Электрические сети и системы

Сухое состояние

1. Для промежутка l1 длина минимального изоляционного промежутка:

l1* = 0,285.Uрасч - 2,85 = 0,285.(1,051,1).Uсух - 2,85 = 0,285.(1,051,1).105 - 2,85 = 28,630,1 см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88; стр. 122, формула (3-13)}.

2. Для промежутка l2 длина минимального изоляционного промежутка:

l2*=0,27.Uрасч - 2,7=0,27.(1,051,1).Uсух - 2,7=0,27.(1,051,1).105 - 2,7=27,128,5 см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88; стр. 122, формула (3-14)}.

3. Для промежутка l3 длина минимального изоляционного промежутка l3* = l2*.

Под дождём

4. Для промежутка l1 минимальная длина составляет:

l1* = 0,285.Uрасч.д - 2,85 = 0,285.(1,051,1).Uдож - 2,85 = 0,285.(1,051,1).85 - 2,85 = 22,623,8 см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88; стр. 122, формула (3-13)}.

5. Для промежутка l2 минимальная длина составляет:

l2*=0,27.Uрасч.д -2,7=0,27.(1,051,1).Uдож - 2,7=0,27.(1,051,1).85 - 2,7=21,422,5 см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88; стр. 122, формула (3-14)}.

6. Для промежутка l3 минимальная длина составляет: l3* = l2*.

2.5. РАСЧЁТ ПРОМЕЖУТКОВ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ

КОММУТАЦИОННЫМ ИМПУЛЬСАМ

Определение длины воздушного промежутка по импульсам коммутационных перенапряжений производится для аппаратов на номинальные напряжения 330 кВ и выше, т. к. значения испытательных напряжений при коммутационных импульсах (КИ) выше испытательных напряжений промышленной частоты, электрическая прочность воздушных промежутков при воздействии КИ приближается к электрической прочности промежутков, подвергаемых воздействию разрядного напряжения промышленной частоты. {2, стр. 16}.

2.6. РАСЧЁТ ПРОМЕЖУТКОВ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ

В равномерном электрическом поле разрядное напряжение элегаза определя­ется уравнением Uрасч = n.89.p.l, В; где n - число разрывов; p - аб­солютное давление элегаза, Па; l - расстояние между электродами, м. {7, стр. 139}.

2.6.1. ПРОВЕРКА ПО ОДНОМИНУТНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ

1. Для промежутка l4 минимальная длина в равномерном поле составляет:

l4* = Uрасч/(89.p) = (1,051,1).Uвнут/(89.p) = (1,051,1).95.103/(89.0,45.106) = (2,492,61).10-3 м или (0,2490,261) см. По уточняющей формуле:l4* = Uрасч/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = = (1,051,1).Uвнут/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = (1,051,1).95.103/[89.0,45.106.(1 + 9,4/(0,45.106.25.10-3)0,54)] = = (2,3482,46).10-3 м или (0,2350,246) см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88;139, формулы (3-52);(3-54)}.

2. Для промежутка l5 минимальная длина в равномерном поле составляет:

l5* = Uрасч/(89.p) = (1,051,1).Uвнут/(n.89.p) = (1,051,1).95.103/(2.89.0,45.106) = (1,2451,305).10-3 м или (0,1250,131) см. По уточняющей формуле: l5* = Uрасч/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = = (1,051,1).Uвнут/[n.89.p.(1 + a/(p.r0)m)]=(1,051,1).95.103/[2.89.0,45.106.(1 + 9,5/(0,45.106.30.10-3)0,56)]= = (1,1901,247).10-3 м или (0,1190,125) см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88;139, формулы (3-52);(3-54)}.

2.6.2. ПРОВЕРКА ПО ИМПУЛЬСНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ

1. Для промежутка l4 минимальная длина в равномерном поле составляет:

l4* = Uрасч/(89.p) = (1,051,1).Uвнут/(89.p) = (1,051,1).185.103/(89.0,45.106) = (4,8495,080).10-3 м или (0,4850,508) см. По уточняющей формуле:l4* = Uрасч/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = = (1,051,1).Uвнут/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = (1,051,1).185.103/[89.0,45.106.(1 + 9,4/(0,45.106.25.10-3)0,54)] = = (4,5724,790).10-3 м или (0,4570,479) см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88;139, формулы (3-52);(3-54)}.

2. Для промежутка l5 минимальная длина в равномерном поле составляет:

l5* = Uрасч/(89.p) = (1,051,1).Uвнут/(n.89.p) = (1,051,1).185.103/(2.89.0,45.106) = (2,4242,540).10-3 м или (0,2420,254) см. По уточняющей формуле: l5* = Uрасч/[89.p.(1 + a/(p.r0)m)] = =(1,051,1).Uвнут/[n.89.p.(1+ a/(p.r0)m)]=(1,051,1).185.103/[2.89.0,45.106.(1 + 9,5/(0,45.106.30.10-3)0,56)]= = (2,3172,428).10-3 м или (0,2320,243) см.

См. таблицу 2.1.2, {7, стр. 88;139, формулы (3-52);(3-54)}.

2.7. ПРОВЕРКА ИЗОЛЯЦИИ ПО ДЛИНЕ ПУТИ УТЕЧКИ

Конструкция ВГБ-35 включает в себя шесть проходных изоляторов, у которых конструктивная величина кратчайшего расстояния по поверхности от металлических частей, находящихся под максимальным фазным напряжением 33 кВ (Uн.р.2/3= 40,5.2/3 = 33,068 кВ) до заземлённых частей, составляетLут = 80+10+15 = 105 см (при определении Lут использовались данные чертежа проходного изолятора {3} и таблицы значений {7, стр. 97, таблица 3-15}). Длина пути утечки изолятора показана на рис. 2.7. Минимальное значение длины пути утечки Lут = 33,068.2,6 = 85,977 см, где 33,068 кВ - максимальное значение напряжения между фазой и заземлённой частью; 2,6 см/кВ - удельная длина утечки по ГОСТ для изоляции категории II (усиленное исполнение) с изолированной нейтралью {ГОСТ 9920-80}. Lут > Lут (105>85,977) - соотношение выдерживается.

Проверка по длине пути утечки

Рис. 2.7

2.8. ИТОГОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ

Расчётной длиной изоляционного промежутка будет большее из значений, полученных при определении её по напряжению промышленной частоты, по грозовым и коммутационным импульсам.

Конструктивные величины изоляционных промежутков, как видно из таблицы 2.8, имеют несколько большие значения, чем рассчитанные выше величины, т. е. в реальной конструкции ВГБ-35 изоляционные промежутки взяты с небольшим запасом.

Таблица 2.8

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

РАСЧЁТ ТОКОВЕДУЩЕГО КОНТУРА

3.1. РАСЧЁТ ТОКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

В качестве исходных параметров для расчёта токовых характеристик ВГБ-35 взяты номинальный ток выключателя Iном = 630 А и номинальный ток отключения Iном.о = 12,5 кА. Расчёту подлежат:

1. Ток отключения

Допустимое значение апериодической составляющей в токе, %, характеризуется коэффициентом ном, который определяется по кривой {9, стр. 43, рис. 2.2} для времени, равного собственному времени отключения tсоб.о = 0,04 + 0,005 выключателя (см. таблицу 1.6) с добавлением 0,01 с (время защиты). Т. о. ном = 30 %. Ток отключения Iо = Iном.о.1+2.ном2=12,5.1+2.0,302=13,578 кА.

2. Эффективное значение тока КЗ за один период промышленной частоты

Iэфф (1) = m.Iном.о = 1,5.12,5 = 18,75 кА.

3. Ударный ток короткого замыкания

iуд = kа.m.Iном.о = (2.Iп + Iа)/(Iп2 + Iа2).Iэфф (1) = 1,73.1,5.12,5 = 2,55.12,5= 31,875 кА.

4. Ток термической стойкости

Подробный расчёт для основных токоведущих элементов выключателя ВГБ-35 рассматривается ниже в п. 3.2.

5. Ток электродинамической стойкости

По ГОСТ 687-78 для высоковольтных выключателей между током электродинамической стойкости Iдин и током Iном.о обязательно соотношение

Iдин  1,8.2.Iном.о, т. е. Iдин  2,546.12,5  Iдин  31,820 кА {7, стр. 15, ф. (1-1)}.

(Заявленное значение в {3}, см. таблицу 1.6 - 35 кВ).

6. Ток включения

Для наибольшего гарантированного изготовителем значения тока КЗ, которое выключатель может включить без повреждений обязательно соотношение

iвкл  2,55.Iном.о, т. е. iвкл 2,55.12,5  iвкл  31,875 кА.

3.2. ПРОВЕРКА ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЫ

ПО ТОКУ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ

Проверка выполняется по формуле Iт = (Ак - Ан).S2/tт, где Ак и Ан - параметры конкретного материала, определяемые графическим путём {6, стр. 202, рис. 5-5} и зависящие от начальной н и конечной к температуры токоведущего элемента (ТЭ), А.с/м2; S - площадь поперечного сечения ТЭ, м2; tт - допустимая длительность тока КЗ, с; Iт - действующее значение тока КЗ, А. Расчёту подлежат:

1. Медный ТЭ проходного изолятора с параметрами н= 90С {ГОСТ 8024-84}, к = 250С  Ан = 1,65.1016 А.с/м2, Ак = 3,7.1016 А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5}; S = 4,909.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для которого Iт = (3,7.1016 - - 1,65.1016).(4,909.10-4)2/3=40,580 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п. 1.6; {3 }).

2. Алюминиевый ТЭ, соединяющий проходной изолятор с неподвижным контактом и имеющий следующие параметры н = 120С {ГОСТ 8024-84}, к = 200С Ан = 0,8.1016 А.с/м2, Ак = 1,45.1016 А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5}; S = 2,75.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для которого Iт = (1,45.1016 - - 0,8.1016).(2,75.10-4)2/3 = 12,801 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п. 1.6; {3 }).

1. Медный ТЭ подвижного контакта с параметрами н = 105С {ГОСТ 8024-84}, к = 250С  Ан= 1,77.1016 А.с/м2, Ак= 3,7.1016 А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5}; S = 4,909.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для которого Iт = (3,7.1016 - - 1,77.1016).(4,909.10-4)2/3=39,374 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п. 1.6; {3 }).

3.3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЕ

В аварийных режимах по ТЭ аппарата протекают большие токи, которые вызывают значительные механические усилия между ТЭ одного полюса аппарата, причём эти усилия могут быть ещё большими вследствие влияния других полюсов (см. рис. 3.3.1; рис. 3.3.2). Произведём расчёт ЭДУ для системы подвижных контактов 4, расположенных на траверсе 8 (см. рис. 1.8.2, а; б).

Воздействие

s1 = s2 = a = 0,273 м; l = 0,175 м;

d1 = d2= l 2 + a 2 = 0,324 м;

kг=(2.0,324-2.0,273)/0,273=0,376.

1. Номинальный режим:

FЭДУ = 0,866.0/(4.).Iном2.kг = = 0,866.10-7.6302.0,376 = 0,013 Н.

2. Режим отключения:

FЭДУ = 0,866.0/(4.).Iном.о2.kг = =0,866.10-7.125002.0,376=5,089 Н. 3. Аварийный режим: FЭДУ = 0,866.0/(4.).Iпик2.kг = = 0,866.10-7.350002.kг = 39,899 Н.

Коэффициент

ЭДУ на ТЭ контура ЭДУ

iB

Рис 3.3.1 Рис 3.3.2

3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ

В СИСТЕМЕ ПОДВИЖНЫХ КОНТАКТОВ

На рис. 3.4 показана трёхфазная симметричная система токов (токи в фазах равны друг другу и сдвинуты на 120) при расположении сплошных круглых т­оковедущих элементов (ТЭ) в вершинах равностороннего треугольника. Исполь­зуя примеры подобных расчётов в {6, стр. 117}, определим потери в ТЭ.

Система подвижных контактов

Исходными данными служат геометриче­ские размеры ТЭ r = 0,0125 м; R = 0,1575 м; a = 2.R.Cos30 = 0,2728 м; l = 0,175 м. Удель­ное сопротивле­ние меди при 0С 0 = 1,62.10-8 Ом.м. Температурный коэффици­ент сопротивления меди cu = 4,3.10-3 К-1. Мак­симально допустимая температура мед­ных ТЭ в элегазе (номинальный режим) доп = 105С. Расчёту подлежат:

Рис. 3.4

1. Площадь поперечного сечения ТЭ S = .r2 = .0,01252 = 4,909.10-4 м2.

2. Сопротивление постоянному току R= = 0.(1 + cu.доп).l/S = 1,62.10-8.(1 + 4,3   10-3.105).0,175/4,909.10-4=8,401.10-6 Ом.

3. Параметр  = 0,5.r.(0/R0) = 0,5.0,0125.(2..50.4..10-7/8,401.10-6) = 0,809.

4. Параметр g() = 0,167 {6, стр. 369, таблица П-3}.

5. Параметр h1() = 0,00327 {6, стр. 369, таблица П-3}.

6. Параметр h2() = - 0,00008 {6, стр. 369, таблица П-3}.

7. Параметр h3() = 0,00007 {6, стр. 369, таблица П-3}.

8. Параметр h4() = 0,00003 {6, стр. 369, таблица П-3}.

9. Параметр T = 2.g() = 0,0922.0,167 = 1,403.10-3 {6, стр. 118}.

10. Параметр B = 0,5.(1 - T) = 0,5.(1 - 1,403.10-3) = 0,499 {6, стр. 115}.

11. Параметр E = 4.h1() - 4.(1 - 2).h2() + 8.h3() + 10.h4()/(2.B) = 0,0924.0,00327 - - 0,0924.(1 - 0,0922).(- 0,00008) + 0,0928.0,00007+0,09210.0,00003/(2.0,499) = 2,362.10-7.

12. Параметр F = B + B2 + E =0,499 + 0,4992 + 2,362.10-7 = 0,9993.

13. Параметр Q = 1 + 0,25.T - (5/24).T 2 - 0,375.T 8 = 1 + 0,25.1,403.10-3 - (5/24)   (1,403.10-3 )2 - 0,375.( 1,403.10-3)8 = 1,00035 {6, стр.118}.

14. Коэффициент эффекта близости kб = Q/F = 1,00035/0,9993 = 1,001052.

15. Коэффициент поверхностного эффекта kп.э() = 1,033 {6, стр. 369, таблица П-3}.

16. Коэффициент добавочных потерь kд.п = kп.э.kт.и = 1,033.1,001052 = 1,034.

17. Активное сопротивление ТЭ R = R=.kд.п = 8,401.10-6.1,034 = 8,687.10-6 Ом.

18. Потери мощности в одном ТЭ P1 = Iном2R = 6302.8,687.10-6 = 3,448 Вт.

19. Потери мощности в одном ТЭ при откл. P2 = Iном.о2.R=125002.8,687.10-6 = 1357 Вт.

20. Потери мощности в трёх ТЭ P3 = 3.Iном2R = 3.6302.8,687.10-6 = 10,343 Вт.

21. Потери мощности в трёх ТЭ при откл. P4 = 3.Iном.о2.R=3.125002.8,687.10-6=4071 Вт.

3.5. РАСЧЁТ НАГРЕВА ТОКОВЕДУЩИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В ЭЛЕГАЗЕ

Для определения температуры поверхности системы подвижных контактов 4, расположенных на траверсе 8 (см. рис. 1.8.2, а; б), выполняем следующее:

1. Задаёмся начальной температурой ТЭ ном = 57С при токе Iном = 630 А.

2. Определяющая температура элегаза опр = 0,5.(ном+0) = 0,5.(57+40) = 48,5С.

3. Критерий Прандтля при опр = 48,5С Pr = 0,75185 {6, стр. 138, таблица 4-2}.

4. Определяющий размер ТЭ x = 2.r = 2.0,0125 = 0,025 м (см. п. 3.4.).

5. Коэффициент объёмного расширения элегаза  = 1/(опр + 273) = 0,00311.

6. Превышение температуры ТЭ над температурой элегаза  = 57 - 40 = 17С.

7. Кинематическая вязкость элегаза при опр = 48,5С составляет  = 25,18.10-7 м2/с.

8.       Критерий Грасгофа

Gr = 9,81...x3/2 = 9,81.0,00311.0,0253.17/(25,18-7)2=1,278.106.

9. Произведение критериев Грасгофа и Прандтля

Gr.Pr = 1,278.106.0,75185 = 9,608.105.

10. Режим теплообмена при Gr.Pr = 9,608.105 отвечает расчётной формуле :

kт.к = A2.(/x)1/4 = 2,069.(17/0,025)1/4 = 10,565 Вт/(м2.К) {6, стр. 146, таблица 4-5}.

11. Постоянная излучения  = 0,25 {6, стр. 155, таблица 4-7}.