Контрольная работа: Техника высоких напряжений

В материалах на проектирование электрических сетей указывается, что экономически приемлемые потери мощности на корону имеет место при . В представленной задаче при всех условиях это отношение меньше указанной величены. Это говорит о том, что технические параметры линий выбраны правильно.

Задача 4

.

Условие:

Рассчитать и построить кривые относительного распределения начального и максимального напряжений по обмотке трансформатора при падении импульсной волны напряжения с амплитудой .

Расчёты и построения провести для трансформатора с заземлённой и изолированной нейтралью.

Обмотка трансформатора состоит из N катушек; ёмкость каждой из них относительно земли ΔС и ёмкость между катушками ΔК.

За амплитуду принимается остающееся напряжение U_ост на вентильном разряднике в зависимости от тока координации I_к . Номинальное напряжение трансформатора U_ном .

Дано:

, , , , .

Теория:

Так как провод высоковольтной обмотки трансформатора имеет очень большую длину (сотни метров и даже километры), переходной процесс в обмотке, так же как и переходной процесс в длинной линии, должен иметь волновой характер. Схема замещения обмотки трансформатора рис. 1. в отличии от линии может бать представлена цепочкой, число звеньев которой равно числу витков обмотки. По сравнению с отрезком линии в этой схеме появляются два новых параметра – взаимная индуктивность между отдельными соседними витками; цепочечные схемы при теоретическом анализе часто заменяют цепями с распределёнными параметрами, что при большом числе звеньев не приводит к существенным погрешностям.

Разрядник вентильного типа .

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединённый последовательно с ним резистор с нелинейной

вольт-амперной характеристикой. При воздействии на разрядник импульс грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристики материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при существенном изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробивного напряжения искрового промежутка разрядника Одной из основных характеристик разрядника являются оставшееся напряжение разрядника , т.е. напряжение при определённом токе (5-14 кА для разных ), который называется током координации. Импульсное пробивное напряжение искрового промежутка разрядника и близкое к нему напряжение должны быть на ниже разрядного напряжения изоляции (координационный интервал).

После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Этот ток (так же, как и у трубчатых разрядников) называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора разрядника резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжениях, Сопровождающий ток существенно ограничивается, и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Наибольшее напряжение промышленной частоты на вентильном разряднике, при котором надёжно обрывается проходящий через него сопровождающий ток, называется напряжением гашения , а соответствующий ток – током гашения . Гашение дуги сопровождающего тока должно осуществится в условиях однофазного замыкания на землю, так как во время одной и той же грозы могут произойти перекрытие изоляции на одной фазе и срабатывание разрядника в двух других фазах при однофазном замыкании на землю.

Решение.

В начале обмотки (х = 0) напряжение равно приложенному (u = U₀ ). В конце обмотки (х = l) при заземлённой нейтрали напряжение равно нулю (u = 0), а при изолированной нейтрали нулю равен ток.

Закон начального распределения напряжения вдоль обмотки:

для заземлённой нейтрали

для изолированной нейтрали

Для разрядника РВС–220 максимальное значение остающегося напряжения при импульсном токе с длительностью фронта 10 мкс, при максимальном значении тока импульса 3 кА составляет не более 630 кВ.

При больших значениях аргумента гиперболические синус и косинус приблизительно равны друг другу. Таким образом, для значительной обмотки

( x/l < 0,8) начальные распределения при изолированной и заземлённой нейтралях практически совпадают и могут быть выражены общей приближённой формулой:

,

где .

Максимальный продольный градиент напряжения равен:

.

Определив по катушкам обмотки, составим следующую таблицу:

,

где .

Таблица4.1.

№ катушки
0	630	1
1	560,438	0,889
2	498,557	0,791
4	394,539	0,626
6	312,223	0,495
8	247,081	0,392
10	195,53	0,310
15	108,931	0,172
20	60,686	0,096
30	18,835	0,0298
40	5,845	0,0092
50	1,814	0,0028
60	0,563	0,00089
70	0,174	0,000276

Распределение напряжения в установившемся режиме зависит от способа заземления нейтрали. При заземлённой нейтрали в силу однородности обмотки установившееся распределение напряжения определяется наклонной прямой. При изолированной нейтрали в установившемся режиме вся обмотка принимает одинаковый потенциал относительно земли и u_уст(х) представляет собой горизонтальную прямую линию.

Таким образом, в обоих случаях нетрудно определить сумму амплитуд отдельных гармоник в любой точке обмотки. В процессе развития собственных колебаний напряжение будет превосходить установившееся, стремясь к нему по мере затухания этих колебаний. Максимальное значение напряжения в каждой точке обмотки приближённо равно:

.

При изолированной нейтрали наибольшее напряжение наблюдается на конце обмотки и может в 1,5 ÷ 1,8 раза превышать напряжение в начале (при бесконечно длинном импульсе с вертикальным фронтом). При заземлённой нейтрали наибольшее напряжение возникает в конце первой трети обмотки и составляет (1.2 ÷ 1.3) U₀ . Следовательно, в обоих случаях на главную изоляцию может воздействовать напряжение, существенно превышающее напряжение источника.

Начальное распределение напряжения по обмотке

Задача 5

Условие

Рассчитать ток однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью и выполненной из участков воздушной и кабельной линий. Обосновать необходимость подключения дугогасящего реактора. Определить, следует ли подключать дугогасящий реактор, и если это необходимо выполнить, то определить мощность и тип реактора. Линии характеризуются номинальным напряжением , суммарной длиной воздушных и кабельных линий и соответственно, удельным током замыкания на землю и .

Дано: