Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт дистанционного образования

КАФЕДРА ''Электрические системы и сети''

Контрольная работа

по предмету ''Техника высоких напряжений''

Выполнил студент

гр. з-9280/4

Пара А.Д.

Проверил преподаватель

Соловьев М.А.

Томск-2003 г.

Контрольная работа № 1

Определить потери энергии на корону и среднегодовую мощность потерь для трехфазной линии переменного напряжения с горизонтальным расположением проводов?

Дано:

Наименование	Номер варианта
UНОМ, кВ	750
Число и марка проводов в фазе	2х АС-700
r0, см	1, 855
DP, см	60
а, м	16, 5
h X.П, час	6580
hТ, час	420
hИ, час	290
hД, час	620
hCН, час	850
JД, мм/ч	0, 4
3JСН, мм/ч	0, 3

Решение:

Для расчета используем метод Левинова В.И. Относительная плотность воздуха примается равной 0, 95.

1) Определяем радиус расщепления провода.

cм

2) Определяем эквивалентный радиус расщепления в зависимости от числа проводов в

Фазе

см

3) Коэффициент усиления

=

4) Определяем критическую напряженность

где - m = 0, 85 - коэффициент гладкости провода

= 0, 95 - относительная плотность воздуха

Е_{К хор. погоды} = m = 0, 85 ; Е_{К туман} = m = 0, 7 ;

Е_{К иней} = m = 0, 6 ; Е_{К дождь} = m = 0, 67

Е_{К снег} = m = 0, 68

5) Определяем среднегеометрическое расстояние между фазами:

6) Определяем рабочую ёмкость фаз:

;

где: = ; С₁= С₃; С₂=1, 05С_1;3

;

7) Определяем критичность напряжения начала короны: для каждой фазы и для каждой погоды:

U_{К хор.погоды 1;3} =

U_{К хор.погоды 2} =

U_{К туман1;3} =

U_{К туман 2} =

U_{К иней 1;3} =

U_{К иней 2} =

U_{К дождь 1;3} =

U_{К дождь2} =

U_{К снег 1;3} =

U_{К снег2} =

8) Определяем эквивалентную ёмкость объёмного заряда короны:

где: круговая частота ; относительная плотность воздуха

К - подвижность ионов

К= 1100 м²/кВ - туман; снег; сухой снег; дождь

К= 2200 м²/кВ - хорошая погода; иней

9) Определяем значение функции:

где:

10) Определяем значение потерь на корону для каждой из фаз и видов погоды:

,

где: U_К - критическое напряжение короны фазы для каждого вида погоды, кВ.

11) Определяем потери на корону:

12) Суммарные потери на корону: среднегодовые, А, кВт х час/км

13) Определяем среднее значение потерь, среднечасовые, Р_ср, кВт.

Контрольная работа № 2

энергия трехфазный напряжение провод

Рассчитать и построить кривую ёмкостного (начального) распределения напряжения (U_C) кривую максимальных потенциалов (U_МАКС) вдоль обмотки трансформатора в координатах U_O, n/N, при воздействии прямоугольной , бесконечно длинной волны напряжения с амплитудой U_O. Общее число элементов схемы замещения обмотки трансформатора - N, число элементов, где определяется величина U_C и U_МАКС -n. Ёмкость одного элемента на землю - , собственная ёмкость каждого элемента вдоль трансформатора . Значение U_O, N, , и режим нейтрали трансформатора даны в таблице:

№ варианта	UО, %	N, шт.	, пФ.	, пФ.	Режим нейтрали
5	100	10	540	1500	заземлена



Рис. №1

N - число элементов обмотки (витков);

- ёмкость каждого витка по отношению к земле;

- ёмкость каждого витка по отношению к обмотке;

U_O - амплитуда напряжения;

1) Строим кривую начального режима

; где:

Расчёт заносим в таблицу:

n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
UН	100	54, 88	30, 12	16, 53	9, 072	4, 979	2, 732	1, 5	0, 823	0, 452	0, 248

2) Строим кривую напряжения для установившегося напряжения.

В заземленной нейтрали в виду однородности обмоток установившееся распределение напряжения будет определяться наклонной прямой линией.

3) Максимальное напряжение в любой точке трансформатора.

Амплитуда гармоник U_{К МАКС.} при заземленной нейтрали трансформатора определяется по формуле:

4) Строим график, рассчитав амплитуду гармоники



для 1; 2; 3 - гармоники

1) Для 1^ой гармоники - Т=2N;

2) Для 2^ой гармоники - Т=2N;

3) Для 3^ой гармоники - Т=2N;

5) Строим кривую максимальных потенциалов

В каждой точке обмотки (n/N) cуммируюем ординаты всех гармоник, и затем эта сумма складывается (с обратным знаком) с U_УСТ в данной точке обмотки.

Контрольная работа № 3

Рассчитать и построить форму волны на шинах подстанции, схема замещения которой содержит последовательно соединенные индуктивность L и ёмкость С. Набегающая волна имеет косоугольный фронт t_Ф и постоянную амплитуду U₀. Значения L, C, t_Ф, U₀ - указаны в таблице №1. Значение времени t задавать от 0 до 2Т с шагом 1/8Т.

Таблица №1

№ варианта	L х 10-6, Гн	С х 10-6, Ф	tФ х 10-6, с	UO, кВ
3	20	0, 02	1, 0	450

1) Определяем периодичность колебаний

; , мкс.

мкс.

Для значений времени расчет U_C ведем по формуле:



где

Пример:

Для значений времени расчет U_C ведем по формуле:

Пример:

Расчёт сводим в таблицу:

t	0	1/8 Т	2/8 Т	3/8 Т	4/8 Т	5/8 Т	6/8 Т	7/8 Т	Т
	0	0, 49	0, 99	1, 48	1, 98	2, 48	2, 97	3, 47	3, 96
UC	0	21, 4	160, 8	442	720	837	729	457, 6	189

t	9/8 Т	10/8 Т	11/8 Т	12/8 Т	13/8 Т	14/8 Т	15/8 Т	2 Т
	4, 46	4, 96	5, 45	5, 95	6, 44	6, 94	7, 44	7, 93
UC	67, 5	171	441	715, 5	837	733, 5	460	189



Контрольная работа № 4

Рассчитать удельное число отключений линии на железобетонных опорах. Коэффициент связи принять равным 0, 25. Параметры линии приведены в таблице № 1

№ варианта	№ 6
UНОМ. линии, кВ	220
Средняя высота троса в пролете, м	17
Защитный угол, град.	20
Сопротивление заземления опоры, Ом	20
Длина пролета, м	350
Расстояние трос-провод в пролете, м	6
Число тросов	2
Высота опоры, м	23

Удельное число отключений линий можно определить по формуле:

где: h-средняя высота подвеса тросов, м

V_ПЕР.1 - вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору.

,

где: I_З - защитный уровень линии с тросами при ударе молнии в опору, кА.

где:- минимальное импульсное разрядное напряжение фазовой изоляции линии, кВ

R- импульсное сопротивление заземления опоры, Ом

h_ОП - высота опоры, м

- для линии с двумя тросами

- вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу при перекрытии на опоре;

- вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу при пробое в пролёте промежутка трос-провод.

Определяется ис помощью таблицы № 2

ЕРАБ.=UРАБ./lПЕР, кВ ДЕЙСТ./м	50	30	20	10
	0, 6	0, 45	0, 25	0, 1

Предварительно определить длину гирлянды изоляторов

где: H- строительная высота гирлянды [1 по табл.10-2]; n-число изоляторов в гирлянде.

V_ПЕР.2 - вероятность перекрытия изоляции трос-провод при ударе молнии в пролёте.

где: ;

где: S - расстояние между проводом и тросом, м;

l - длина пролета, м;

К_д- коэффициент связи между тросом и проводом; К_д = 0, 25

V_ПЕР.3 - вероятность перекрытия изоляции при прямом ударе молнии в провод.

,

где: I_{З ПР} - защитный уровень линии с тросами при ударе молнии в провод, кА.

V_а - вероятность прорыва молнии через тросовую защиту.

где: а - защитный угол, град.

Решение:

Предварительно определяем длину гирлянды изоляторов

где: H- строительная высота гирлянды [1 по табл.10-2]; n-число изоляторов в гирлянде.

Изоляция 14 х П- 4, 5 H- 170 мм; n - 14 шт.

Для линии 220 кВ =1300 кВ

V_ПЕР.1 - вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору.

Размещено на http://www.allbest.ru/

V_ПЕР.2 - вероятность перекрытия изоляции трос-провод при ударе молнии в пролёте.

где:

V_ПЕР.3 - вероятность перекрытия изоляции при прямом ударе молнии в провод.

0, 61

где: I_{З ПР} - защитный уровень линии с тросами при ударе молнии в провод, кА.

V_а - вероятность прорыва молнии через тросовую защиту.

По таблице №2 определяем и

Определяем удельное число отключений:

Вопрос № 1

Каких значений достигают перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов? Какими путями можно снизить амплитуду перенапряжения? Как влияет скорость восстановления электрической прочности меж контактного промежутка выключателя на вели-чину перенапряжения при отключении индуктивностей?

Ответ:

Если пренебречь потерями на гистерезис, вихревыми токами и активным сопротивлением обмоток, то эквивалентная схема отключения ненагруженного трансформатора в принципе не будет отличаться от схемы отключения малых индуктивных токов.

Процесс отключения индуктивности выключателем высокого напряжения можно с помощью упрощенной схемы:



При малых токах, при отключении ненагруженного трансформатора, происходит ''срез'' тока, при изменении амплитуды отключаемого тока I_m значение тока I_о, соответствующее срезу, изменяется приблизительно так, как показано на рис.

При очень малых амплитудах срез может произойти близи максимума тока, поэтому I_о растет приблизительно пропорционально I_m. Область насыщения соответствует максимальному значению I_о, свойственному данному выключателю. Например произошел срез тока в момент вре-мени, когда значение тока среза равно I_о, а мгновенное значение напряжения на ёмкости - U_о. В отключаемой части цепи в момент обрыва тока была накоплена энергия в магнитном поле индуктивности L и энергия в ёмкости С. Под действием этой энергии в отключае-мой цепи возникают колебания напряжения. Максимальное напряжение на отключенной цепи

.

Это напряжение может достигать очень больших значений, во много раз превышающих номинальное. Но в действительности напряжение на отключаемой индуктивности не достигает U_МАКС в связи с повторным зажиганием дуги в выключателе. Напряжение между контактами выключателе U_АВ определяется разностью между напряжениями u₁ и э.д.с. источника е. Наибольшие перенапряжения между контактами выключателя и по отношению к земле возникают в этом режиме при использовании дугогасительных устройств с жестким гашением.

Амплитуду перенапряжений можно снизить с помощью следующих мероприятий:

-установка в перемычке между выключателем и трансформатором вентильных разрядников;

- установка шунтирующих сопротивлений;

- увеличение ёмкости С;

- последовательность операций при отключении.

Электрическая прочность межконтактного промежутка после обрыва тока в выключателе в связи с расхождением контактов постепенно возрастает как это показано на рисунке.



Нарастание электрической прочности между контактами выключателей.

Воздушные выключатели с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьём име-ют вначале значительно более быстрый рост электрической прочности, чем масляные выклю-чатели, предельная же прочность между контактами у выключателей обоих типов практически одинакова. Кривые относятся к выключателям напряжением 110 кВ у которых предельная прочность близка к 4U_Ф являются грубым приближением и характеризуют лишь верхний пре-дел электрической прочности между контактами. Фактическое пробивное напряжение всегда ниже чем это указано на рисунке № 2.

Вопрос № 2

Нарисовать и описать работу однополупериодной и двухполупериодной схем выпрямления переменного тока. Дать диаграммы выходного напряжения и пояснить роль сглаживающего ёмкостного фильтра.

Ответ: Рассмотрим работу схемы однополупериодного выпрямления, когда нагрузка R_Н шунтирована ёмкостью С. В соответствии с ВАХ диод закрыт и сопротивление его теоретически равно бесконечности, когда напряжение на нем u_д отрицательно. Диод открывается в момент wt₁, когда напряжение на нем u_д = е(t) - u_C, увеличиваясь, становится равным нулю. Как только диод откроется, напряжение на ёмкости становится равным э.д.с.: u_C = Е_т sin wt₁, ток через ёмкость станет изменяться по закону (пунктир рис. 2а), а ток через нагрузку по закону (пунктир с точкой рис. 2а). Ток через диод (рис. 2б) в момент становится равным нулю и диод закрывается; ; ; (R=R_Н).

В интервале от до ёмкость разряжается на R_Н (рис.2в) и напряжение на ней изменяется во времени по показательному закону ,

В следующий период процесс повторяется. Чем больше величина RC по сравнению с периодом , тем меньше пульсация напряжения на нагрузке R_Н.



Простейшая мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямления представлена на рис.

Она состоит из четырех полупроводниковых диодов, источника напряжения и нагрузки. Рассмотрим работу схемы двухполу периодного выпрямления. Источник э.д.с. включен в одну диагональ этой схемы, а нагрузка в другую. Диоды работают попарно. В первый полупериод, когда э.д.с. е (t) действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах 1 и 3, эти диоды проводят ток, а диоды 2 и 4 тока не проводят. Во второй полупериод, когда э.д.с. е(t) изменит знак и действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах 2 и 4, ток проводят диоды 2 и 4, а диоды 1 и 3 тока не проводят. Направление про-хождения тока через нагрузку показано стрелкой. Ток через нагрузку протекает всё время в одном и том же направлении. Форма напряжения на нагрузке показана кривой на рис. №3. Через U₀ обозначено среднее значение напряжения на нагрузке. Конденсатор С предназначен для уменьшения пульсации напряжения на нагрузке №3.

Вопрос № 3

Указать основные элементы и характеристики вентильного разрядника. Привести вольт-амперную характеристику (ВАХ) рабочего сопротивления разрядника и объяснить физическую природу нелинейности ВАХ. Какие материалы применяются для рабочих сопротивлений? На какие предельные импульсные токи должно быть рассчитано рабочее сопротивление?

Ответ:

Вентильные разрядники являются основными аппаратами защиты подстанционного оборудования от набегающих по линии волн атмосферных перенапряжений.

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при существенном изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробивного напряжения искрового промежутка разрядника U_{ПР. И.}.

Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника U_ОСТ, который называется током координации. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты который 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 надежно обрывается проходящий через него сопровождающий ток, называется - напряжением гашения U_ГАШ., а соответствующий ток - током гашения I_ГАШ.

Гашение дуги сопровождающего тока должно осуществляться в условиях однофазного замыкания на землю, так как во время одной и той грозы могут произойти перекрытия изоляции на одной фазе и срабатывание разрядника в двух других фазах. Таким образом, напряжение гашения должно быть равным напряжению на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю:

,

где коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали; U_НОМ. - Номинальное линейное напряжение;

Эффективность действия разрядника характеризуется защитными отношениями:

;

где пробивное напряжение искрового промежутка разрядника при 50 Гц.

1 и 2 - разные степени нелинейности; 1 и 3 разные токи гашения.

На рисунке показаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) вентильного разрядника и пути уменьшения остающегося напряжения.

Основу нелинейности резистора разрядника составляет порошок электротехнического карборунда SiC. На поверхности зерен карборунда имеется запорный слой толщиной порядка 100 мкм из окиси кремния SiО_2. Удельное сопротивление около 10^-2 Ом х м. Сопротивление запорного слоя нелинейно зависит от напряжённости электрического поля. При малых напряжённостях поля удельное сопротивление запорного слоя составляет 10⁴ - 10⁶ Ом х м всё напряжение ложиться на запорный слой, и он определяет значение сопротивления нелинейного резистора. При повышении напряженности поля сопротивление запорного слоя резко падает, и значение сопротивления нелинейного резистора начинает определяться карборундом.

Нелинейные резисторы вентильных разрядников выполняются в виде дисков, состоящих из корборундового порошка и связующего материала. В настоящее время применяются диски из вилита и тервита. Для изготовления вилитовых дисков в качестве связки применяется жидкое стекло. Это позволяет спекать диски при температуре около 300⁰ С. Тервитовые диски обжигают при температуре около 1000⁰ С. При этом часть запорных пленок выгорает, что повышает степень нелинейности. Предельным максимальным значением импульсного тока для вилитовых и тервитовых дисков является ток I_доп = 5- 14 кА.

Список литературы

1. Техника высоких напряжений. / Под ред. Д.В. Разевига. - М.: Энергия, 1964.-471 с.

2. Техника высоких напряжений. / Под ред. Д.В. Разевига. - М.: Энергия, 1976.-488 с.

3. Техника высоких напряжений. / Под ред. М.В. Костенко.-М.: Высшая школа, 1973.-528 с.

4. Электрические цепи. /Под ред. Л.А. Бессонов. - М: Высшая школа, 1978.-528 с., ил.

5.Методические указания по выполнению контрольных работ по ТВН.

Размещено на Allbest.ru

...