Важов В.Ф., Лавринович В.А. Высоковольтная техника в электроэнергетике

Подождите немного. Документ загружается.

121

Заключение

Техника высоких напряжений – относительно молодая отрасль че-

ловеческой деятельности. Прогресс в области ТВН непосредственно

влияет на решение узловых проблем электроэнергетики. Основные про-

блемы ТВН, можно сказать, для данного уровня электроснабжения в

основном решены. Требуется доработка тех направлений, которые свя-

заны со статистическим характером процессов: грозовые и коммутаци-

онные перенапряжения, погодные условия. Требуется доработка защит-

ных и коммутационных аппаратов, которые улучшат координацию изо-

ляции всех элементов сети электроснабжения – от генератора до потре-

бителя. Традиционны и вечны задачи совершенствования характеристик

изоляции.

Особо следует отметить проблему диагностики изоляции. Совре-

менные условия эксплуатации высоковольтного оборудования ставят

задачу непрерывного мониторинга ее состояния и прогнозирования

срока службы в конкретных условиях эксплуатации. Эта задача стано-

вится особо актуальной в условиях острого дефицита средств по замене

устаревшего и отработавшего свой штатный срок оборудования. Реше-

ние этой проблемы является важной задачей и требует привлечения мо-

лодых талантливых кадров.

Для выполнения задач ТВН требуются инженеры с хорошей подго-

товкой в области теории электрофизических наук, эксперимента и экс-

плуатации. Творческий подход к делу, трудолюбие и энтузиазм всегда

были отличительной особенностью специалистов в области ТВН.

122

Библиографический список

1. Техника высоких напряжений / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров,

Н.И. Гумерова, Г.М. Иманов и др.; под ред. Г.С. Кучинского. – СПб.:

Энергоатомиздат, 2003. – 608 с.

2. Техника высоких напряжений / под ред. Г.С. Кучинского. –

СПб.: Изд-во ПЭИПК, 1998. – 700 с.

3. Техника высоких напряжений / под ред. М.В. Костенко. – М.:

Высш. шк., 1973. – 528 с.

4. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких

напряжений. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.

5. Техника высоких напряжений / под ред. Д.В. Разевига. – М.; Л.:

Энергия, 1963. – 471 с.

6. Техника высоких напряжений: теоретические и практические ос-

новы применения / пер. с нем. М. Байер, В. Бек и др. – М.: Энергоатом-

издат, 1989. – 555 с.

7. Техника высоких напряжений / под ред. Д.В. Разевига. – М.:

Энергия, 1976. – 488 с.

123

Вопросы для самоподготовки

Контрольные вопросы и задания по разделу 1

1. Дайте классификацию конфигурации электрических полей.

2. Объясните процесс образования лавины электронов.

3. В чем заключается сущность ударной ионизации.

4. В чем заключается сущность фотоионизации.

5. Дайте определение несамостоятельного и самостоятельного раз-

рядов.

6. Дайте математическое выражение условия самостоятельности

разряда в газах.

7. Приведите математическое и графическое представление закона

Пашена.

8. Объясните поправку на относительную плотность воздуха:

смысл и математическое выражение.

1.9. В чем заключается эффект полярности при пробое газа.

1.10. Объясните барьерный эффект в газе при положительной по-

лярности острия.

1.11. Объясните барьерный эффект в газе при отрицательной по-

лярности острия.

1.12. Дайте объяснение процесса развития разряда вдоль сухой и

чистой поверхности в поле с преобладающей тангенциальной состав-

ляющей.

1.13. Дайте объяснение процесса развития разряда вдоль сухой и

чистой поверхности в поле с преобладающей нормальной составляю-

щей.

1.14. Объясните суть процесса коронирования на переменном на-

пряжении.

1.15. Дайте определение вольт-секундным характеристикам изоля-

ции и их назначению.

1.16. Объясните структуру развития разряда во времени.

1.17. Как происходит пробой жидких диэлектриков?

1.18. Как происходит пробой твердой изоляции?

Контрольные вопросы и задания по разделу 2

1. Как классифицируются трансформаторы в высоковольтной тех-

нике?

2. Какие требования предъявляются к испытательным трансформа-

торам?

124

3. Приведите способы получения высокого напряжения постоянно-

го тока.

4. Какие существуют схемы выпрямления?

5. Приведите основные элементы схемы выпрямления?

6. Каким образом можно получить высокое импульсное напряже-

ние? Где и для чего используется высокое импульсное напряжение?

7. Объясните схему и принцип работы генератора Аркадьева-

Маркса.

8. Каким образом можно получить большие импульсные токи? Где

и для чего они применяются?

2.9. Объясните схему и принцип работы генератора импульсных

токов?

10. В чем принципиальное различие в работе ГИН и ГИТ?

11. Назовите способы измерения высоких напряжений. В чем со-

стоят сложности при измерении на высоком напряжении?

12. Каким образом осуществляется измерение больших импульс-

ных токов?

Контрольные вопросы и задания по разделу 3

1. Перечислить условия работы и требования, предъявляемые к вы-

соковольтной изоляции оборудования.

2. Сформулируйте назначение и конструктивные особенности изо-

ляции воздушных ЛЭП.

3. Назовите особенности назначения и конструктивного исполне-

ния проходных изоляторов.

4. Объясните особенности высоковольтных вводов по назначению,

типу изоляции, конструктивному исполнению.

5. Объясните особенности силовые трансформаторов по назначе-

нию, конструктивному исполнению изоляции.

6. В чем заключаются особенности силовых кабелей по назначению

и конструктивному исполнению.

7. В чем заключаются особенности конструктивного исполнения

силовых кабелей с вязкой пропиткой.

8. Объясните особенности изоляции вращающихся машин высоко-

го напряжения по типу и материалу изоляции, конструктивному испол-

нению.

9. Перечислите и дайте характеристику основным методам профи-

лактических испытаний изоляции высоковольтного оборудования в

эксплуатационных условиях.

125

Контрольные вопросы и задания по разделу 4

1. Дайте классификацию перенапряжений и их кратности.

2. В чем принципиальное отличие внешних перенапряжений от

внутренних?

3. Почему грозовые перенапряжения наиболее опасны для сетей

средних классов напряжений, а коммутационные – для сетей высших

классов напряжений?

4. Объясните принцип грозозащиты ЛЭП и подстанций.

5. Дайте графическое представление зоны защиты двух стержневых

молниеотводов.

6. Объясните принцип защиты подстанций от набегающих волн с

ЛЭП.

7. В чем заключается принцип защиты тросовым молниеотводом.

8. Почему при прохождении по воздушной ЛЭП импульсов высо-

кого напряжения происходит значительное изменение фронта импуль-

са?

9. Как импульсная корона влияет на параметры грозового импуль-

са, распространяющегося по линии электропередач?

10. Дайте анализ коэффициентов преломления и отражения.

11. Почему при воздействии на обмотку трансформатора импульс-

ного напряжения возникает неравномерное распределение напряжения

по виткам обмотки?

12. Дайте графическое представление волновым процессам в трех-

обмоточном трансформаторе, когда его обмотки соединены в треуголь-

ник.

126

Задачи к курсу

«Высоковольтная техника в электроэнергетике»

Литература для решения задач

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. – 1968. –463 с.

4. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнерге-

тике. – М. Энергия, 1968. – 463 с.

5. Иерусалимов М.Е., Орлов Н.Н. Техника высоких напряжений. –

Киев, изд. университета, 1967. – 463 с.

6. Стефанов К.С. Техника высоких напряжений. – Л.: Энергия,

1967. – 496 с.

7. Дульзон А.А. и др. Руководство к лабораторным работам по

ТВН, ч. 1. – Томск, изд. ТГУ, 1975. – 170 с.

8. Семкин Б.В. и др. Руководство к лабораторным работам по

ТВН, ч. 2. – Томск, Изд-во ТГУ, 1975. – 160 с.

9. Ларионов В.П., Базуткин В.В., Пинталь Ю.С. Техника высоких

напряжений. – Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.

10. Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция ус-

тановок высокого напряжения. – Энергоатомиздат, 1987.

Задачи к разделу 1

1.1. Электрон движется в равномерном электрическом поле с на-

пряженностью Е=30 кВ/см. Какое расстояние должен пройти электрон

без столкновения для ионизации одной молекулы водорода, азота, ки-

слорода.

Указание: для расчета использовать табл. 2.1, 2.2 (Л. 1, с. 17-21;

Л. 3, с. 8-22; Л. 9, с. 12-15).

1.2. Описать развитие разряда в газе в промежутке стержень-

плоскость при положительной и отрицательной полярности стержня

(Л. 1, с. 38-43; Л. 3, с. 35-47; Л. 9, с. 62-69).

1.3. Привести графики зависимости U

=f(pS), пояснить ход кри-

вой Пашена. Привести формулы разрядного напряжения в однородном

поле (Л. 1, с. 31-35; Л. 2, с. 24-27; Л. 3, с. 32-35; Л. 9, с. 56-62).

127

1.4. Описать возникновение коронного разряда на проводах ЛЭП

при переменном напряжении. Назвать технические мероприятия по

уменьшению потерь на корону (Л. 1, с. 82-101; Л. 2, с. 51-57; Л. 3, с. 60-

67; Л. 9, с. 159).

1.5. Дать определение вольтсекундной характеристике, описать

методику построения их. Привести вольтсекундные характеристики для

газа в слабонеоднородном поле и в резконеоднородном поле. Показать

роль вольтсекундных характеристик в ТВН (Л. 1, с. 54-57; Л. 2, с. 34-38;

Л. 3, с. 78-88; Л. 9, с. 70).

1.6. Пояснить понятие самостоятельного разряда в однородном

поле. Привести его математическое выражение. Какими способами

осуществляется вторичная ионизация? (Л. 1, с. 26-31; Л. 2, с. 22-23; Л. 3,

с. 22-26; Л. 9, с. 27).

1.7. Описать разряд вдоль увлажненной и загрязненной поверхно-

сти твердого диэлектрика. Какие факторы и как влияют на разрядное

напряжение перекрытия (Л. 1, с. 83-84; Л. 2, с. 71-73; Л. 3, с. 89-98;

Л. 10, с. 132).

1.8. Пояснить физическую суть влияния барьеров на разрядное

напряжение. Привести график зависимости разрядного напряжения от

расстояния между барьером и острием в промежутке, пояснить ход кри-

вых.

1.9. Что такое коэффициент ударной ионизации электронами? По-

ясните связь между коэффициентом ударной ионизации и длиной сво-

бодного пробега электронов (Л. 1, с. 21-24; Л. 2, с. 16-21; Л. 3, с. 8-14;

Л. 9, с. 18).

Задачи к разделу 2

2.1. Нарисовать конструктивное исполнение и электрическую

схему каскадного соединения трех трансформаторов с питанием каждо-

го последующего трансформатора от предыдущего. Достоинства и не-

достатки такой схемы соединения (Л. 3, с. 464-465; Л. 5, с. 235-236; Л. 6,

с. 205-207).

2.2. Задачи высоковольтных испытаний и методы испытаний

(Л. 3, с. 460-462; Л. 6, с. 205-207).

2.3. Нарисовать и описать работу однополупериодной и двухпо-

лупериодной схем выпрямления переменного тока. Дать диаграмму вы-

ходного напряжения и пояснить роль сглаживающего емкостного

фильтра (Л. 3, 468-469; Л. 5, с. 241-243; Л. 6, с. 213-214).

2.4. Нарисовать и описать работу одной из схем выпрямления с

удвоением напряжения. Дать диаграмму выходного напряжения. Пояс-

128

нить принцип работы получения постоянного напряжения с помощью

каскадных генераторов постоянного тока. (Л. 3, с. 468-469; Л. 5, с. 244-

247; Л. 6, с. 213-217).

2.5. Нарисовать схему многоступенчатого генератора импульсных

напряжений и описать его работу. Пояснить, как осуществляется регу-

лирование амплитуды получаемого импульса, частоты следования им-

пульсов и получение срезанного импульса (Л. 3, с. 469-474; Л. 5, с. 251-

258; Л. 6, с. 217-224).

2.6. Нарисовать принципиальную электрическую схему электро-

статического вольтметра. Описать принцип измерения напряжения,

достоинства и недостатки, область их применения (Л. 3, с. 486-491; Л. 5,

с. 268-270; Л. 6, с. 148-152).

2.7. Пояснить методики измерения шаровыми разрядниками по-

стоянных, переменных и импульсных напряжений (Л. 3, с. 480-486; Л. 5,

с. 261-268; Л. 6, с. 153-157).

2.8. Нарисовать схему замещения омического делителя при изме-

рении переменных и импульсных напряжений. Описать требования,

предъявляемые к делителям напряжения, и факторы, влияющие на по-

грешность измерения (Л. 3, с. 493-501; Л. 5, с. 272-276; Л. 6, с. 188-193).

Задачи к разделу 3

3.1. Описать процесс возникновения частичных разрядов в газо-

вой полости твердого диэлектрика при переменном напряжении, пояс-

нить характер изменения напряжения. Назвать и охарактеризовать ме-

тоды регистрации частичных разрядов (Л. 1, с. 222-226; Л. 2, с. 122-125;

Л. 3, с. 138-143; Л. 9, с. 181; Л. 10, с. 41).

3.2. Описать методы контроля изоляции по tg . Какие дефекты

можно обнаружить при измерении tg ? Нарисовать и объяснить прин-

цип действия аппаратуры для измерения tg (Л. 1, с. 216-221).

3.3. Привести графики и объяснить зависимость емкости от часто-

ты для доброкачественной и дефектной изоляции. Какие дефекты мож-

но обнаружить, используя данный метод. Нарисовать и объяснить

принцип действия прибора, используемого в данном методе (Л. 1,

с. 217-222; Л. 2, с. 188-190).

3.4. Привести схему замещения неоднородного диэлектрика и

описать процессы в диэлектрике при воздействии электрического поля.

Какая связь между характером изменения тока абсорбции и качеством

изоляции? (Л. 1, с. 213-216; Л. 2, с. 175-180).

3.5. Привести кривую распределения напряжения вдоль гирлянды

подвесных изоляторов, объяснить характер кривой. С какой целью и ка-

129

кими средствами проводят выравнивание распределения напряжения

вдоль гирлянды? (Л. 1, с. 121-125; Л. 2, с. 91-92; Л. 3, с. 410-415; Л. 9,

с. 95).

3.6. Описать конструкцию вводов на напряжение 35 и 110 кВ. Как

осуществляется регулирование электрического поля во вводах конден-

саторного типа? (Л. 1, с. 137-148; Л. 2, с. 197-201; Л. 3, с. 418-426).

3.7. Описать конструкцию кабелей с вязкой пропиткой. Как раз-

вивается ветвистый разряд в кабеле? Назвать области применения кабе-

лей с вязкой пропиткой (Л. 1, с. 189-195; Л. 2, с. 208-216; Л. 3, с. 436-

438, Л. 10, с. 155-160).

3.8. Описать конструкцию силовых конденсаторов. Какие изоля-

ционные материалы применяются в конденсаторах? (Л. 1, с. 202-213;

Л. 2, с. 216-220; Л. 3, с. 445-450).

3.9. Описать основные методы профилактики изоляции. С какой

целью проводятся профилактические испытания? (Л. 1, с. 212-243; Л. 2,

с. 163-167).

Задачи к разделу 4

4.1. Как характеризуется интенсивность грозовой деятельности?

Как влияет она на грозопоражаемость энергетических объектов? Опре-

делить интенсивность гроз в районе городов: Москва, Новосибирск,

Донбасс, Ташкент (Л. 1, с. 252; Л. 2, с. 233; Л. 9, с. 215-217).

4.2. Написать основные дифференциальные уравнения распро-

странения электромагнитной волны вдоль линии. Определить скорость

распространения волны в среде с = 1, = 1 (воздушная линия), = 4,

= 1 (кабельная линия). Какие значения имеют волновые сопротивления

на воздушных и кабельных линиях? (Л. 1, с. 430-431; Л. 4, с. 265-267).

4.3. Рассчитать собственные и взаимные волновые сопротивления

трехфазной линии с горизонтальным расположением проводов со сред-

ней высотой подвеса 10 м, расстоянием между проводами 4 м и радиу-

сом провода 1 см. (Л. 1, с. 255-256; Л. 2, с. 252).

4.4. Волна перенапряжений прямоугольной формы амплитудой

200 кВ переходить с линии Z

на линию Z

через отрезок линии Z

дли-

ной 100 м. Рассчитать и построить форму проходящей волны. Рассмот-

реть два случая: 1) Z

=400 Ом, Z

=40 Ом; 2) Z

=50 Ом, Z

=400 Ом

(Л. 1, с. 258-260; Л. 2, с, 245-247).

4.5. Рассчитать искажение волны на проводе вследствие импульс-

ной короны при пробеге расстояния l=2 км. Форма волны стандартная

1,2/50 мкс, амплитуда 1000 кВ, напряжение начала короны U

=200 кВ.

Полярность волны – отрицательная. Высота подвеса провода 10 м, ра-

диус провода r=1 см. Дать физическое объяснение искажения волны

130

вследствие импульсной короны. Как влияет импульсная корона на ко-

эффициент связи между проводами? (Л. 1, с. 266-269; Л. 2, с. 238-239).

4.6. Объяснить характер защитного действия молниеотводов.

Привести и пояснить защитные зоны стержневых молниеотводов, а

также расчет зоны защиты открытой подстанции от прямых ударов

молнии (Л. 1, с. 271-279; Л. 2, с. 263-270; Л. 9, с. 219-230).

4.7. Рассчитать потенциал на вершине молниеотвода решетчатой

конструкции высотой 30 м при токе 100 кА, крутизне тока молнии

25 кА/мкс; сопротивление молниеотводов 10 Ом (Л. 1, с. 280-281; Л. 9,

с. 228).

4.8. Указать допустимые пределы сопротивлений заземления опор

линий электропередачи, заземляющих контуров станций и подстанций.

Указать основные правила выполнения заземляющих устройств станций

и подстанций (Л. 1, с. 282-301; Л. 2, с. 274-284).

4.9. Указать основные элементы и характеристики вентильного

разрядника. Привести вольт-амперную характеристику (ВАХ) рабочего

сопротивления разрядника и объяснить физическую природу нелиней-

ности ВАХ. Какие материалы применяются для рабочих сопротивле-

ний? На какие предельные импульсные токи должно быть рассчитано

рабочее сопротивление? (Л. 1, с. 309-312; Л. 2, с. 293-297; Л. 9, с. 237).

4.10. Рассчитать защитный уровень линии 220 кВ на металличе-

ских опорах без троса. Изоляция линии – 12 изоляторов П-4,5 в гирлян-

де (на промежуточных опорах). Определить также вероятность перехода

на этой линии импульсного перекрытия в силовую дугу (Л. 1, с. 320-

324; Л. 2, с. 310-315).

4.11. Изложить основные принципы защиты подстанций от волн,

набегающих с линии. Нарисовать и дать объяснение принципиальным

схемам грозозащиты подстанций (Л. 1, с. 335-337; Л. 2, с. 327-357; Л. 9,

с. 272).

4.12. Какое влияние на защиту подстанции оказывают крутизна

набегающей волны, расстояние между разрядником и защищаемым

оборудованием, число приключенных линий, емкость ошиновки и обо-

рудования подстанции? (Л. 1, с. 339-346; Л. 2, с. 336-341).

4.13. В чем основная опасность длительности дугового замыкания

на землю и почему необходимо гашение дуги? (Л. 1, с. 373-380; Л. 2,

с. 445-453; Л. 9, с. 335-336).

4.14. Описать, каким образом дугогасящие катушки способствуют

гашению емкостного тока замыкания на землю (Л. 1, с. 380-385; Л. 2,

с. 453-455).