных устройств.
6. Способы гашения дуги в электрических аппаратах высокого напряжения.
7. Отключающая способность разъединителей, выключателей нагрузки.
Предварительный отчет должен содержать рисунки и однолинейные схемы электроустановок, поясняющие ответы на вопросы.
2. Работа в лаборатории
При выполнении работы в лаборатории студенты изучают
конструкции выключателей, разъединителей, выключателей
нагрузки, короткозамыкателей по имеющимся в лаборатории
оригиналам аппаратов, вывешенным плакатам, а также по рисункам в учебниках, указанных в списке.
Предварительный отчет дополняется ответами на следующие вопросы:
1. Классификация высоковольтных выключателей по способу гашения дуги.
2. Классификация масляных выключателей.
3. Гашение дуги в масляных выключателях.
4. Сравнить конструкции и номинальные параметры маломасляных выключателей типа ВМГ–133, ВМП–10, ВМК–10,
представленных на стенде в лаборатории.
5. Номинальные параметры и контактная система маломасляных выключателей типа МГГ и МГ.
6. Маломасляные выключатели на напряжение 110 и 220 кВ.
5
7. Чем вызвана замена маломасляных выключателей
6 –10 кВ на вакуумные и элегазовые выключатели?
8. Баковые масляные выключатели, их конструкция, достоинства, недостатки, область применения.
9. Конструкции воздушных выключателей, их достоинства,
недостатки, область применения.
10. Конструкция вакуумных выключателей, их достоинства,
недостатки, область применения.
11. Элегазовые выключатели: их конструкция, способ гашения дуги. Особенности элегаза (SF6). Область применения, достоинства и недостатки элегазовых выключателей.
12. Электромагнитные выключатели: способ гашения дуги,
область применения.
13. Конструкция выключателя нагрузки, способ гашения дуги, контактная система.
14. Назначения разъединителей, их классификация.
15. Отделители и короткозамыкатели: их конструкция,
назначение.
Лабораторная работа 2
ЗАЩИТНЫЕ АППАРАТЫ: ПЛАВКИЕ
ПРЕДОХРАНИТЕЛИ И РАЗРЯДНИКИ
Цель: изучение студентами назначения, принципов действия
конструкций и области применения плавких предохранителей и
разрядников.
1. Подготовка к работе
Каждый студент бригады самостоятельно изучает соответствующие разделы учебника по плавким предохранителям и
разрядникам [1. Гл. 14, §14.3; Гл.15, §15.4]; [3. Гл. 21, §21.5]; [2.
Гл.8; 12, §12.1–12.3] и письменно отвечает на вопросы:
1. Назначение плавких предохранителей и разрядников.
2. Принцип действия плавких предохранителей и разрядников.
3. Защитная характеристика плавкого предохранителя. Понятие минимального и номинального токов плавкой вставки.
6
4. Определение номинального тока предохранителя.
5. Процесс работы предохранителя.
6. Область применения предохранителей, их достоинства и
недостатки.
7. Типы предохранителей.
8. Типы разрядников, их вольт-секундные характеристики.
9. Места включения предохранителей в схемах электроустановок.
10. Места подсоединения разрядников в электрических схемах.
11. Достоинства и недостатки разрядников разных типов.
12. Номинальные параметры предохранителей и разрядников.
13. Условное графическое обозначение предохранителей и
разрядников в электрических схемах.
Предварительный отчет должен содержать рисунки, поясняющие ответы на вопросы.
2. Работа в лаборатории
Работа в лаборатории заключается в изучении конструкций
всех типов предохранителей и разрядников, выставленных на
стендах и представленных на плакатах. После этого предварительный отчет дополняется ответами на вопросы:
1. Различие в конструкции плавких предохранителей напряжением до 1000 В и выше [1. Гл.12, §12.3; Гл.14, §14.1].
2. Кварцевые предохранители. Требования, предъявляемые
к наполнителю, гашение дуги в кварцевых предохранителях.
3. Токоограничивающее действие кварцевых предохранителей.
4. Устройство, принцип действия и типы предохранителей,
применяемых для защиты измерительных трансформаторов
напряжения.
5. Газогенерирующие предохранители.
6. Отключающая способность предохранителей.
7. Схемы включения предохранителей для защиты трансформаторов.
8. Устройство трубчатых и вентильных разрядников. Область применения вентильных и трубчатых разрядников.
7
9. Гашение дуги сопровождающего тока в трубчатом разряднике.
10. Гашение дуги сопровождающего тока в вентильных разрядниках.
11. Требования, предъявляемые к рабочему сопротивлению
вентильных разрядников.
12. Ограничители перенапряжения: их конструкция, принцип действия.
Лабораторная работа 3
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Цель: изучение студентами принципа работы, конструкции
и особенностей измерительных трансформаторов тока
[1. Гл. 17]; [2. Гл.9], [3. Гл.4, § 4.8].
1. Подготовка к работе
Перед студентами ставится задача самостоятельного изучения теории измерительных трансформаторов и составления
предварительного отчета. Предварительный отчет составляется
каждым студентом в отдельности после изучения литературы и
представляет собой письменный ответ на вопросы:
1. Назначение трансформаторов тока.
2. Номинальные параметры трансформаторов тока.
3. Условное графическое и буквенное обозначение трансформаторов тока на электрических схемах.
4. Места включения трансформаторов тока в схемах электроустановок.
5. Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора
тока.
6. Особенности режима работы трансформаторов тока.
7. Почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока?
8. Маркировка зажимов трансформаторов тока.
9. Классификация трансформаторов тока.
10. От чего зависят погрешности в работе измерительных
трансформаторов тока?
8
11. Как зависят погрешности трансформатора тока от первичного тока, нагрузки, конструкции и материала магнитопровода?
12. Какие меры уменьшения погрешностей в работе применяют в трансформаторах тока?
13. Привести схемы подключения амперметров к трансформаторам тока.
14. Какие приборы подключаются к измерительным трансформаторам тока в цепях: 1) отходящих кабельных линий; 2)
генераторов; 3) повышающих трансформаторов; 4) трансформаторов собственных нужд; 5) воздушных линий?
15. Нарисовать схему подключения ваттметра и счетчика к
трансформаторам тока.
Ответы на вопросы следует дополнять соответствующими
рисунками и схемами.
2. Работа в лаборатории
За время работы в лаборатории студентам необходимо изучить конструкции трансформаторов тока: одновитковых –
стержневых, шинных, встроенных; многовитковых – катушечных, петлевых и восьмерочных. При изучении конструкции
трансформатора тока необходимо в окончательном отчете привести эскизы трансформаторов тока и описать особенности их
выполнения.
Необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Как достигается механическая прочность конструкции
трансформатор тока типа ТПФМ?
2. Каковы достоинства одновиткового трансформатора тока
типа ТПОФ-10 по сравнению с многовитковым ТПФМ и каковы
его недостатки?
3. Для чего у трансформатора тока две вторичные обмотки
и чем они отличаются?
4. В чем состоит отличие двух одновитковых трансформаторов тока, имеющих одинаковые классы точности, но различные
номинальные первичные токи?
5. Каковы преимущества и недостатки шинных трансформаторов тока?
9
6. Какова конструкция трансформатора тока на напряжение
110 кВ и выше?
Лабораторная работа 4
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
НАПРЯЖЕНИЯ
Цель: изучение студентами принципа работы, конструкций
и особенностей измерительных трансформаторов напряжения.
1. Подготовка к работе
Перед студентами ставится задача самостоятельного изучения теории измерительных трансформаторов напряжения и составления предварительного отчета. Предварительный отчет составляется каждым студентом в отдельности после изучения литературы и представляет собой письменные ответы на вопросы
с использованием [1. Гл.16]; [2. Гл.10]; [3. Гл.4, § 4.9].
1. Назначение трансформаторов напряжения.
2. Условное графическое и буквенное обозначение трансформатора напряжения на электрических схемах.
3. Места включения трансформаторов напряжения в схемах
электроустановок.
4. Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора
напряжения.
5. Особенности режимов работы трансформаторов напряжения.
6. Почему нельзя закорачивать вторичную обмотку в трансформаторе напряжения?
7. Маркировка зажимов трансформаторов напряжения.
8. Классификация трансформаторов напряжения.
9. Понятие, векторные диаграммы и особенности работы сети с изолированной нейтралью.
10. От чего зависят погрешности в работе измерительных
трансформаторов напряжения?
11. Показать путем построения векторной диаграммы изменение погрешностей трансформатора напряжения в зависимости
от вторичной нагрузки, первичного напряжения.
10
12. Какие способы снижения погрешностей в работе применяют в трансформаторах напряжения?
13. Какие напряжения подлежат измерению?
14. Каким образом можно замерять фазные, линейные
напряжения и напряжения нулевой последовательности, применяя однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения?
15. Какие приборы подключаются к измерительным трансформаторам напряжения в цепях: 1) отходящих кабельных линий; 2) генераторов; 3) повышающих трансформаторов;
4) трансформаторов собственных нужд; 5) воздушных линий?
[1. Гл.32, §32.5].
16. Нарисовать схему подключения ваттметра и счетчика к
трансформаторам напряжения.
Ответы на вопросы рекомендуется дополнять соответствующими рисунками и схемами.
2. Работа в лаборатории
За время работы в лаборатории студентам необходимо изучить конструкции трансформаторов напряжения. При изучении
конструкций трансформаторов напряжения необходимо в окончательном отчете привести эскизы трансформаторов напряжения и описать особенности их выполнения. Изучить конструкции трансформаторов напряжения: НОМ, ЗНОЛ, НТМИ,
НАМИ, НТМК, НКФ. Изучить метод контроля изоляции с помощью трансформатора напряжения НТМИ-6 в схеме, приведенной на стенде. Кроме того, необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Почему на крышку трансформатора напряжения типа
НТМК не выведена нулевая точка первичной обмотки?
2. Каково устройство магнитопровода трансформатора
напряжения типа НТМИ и назначение его обмоток?
3. Область применения трансформаторов напряжения типа
НТМИ, НАМИ, 3хЗНОЛ.
Эскизы и ответы на вопросы при работе в лаборатории достаточно иметь в одном окончательном отчете, если бригада защищает работу в день ее выполнения.
11
2. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
Проверка выключателей по переходному
восстанавливающемуся напряжению
При выборе выключателей по отключающей способности
следует производить его проверку по переходному восстанавливающемуся напряжению (ПВН). Восстанавливающееся напряжение возникает на контактах выключателя при отключении
переменного синусоидального тока в момент прохождения его
через ноль и погасании дуги. Появление восстанавливающегося
напряжения обусловлено наличием емкости в цепи отключения:
когда на контактах выключателя Q горит дуга, емкость закорочена и разряжена (рис.1). При обрыве дуги емкость С расшунтировалась и начался процесс зарядки емкости от источника по
цепи, состоящей из индуктивности L и резистора R. Возникает
колебательный процесс восстановления напряжения на емкости
С и напряжение на емкости UС – это и есть ПВН на контактах
выключателя, т. е. Uвосст = UС .
Рассмотрим упрощенно процесс отключения тока трехфазного КЗ в одной из фаз идеальным выключателем, у которого
сопротивление дуги равно нулю, а после ее погасания сопротивление промежутка между контактами мгновенно достигает бесконечности.
Кроме того, принимаются следующие допущения:
1) короткое замыкание достаточно удалено от источников,
поэтому амплитуда ЭДС источника остается всегда постоянной
величиной: Umax = const;
2) апериодическая составляющая тока КЗ затухла к моменту
размыкания контактов выключателя и отключается синусоидальный ток трехфазного КЗ;
3) не учитывается активная проводимость фазы относительно земли и активное сопротивление, включаемое параллельно
контактам Q (q≈0).
Расчетная схема и схема замещения приведены на рис.1,а,б.
Наряду с источником синусоидального напряжения U = Umax
sin (ωt+α) (рис. 1,б) приведены: L и R — индуктивное и активное
сопротивления цепи КЗ; CΣ — результирующая емкость провод12
ников и элементов оборудования самой подстанции и кабельной
(воздушной) сети, питающейся от подстанции.
а
б
Рис. 1. Расчетная схема (а) и схема замещения
(б) электрической сети
Процесс восстановления напряжения начинается, когда ток
проходит через ноль. Этот момент времени мы и примем за
начало отсчета (t0=0).
Левая часть, состоящая из источника и R-L-C цепочки, отделяется от закоротки, и процесс восстановления напряжения на
емкости С описывается дифференциальным уравнением
L di  Ri  1  idt  U (t ),
dt
C
где U(t) = Um sin (ωt+α) — напряжение источника питания в
функции времени.
Решение дифференциального уравнения состоит из частного
решения (дает принужденную составляющую) и общего решения (дает свободную составляющую), т.е.
UС t = UС пр + UС св,
где UС пр – восстанавливающееся напряжение промышленной
частоты, т.е. это практически напряжение источника, если не
учитывать потери напряжения в элементах схемы L и R из-за
малого значения. Поэтому принимаем UС пр= U(t).
Для нахождения свободной составляющей решаем уравнение следующего вида:
di
L св  Riсв  1  iсв dt  0.
dt
C
Освободившись от интеграла, получаем дифференциальное
уравнение 2-го порядка:
13
d 2iсв
di
 R св  1 iсв  0.
dt C
dt 2
Освободившись от коэффициента L в первом слагаемом
уравнения и проведя замену diсв  p , получим характеристичеdt
ское уравнение 2-го порядка:
R
1
p2  p 
0,
L
LC
корни которого
L
p
1,2
- R 
2L
 R2 


 2L 


2
 1  b  jωсв ,
LC
где b — коэффициент затухания свободной слагающей напряжения и тока; ωсв — угловая частота свободных колебаний;
1  b2 ).
ωсв  1 (так как
LC
LC
В электрических сетях с реальными параметрами корни
комплексные и сопряженные.
Решение для свободной слагающей имеет вид
UС cв t = A ℮ –bt sin (ωсв t + γ) ,
где A и γ – постоянные интегрирования, определяемые из
начальных условий.
Коэффициент А легко определить, используя теорему коммутации для емкостной цепи:
А = Ucв.нач = UС (–0) – UС (+0),
где UС (–0) — мгновенное значение напряжения на емкости в
установившемся режиме до коммутации (гашение дуги); UС (+0)
— мгновенное значение напряжения на емкости в установившемся режиме после коммутации с учетом принятых допущений
имеем
UС (–0) = 0, UС (+0) = Um.
Тогда уравнения для расчета свободной слагающей напряжения на емкости будет иметь вид
UС св = – Um ℮ –bt sin (ωсв t · 57о + γ).
Начальный угол γ будет равен 90о, при этом выполняется
условие UС cв = Ucв.нач = – Um в момент времени t = +0.
14
Уравнение для расчета свободной слагающей напряжения
на емкости приобретет вид
UС cв = – Um ℮ –bt sin (ωсв t · 57о + 90о) ,
где ωсв – угловая частота свободных колебаний, рад; а ωсв t · 57о –
перевод радиан в градусы.
Свободная составляющая напряжения, изменяющаяся с угловой частотой ωсв, складывается с
принужденной
составляющей, изменяющейся с промышленной
частотой ω = =314. Слагающие и суммарная кривые
восстанавливающегося
напряжения в переходном
режиме показаны на рис. 2.
Проверка выключателя по ПВН сводится к поРис.2. Нормированные характеристики
строению расчетной криПВН для выключателей до 35 кВ вклювой изменения UС t и сравчительно в незаземленных сетях
нению
ее
с
нормированной, заданной в табл. 10.1, 10.2 [1].
Порядок проверки:
1. Рассчитывается действующее значение начального периодического тока КЗ Iп 0 на шинах низшего напряжения заданной
подстанции.
2. Рассчитываются параметры схемы замещения (см. рис.1)
L, R и C.
3. Рассчитывается угловая частота ωсв и период Тсв свободной составляющей ПВН (Тсв = 2π/ωсв) по параметрам схемы замещения.
4. Рассчитывается UС пр к моменту времени Tсв/2 по формуле
UС пр = Um sin (ω Тсв/2 · 57о + α).
5. Рассчитывается UС св для различных моментов времени t в
пределах периода свободных колебаний Тсв.
15
6. Суммируются UС пр и UС св , на отрезке времени от 0 до Tсв
строится кривая UС t .
7. Расчетная кривая ПВН сравнивается со стандартной. При
этом расчетная кривая не должна выходить за пределы стандартной, а прямая запаздывания может пересекаться с ней один
раз (см. рис. 2). В противном случае проверяемый выключатель
не соответствует ПВН.
Пример расчета. Задана расчетная схема: UВН = 115 кВ = const;
Л1, Л2 — АС – 70; l = 60 км;
худ = 0,432 Ом/км; Rуд = 0,429
Ом/км;
Т1, Т2 —ТДН–16000/115;
UК = 10,5%;
∆ РКЗ = 85 кВт;
UНН = 6,6 кВ;
Емкостный ток замыкания на землю
IС 0 = 7,6 А;
Проверить по ПВН выключатель
Q1 типа: ВМП–10–1600–20 с Iном
откл=20 кА.
Решение:
1. Рассчитываем Iпо в точке К.
Составляем схему замещения сети
и определяем сопротивления линий
и трансформаторов, Ом. Сразу же
Рис.3. Расчетная схема
приводим их значения к ступени
напряжения КЗ:
хл = худ l (UНН /UВН)2 = 0,432 · 60 · (6,6/115)2 = 0,0855;
Rл = Rуд l (UНН /UВН)2 = 0,429 · 60 · (6,6/115)2 = 0,0849;
ZТ = UК/100 UНН2/Sном = 10,5/100 · 6,62/16 = 0,285;
RТ = ∆ РКЗ UНН2 / Sном2 = 85 · 103 ·6,62 · 106 / 162 · 1012 = 0,0145;
хТ  ZT 2  RT 2  0,2852  0,01452  0,2853, т.е. хТ ≈ ZТ;
х∑ = хл + хТ = 0,0855 + 0,2853 = 0,3708;
R∑ = Rл + RТ = 0,0849 + 0,0145 = 0,0994;
ZΣ 
х 2R 2
Σ
Σ
 0,37082  0,09942  0,382;
16
Iп 0 = UНН / 3 · Z∑ ; Iп 0 = 6,6 / 3 · 0,382 = 9,987 кА.
2. Определяем параметры схемы замещения (см. рис.1,б) для
расчета свободной слагающей восстанавливающегося напряжения. Индуктивность, Гн:
L = х∑ /2πƒ = 0,3705 / 2 ·3,14 · 50 = 11,7 · 10-4.
В приближенных расчетах эквивалентную емкость проводников и элементов оборудования подстанции, мкФ, определяют
по следующей формуле [1]:
С1 = 159 · Iп 0 · U0,48 · 10–6;
С1 = 159 · 9,987 · 6,6 0,48 · 10–6;
С1 = 0,003928 мкФ = 3,928 · 10–9 Ф.
Емкость кабельной (воздушной) сети, определяемая током
замыкания на землю, рассчитывается по формуле IС 0 = 3ωCUф.
Откуда емкость фазы, Ф:
С2 = IС 0 / 3ωUф=7,6/3·314(6,6·103/ 3 )= 7,6/(3,594·106) =
= 2,115·10–6;
СΣ = С1+С2 = (0,0039+2,115)10–6=2,1189·10–6.
3. Рассчитываем угловую частоту свободной составляющей
по упрощенной формуле
1
1
св 

 0,20084 105  20084с–1 ;
4
LC
11,7 10  2,1189 106
ωсв / ωпр = 20084 / 314 = 63,96;
Тсв = Тпр / 63,96 = 0,02 / 63,96 = 0,000312 с = 312 мкс.
b = 1/2 (R/L) =1/2 (0,0994/11,7 · 10-4) = 42,48.
4. Рассчитываем UС пр , кВ, для t = Тсв/ 2; t = 312/2 = 156 мкс;
U С пр

U НН  2  sin(  t  90о )
;
3
U С пр

6,6  2  sin( 314  0,000156  57 о  90о )
 5,38кВ.
3
Принужденная составляющая за время (Т ''/2) не изменилась.
Начальное значение свободной слагающей
U ''нач = –UС пр = –5,38 кВ.
Свободная слагающая изменяется по закону:
UС cв t = – 5,38 ℮ –bt sin (ωсв t · 57о +90).
5. Приняв постоянные интегрирования А = –UС пр t=0 = – 5,38,
а γ = 90о, вычисляем UС св t и UС t.
17
Результаты расчетов сведены в таблицу.
t, мкс
0
10
50
100
150
157,5
180
UС св t, кВ
–5,38
–5,27
–2,98
2,24
5,32
5,38
4,78
0
0,11
2,4
7,62
10,7
10,76
10,16
UС t, кВ
Построив расчетную кривую по таблице (рис. 4), определяем параметры нормированной характеристики ПВН и линии запаздывания по табл. 10.2 [1] для Uном = 6 кВ и Iп 0 / Iном откл =
=9,987/20 = 0,499 ≈ 60%. Координаты нормированной характеристики ПВН: Uс = 13,2 кВ, t3 = 15 мкс и линии запаздывания U ’
= Uс /3 = 4,4 кВ, td = 0,15∙ t3 = 2,25 мкс.
Рис.4. Проверка выключателя Q1 по ПВН
Как видно на рис.4, расчетная кривая не пересекает нормированную характеристику, а прямая запаздывания пересекается
один раз.
Вывод: Выключатель Q1 типа ВМПЭ-10-1600-20 с номинальным током отключения 20 кА удовлетворяет условиям проверки по ПВН.
18
Варианты контрольных заданий
1. Способы гашения дуги в электрических аппаратах.
2. Малообъемные масляные выключатели напряжением
35 кВ и ниже для внутренней установки.
3. Малообъемные масляные выключатели напряжением
35 кВ и выше для наружной установки.
4. Воздушные выключатели генераторного напряжения.
5. Воздушные выключатели напряжением 110 кВ и выше.
6. Электромагнитные выключатели.
7. Элегазовые выключатели.
8. Назначение и конструкции разъединителей для внутренней установки.
9. Назначение и конструкции разъединителей для наружной
установки.
10. Назначение и конструкции отделителей и короткозамыкателей.
11. Конструкции однофазных трансформаторов напряжения,
область применения, схемы соединения.
12. Конструкции трехфазных трансформаторов напряжения,
область применения, схемы соединения обмоток.
13. Выключатели нагрузки.
14. Одновитковые трансформаторы тока, конструкции, область применения.
15. Многовитковые трансформаторы тока, конструкции, область применения.
16. Погрешности измерительных трансформаторов тока,
факторы, влияющие на их значения, способы снижения.
17. Погрешности измерительных трансформаторов напряжения, факторы, влияющие на их значения, способы снижения.
18. Вакуумные выключатели.
19. Контроль состояния изоляции в сетях U ≤ 35 кВ с помощью трансформаторов напряжения.
20. Типы газогенерирующих предохранителей, их конструкция, область применения, особенности.
21. Предохранители с наполнителем, их конструкции, область применения, особенности.
19
22. Малообъемные масляные выключатели напряжением до
35 кВ.
23. Аппараты для защиты воздушных линий от перенапряжений.
24. Аппараты для защиты оборудования распределительных
устройств, станций и подстанций от перенапряжений.
25. Аппараты для ограничения токов короткого замыкания.
26. Токоведущие части распределительных устройств.
27. Контактные соединения электрических аппаратов и токоведущих частей, их классификация. Переходное сопротивление в месте контакта.
28. Электрические аппараты напряжением ниже 1000 В.
29. Ручные, пружинные, грузовые приводы выключателей и
разъединителей: конструкция, область применения..
30. Высоковольтные выключатели: их назначение, классификация, область применения каждого типа выключателей. Номинальные параметры, характеризующие выключатели.
31. Многообъемные (баковые) масляные выключатели.
32. Отделители и короткозамыкатели. Назначение, конструкция, область применения, номинальные параметры, типы.
Примечание. Во всех вариантах, касающихся выключателей, следует пояснить следующие вопросы: основные элементы конструкции, контактная система, способы гашения
дуги, достоинства и недостатки, область применения.
20
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
«Проверка выключателя высокого напряжения по ПВН».
Варианты заданий
Вариант
1
Тип
трансформатора
Тип
выключателя
2
3
1
2
3
4
ТД-16000/35
SНОМ = 16 МВ·А
38,5/6,3 кВ
ВВ/TEL-10-20
Iс 0,
А
Длина
ВЛЭП,
км
Тип/площадь
сечения, мм2
6
4
5
5,5
10
5,6
15
5,7
20
5,8
30
5
5,9
40
6
5,5
30
7
5,6
35
5,7
40
5,8
50
5,9
60
11
6,0
70
12
7,1
80
13
7,2
90
14
5,5
70
15
5,6
80
16
5,7
90
5,8
100
8
9
10
17
18
ТРДН-25000/110
SНОМ = 25 МВ·А
115/6,3 – 6,3 кВ
ТРДН-32000/220
SНОМ = 32 МВ·А
230/11 – 11 кВ
ВМП-10-160020У3
ВМПЭ-11-315031,5У3
5,9
110
19
6,0
120
20
7,1
130
21
5,5
70
22
5,6
80
23
5,7
90
24
ТРДН-40000/110
SНОМ = 40 МВ·А
115/10,5 – 10,5кВ
ВЭМ-10Э1000/20У3
5,8
95
5,9
100
26
6,0
120
27
7,1
140
25
21
Сталеалюминевые
провода / 70
Сталеалюминевые
провода / 95
Сталеалюминевые
провода / 120
Сталеалюминевые
провода / 185
1
2
3
4
5
28
5,5
65
29
5,6
75
5,7
80
5,8
90
5,9
100
33
6,0
110
34
7,1
120
35
7,2
130
36
5,5
30
37
5,6
40
38
5,7
50
5,8
60
5,9
70
41
6,0
80
42
7,1
90
43
7,2
100
44
5,5
20
45
5,6
30
46
5,7
40
5,8
50
5,9
60
49
6,0
70
50
7,1
80
51
7,2
90
52
5,5
50
53
5,6
60
5,7
70
5,8
80
5,9
90
57
6,0
100
58
7,1
110
30
31
32
39
40
47
48
ТРДН-63000/110
SНОМ = 63 МВ·А
115/10,5 – 10,5кВ
ТДН-16000/110
SНОМ = 16 МВ·А
115/11 кВ
ТРДНС25000/110
SНОМ = 25 МВ·А
115/10,5 – 10,5кВ
МГГ-10-400045У3
ВМПЭ-11-315031,5У3
ВВ/TEL-10-20
54
55
56
ТРДН-63000/110
SНОМ = 63 МВ·А
115/6,3 – 6,3 кВ
МГГ-10-400045У3
22
6
Сталеалюминевые
провода / 240
Сталеалюминевые
провода / 70
Сталеалюминевые
провода / 120
Сталеалюминевые
провода / 150
1
4
5
59
5,5
50
60
5,6
60
5,7
70
5,8
80
61
62
2
ТРДН-40000/110
SНОМ = 40 МВ·А
115/6,3 – 6,3 кВ
3
ВМП-10-160020У3
63
5,9
90
64
6,0
100
6
Сталеалюминевые
провода / 185
Список рекомендуемой литературы
1. Васильев А.А. Электрическая часть станций и подстанций: учеб. для вузов /А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшков; под ред. А.А.Васильева. –М.: Энергоатомиздат, 1990.–575 с.
2. Чунихин А.А. Аппараты высокого напряжения. / А.А.
Чунихин, М.А. Жаворонков – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 432
с.
3. Рожкова Л.Ф. Электрооборудование электрических станций и подстанций / Л.Ф. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова –
6-е изд. – М.: Академия, 2009. – 448 с.
23
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общие указания к лабораторным работам ………………….
Лабораторная работа 1. Высоковольтные коммутационные
аппараты и их дугогасительные устройства. ………..................
Лабораторная работа 2. Защитные аппараты: плавкие
предохранители и разрядники………………………………….........
Лабораторная работа 3. Измерительные трансформаторы
тока………………………………………………………………...
Лабораторная работа 4. Измерительные трансформаторы
напряжения………………………………………………………..
Проверка выключателей по переходному восстанавливающемуся напряжению………………........................................
Варианты контрольных заданий……………………………..
Варианты заданий к расчетно-графической работе………...
Список рекомендуемой литературы…………………………
24
3
4
6
8
10
12
19
21
23
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Методические указания к лабораторным и
расчетно-графическим работам
Редактор Л. Г. Григорьева
Подписано в печать ??.??.13. Формат 60х84/16. Бумага газетная.
Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 300 экз. Заказ №???.
Издательство Чувашского университета
Типография университета
428015 Чебоксары, Московский просп., 15
25