Файл: Количество вырабатываемой энергии 35 миллиардов кВтч. Установленная мощность всех станций 8,3 млн кВт.pdf

2) Найдем
п

Усилие в пакете между полосами:
2
(3)
7 1
2 10 , [
/
]
2 2
у
п
ф
i
f
K
Н м
b



 










Определяем момент, возникающий от воздействия этого усилия:
2 12
п
п
п
f
l
M


12 – жесткое крепление «сухарей»
Определим напряженность в пакете:
ш
M
W


ш
W
- момент сопротивления прямоугольной шины
доп
мф
п





п
доп
мф









п
п
ш
доп
мф
ш
M
W
W








2
max
12
п
п
п
f
l
M






max
12
доп
мф
ш
п
п
W
l
f






max
п
l
- максимальная длина подпролета (между распорками)
Если max
п конст
п
l
l

, то конструкция будет механически устойчива, где
п конст
l
- конструктивная длина подпролета.
21
При расчете механической прочности трехполюсных шин поступают также, как и при расчете двухполюсного пакета, но при этом следует иметь в виду, что токи в пакете распределяются неравномерно.
Òðåõï î ëî ñí û é ï àêåò:
1 2
3 2b
2b i
1
=0,4 i
óô
i
3
=0,4 i
óô
i
2
=0,2 i
óô
1 0, 4
уф
i
i


2 0, 2
уф
i
i


3 0, 4
уф
i
i


Усилие в пакете:
7 1
2 1 2 2 (
)
10 , [
/
]
2
П
ф
i i
f
K
Н м
b



 



7 1
3 1 3 2 (
)
10 , [
/
]
4
П
ф
i i
f
K
Н м
b



 



2 2
2 1
2 3
2 3
6 6
6
b h
b h
b h
w
w
w

 
 



Если шины расположены в горизонтальной плоскости то
2 1, 44
w
b h

 

22
Переходные сопротивления контактов
Контактное соединение представляет собой конструктивное устройство, в котором осуществляется электрическое и механическое соединение двух или нескольких отдельных проводников, входящих в электрическую цепь.
Поверхности проводников предназначенные для соединения представляют собой контактные поверхности.
В месте соприкосновения проводников образуется электрический контакт, то есть токопроводящее соединение, через которое ток протекает из одной части в другую.
Назначение контактов – продолжить путь электрического тока из одного участка цепи в другой.
Классификация контактов
По своему назначению и условиям работы контакты могут быть разделены на 2 (две) основные группы:
1) неразмыкаемые
2) размыкаемые.
В свою очередь неразмыкаемые (1) делятся на:
1. неподвижные, в которых отсутствует перемещение контактных частей относительно друг друга (винтовые соединения шин (болтовые), проводов, присоединеных к аппаратам).
2. подвижные, в которых имеет место скольжение или качение одной контактной части относительно другой
(разъединители, выключатели).
По роду соприкосновения поверхностей:
1. плоские (контакты плоских шин)
2. линейные (два цилиндра с параллельными осями, либо цилиндр-плоскость)
3. точечные (две сферические поверхности или два) скрещенных под прямым углом цилиндра).
Кроме этого при изготовлении контактных соединений применяют различные способы нажатия и скрепления проводников:
1. механическое скрепление при помощи болтов, заклепок, зажимов.
2. соприкосновение при помощи упругого нажатия пружин
3. сварка, спайка, опрессовка.
Если два проводника соприкасаются в контакте, то число элементарных площадок и суммарная площадь соприкосновения будет зависеть от величины силы нажатия F и прочности материалов контактов.
Действительная площадь поверхности соприкосновения в контакте:
см
F
q


, где F – сила нажатия,
см

- временное сопротивление на смятие (справочная величина).
Для Cu:
2 52
/
см меди
кг мм


, для Al: 90.
Сопротивление в месте перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется переходным сопротивление контакта.
К
m
C
R
F

- переходное сопротивление контакта. Здесь:
C
- сопротивление контакта данного типа в Омах при силе нажатия в 1 кг (справочная величина.
C
зависит от материала и состояния поверхности контакта.
3
(0, 08 0,14) 10
Cu Cu
C
Ом






при F = 1 кг.
3 0,13 10
Al
Al
C
Ом





при F = 1 кг.
m
- коэффициент, зависящий от типа контактов.
0, 5 1
m



Такая особенность характеристики дуги обусловлена очень быстрым ростом проводимости дугового промежутка, вследствие его ионизации. Вольт-амперная характеристика является статистической характеристикой, т. к. она получена при постепенном переходе от одной точки к другой при условии соблюдения равенства скорости ионизации и деионизации для каждой величины тока.
Если уменьшать ток дуги с большой скоростью, то процесс деионизации не будет успевать следовать за изменением тока, и тогда вольт-амперная характеристика будет выражаться динамической характеристикой, которая будет располагаться ниже статической.
Причем, чем больше скорость изменение тока, тем ниже будет располагаться динамическая характеристика дуги.
Таким образом, можно получить семейство динамических характеристик.
При уменьшении тока дуги до 0 (I
д
→ 0), т.е. при погасании дуги, напряжение на дуговом промежутке принимает значение, называемое напряжением гашения


гаш
U
При гашении электрической дуги преобладает деионизация. В результате очень резко увеличивается сопротивление дугового промежутка, т. е. повышается его электрическая прочность. Дуга начинает гореть неустойчиво, ток в дуге уменьшается до нуля.
24
Процессы ионизации и деионизации в электрической дуге переменного тока аналогичны этим же процессам, происходящим при отключении цепи постоянного тока.
Условия же гашения имеют существенные отличия:
1) для постоянного тока необходимо применять принудительную достаточно интенсивную деионизацию дугового промежутка;
2) при переменном токе – ток в дуге каждый полупериод проходит через 0 самопроизвольно, независимо от степени ионизации дугового промежутка.
В виду того, что дуговой промежуток представляет собой активное сопротивление напряжение на дуге
д
U
и ток в ней совпадают по фазе, то есть имеют одинаковые направления и одновременно проходят через 0.
Дугу переменного тока можно погасить двумя путями в различные моменты времени:
1) в середине полупериода - путем принудительного сведения тока к нулю еще до конца полупериода;
2) в конце полупериода - в один из моментов естественного перехода тока через 0, когда дуга самопроизвольно погаснет на время так называемой бестоковой паузы.
Таким образом в действительности задача гашения души переменного тока сводится к предотвращению повторного зажигания.
25
С момента расхождения контактов выключателя на них зажигается электрическая дуга и начинается процесс гашения, который продолжается до тех пор, пока не создадутся условия деионизации, необходимые для погасания дуги. Обычно дуга не гаснет окончательно при первом прохождении тока через 0.
В процессе гашения за каждую половину периода напряжение на дуге изменяется по седлообразной кривой от напряжения зажигания в начале полупериода до напряжения гашения в конце его, при этом в следствие расхождения и удаления контактов и интенсивной деионизации дугового промежутка проводимость его падает и растет напряжение на дуге. Благодаря этому в конце одного полупериода и в начале последующего напряжение гашения и зажигания возрастают в сравнении с соответствующими величинами предыдущих полупериодов.
При каждом переходе тока через 0 увеличивается возможность гашения дуги и при одном из последующих прохождений тока через 0 дуга гаснет окончательно.
При последнем прохождении тока через 0 восстанавливающееся напряжение оказывается недостаточным для зажигания дуги и цепь окончательно отключается.
После погасания дуги на контактах выключателя появляется переходное, восстанавливающееся напряжение.
Напряжение на дуговом промежутке в течении очень короткого времени должно изменяться от величины напряжения гашения дуги (
г
U
) до мгновенной величины напряжения источника.
Мгновенное значение восстаналивающегося напряжения может быть в несколько раз больше нормального напряжения генератора (источника напряжения (тока)).
После затухания переходного процесса на контактах выключателя остается напряжение источника тока.
26
Неудаленным КЗ называется КЗ на линии, возникающее на небольшом расстоянии (
1 5

км) за выключателем.
Особенность неудаленного КЗ – резкое повышение СВН (
dU
dt
) на контактах выключателя, отключающего поврежденную линию и высокая частота ВН.
В современных сетях при очень мощных и неудаленных КЗ меняется характер кривой ВН. Она из колебательной синусоидальной формы превращается в апериодическую пилообразную треугольную.

Это обстоятельство не облегчает работу выключателя при отключении, так как при апериодическом ВН часто на плавную экспоненциальную кривую накладываются высоко-частотные пилообразные колебания и скорость нарастания напряжения в начальной части кривой может быть значительно выше, чем при колебательном процессе. t
U
À
Â
À - î áû ÷í î å î òêëþ ÷åí èå öåï è ñ
êî ëåáàòåëüí û ì ï ðî öåññî ì
âî ññòàí î âëåí èÿ í àï ðÿæåí èÿ í à
êî í òàêòàõ
 - êðèâàÿ âî ññòàí î âëåí èÿ í àï ðÿæåí èÿ
ï ðè î òêëþ ÷åí èè í åóäàëåí í û õ ÊÇ
Ñ
А – обычное отключение цепи с колебательным процессом ВН
В – неудаленное КЗ
Ухудшение условий отключения выключателем КЗ происходит за счет того, что проявляется «километрический эффект» неудаленного КЗ.
Ñõåì à äëÿ ðàññì î òðåí èÿ
"
êèëî ì åòðè÷åñêî ãî ýô ô åêòà":
Ã
I
Ò
k m
n l
Ê
U
î ñò
Q
В момент отключения КЗ напряжение на линейном зажиме выключателя (точка m) равно остаточному напряжению и снижается вдоль линии по прямой до точки КЗ.
0 2
ост
U
I x l
   
где
I
- действующее значение тока КЗ,
0
x
- удельное сопротивление линии [Ом/км],
l
- длина участка [км].
Если погаснет дуга в выключателе Q, то на отключенном участке начнется волновой процесс выравнивания напряжения, состоящий из серии свободных колебаний пилообразной формы, длина волны которых
4 l

 
, а частота этих колебаний
0 4
c
c
f
l




где
c
- скорость света,
300000
/
c
км c

Таким образом участок ЛЭП от выключателя до точки КЗ при переходном процессе, возникшем в сети при отключении
КЗ играет роль генератора высокочастотных колебаний и частота этих колебаний составляет
15 60

кГц.
В результате к зажимам выключателя будут приложены 2 (две) волны напряжения: одна со стороны источника тока
(точка k), носящая синусоидальный характер, другая со стороны линии (точка m), имеющая пилообразную форму.
Суммарный пик восстанавливающегося напряжения на выключателе равен разности потенциалов на контактах со стороны шин и со стороны отрезка линии.
27
1) гашение дуги в масле
H – 70%, С
2
H
2
– 22%, метан – 5%, Э
Т
– 3%.

Свойства водорода:
- высокая теплопроводность,
- не поддерживает горение,
- имеет высокий ионизационный потенциал (16 В).
В результате горения дуги: 1 мл

1500 см
2 2) газовоздушное дутье
Может быть как вдоль, так и поперек дуги (продольное и поперечное дутье).
Газовые частицы диффундируют и передвигаются в окружающее пространство, дуга охлаждается.
Газы могут создаваться из разложения масла, газогенерирующих материалов.
3) многократный разрыв тока
Имеют несколько гасительных камер, рассчитанных на часть номинального напряжения.
Создаются одинаковые условия для всех дуг.
4) гашение дуги в вакууме
6 8
(10 10
/
)
Н м



5) гашение дуги в газах высокого давления.
28
Выключатель – коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения тока не только нормального режима, но и токов аварийных режимов, многократно превышающих номинальный.
Является исполнительным органом.
Классификация высоковольтных вылючателей:
1) жидкостные
2) газовые
1. масляные:
- баковые масляные (с большим объемом масла)
- малообъемные
2. воздушные
3. элегазовые
4. электромагнитные
5. автогазовые
6. вакуумные
7. сверхбыстродействующие синхронизированные
8. выключатели нагрузки
Классификация по роду установки:
1) для внутренней установки
2) для наружной установки
3) для КРУ (комплектные РУ)
Параметры выключателей:
Высоковольтные выключатели характеризуются следующими параметрами:
1) номинальное напряжение
ном
U
2) номинальный ток
ном
I
3) номинальный ток отключения
откл ном
I
Это наибольший ток КЗ (действующее значение), который способен отключить выключатель при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстановления напряжения и заданном цикле операций.
29
Масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей.
Типы гасительных камер (большой объем масла):
По принципу действия:
1) с автодутьем
2) с принудительным дутьем
3) с магнитным гашением в масле
В зависимости от расположения каналов различают камеры с поперечным дутьем и с продольным и встречно- поперечным дутьем.
МКП-35 (масляный камерный подстанционный)
Шунтирующее сопротивление:
- равномерное распределение напряжения по контактам;
- сопротивление для снижения скорости и амплитуды восстанавливающегося напряжения;
- уменьшает перенапряжения при отключении;
- обеспечивает снижение токов;
- облегчает процессы гашения.
Токи отключения:
10 50

кА.

Время отключения:
0, 08 0,1

(
4 5

периодов).
Основные преимущества:
1) простота конструкции
2) высокая отключающая способность
3) пригодность для наружной установки
4) возможность установки встроенного трансформатора тока
Недостатки
1) взрыво и пожароопасность
2) необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и во вводах
3) большой объем масла (220 кВ – 27 тонн)
4) непригодность для установки внутри помещений
5) непригодность для осуществления БАПВ
6) большие затраты металла, большая масса, неудобства при монтаже и наладке
30
Дугогасящей средой является сжатый воздух, подаваемый в гасительную камеру (ГК) в зону горения дуги струей под давлением
2 4

Мпа.
Движение воздуха происходит со скоростью 300 м/с. Это позволяет быстро удалить продукты горения из зоны дуги и создать высокую его электрическую прочность.
Камеры продольного или поперечного дутья.
Обладают высоким быстродействием (до
0, 05 0, 06

с).
Обеспечивают необходимую изоляцию дугового промежутка при отключенном положении выключателя.
3 (три) типа отделителей:
- совмещенные
- внутренние воздухонаполненные
- внешние (в виде ножей)
Номинальные токи
1600 3200

А (рабочие токи).
Ток отключения до 63 кА.
Преимущества:
1) малый вес
2) удобство транспортировки
3) пожаробезопасность
4) отсутствие масляного хозяйства
5) высокое быстродействие, возможность БАПВ
Недостатки:
1) наличие компрессорного хозяйства
2) сложность конструкции ряда деталей и узлов
3) относительно высокая стоимость
4) нет встроенных трансформаторов тока
Элегазовые выключатели
Используют в качестве газовой среды газ – элегаз (SF
6
). Этот газ относится к электроотрицательным газам.
Достоинства:
1) пожаро и взрывобезопасность
2) быстрота действия (
5 6

сотых секунды)
3) высокая отключающая способность
4) малый износ дугогасительных контактов
5) применяется для внутренней и наружной установки
6) возможность создания серии с унифицированными узлами
Недостатки:
1) относительно высокая стоимость
2) необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки элегаза.
Вакуумные выключатели
Выпускаются на напряжение до 110 кВ.
Распределение по всей площади контакта.
Высокая надежность и большое количество операций включения/отключения (до 2000000 (50000 обычно)).
Ток отключения: до
31, 5 40

кА.
Достоинства:
1) простота
2) высокая степень надежности
3) коммутационная износостойкость контактной системы
4) малые размеры
5) пожаро и взрывобезопасность

6) малые эксплуатационный расходы
Недостатки:
1) сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения
2) возможность коммутационных перенапряжений
31
Разъединители
Разъединитель – коммутационный аппарат на напряжение свыше 1000 В.
Основное назначение – изолировать предварительно отключенные выключателем части схемы электроустановки, отдельные аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением и создание видимого разрыва с целью проведения безопасных ремонтных работ.
Помимо основного назначения разъединители используются для:
1) отключения и включения ненагруженных силовых трансформаторов и линий ограниченной длины при строго определенных условиях
2) для переключений (в нормальных условиях) присоединений РУ с одной системы сборных шин на другую без прерывания тока
3) для заземления отключенных и изолированных участков системы с помощью вспомогательных ножей, предусмотренных для этих целей
Разъединитель снабжается индивидуальными ручными и электродвигательными приводами для неавтоматического управления.
Ï ðèí öèï ðàáî òû ðàçúåäèí èòåëåé
ýëåêòðè÷åñêî é öåï è:
QS2
QS1
ÇÍ 2
ÇÍ 2
Q
Требования, предъявляемые к разъединителям:
1) переходное сопротивление контактов должно быть мало и стабильно
2) создание видимого разрыва в воздухе электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению при котором не происходит пробой
3) электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов КЗ
4) исключение самопроизвольных отключений
5) четкое включение и отключение при неблагоприятных условиях работы (обледенение, снег, ветер)
6) должны иметь простую конструкцию, удобную для монтажа и эксплуатации
Отделители и короткозамыкатели
Отделители – коммутационные аппараты, предназначенные для быстрого отключения поврежденного участка сети в бестоковую паузу.
Есть отключающие пружины, которые обеспечив быстрое отсоединение поврежденного участка. Время срабатывания
0, 4 0, 5

с.
Они не отключают нагрузочные тока, отключают уже обесточенные участки цепи.
Короткозамыкатели – для создания искусственного КЗ.
Они однополюсные. В сети с изолированной нейтралью необходимо два, чтобы создать короткое замыкание, так как необходимо заземлить две фазы (до 35 кВ). В сетях с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) достаточно и одного комплекта.
Состоит: основание, опорный изолятор, подвижный контакт, пружина, неподвижный контакт.
Выключатели нагрузки
Предназначены для включения/отключения только токов нагрузки. Для токов ≤
2
ном
I

. Они не мощные, не предназначены для отключения больших токов.