Пример выполнения задания 2

На подстанции U_H = 110 кВ установлен разрядник типа РВС-110. Количество отходящих линий N = 2. Длина фронта набегающей волны перенапряжения τ_ф =2 мкс. Волновое сопротивление ЛЭП Z ₁ = 400 Ом. Гирлянды линии электропередачи собраны из шести изоляторов типа ПФ16-А.

1. Определяем строительную длину гирлянды изоляторов (табл. 4):

L _Г = Н n = 173 6 = 1038 мм.

Таблица 4. Данные для определения количества изоляторов в гирлянде и длины гирлянды

	Строительная	Количество изоляторов в гирлянде
Тип	высота	(n) при номинальном напряжении
изолятора	изолятора		ЛЭП, кВ
	Н, мм
ПФ6-А
ПФ6-Б
ПФ6-В
ПФ16-А		-
ПФ20-А		-	-	-
ПС6-А
ПС12-А
ПС16-А		-
ПС16-Б		-

2. Для значения L _Г = 1038 мм по рисунку 3 находим U _50% = 620 кВ. Это значение U _50% соответствует наибольшей амплитуде вол­ны грозового перенапряжения, набегающей по ЛЭП на шины под­станции. Следовательно,

Рисунок 3 – Импульсные 50 %-е разрядные напряжения гирлянд изоляторов без арматуры: 1 − изоляторы типов ПС, ПВ (кроме ПФ6-А); 2 − изоляторы типа ПФ6-А

3. Рассчитываем вольт-амперную характеристику разрядника РВС-110 по уравнению:

U _Р = С .

Значения коэффициента α_i для первой и второй областей вольт-амперной характеристики берем из таблицы 5.

Таблица 5. Данные для построения вольт-амперной характеристики разрядников

Тип разрядника	I сопр, А	I 1, А	I 2, А	α1	α2
РВС				0,34	0,14
РВМГ				0,29	0,16

4. Определяем коэффициент C ₁ для первой области вольт-амперной характеристики (I _р < 470 А) при α₁ = 0,34 значении токов I _Р = I _сопр= 90 А и напряжений U _Р = U _ГАШ = 100000 В (табл. 5 и 8):

C ₁ = U _ОСТ / = 100000/90^0,34 =21654,9.

Рассчитываем значение коэффициента С₂ для второй облас­ти (10 кА > I _р ≥ 1 кА) при α₂ =0,14, токе координации I _Р=3000 А и соответствую-щем ему значении остающегося на­пряжения U _Р =315000 В (табл. 5 и 8):

С₂ =U_ОСТ / = 315000/3000^0,14 =102686,6.

Результаты расчетов сводим в таблицы 6 и 7.

Таблица 6. Значения U _p для первой области вольт-амперной характеристики

I P, A
U Р, В	103646,9	131191,7	150583,5	166056,8

Таблица 7. Значения U _р для второй области вольт-амперной характеристики

I P, A
U Р, В	270093,3	285868,7	297617,2	307061,5	315000,1

5. Определяем защитные свойства разрядника, рассчитывая графоаналитическим методом изменение напряжения на разряднике и изменение тока, протекающего через разрядник, при набегании с ЛЭП на разрядник косоугольной волны перенапряжения (рис. 4) с τ_ф = 2 мкс и U _MAX^ПАД = 620 кВ.

Принципиальная схема подключения разрядника и расчетная схема замещения с сосредоточенными параметрами приведена на рисунке 4 где введены следующие обозначения:

а б

Рисунок 4 – Набегание волны перенапряжения на разрядник РВ

по ЛЭП с волновым сопротивлением Z ₁: а – принципиальная схема

подключения разрядника; б – расчетная схема замещения; ИП – искровой промежуток разрядника РВ; R – нелинейное сопротивление разрядника

Волновое сопротивление линии принято равным Z ₁, = 400 Ом.

Из рисунка 4 б видно, что до пробоя ИП напряжение на разряднике равно U _Р(t) = 2 U _ПАД(t). После пробоя ИП напряжение на разряднике становится равным

U _Р (t) = 2 U _ПАД(t) – i _Р (t) Z ₁.

В первом приближении принимаем, что пробой ИП наступает при увеличении U _Р(t) до значения равного импульсному пробивно­му напряжению разрядника, которое для разрядника типа РВС-110, равно 285 кВ (табл. 8).

Таблица 8. Справочные данные вентильных разрядников различных типов

Группа разрядника	Тип разрядника	Номиналь-ное напряже-ние разрядника	Напряжение гашения (действующее значение)	Импульсное пробивное напряжение при времени 1,5-20 мкс,	Напряжение остающееся U ост, кВ, при импульсном токе с амплитудой, кА
U НОМ, кВ	U ГАШ, кВ	U ПР.ИМ., кВ
	РВС-35		40,5
	РВС-110
	РВС-150
	РВС-220
	РВМ-35		40,5
	РВМГ-110
	РВМГ-150
	РВМГ-220

Графическое построение U _Р(t) и i _Р(t) показано на рисунке 6 (приложение). Изменение 2 U _ПАД(t) построено при τ_Ф = 2 мкс и рассчитанном значении напряжения U _MAX^ПАД = 620 кВ. Вольт-амперная характери­стика разрядника построена по данным таблиц 6 и 7. Участок вольт-амперной характеристики между током I _Р = 470 А и током I _Р = 1000 А построен произвольно с помощью лекала. Остальные построения можно определить по рисунке 6 (приложение) и дополнительных пояснений к ним не требуется.

Из рисунка 6 (приложение) видно, что после пробоя ИП (t _ПР) напряжение на разряднике резко снижается. При этом наибольшее напряжение на разряднике или остающееся напряжение U _ОСТ на превышает 310 кВ и по сравнению с U _MAX^ПАД = 620 кВ оно снижается в два раза, становясь ниже импульсного испытательного напряжения трансформатора более чем в полтора раза (U _ТИ = 480 кВ). Однако фактическая величина перенапряжений на изоляции трансформатора зависит еще от длины ошиновки, присоединяющей разрядник к трансформатору, т.е. от места установки разрядника.

Форма волны грозового импульса перенапряжения, падающей с ЛЭП на шины подстанции, приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Форма волны грозового перенапряжения, набегающей

с ЛЭП на шины подстанции

Значение U _MAX^ПАД (рис. 5) берется равным импульсному 50%-му разряд-ному на­пряжению гирлянды изоляторов (рис. 3).

Волновое сопротивление линии электропередачи Z ₁ принять равным 400 Ом.

Среднюю высоту подвеса проводов ЛЭП на номинальное на­пряжение 35, 110, 150 и 220 кВ принять соответственно равной 8, 10, 12 и 14 м.

Значения импульсных испытательных напряжений трансформатора приведены в таблице 9.

Таблица 9. Исходные данные для расчета допустимого напряжения на внутренней изоляции трансформатора

Номинальное напряжение трансформатора U НТ, кВ
Испытательное напряжение трансформатора при полном грозовом импульсе U ПИ, кВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рисунок 6 – Графический расчет напряжения на разряднике РВС-110

Литература

Основная литература

1. Полуянович Н.К. Монтаж, наладка, эксплуатация и ремонт систем электроснабжения промышленных предприятий: Уч. пособие. 1-е изд. – М.: ООО Изд-во «Лань», 2012. – 400 с.

2. Тельманова Е.Д. Электрические и электронные аппараты: учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Рос.гос.проф-пед.ун-та, 2009. – 127 с.

Дополнительная литература

1. Борисов Ю. М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 2000. − 552 с.