Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях

Подождите немного. Документ загружается.

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 141

варисторов, снижая рабочие градиенты и соответственно повышая ос-

тающееся напряжение при воздействии перенапряжений. Зачастую эта

тенденция рассматривается как положительная и требование снижения

рабочих градиентов (или повышение наибольшего рабочего напряже-

ния ограничителя) распространяется на все ОПН независимо от их

конструкции.

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

108

110

Рис 3.5. Схема соединений двух модулей ОПНп конструкции ЦЭЗА

Форма ребер покрышек ОПН имеет большое значение, опре-

деляя в значительной степени условия работы ОПН в целом. Как из-

вестно, ребра формируются на поверхности покрышек для увеличения

длины пути тока утечки. Однако, определяющее значение для работы

ОПН имеет не длина пути тока утечки, а ток по поверхности покрышки

при увлажнениях и, следовательно, сопротивление поверхности по-

крышки. При заданной удельной поверхностной проводимости γ

со-

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 142

противление кольца шириной dr в горизонтальной плоскости и длиной

2πr определяется соотношением

γπ

⋅

(3.15)

и , следовательно, полное сопротивление плоского ребра

minmin

min

max

min

max

min

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

====

∫∫

вr

dRR

пп

пn

πγπγ

(3.16)

где в – вылет ребер, r

min

– их радиус в основании.

Из последнего соотношения видно, что чем больше вылет ре-

бер, тем меньше его увеличение влияет на сопротивление поверхности

изолятора (см. рис.3.6).

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

1,0

2,0

3,0

dв

цп

πγ

812

пп

πγ

rв

Рис 3.6. Зависимости от относительной величины вылета ребра

полного сопротивления плоского ребра (в относительных едини-

цах) (кривая 1) и его производной по вылету ребра (кривая 2)

О снижении эффективности увеличения вылета ребер наибо-

лее наглядно можно судить по производной от сопротивления ребра по

его вылету

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 143

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

πγ

dв

. (3.17)

На рис.3.6 приведена относительная величина производной

цn

dв

=πγ

. (3.18)

Как видно, при увеличении отношения в/r

до 4 относительная

величина производной снижается в несколько раз, что позволяет сде-

лать вывод о нецелесообразности увеличения отношения в/r

свыше

четырех. Кроме того, согласно соотношению (3.18), эффективность

увеличения вылета ребер снижается при увеличении радиуса цилинд-

рической основы покрышки. Поэтому для повышения эффективности

ребер целесообразно уменьшить их вылет при увеличении диаметра

покрышки.

В рассматриваемых конструкциях ОПН принят постоянный

вылет ребер 30÷35 мм. При этом зависимость относительной величины

производной

dв

πγ от радиуса цилиндрической основы покрышки

имеет падающий характер (см. рис.3.7) и проходит тем ниже, чем

больше вылет ребра. Поэтому за основу конструирования ОПН принят

принцип ограничения вылета ребра и обеспечения необходимой длины

пути тока утечки за счет соответствующего уменьшения межреберного

расстояния.

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 144

0,02

0,04

0,06

0,08

d в

πγ

0,10

0,12 0,16м

1/м

Рис 3.7. Зависимости относительной величины производной

dвdR

от радиуса цилиндрической основы покрышки при двух

значениях вылета ребер в=30 мм (кривая 10) и в=60мм (кривая 2)

Следующей особенностью конструкции ОПНп ЦЭЗА является

отсутствие болтовых соединений фланцев. Фланцы обоих соединяе-

мых модулей имеют наружные резьбы, на которые наворачивается со-

единительная муфта (см. рис 3.5).

При этом достигается отсутствие выступающих деталей и со-

ответственно исключается необходимость их экранирования. Соедини-

тельные муфты выполняют роль экранов.

Все остальные производители ОПН до настоящего времени

используют фланцевые болтовые соединения модулей и поэтому вы-

нуждены применять промежуточные экраны в местах соединения мо-

дулей для исключения коронирования краев фланцев и болтов.

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 145

3.3 Механические характеристики ОПН в полимерных корпусах

Ограничители перенапряжений в полимерных корпусах могут

использоваться как в опорном (рис. 3.9), так и в подвесном исполнени-

ях (рис. 3.8).

а) б)

в) г)

Рис. 3.8. Общий вид ОПНп подвесного исполнения а)ОПНп – 220кВ,

б)ОПНп –330 кВ, в)ОПНп – 500кВ, г)ОПНп – 750кВ

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 146

а) б)

в)

Рис. 3.9. Нелинейные ограничители перенапряжений в полимерном

корпусе опорного исполнения с изоляционными растяжками:

а)ОПНп – 330кВ, б)ОПНп – 500кВ, в)ОПНп – 750кВ

В подвесном исполнении на ограничитель действует только

растягивающая нагрузка. Оценить разрушающую нагрузку подвесного

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 147

ОПН можно по механической прочности стеклопластиковых цилинд-

ров.

Сечение цилиндров равно

()

()()

Δ=+−=−=

ср

dddddddS

1212

, (3.19)

где средний диаметр цилиндра

()

ddd

ср

толщина стенки цилиндра

()

dd −=Δ

и d

- внутренний и наружный диаметры цилиндра.

Разрушающая растягивающая нагрузка равна

ср

dSF

. (3.20)

В табл. 3.12 приведены разрушающие растягивающие нагрузки

для применяемых в ЦЭЗА стеклопластиковых цилиндров.

Таблица 3.12

Внутренний диаметр d

цилиндра, мм

50 65 90 122 140

Наружный диаметр

цилиндра d

, мм

64 80 110 142 160

7 7,5 10 10 10

Толщина стенки Δ, мм

Площадь поперечного

сечения, см

12,5 17,1 31,4 41,4 47,1

Разрушающая нагруз-

ка, т

62,7 85,4 157 207 236

Длительно допустимая

нагрузка, т

12,5 17,1 31,4 41,4 47,1

Для сравнения приведем массы ОПН разных классов напряже-

ния на наибольшие пропускные способности и, соответственно, с наи-

более тяжелыми варисторами (см. табл. 3.13)

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 148

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

Таблица 3.13

Класс напря-

жения сети, кВ

110 150 220 330 400 500 750 1150

Число модулей

1 1,5 2 3 3,5 4 6 8

Высота колон-

ки варисторов,

0,7 1,0 1,4 20 2,4 3,03 4,3 6,6

Наружный

диаметр вари-

сторов, мм

45 45 60 85 85 115 115 136

Площадь вари-

сторов, см

15,9 15,9 28,2 51,7 51,4 87,2 87,2 117

Масса варисто-

ров, кг

6,7 9,5 23,6 61,6 74 158 225 436

Масса ОПН, кг

13,4 19 47,2 123,2 148 316 450 926

При расчете принята высота колонки варисторов согласно

табл. 3.3, площадь варисторов – исходя из максимального тока пропу-

скной способности (табл. 1.4). Удельная масса варисторов принята 6

г/см

. Масса ОПН принята равной удвоенной массе варисторов.

Как следует из табл. 3.12 и 3.13, механическая прочность труб

с большим запасом обеспечивает надежную работу подвесных ОПН.

Для ОПНп опорного исполнения определяющей является из-

гибающая нагрузка от подводящих проводов и от гололедо-ветровых

нагрузок. Нормативные нагрузки на изгиб для ОПН разных классов

напряжения приведены ниже

Наибольшее длительно допусти-

мое напряжение, кВ

Нормированная нагрузка на

изгиб, Н

3,6-60

73-156

210-333

455-475

300

500

1000

1500

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 149

Разрушающая горизонтальная нагрузка опорных конструкций

ОПН определяется исходя из равенства максимального воздействую-

щего момента от нормированной горизонтальной нагрузки моменту

сопротивления опорной колонки. В конструкции ОПН ЦЭЗА исполь-

зуется покрышка из стеклопластикового цилиндра с защитным покры-

тием из кремнийорганической резины К-69Тр. Механическую нагрузку

несет стеклопластиковая труба с внутренним диаметром d

и наруж-

ным диаметром d

. Момент сопротивления изгибающей нагрузки для

такой трубы равен

32 d

−

⋅

. (3.21)

Момент в основании колонки от горизонтальной нагрузки F равен

⋅

, (3.22)

где H – высота колонки.

Исходя из равенства

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

32 d

WHF

−

==⋅

πσ

, (3.23)

где

- разрушающее механическое напряжение на изгиб, получаем

разрушающее горизонтальное усилие

32 d

−

πσ

. (3.24)

Результаты расчетов по этой формуле для ОПН разных классов

напряжения, выпускаемых ЦЭЗА, при

=5000кГ/см

приведены в

табл.3.14

Таблица 3.14

Класс на-

пряжения,

кВ

∑

см

кГ

норм

кГ

Н,

см

∑

кГ

110 100 5 6,4 860 50 5 55 15,6

150 150 6,5 8,0 573 50 8 58 8,8

220 200 6,5 8,0 709 50 10 60 11,8

330 300 9,0 11,0 1202 100 15 115 10,4

500 400 9,0 11,0 901 100 25 125 7,2

750 600 12,2 14,4 1183 150 50 200 6,0

1150 800 12,2 14,4 887 150 75 225 3,9

Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях. 150

В табл. 3.14. приведены также нормированные горизонтальные

нагрузки от тяжения подводящих проводов и горизонтальные нагрузки

от воздействия ветра при напоре 55 кГ/м

Как следует из данных табл.3.13, для всех классов напряжения

расчетная разрушающая нагрузка ОПН опорного исполнения F

пре-

вышает сумму горизонтальных нагрузок от тяжения подводящих про-

водов и ветра F

∑

не менее, чем в шесть раз. Такого запаса вполне дос-

таточно для обеспечения надежной работы одноколонковых ОПН в

полимерных корпусах в опорном исполнении.

Однако, при большой высоте колонки ОПН относительно мало-

го диаметра возможны значительные отклонения колонки от вертикали

при односторонней горизонтальной нагрузке.

Под воздействием горизонтальной нагрузки F верхний конец

стеклопластиковой трубы отклоняется на расстояние

Центр подготовки кадров энергетики www.cpk-energo.ru

Санкт-Петербург (812) 556-91-85

)dd(E

FH,

676

−

==Δ

, (3.25)

где F- суммарная приведенная к верхнему фланцу нагрузка, перпенди-

кулярная оси ограничителя, H- высота ограничителя, E- модуль упру-

гости стеклопластиковой трубы, I – момент ее инерции, определяемый

по формуле [11]

(

)

050

dd,)dd(I −≈−=

. (3.26)

Результаты расчетов по формуле (3.25) при тех же исходных

данных, что и в табл. 3.14 приведены в табл. 3.15

Таблица 3.15

Класс на-

пряжения

сети, кВ

пр

Н, м

пр

, град

Δ, мм α, град

110 1,0 5,8 0,3 5 17

150 1,5 9,4 0,36 5 14

220 2,0 23 0,66 5 7,6

330 3,0 43 0,8 5 6,3

500 4,0 110 1,6 5 3,1

750 6,0 230 2,2 5 2,3

1150 8,0 614 4,4 5 1,1