Исходные данные для решения задач 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИРНИТУ

ИЗОЛЯЦИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания и задания для курсовой работы магистрантов 2 курса Института энергетики ИРНИТУ по дисциплине Физика и техника высоких напряжений

2015

Составили      к.т.н., доцент А.А.Клейн

                        к.т.н., доцент Н.В.Щеглов

Рецензент       к.т.н., доцент Н.В.Цуркан

Работа подготовлена кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений

Общие сведения и указания к изучению курса

Курс «Изоляции и перенапряжения» изучает поведение изоляции в основных электрических полях, изоляционные конструкции и их испытания, возникновение перенапряжений и способы их ограничения.

Литература

                                              Основная

1. Техника высоких напряжений./ Изоляция и перенапряжение в электрических системах. Под ред. В.П. Ларионова. - 3-е изд., перераб. и доп. -  М.: Энергоатомиздат, 1986.-464с.

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

3. Изоляция и перенапряжения. Методическое руководство к лабораторным работам. НГТУ, 2006г

                                              Дополнительная

4. Правила устройства электроустановок.

5. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. - М.: Энергия, 1968-464с.

6. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения./ Под ред. И.А. Баумштейна, С.А.Бажанова. -  3-е изд. перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1989-768с.

В соответствии с учебным планом при изучении курса необходимо выполнить одну контрольную работу, состоящую из трех задач. Состав контрольной работы для каждой специальности указан ниже:

        140204  № 2, № 4, № 8  

        140205      № 1, № 5, № 7  

        140211    № 6, № 7, № 8  

        140201  № 3, № 5, № 7  

Программа курса

2.1. Роль изоляции в электроустановках. Условия работы изоляции электрооборудования, классификация изоляции. Общая характеристика и классификация перенапряжений. [1. Введение,     2. Введение].

2.2. Общая характеристика внешней изоляции. Роль атмосферного воздуха в высоковольтных установках. Назначение и типы изоляторов. [1. глава 4, 2. разд. 1.1]

2.3. Разряды в воздухе. Коронный разряд. Разряд по поверхности твердого диэлектрика. [1. глава 5, разд. 7.1; глава 16. 2. главы 2, 4.]

2.4. Работа изоляционных конструкций при рабочих напряжениях, электрическая прочность изоляторов при загрязнениях. Мероприятия по поддержанию в норме изоляции открытых распределительных устройств. [1. разд. 7.1; 8.1-8.2, 4.У, глава 5, глава 6.]

2.5. Основные виды и электрические характеристики внутренней изоляции. [1. глава 10, глава 11, глава 12]

2.6. Регулирование электрических полей во внутренней изоляции         [1. разд. 13.1-13.2]

2.7. Эксплуатация изоляционных конструкций при рабочем напряжении. [1. разд. 16.1-16.4; 17.1-17.3; 18.1-18.3; 19.1-19.5.]

2.8. Механизм развития грозового разряда и его основные характеристики. [1. разделы 20.1-20.3]

2.9. Защита от прямых ударов молнии. Молниеотводы.                            [1. разд. 21.1-21.4]

2.10. Грозозащита ВЛ на металлических и деревянных опорах. Индуктированные перенапряжения. Расчет удельного числа отклонений ВЛ. [1. разделы 23.1-23.4]

2.11. Грозозащита подстанций. [1. разд. 24.1-24.8]

2.12. Защитные аппараты и устройства. [1. разделы 22.1-22.5]

2.13. Общая характеристика внутренних перенапряжений. Перенапряжения при коммутациях  [1. разделы 26.1-26.2; 27.1-27.6.]

2.14. Ограничения коммутационных перенапряжений                            [1. разделы 28.1-28.2]

2.15. Координация изоляции электрооборудования и методы высоковольтных испытаний [1.разделы 25.1; 25.2; 30.1-30.4]

2.16. Изоляция ВЛ и открытых распределительных устройств.             [1. глава 31]

2.17. Изоляция силового оборудования и распределительных устройств, кабели, конденсаторы, трансформаторы, электрические машины, вводы [1 глава 32, глава 33, глава 34]

2.18. Примерный перечень лабораторных работ.

2.18.1. Исследование режимов нейтрали в сетях 6-35 кВ (4 часа).

2.18.2. Исследование характеристик разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений (4 часа).         

2.18.3. Распределение напряжения по гирлянде изоляторов (4 часа).

2.18.4. Испытания изоляторов на промышленной частоте и импульсах  (4 часа).

2.18.5. Перенапряжения в обмотках трансформаторов (4часа).

2.19. Контрольные вопросы

    1. Что понимается под внешней изоляцией электроустановок.

    2. Какими способами осуществляется регулирование поля во внешней изоляции электроустановок.

    3. Какие диэлектрики применяются для изоляторов.

    4. Как записываются условия самостоятельности разряда в однородном поле.

    5. Поясните физическую природу U-образной кривой зависимости разрядного напряжения промежутка с устраненным краевым эффектом от параметра pS. Какое  практическое использование закона Пашена в высоковольтных конструкциях.

   6. Чем объяснить статистические свойства разрядов.

   7. Поясните принятый способ построения вольт-секундной характеристики изоляционного промежутка.

   8. Поясните стадии разряда молнии, рассматривая этот разряд как разряд в длинных промежутках.

   9. К какому типу разрядов принадлежит коронный разряд. Поясните понятия «местная» и «общая» корона.

  10. Как влияет увлажнение изолятора на напряжение перекрытия по его поверхности.

  11. Чем опасно неравномерное распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов.

  12. Какими способами осуществляется регулирование электрического поля вдоль гирлянды изоляторов.

  13. В каких случаях стремятся увеличить удельную длину пути утечки по гирлянде изоляторов.

14. Перечислите основные виды внутренней изоляции, применяемой в электроустановках.

15. Какие виды пробоя в жидкой изоляции вы знаете.

16. Что такое частичные разряды в изоляции.  Каковы их основные характеристики.

17. Какова роль частичных разрядов в процессе старения изоляции.

18. Какую опасность представляет проникновение влаги в изоляцию.

19. Что представляет собой главная и продольная изоляция силовых трансформаторов.

20. Какие виды изоляции вращающихся электрических машин вы знаете.

21. Какая изоляция применяется в силовых конденсаторах и кабелях.

22. Какие виды старения внутренней изоляции вы знаете.

    23. Назовите общие закономерности электрического старения внутренней изоляции.

24. Назовите причину теплового старения внутренней изоляции.

25. Чем определяется старение внутренней изоляции при механических нагрузках.

26. Из каких соображений выбираются допустимые рабочие нагрузки на внутреннюю изоляцию.

    27. Назовите методы профилактического контроля внутренней изоляции.

28. Какими основными параметрами характеризуется разряд молнии.

29. Поясните правило эквивалентной волны, используемое при расчетах грозовых воздействий на изоляцию электроустановок.

30. Как определяются коэффициенты преломления и отражения в узлах сети, содержащих активные и реактивные элементы.

31. Как влияет корона на проводах ВЛ на амплитуду и форму волны грозового происхождения, распространяющуюся по линии.

32. Поясните причину неравномерного распределения напряжения, вдоль обмотки трансформатора в начальный момент времени при набегании на обмотку грозовой волны с крутым фронтом.

33. Зачем производится выравнивание начального распределения напряжения вдоль обмотки трансформатора при набегании на нее крутой волны грозового происхождения.

34. Что называется показателем грозоупорности ВЛ.

35. Что называется защитным уровнем (по току молнии) воздушной линии.

36. Как защищается линия от прямых ударов молнии в провод. Чем характеризуется эффективность защиты.

37. Как можно уменьшить число перекрытий с опоры на провод ВЛ при попадании молнии в опору.

38. Где устанавливаются трубчатые разрядники. С какой целью устанавливаются трубчатые разрядники, принцип их действия и основные характеристики.

39. Как осуществляется защита подстанций от прямых ударов молнии. Что понимается под зонами защиты молниеотводов.

40. Как осуществляется грозозащита оборудования подстанции от волн, набегающих с линии.

41. Какие типы грозозащитных разрядников вы знаете.

42. Какие типы искровых промежутков применяются в современных грозозащитных разрядниках. Как осуществляется гашение дуги в различных типах искровых промежутков.

43. Какие материалы применяются в современных разрядниках для рабочих сопротивлений.

44. Какие преимущества имеют нелинейные активные сопротивления, используемые в качестве рабочих сопротивлений разрядников по сравнению с линейными сопротивлениями.

45. В чем основное отличие ОПН от вентильных разрядников.

46. Для чего усиливается грозозащита воздушного подхода к подстанции.

47. Как осуществляется грозозащита вращающихся электрических машин, связанных с ОРУ с помощью силовых трансформаторов.

48. Какие схемы грозозащиты вращающихся электрических машин, имеющих непосредственную связь с ВЛ, вы знаете.

49. Поясните роль кабельной вставки и продольного реактора в системе грозозащиты вращающихся машин, непосредственно связанных с ВЛ.

 50. Поясните физическую природу возникновения перенапряжений на изоляции электрооборудования при различного рода нормальных и аварийных коммутациях.

51. Как влияет режим заземления нейтрали на уровень внутренних перенапряжений.

52. Объясните влияние короны на уровень перенапряжений.

53. Объясните влияние компенсирующих устройств на уровни перенапряжений.

54. Конструкция и принцип действия комбинированного разрядника.

55. Опишите физическую картину явления при отключении холостых линий.

56. Опишите физическую картину явления при отключении ненагруженных трансформаторов.

57. Как можно ограничить перенапряжения при отключении холостых линий.

58. Чем можно ограничить перенапряжения при отключении холостых трансформаторов.

59. Опишите процесс возникновения перенапряжений в системах с изолированной нейтралью при дуговом замыкании одной из фаз на землю. Укажите меры, ограничивающие эти перенапряжения.

60. Опишите защитное действие дугогасящей катушки.

61. Назовите причину возникновения феррорезонансных перенапряжений при неполнофазных режимах.

62. Какие виды испытаний изоляции предписываются ГОСТ на испытания изоляции оборудования электроустановок.

63. Какие формы волн принимаются при импульсных испытаниях изоляции.

64. Что понимается под термином «координации изоляции».

65. Каковы основные принципы координации изоляции линий, подстанций и электрических машин.

66. Какие виды разрушающих и не разрушающих испытаний электроустановок вы знаете.

67. Какова роль профилактических испытаний в процессе эксплуатации электроустановок.

68. Как влияет режим нейтрали сети на уровень изоляции (величину испытательного напряжения) электрооборудования.

69. Какой из разрядников РВС или РВМ обеспечивает более низкий уровень изоляции.

70. Как выбирается испытательное напряжение грозовых и коммутационных импульсов.

Контрольные задания

Задача 1.

Определить число изоляторов в гирлянде. Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Длина линий на основании опыта проектирования приведена в таблице П.7

Результаты расчета сравнить с рекомендуемыми.

Задача 2.

Рассчитать напряженность электрического поля на поверхности изоляции в месте выхода обмотки из паза статора при отсутствии мер регулирования электрического поля (x=0, x=1см). Рассчитать также необходимую длину полупроводящего покрытия Lпокр, при котором напряженность в точках А и В (рис 3.1) не превышает допустимые значения напряженности Е_доп возникновение скользящих разрядов,                 принять кВ/см.

Задача 3.

Оценить напряженность в воздушном зазоре d между железом статора и поверхностью изоляции обмотки машины. Сделать выводы о возможности развития разрядов в воздушном зазоре и предложить методы, позволяющие исключить эти разряды. Исходные данные приведены в таблице 3.1. Значение относительной диэлектрической проницаемости такое же, как в задаче 2, для этого же варианта.

                                                                                                                                                         Таблица 3.1.

Исходные данные для решения задач                                                                                                                                                        

Рис 3.3. Эскизы промежуточных опор ВЛ классов напряжения 6-35 кВ

 Задача 4.

Рассчитать радиус зон защиты одиночного стержневого молниеотвода на высоте защищаемого объекта .  Оценить минимальные допустимые расстояния между молниеотводом и объектом в воздухе , а также расстояние в земле между заземлителями. Допустимые напряженности в воздухе кВ/м, в земле кВ/м. Исходные данные в таблице 3.2. Построить зону защиты, в которой может находиться объект. Оценить вероятность появления молнии с указанными параметрами.

 Задача 5.

На подстанцию с установленным на шину разрядником, по ВЛ набегает  волна с косоугольным фронтом, крутизной  (рис.3.2.). Определить максимальное напряжение на изоляции, его превышение над пробивным напряжением разрядника . Оценить допустимую крутизну приходящей волны и рассчитать длину защищенного подхода. Исходные данные в таблице 3.2.      

                                                                                                                                                                             Таблица 3.2                                                                                                                                                                                                                               

                                                      Исходные данные для решения задач 

  Задача 6.

Рассчитать грозоупорность ВЛ на железобетонных (ж/б) или деревянных опорах, эскизы которых показаны на рис.3.3.

Необходимые параметры линий приведены в таблице 3.3.

Задача 7.

 Рассчитать емкостной ток замыкания на землю для сети с заданным . Сравнить      расчетный ток и критический для данного класса с учетом характера сетей (тип опоры и т.д.) и при необходимости выбрать тип и номер отпайки ДГР (для реакторов типа РЗДСОМ). Исходные данные в таблице 3.4.

Задача 8.

Для электродвигателя с номинальным напряжением 6кВ, мощностью Pдв. Рассчитать кратность перенапряжений, возникающих при его отключении в процессе неуспешного пуска (отключение заторможенного электродвигателя), сопровождающимся срезом тока в выключателе (рис.3.4.). Исходные данные приведены в таблице 3.4. Полученные значения перенапряжений сравнить с уровнем электрической прочности изоляции и при необходимости дать рекомендации по ограничению перенапряжений данного вида.

                                                                                                                                                                         Таблица 3.3.

Исходные данные для решения задач 

                   Примечание: * для указанных вариантов расчетная длина пролета может быть принята 250 м, h_тр =17 м, α=30°.

                                                                                                                                                                      Таблица 3.4.