Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Элегазовый генераторный выключатель 10кВ

Взаимодействие выключателя с сетью - Элегазовый генераторный выключатель 10кВ

Оглавление
Элегазовый генераторный выключатель 10кВ
Анализ конструкций генераторных выключателей
Параметры современных генераторных выключателей
Взаимодействие выключателя с сетью
Расчёт и оптимизация дугогасительного устройства
Расчёт и оптимизация приводного устройства
Текст программы расчета и графики результатов
Свойства элегаза

Глава 2. Взаимодействие выключателя с сетью

2.1. Анализ переходного восстанавливающего напряжения

При отключении короткого замыкания любого вида на контактах выключателя после погасания дуги восстанавливается переходное напряжение, обусловленное собственными параметрами сети в месте установки выключателя.
Формы ПВН в реальных сетях могут быть обобщены и заданы в виде огибающих, определяемых двумя параметрами: напряжением , условным временем его достижения ПВН (рис.2.1) для выключателей с кВ. Из-за влияния емкости со стороны источника питания происходит запаздывание роста ПВН на нормированное время [1].
Номинальные характеристики ПВН
Рис. 2.1. Номинальные характеристики ПВН, определяемого двумя параметрами
1 – условная граничная линия ПВН; 2 – линия запаздывания ПВН (параллельная граничной линии)
Параметры ПВН определяются следующими соотношениями:
(2.1)
, (2.2)
для выключателей с кВ:
(2.3)
(2.4)
где - полюсное возвращающее напряжение, - коэффициент первого гасящего полюса (при трехфазном коротком замыкании), - коэффициент превышения амплитуды.
Для выключателей с 35 кВ =1,5.
Значения , составляющее от 1,4 до 1,54, приведены в ГОСТ Р 5265 – 2006.
Номинальные характеристики ПВН для генераторных выключателей приведены в табл. 2.1
Таблица 2.1
Номинальные характеристики генераторных выключателей


,
кВ

,
кА

,
кВ

,
мкс

,
мкс

,
кВ/мкс

6/7,2

80

13,3

3,8

1

3,5

10/12

50

22,0

6,2

1

3,5

10/12

63

22,0

5,5

1

4,0

15/17,5

100

32,2

7,2

1

4,5

20/24

100

44,2

9,9

1

4,5

20/24

125

44,2

8,8

1

5,0

20/24

160

44,2

8,8

1

5,0

24/26,5

160

48,8

8,9

1

5,5

24/26,5

200

48,8

8,9

1

5,5

- скорость ПВН.

2.2. Расчет переходного восстанавливающего напряжения
По данным табл. 2.1
=22 кВ, =5,5 мкс, =1 мкс и =4 кВ/мкс
Находим:
кВ
мкс
мкс
По полученным данным строим характеристику ПВН (рис. 2.2)
Характеристика переходного восстанавливающего напряжения
Рис. 2.2. Характеристика переходного восстанавливающего напряжения
1 – условная граничная линия ПВН; 2 – линия запаздывания ПВН; 3 - кривая реального ПВН

2.3. Анализ влияния малых индуктивных токов

При отключении малых токов, дуга, как правило, подвергающаяся интенсивному воздействию дугогасящего вещества, может погаснуть ранее момента перехода отключаемого тока через нулевое значение. Это явление, называемое обычно срезом тока, возникает чаще всего при отключении токов намагничивания холостых трансформаторов или реакторов, составляющих единицы-десятки ампер.
Физическая картина рассматриваемого явления может быть проанализирована в расчетной схеме рис.2.1,а.
В этой схеме , - индуктивность и емкость источника ЭДС; - индуктивность соединительных шин; , и - параметры схемы замещения отключаемого электрооборудования (трансформатора или реактора).
Стилизованные осциллограммы тока и напряжения
Рис. 2.3. Стилизованные осциллограммы тока и напряжения (б) в схеме замещения (а)

Срез тока, как правило, происходящий на ниспадающей части отключаемого синусоидального тока (рис.2.3,б), обусловлен возбуждением высокочастотных колебаний в контуре - - при интенсивной деионизации канала дуги и резком изменении падения напряжения на нем. При этом суммарный ток (высокочастотная составляющая, наложенная на составляющую промышленной частоты) проходит через нулевое значение и дуга гаснет. После обрыва тока в выключателе возникает колебательный процесс в контуре - , обусловленный энергией, в основном запасенной в магнитной цепи трансформатора или реактора - ( - ток в индуктивном элементе в момент обрыва тока в выключателе). В колебательном процессе обмена эта энергия оказывается запасенной в электростатическом поле емкости , что может привести к существенному повышению напряжения на ней. Максимальное напряжение на отключаемом оборудовании может быть определено, исходя из выражения для энергетического баланса (при пренебрежении потерями энергии во время переходного процесса, моделируемыми в виде потерь на сопротивлении ( рис. 2.3,а):
, (2.5)
где - напряжение на емкости в момент обрыва тока в выключателе.
Из выражения (2.5) следует
(2.6)
где - характеристическое сопротивление схемы замещения отключаемого элемента.
Стилизованные осциллограммы отключаемого тока и напряжений показаны на рис. 2.3,б.
Со стороны источника также возникает высокочастотный процессобмена энергии определяемый относительно небольшой энергией, запасенной в индуктивности источника, и, следовательно, характеризующийся малой амплитудой колебаний. Частота высокочастотных колебаний в схеме замещения отключаемого оборудования определяется как . Напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя, показано на рис. 2.3,б штриховкой. Первый пик этого напряжения называется пиком гашения, второй - восстановления напряжения, зависящим в основном от величины тока среза и параметров отключаемой цепи.
Повышение коммутационного ресурса комбинированных генераторных выключателей может быть достигнуто путем применения вакуумных дугогасительных камер, характеризующихся нестабильностью горения дуги при малых отключаемых токах. Ток среза в этих камерах колеблется в диапазоне 5…30 А. Согласно экспериментальным данным ток среза зависит не только от типа дугогасительного устройства, но и от величины емкости, шунтирующей выключатель :
(2.6)
( - в фарадах, - в амперах),
где - экспериментальный коэффициент; =0,5 – для воздушных, маломасляных и элегазовых выключателей, =0,03 – для вакуумных выключателей.
Явление среза тока является актуальным не только для элегазовых выключателей. Одним из способов решения это проблемы является установка ограничителей перенапряжения, по обе стороны от выключателя.

2.4. Анализ влияния сквозных токов короткого замыкания

Стойкость аппарата при сквозных токах к.з. определяет его способность противостоять механическим и тепловым воздействиям, возникающим при прохождении этих токов через включенный аппарат. Стойкость аппарата характеризуется наибольшим пиком (электродинамическая стоимость) , равные , начальным действующим значением периодической составляющей равным , среднеквадратическим значением тока за время его протекания (термическая стойкость) , которое обычно не менее , и временем протекания тока к.з. (временем к.з.).
Учитывая сказанное, параметр выключателя может приниматься по току КЗ от генератора при условии обеспечения выключателем электродинамической и термической стойкости к сквозному току КЗ - току КЗ от системы.
В качестве примера в табл.2.2 приведены параметры выпускаемых в настоящее время в РФ и фирмами "ABB High voltage Technologies" и "GEC ALSTHOM" выключателей, которые выбраны отдельно с привязкой к токам КЗ от системы и к току КЗ от генератора, последние отмечены знаком *.
Таблица 2.2

 

Параметры генераторных цепей

Параметры выключателей

Тип

Изготовитель

, кВ

, А

Токи КЗ, кА

, кВ

, А

, А

К-1

К-2

1

18,0

6640

93,6

27,3

20,0
20,0
24,0
17,5

12500 12500
8000 12000
8000

160 *63 *63 100
*63

2,55 3,79 3,79 3,00
3,79

ВВГ-20
ВЭГ-20
НЕК2
НЕСЗ
HG1 3

ОАО, ЭА, С-П
ОАО, ЭА, С-П
ABB
ABB
ABB

2

15,75

9490

79

38,6

20,0
20,0
24,0

12500 12500 10000

160
*63
100

2,55
3,2
2,55

ВВГ- 20 ВЭГ- 20 IKCNI

ОАО, ЭА, С-П ОАО, ЭА, С-П
G-A

3

20,0

11950

92,0

55,0

20,0
20,0 24,0

12500 12500 12000

160
*63
100

2,55 3,72 3,00

ВВГ- 20 ВЭГ- 20 НЕСЗ

ОАО, ЭА, С-П ОАО, ЭА, С-П ABB

4

20,0

18700

138

76,6

20,0
36,0 24,0

20000 24000 24000

160
160
*100

2,55 2,55 3,52

ВВГ- 20 НЕС 7/8 НЕС 4

ОАО, ЭА, С-П
ABB
ABB

5

24,0

23500

154

99,1

36,0
24,0

24000 24000

160
*100

2,55 3,93

НЕС 7/8 НЕС 4

ABB
ABB

6

24,0

23500

169

99,1

36,0
24,0

24000 24000

*160
*100

2,69 4,30

НЕС 7/8 НЕС 4

ABB
ABB

7

10,5

7400

140

20,3

20,0
20,0
17,5
20,0

12500
12500
8000
8000

160
*63
*63
*90

2,55 5,66 5,66 4,00

ВВГ- 20 ВЭГ- 20 HG1 3 ВГМ-20

ОАО, ЭА, С-П ОАО, ЭА, С-П ABB
ОАО, ЭА, Н-Т

8

10,5

3600

80

15,0

20,0
10,0
24,0
17,5

6300
5000
10000
8000

90
*63
100
*63

2,55 3,23 2,80 3,20

МГУ-20 МГГ- 10 IKCNI HG1 3

ОАО, ЭА, Н-Т ОАО, ЭА, Н-Т
G-A
ABB

9

13,8

5350

100

16,1

20,0
20,0
20,0
24,0
17,5

12500 12500
6300 12000
6300

160
*63
105
100
*50

2,55 4,00 2,55 3,00 5,10

ВВГ-20
ВЭГ- 20 МГУ-20 НЕСЗ HG12

ОАО, ЭА, С-П ОАО, ЭА, С-П ОАО, ЭА, Н.Т ABB
ABB

10

13,8

7700

170

32,0

20,0
24,0
17,5

12500 12000
8000

*63
*100
*63

6,88 4,34 6,88

ВЭГ- 20 НЕСЗ HG1 3

ОАО, ЭА, С-П ABB
ABB

11

15,75

10400

190

42,0

20,0 24,0

12500 12000

*63
*100

7,69 4,85

ВЭГ- 20 НЕСЗ

ОАО, ЭА, С-П ABB

ОАО, ЭА, С-П - ОАО высоковольтного оборудования, С-Петербург;
ОАО, ЭА, Н-Т - ОАО "Нижнетуринский электроаппаратный завод";
ABB - "ABBHigh Voltage Technologies";
G - A - "GEC ALSTHOM"
Из табл.2.2 видно, что - коэффициенты электродинамической стойкости выключателей, обеспечивающих отключение только тока КЗ от генератора, должны превышать стандартное значение 2,5 в 1,05-3 раза для обеспечения электродинамической стойкости выключателей к токам КЗ от системы. Термическая стойкость должна быть увеличена в раза или должно быть уменьшено время протекания тока КЗ от системы по отношению к нормативу (3 с) в раза. Последнее целесообразно использовать, если время протекание тока КЗ сокращается не более чем до 1,5 с, что при современных средствах защиты вполне приемлемо. В остальных случаях следует учитывать совместно уменьшение времени воздействия тока КЗ и конструктивное увеличение термической стойкости выключателя.
Исполнение выключателей с повышенной электродинамической и термической стойкостью предусматривается пп. 3.5.1, 3.5.2 ГОСТ 687 "Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия".
Анализ конструкций современных выключателей показывает, что эти требования выполнимы, у ряда выключателей =3, а установленный на Усть-Илимской ГЭС выключатель нагрузки имеет =13.
Повышение требований к электродинамической и термической стойкости для существующего ряда генераторных выключателей и доработка выпускаемых выключателей до уровня, отвечающего этим требованиям, позволит применять один и тот же аппарат в электрических схемах с разными значениями токов КЗ.
Выводы
В данной главе рассмотрено взаимодействие выключателя с сетью. По данным ГОСТ Р 52565-2006 была рассчитана и построена характеристика переходного восстанавливающегося напряжения для 100% к.з. Рассмотрено отключение малых индуктивных токов, при этом возможен срез тока, который приводит к перенапряжениям. Была проанализирована стойкость при сквозных токах к.з. Причем, если выключатель обеспечивает отключение только токов к.з от генератора(порядка 100кА), то коэффициент электродинамической стойкости должен превышать стандартное значение 2,5 в 1,05-3 раза для обеспечения электродинамической стойкости выключателей к токам к.з. от системы.



 
« Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.