Содержание к диссертации
Введение
1. Схемы собственных нужд электрических и компрессорных станций. Параметры основного оборудования 11
1.1 Объекты исследования 11
1.2 Схемы собственных нужд ТЭЦ, электрических и компрессорных станций 12
1.2.1 Схема питания ССН ТЭЦ 12
1.2.2 Схема питания СН АЭС 13
1.2.3 Схема питания СН компрессорных станций 15
1.3 Параметры электрооборудования ССН 16
2. Перенапряжения при однофазных дуговых замыканиях на землю 19
2.1 Математическая модель процессов при ОДЗ 19
2.1.1 Общая характеристика процессов 19
2.1.2 Математическая модель для исследования ОДЗ 26
2.2 Процессы при дуговых замыканиях на землю 28
2.2.1 Постановка исследований 2 8
2.2.2. Токи при однофазном замыкании на землю 33
2.2.3. Процессы при ОДЗ 36
2.3. Выводы по второму разделу 37
3. Перенапряжения, возникающие при включении двигателя 39
3.1 Общая характеристика процессов 3 9
3.2. Математическая модель сети СН электрических станций для исследования процессов включения при учете разброса в действии
3.3 Процессы при включении двигателя с учетом разброса в действии полюсов выключателя и ограничение перенапряжений 50
3.3.1 Неограниченные перенапряжения 5 0
3.3.2 Ограничение перенапряжений при включении двигателей 56
3.4 Выводы по третьему разделу 58
4. Перенапряжения при коммутации отключения вакуумными выключателями заторможенных двигателей ССН и их ограничение 60
4.1 Постановка исследований 60
4.2 Моделирование параметров вакуумной дугогасящей камеры выключателя 61
4.3 Перенапряжения при первичном срезе тока в вакуумной камере 69
4.4 Перенапряжения при повторных зажиганиях дуги в вакуумной камере 75
4.4.1 Математическая модель процессов 75
4.4.2. Влияние параметров вакуумной камеры и
коммутируемого присоединения на перенапряжения 82
4.5 Ограничение перенапряжений при отключении двигателей 92
4.5.1 Ограничение с помощью ОПН 92
4.5.2 Ограничение перенапряжений при установке защитной RC-цепочки 98
4.6 Выводы по четвертому разделу 102
Заключение 105
Список использованных источников 124
- Схемы собственных нужд ТЭЦ, электрических и компрессорных станций
- Математическая модель для исследования ОДЗ
- Процессы при включении двигателя с учетом разброса в действии полюсов выключателя и ограничение перенапряжений
- Перенапряжения при первичном срезе тока в вакуумной камере
Введение к работе
Надежная эксплуатация электрических и компрессорных станций в значительной степени зависит от безотказной работы электрооборудования сети собственных нужд (ССН), в том числе высоковольтных двигателей. Согласно опубликованным данным примерно от 4 до 12 % установленных двигателей выходит из строя в течение года. Анализ отказов показывает, что их доля из-за перенапряжений составляет 2,5-4 % от общего числа повреждений двигателей, т.е. эта доля не столь велика. Однако воздействие перенапряжений может привести к преждевременному старению изоляции и выходу двигателя из строя по другим причинам (работа в условиях загрязнения и увлажнения, повышенной температуры и т.д.).
Из-за старения повреждается дополнительно примерно 5-8 % установленных двигателей ежегодно. Повреждения отдельных электродвигателей приводят иногда к последующему выходу из строя нескольких электродвигателей вследствие опасных перенапряжений на сборных шинах. В [1] указывается, что из всего перечня отказов электрооборудования на АЭС доминирующими являются отказы в сети собственных нужд.
Основными видами перенапряжений в сетях собственных нужд электрических и компрессорных станций являются:
Перенапряжения при дуговых однофазных замыканиях на землю.
Перенапряжения, возникающие при коммутациях включения и отключения присоединений с электрическими двигателями;
Перенапряжения, возникающие при однофазных дуговых замыканиях, охватывающие все электрооборудование, подключенное к секции ССН, существенно зависят от режима заземления нейтральной точки сети собственных нужд. На кратности коммутационных перенапряжений, зона охвата которых ограничена коммутируемым присоединением, режим заземления нейтрали сети практически не оказывает влияния.
В последние годы вопросам анализа и защиты от перенапряжений в сетях средних классов напряжения, к которым относятся и сети 6, 10 кВ электрических и компрессорных станций, уделяется достаточно большое внимание. Существенный вклад в решение этой задачи внесли Г.А. Евдокунин, Ф.Х. Халилов, А.И. Таджибаев [2,3], А.А. Челазнов и др. Однако, однозначного мнения по мерам обеспечения надежной эксплуатации изоляции оборудования этих сетей в настоящее время еще нет. Это, в частности, касается и вопроса заземления нейтрали таких сетей: сети эксплуатируются как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через низкоомные или высокоомные резисторы. Внедрение в сети новой коммутационной аппаратуры, в частности, вакуумных выключателей (ВВ), поставило также задачу оптимизации мер защиты от коммутационных перенапряжений -анализа ниш преимущественного использования нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) и RC-цепочек.
Очевидно, что решение сформулированных задач должно опираться на разумное сочетание экспериментальных исследований и исследований, проводимых с помощью математических моделей. При этом математические модели постепенно усложняются, что обусловлено как появлением новых экспериментальных данных (например, повреждений электрооборудования при внедрении вакуумных выключателей), так и умощнением вычислительной техники.
В работе предпринята попытка комплексного подхода к разработке методов и средств, обеспечивающих надежную эксплуатацию изоляции электрообрудования сетей собственных нужд электрических станций различного типа (ТЭЦ и АЭС), а также компрессорных станций, входящих в состав магистральных газопроводов. Каждый из этих объектов исследования имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при решении поставленной задачи.
6 Основная цель настоящей работы: разработка системы мер, обеспечивающих надежную эксплуатацию изоляции электрооборудования сетей собственных нужд ТЭЦ, АЭС и компрессорных станций с учетом структуры этих сетей.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи: разработаны математические модели, реализованные в виде программ на ЭВМ, позволяющие исследовать перенапряжения как при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ), так и при включениях и отключениях присоединений с двигателями. В моделях предусмотрена возможность воспроизведения распределенных параметров кабелей присоединений и статорной обмотки двигателей; проанализированы электромагнитные переходные процессы применительно к АЭС с целью выбора оптимальной величины сопротивления резистора в нейтральной точке сети и места установки трансформаторов, выделяющих нейтраль, при питании ССН как от рабочего, так и от резервного источников питания; проанализированы процессы, возникающие при включении двигателей, с целью выбора защитных устройств и их параметров в сетях СН в том числе и в схемах с токоограничивающими реакторами; проанализированы процессы, возникающие при отключении присоединений с электродвигателями (ЭД) вакуумными выключателями, позволившие установить связь уровней перенапряжений с параметрами вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) и параметрами присоединений с ЭД и наметить рациональные меры защиты; сформулированы требования к комплексу аппаратных мер, позволяющих обеспечить надежную эксплуатацию изоляции сетей собственных нужд электрических станций и высоковольтного электрооборудования компрессорных станций.
Научная новизна основных положений и результатов работы может быть сформулирована следующим образом.
Проведенный анализ электромагнитных процессов при коммутациях в системе кабель-высоковольтный двигатель; показал, что исследование переходных процессов без учета распределенности параметров этих элементов приводит к занижению кратностей перенапряжений, воздействующих на статорную изоляцию двигателя.
Показано, что наличие в схемах присоединений токоограничивающих реакторов приводит к снижению уровня неограниченных перенапряжений, сопровождающих коммутации включения и отключения присоединений, а, следовательно, и к облегчению условий эксплуатации аппаратных защитных мер.
Показано, что кратности перенапряжений на главной и витковой изоляции статорной обмотки двигателей можно ограничить до допустимого уровня путем установки ограничителей перенапряжений непосредственно у электродвигателя. При установке ограничителя на присоединении непосредственно за выключателем добиться приемлемого уровня ограничения перенапряжений можно лишь в случае достаточно коротких кабелей (длиной примерно до 30-40 м).
Определена область эффективного использования RC-цепочки для защиты от перенапряжений при коммутациях. Показано, что с помощью цепочки при включении двигателя можно обеспечить надежную защиту статорной изоляции двигателя лишь при отсутствии разброса в действии полюсов выключателя, а при отключении - при отсутствии повторных дуговых пробоев межконтактного промежутка в выключателе. При этих условиях осуществления коммутаций электромагнитный переходный процесс характеризуется лишь одной определяющей частотой собственных колебаний.
Разработана аналитическая методика, подтвержденная вычислительными экспериментами, позволившая установить функциональную связь вероятностей повторных зажиганий дуги в выключателе и, следовательно, эскалации перенапряжений при отключении вакуумным выключателем электродвигателей, с параметрами вакуумных дугогасительных камер и присоединений с двигателями. С помощью полученного выражения, отражающего эту связь, можно оценить как эффективность мер для ограничения перенапряжений, так и выдвинуть требования к основной характеристике вакуумной камеры - скорости восстановления электрической прочности межконтактного промежутка после погасания дуги. Практическая значимость результатов работы:
Создан программный комплекс для расчетов переходных процессов, сопровождающих ОДЗ и коммутации включения и отключения ЭД в схемах собственных нужд станций различной структур, позволяющий учитывать распределенность параметров кабелей и статорной обмотки двигателей.
Сформулированы требования к комплексу защитных мер, обеспечивающих надежную эксплуатацию изоляции электрооборудования при внутренних перенапряжениях в ССН электрических станций и в электрических сетях компрессорных станций, а также позволяющих осуществлять селективное распознавание поврежденного присоединения с электродвигателем.
Достоверность результатов работы основывается на: хорошем согласии результатов аналитического анализа в упрощенных схемах замещения с результатами соответствующего компьютерного исследования, проводимого с применением достаточно полных математических моделей, описывающих переходные процессы при ОДЗ и при коммутациях присоединений с ЭД; хорошем согласии ряда расчетов с экспериментальными данными, полученными другими исследователями, в том числе и сотрудниками каф. ТиЭВН НГТУ.
Апробация работы и публикации. Отдельные результаты работы и работа в целом обсуждались на семинарах каф. ТиЭВН и факультета
Энергетики НГТУ, а также на Всероссийских и международных конференциях в Новосибирске, Томске и Санкт-Петербурге. По теме диссертации в периодической научно-технической литературе опубликовано 5 статей.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников (34 наименования) и четырех приложений. Работа проиллюстрирована 31 таблицей, 57 рисунками и содержит 127 страниц.
В первом разделе рассматриваются структуры сетей собственных нужд ТЭЦ, АЭС и компрессорных станций, приводятся характеристики основного электрооборудования и излагается методика определения параметров, входящих в математические модели исследуемых электромагнитных переходных процессов.
Во втором разделе анализируется эффективность высокоомного резистивного заземления нейтральных точек сети на примере сети СН АЭС, характеризуемой различной структурой при рабочем и резервном питаниях секций ,для ограничения перенапряжений, возникающих в процессе однофазного дугового замыкания на землю (ОДЗ);
В третьем разделе посвященном исследованию перенапряжений, возникающих при включениях присоединений с ЭД в различных эксплуатационных режимах с учетом возможного разброса в действии полюсов выключателя, в качестве основной меры защиты предлагается установка на всех присоединениях ОПН и производится оценка требуемой энергоемкости этих аппаратов;
В четвертом разделе рассматриваются аспекты, связанные с отключением присоединений вакуумными выключателями; анализируется влияние на процессы как параметров ВДК, так и самих присоединений. Оценивается сравнительная эффективность ОПН и RC-цепочек, устанавливаемых на присоединениях, и связь этой эффективности с параметрами ВДК.
Положения, выносимые на защиту: обеспечение надежной эксплуатации электрооборудования сетей собственных нужд электрических и компрессорных станций различной структуры может быть достигнуто при комплексном применении высокоомного резистивного заземления нейтральных точек секций сети и нелинейных ограничителей перенапряжений, устанавливаемых на каждом присоединении; обеспечение надежной эксплуатации изоляции электрооборудования ССН АЭС при питании общеблочных секций (ОБС) как от рабочего, так и от резервного трансформаторов собственных нужд достигается путем заземления нейтрали специальных трансформаторов, установленных на ОБС, с помощью резисторов с сопротивлением порядка 500-600 Ом; для обеспечения достоверных результатов при анализе перенапряжений, характеризуемых высокими частотами собственных колебаний (например, при отключении ЭД вакуумным выключателем) необходим учет распределенности параметров как кабелей присоединений с ЭД, так и обмотки статора двигателя; защита изоляции статора ЭД при коммутациях присоединений должна быть возложена на ОПН второй группы по энергоемкости. При длине кабелей присоединений, превышающей 30-40 м, ОПН должны устанавливаться непосредственно у двигателя. эффективное использование RC-цепочки на присоединениях с ЭД возможно лишь при коммутациях, характеризуемых возникновением опасных перенапряжений на одной определяющей частоте собственных колебаний. Такие процессы возникают при включении ЭД при малом разбросе в действии полюсов выключателя, а при отключении ЭД с помощью вакуумного выключателя при отсутствии повторных зажиганий дуги в ВДК.
Схемы собственных нужд ТЭЦ, электрических и компрессорных станций
Системы питания собственных нужд электрических станций различного назначения, а также компрессорных станций на магистральных газопроводах имеют близкую структуру, так как обеспечивают, в основном, питание электрических двигателей, используемых в соответствующем технологическом процессе. Однако назначение сети собственных нужд обуславливает некоторые особенности в их компоновке, что приводит к необходимости более детального анализа перенапряжений того или иного вида в зависимости от назначения сети собственных нужд (ССН).
Перенапряжения, воздействующие на изоляцию оборудования ССН можно подразделить на два основных вида: Перенапряжения, охватывающие все электрооборудование сети, возникающие при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ), Перенапряжения, зона действия которых распространяется на отдельные присоединения, возникающие при коммутациях присоединений с двигателями.
Первый вид перенапряжений существенно связан с режимом заземления нейтрали сети. Поэтому обеспечение надежной эксплуатации электрооборудования при ОДЗ в большой мере зависит от сложности сети и наличия или отсутствия резервного питания механизмов собственных нужд. Наиболее резервированной системой СН является система СН на крупных тепловых и атомных станциях. Поэтому вопросы обеспечения надежной эксплуатации электрооборудования при ОДЗ рассматривались, в основном, применительно к ССН атомных электрических станций (АЭС).
Перенапряжения, возникающие при коммутациях двигателей, зависят в основном, от параметров присоединений с двигателями - от протяженности кабелей и мощности двигателей. В случае достаточно мощных двигателей последние присоединяются к шинам ССН через токоограничивающие реакторы. Последнее обстоятельство привносит некоторые особенности в протекание электромагнитных процессов, сопровождающих, в частности, включение двигателей. Поэтому процессы включения двигателей рассматривались применительно как к ССН ТЭЦ, так и к сети СН компрессорных станций, на которых установлены, как правило, достаточно мощные двигатели.
Вопросы, связанные с отключением присоединений вакуумными выключателями рассматривались применительно к ССН ТЭЦ, так как в настоящее время именно в этих сетях практикуется замена электромагнитных и масляных выключателей на вакуумные. Упрощенная схема собственных нужд ТЭЦ приведена на рис. 1.1. Питание секций 6 кВ осуществляется с помощью трансформатора собственных нужд от сети генераторного напряжения 15 кВ. Исследования проводились применительно к двум секциям ССН ТЭЦ 3 Новосибирскэнерго, характеристики присоединений которых приведены в приложении 1. Отсюда можно увидеть, что основными потребителями ССН ТЭЦ являются двигатели мощностью от 250 кВт до 4 МВт. Питание осуществляется, в основном, по кабелям длиной от 40 до 750 м. Мощные электродвигатели присоединяются посредством нескольких параллельных кабелей.
Особенностью ядерных реакторов является то, что даже после прекращения цепной реакции, тепловыделение в активной зоне не прекращается. Из этого следует необходимость постоянного охлаждения реактора, перерыв которого может привести к катастрофическим последствиям.
Отличием схем питания СН АЭС является высокая кратность резервирования и высокие требования к надежности установленного оборудования. Фрагмент схемы питания собственных нужд АЭС приведен на рис. 1.2.
Рабочее питание общеблочных секций (ОБС), от которых запитываются основные потребители, осуществляется от сети генераторного напряжения (24 кВ) через трансформатор собственных нужд (ТСН). Резервное питание осуществляется от системы при помощи резервного трансформатора собственных нужд (РТСН) через магистраль резервного питания (МРП), к которой подключены все ОБС.
Секция надежного питания (СНП) включает в своем составе автономные источники питания (аккумуляторы и дизель-генераторные станции (ДГС)) и присоединения, в задачу которых входит осуществление планового и аварийного расхолаживания ядерного реактора. Для обеспечения приемлемой надежности на каждый энергоблок приходится по 3 СНП.
Согласно циркуляру Ц-01-88 от 23.09.1988 "О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС" Мин. атомной энергетики СССР рекомендовано заземлять нейтраль сети через низкоомное сопротивление 100 Ом, подключаемое с помощью дополнительного трансформатора ТСЗК-63/10, так называемого трансформатора выделения нейтрали (ТВН). Системы питания собственных нужд электрических станций различного назначения, а также компрессорных станций на магистральных газопроводах имеют близкую структуру, так как обеспечивают, в основном, питание электрических двигателей, используемых в соответствующем технологическом процессе. Однако назначение сети собственных нужд обуславливает некоторые особенности в их компоновке, что приводит к необходимости более детального анализа перенапряжений того или иного вида в зависимости от назначения сети собственных нужд (ССН).
Математическая модель для исследования ОДЗ
Если ориентироваться на систему защиты от перенапряжений сетей собственных нужд лишь с помощью специальных аппаратов типа ОПН, то можно рассматривать такие варианты мест установки аппаратов: на всех присоединениях, на секциях и на присоединениях
Оба эти варианта при необходимости ограничения перенапряжений, возникающих при ОДЗ, имеют свои недостатки. Первый вариант установки ОГШ лишь на присоединениях за выключателями приводит по-существу к «распределенному» ОПН при ОДЗ. В этом случае требуется соблюдение точной настройки вольтамперных характеристик (ВАХ), так как при несоблюдении этого требования при ОДЗ будет «срабатывать» тот ОПН, ВАХ которого ниже, чем у остальных. Следовательно, потребуется устанавливать ОПН высокой удельной энергоемкости, что вряд ли экономически оправдано. Добиться же полного совпадения ВАХ аппаратов, согласно данным их производителей практически невозможно.
Второй вариант предполагает установку ОПН на шинах и на присоединениях. В этом варианте необходима также координация между ВАХ
ОПН, установленного на шинах и на присоединениях. Расчеты применительно к ТЭЦ 3 Новосибирскэнерго показали, что требуемая координация ВАХ ОПН, установленных на шинах и на присоединениях приводит к необходимости снижения уровня ограничения ОПН на шинах по отношению к уровню ограничения ОПН на присоединениях примерно на 10-15%. Такое требование приводит к увеличению энергоемкости аппарата, установленного на шинах и не исключает полностью требования отсутствия разброса в ВАХ ОПН, установленных на присоединениях. На рис.2.7 показаны процессы при ОДЗ и ограничении перенапряжений при помощи ОПН MWK-6 (табл.3.3). Максимальные перенапряжения составили 2.ШфОТ.
Поэтому наиболее рациональным путем обеспечения надежной эксплуатации изоляции электрооборудования ССН является оснащение нейтральной точки сети резистором, при котором перенапряжения при ОДЗ не превышают уровня допустимого для изоляции электродвигателей. практического разряда емкости сети через сопротивление в нейтрали за время D 0.01 __ порядка половине периода промышленной частоты: RN = . Характерная 9"Сф осциллограмма процесса при оснащении нейтрали сети резистором приведена на рис.2.8.
Перенапряжения в данном случае составили величину 2.2Um. Отсюда , можно сделать вывод , что применение резисторов для заземления нейтрали сети позволяет ограничить перенапряжения при ОДЗ до безопасного для двигателей уровня.
Сети СН электрических станций, в основном, состоят из кабельных линий, что приводит к большим токам замыкания на землю. В некоторых случаях они могут превышать установленные ПТЭ нормы, при этом необходимо устанавливать дугогасящие реакторы. Для снижения перенапряжений при ОДЗ, в этом случае, возможна параллельная установка резистора и ДГР. Напряжение на нейтрали при активно-резистивном заземлении нейтрали и напряжение на фазах при ОДЗ будут аналогичны процессам при чисто резистивном заземлении нейтрали.
Выбранное по приведенному выражению сопротивление резистора получило название «высокоомного». Вместе с тем, в циркуляре Ц-01-88 от 23.09.1988 "О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС" Мин.атомной энергетики СССР рекомендовано заземлять нейтраль сети СН АЭС через низкоомное сопротивление 100 Ом, подключаемое с помощью дополнительного трансформатора ТСЗК-63/10 на общеблочных секциях.
В 1997 году концерн "Росэнергоатом" издал циркуляр Ц-01-97(Э) "О повышение надежности сетей собственных нужд энергоблоков АЭС" (срок введения со 2.07.1997 по 31.12.2001). Этот циркуляр аннулировал действие Ц-01-88.
Процессы при включении двигателя с учетом разброса в действии полюсов выключателя и ограничение перенапряжений
Более низкие частоты собственных колебаний в схемах присоединений с токоограничивающими реакторами обуславливают меньшие уровни перенапряжений, возникающих при включении присоединений, сопровождающемся разбросом в действии полюсов выключателей. Поэтому основные исследования проводились при включении присоединений ТЭЦ без токоограничивающих реакторов.
Проведенные исследования показали, что параметры отключаемого присоединения и режим заземления нейтрали несущественно влияют на максимумы перенапряжений при включении двигателя. Поэтому во всех случаях, кроме оговоренных, переходные процессы рассматривались при включении присоединения с кабелем длиной 100 метров и двигателем мощностью 250 кВт.
Перенапряжения при одновременном включении всех фаз выключателя были приведены на рис.3.2 и рис.3.3. Напряжение на нейтрали в этом случае практически равно нулю и переходные процессы в схеме определяются высокочастотной составляющей.
Так как сети СН ЭС эксплуатируются в режиме изолированной нейтрали, то, в течение некоторого времени, возможна их работа с замыканием на землю одной из фаз. В течение этого времени возможны коммутации включения и отключения присоединений, как для поиска места повреждения, так и из-за ошибок обслуживающего персонала. Максимальное переходное напряжение в этом случае определяется не только максимумами ЭДС системы и двигателя, но и напряжением на нейтрали в этот момент времени. Перенапряжения для данного случая приведены на рис.3.6, максимум напряжения на фазе С составил величину ЗЗЩт (і// = ж 12).
Процесс включения двигателя с учетом разброса фаз представлен на рис.3.7. Перенапряжения в этом случае определяются коммутационной составляющей определяемой разностью напряжений между контактами включаемой фазы. Наибольшего значения она достигает когда второй включаемой фазой является фаза С, в момент максимума средней частоты и включении фазы А в момент когда фаза ЭДС составляет около ц/ = я / 5, при этом ЭДС фазы С в момент ее включения оказывается максимальна и противоположна, по знаку, напряжению на двигателе. На рис.3.10 приведены расчетные осциллограммы процессов при включении двигателя в цикле АВР с учетом разброса в действии фаз выключателя для присоединений с разными длинами кабеля и мощностью двигателя. Перенапряжения при коммутации присоединения с кабелем длиной Каб =700 м и двигателем мощностью i e=250 кВт составили 4.3/фтах, при 1каб = 100 м и Рдв = 8000 кВт - 4.6С/фтах.
Из рисунков видно, что при малой длине кабеля и большой мощности двигателя процессы более высокочастотные и как следствие, в течение 500 мкс (можно принять, что за это время все фазы выключателя сработают) повышается вероятность включения второй фазы в неблагоприятный момент времени.
Влияние токоограничивающих реакторов на процесс коммутации показано на рис.3.11. Производилось включение присоединения с двигателем мощностью Рдв = 8000 кВт и кабелем длиной 1каб =100 м в цикле АПВ с учетом разброса в действии фаз выключателя, сопротивление токоограничивающего реактора составляло 0,22 Ом. Максимальные перенапряжения оказались равными 4.2/фтах. Как видно из расчетной осциллограммы применение токоограничивающего реактора несколько снижает максимальные
Как видно из таблицы, коммутации при разбросе в действии полюсов выключателя, что характерно для эксплуатации, сопровождаются перенапряжениями, превышающими допустимый уровень для статорнои изоляции двигателя. Перенапряжения при включении без разброса фаз безопасны только при включении заторможенного двигателя. Отсюда следует необходимость установки защитного аппарата на каждом присоединении с двигателем.
Эффективность ограничения перенапряжений будем рассматривать на примере включения присоединения с кабелем длиной 100 метров и двигателем мощностью 250 кВт в цикле АВР; включение полюсов выключателя осуществлялось в наиболее неблагоприятные моменты времени.
На рис.3.12,а представлена осциллограмма процессов при защите двигателя ограничителем перенапряжения MWK-5 производства фирмы АВВ-УЭТМ, его характеристики приведены в табл.3.3. Перенапряжения на двигателе в этом случае составили величину 2.5Сфтах.
Перенапряжения при первичном срезе тока в вакуумной камере
В коммутирующих устройствах с интенсивным дугогашением, к которым относятся вакуумные выключатели, горение дуги сопровождается интенсивным отводом тепла с ее поверхности. Это приводит к неустойчивому горению (и обрыву) дуги при малых мгновенных значениях токов, когда отключаемый ток промышленной частоты приближается к нулевому значению.
Обрыв тока при его не нулевом значении (так называемый "срез тока") приводит к тому, что в течение переходного процесса энергия, запасенная к моменту обрыва дуги в индуктивных элементах схемы, переходит в энергию, запасаемую емкостями, при этом на емкостных элементах, т.е. на изоляции оборудования появляются перенапряжения, зависящие от величины тока среза и параметров отключаемого присоединения.
Опыт эксплуатации вакуумных выключателей (в том числе и за рубежом) показывает, что процесс отключения может сопровождаться несколькими повторными зажиганиями, в процессе которых на изоляции коммутируемого присоединения возникают перенапряжения, которые могут превысить уровень при отключении со срезом тока, но при отсутствии повторных зажиганий.
Это явление, в основном, характерно для случаев коммутации в схемах, характеризующихся большими частотами собственных колебаний, (в частности, во многих схемах коммутации двигателей при относительно малой емкости присоединения). Сущность этого явления сводится к следующему: первичной причиной появления перенапряжений при отключении тока промышленной частоты является срез тока, во время высокочастотного переходного процесса, сопровождающего процесс отключения при срезе тока, на расходящихся контактах выключателя возникают перенапряжения, которые могут превысить диэлектрическую прочность межконтактного промежутка и привести к повторному зажиганию дуги, при повторном зажигании дуги происходит электрическое включение схемы, сопровождающееся протеканием тока высокой частоты, определяемой параметрами схемы, далее дуга гаснет в момент прохождения полного тока, содержащего в своем составе в основном составляющую высокой частоты, через нулевое значение, в контуре, энергия оказывается запасенной не столько в емкостных элементах схемы, сколько в магнитном поле двигателя, так как через обмотку двигателя при погасании дуги в выключателе протекает ток промышленной частоты. Следовательно, при погасании дуги вновь возникают перенапряжения.
Следует отметить, что поскольку контакты выключателя продолжают расходиться, каждое повторное зажигание происходит при большем напряжении на контактах, чем предыдущее, что приводит к эскалации перенапряжений на изоляции элементов коммутируемой цепи с ростом номера повторного зажигания. При отключении вакуумными камерами наблюдалось до десятка повторных пробоев.
Процессы в вакуумной камере в течение переходного процесса определятся ее тремя основными характеристиками: током среза (г ср), скоростью восстановления диэлектрической прочности межконтактного промежутка (К) и максимальной скоростью прохождения полного тока через нулевое значение, когда еще возможен его обрыв в вакуумной камере (di/dt).
Ток среза характеризует собой способность вакуумной камеры обрывать ток промышленной частоты до его прохождения через ноль. Закономерности тока среза носят статистический характер, что связано со статистическим характером поведения катодных пятен дуги в вакууме [32], и определяется как материалом и формой контактов вакуумного выключателя, так и коммутируемым током и параметрами коммутируемой цепи.
Следствием высокой дугогасительной способности вакуума является способность вакуумного выключателя (ВВ) обрывать даже высокочастотный ток при его прохождении через ноль. Для современных аппаратов скорость тока, при которой еще возможен его обрыв, составляет величины порядка нескольких ЮОкА/мкс. В [25] приводятся данные для вакуумных камер производства "Таврида-Электрик". Функция распределения скорости подхода тока к нулю, при котором происходит его обрыв, аппроксимируется функцией распределения Вейбулла:
Похожие диссертации на Исследование и разработка комплекса мер, повышающих надежность эксплуатации изоляции сетей собственных нужд электрических станций и высоковольтного электрооборудования компрессорных станций
