Задача 5.
Волна перенапряжения приходит с линии с волновым сопротивлением , на высоковольтное оборудование подстанции с волновым сопротивлением , и минимальным разрядным напряжением . Аналитически волна грозового перенапряжения описываются уравнением:
Для защиты высоковольтного оборудования подстанции установлен вентильный разрядник с заданной вольт-амперной характеристикой. Числовые значения вольт-амперной характеристики разрядника приведены в табл. 4.1. Импульсное пробивное напряжение разрядника .
Требуется:
1. Построить график падающей на вентильный разрядник волны перенапряжения .
2. Определить время фронта и время импульсападающей волны перенапряжения.
3. Построить вольт-секундную характеристику вентильного разрядника.
4. Сделать вывод об эффективности применения разрядника с данной вольт-амперной характеристикой.
Таблица 5.1 – Параметры волны перенапряжения
высоковольтного оборудования.
-
100
400
53,0
0,65
450
160
Таблица 5.2 – Числовые значения вольт-амперной
характеристики разрядника.
Ток разрядника |
0,2 |
03 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
5,0 |
10 |
Напряжение разрядника |
44 |
50 |
54 |
57 |
60 |
72 |
86 |
88 |
94 |
98 |
Рисунок 5.1 – Схема включения вентильного разрядника для защиты электрооборудования от перенапряжений и эквивалентная схема для расчета напряжения на разряднике.
Решение:
Для определения напряжения на разряднике удобно использовать метод эквивалентного генератора. Данный метод предусматривает переход от исходной схемы (Рис. 5.1., а) к эквивалентной схеме (Рис. 5.1., б), где и — соответственно напряжение холостого хода (при непробитом искровом промежутке разрядника) с учетом коэффициента преломления падающего импульса и сопротивление относительно точек подключения разрядника при закороченном источнике.
В первом квадранте построим вольт-секундную характеристику падающей волны с учетом коэффициента преломления, т.е.
Здесь - коэффициент преломления падающей волны.
;
При определении значение переменной величины t с шагом 0,2мкс рассчитываем до t=3мкс.
Во втором квадранте построим:
- вольт-амперную характеристику разрядника , заданную в табл. №5.2
- падение напряжения на эквивалентном сопротивлении , при значениях тока, указанных в табл. №5.2.
;
- Суммарное падение этих составляющих в зависимости от тока, протекающего через разрядник, т.е. , что равнопосле пробоя искрового промежутка разрядника.
До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании равно .
После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике будет равно:
где - ток через разрядник.
До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании по форме и значению соответствует . Припроисходит пробой искровых промежутков РВ и через разрядник начинает протекать ток. На графике это соответствует параллельному переносу значенияиз первого квадранта во второй квадрант на кривую суммарного падения напряжения. Вертикальный спуск на кривую вольт-амперной характеристики разрядника соответствует решению уравнения.
С этого момента изменение значения падающей волны или приведет к изменению тока через разрядник, а напряжение на защищаемом объекте будет равно напряжению на разряднике.
Рисунок 5.2 – Построение вольт-амперной
характеристики разрядника.
При построении Построение вольт-амперной характеристики разрядника, можно определить, что .
Для защиты оборудования данным разрядником должно выполняться условие:
;
Данное условие выполняется, для защиты изоляции высоковольтного оборудования, разрядник с данной вольт-амперной характеристикой является эффективной защитой.
Определение времени фронта и времени импульса падающей волны перенапряжения производится при построении графика импульса .
Рисунок 5.3 – Форма импульса волны перенапряжения.
Время фронта волны перенапряжения:
Из графика можно определить время импульса волны перенапряжения .