Разрядники и опн реферат: Произошла ошибка

«Разрядники типа ОПН — ограничители перенапряжений нелинейные», Техника

• Выдержка
• Другие работы
• Помощь в написании

Разрядники типа ОПН — ограничители перенапряжений нелинейные (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

ОПН представляют собой последовательно соединенные металлооксидные варисторы без каких-либо искровых промежутков, заключенных в изоляционный корпус. Защитное действие ОПН объясняется высоконелинейной характеристикой варисторов. В закрытом состоянии они имеют сопротивление порядка нескольких мегаом и токи в несколько миллиампер при рабочем напряжении. При перенапряжениях в открытом состоянии сопротивление снижается до нескольких ом при токах несколько тысяч ампер.

В эксплуатации находятся миллионы ОПН. В РФ НПО «Дельта» выпускает ОПНп на все урони стандартных напряжений до 330 кВ включительно. ОПН-3.3 КС УХЛ 1.2 предназначены для тяговых сетей постоянного тока. ОПН эффективны для защиты ВЛ 6, 10 кВ от прямых ударов молнии (ПУМ) в сочетании с тросовыми молниеотводами.

Комплектные распределительные устройства

В целях индустриализации монтажных работ при сооружении тяговых подстанций РУ переменного и постоянного тока установки до 35 кВ выполняют из отдельных блоков. В каждом блоке смонтировано оборудование, устройства управления, контроля, зашиты, автоматики и сигнализации одного присоединения: ввод, отходящая линия, секционный выключатель и т. д. К комплектным РУ относят также посты секционирования, пункты параллельного соединения и секционирование контактной сети.

Тяговая подстанция сооружается из функциональных блоков, легко стыкующихся между собой. Блоки могут размешаться в любой оболочке — здании, контейнере, тоннеле.

В ОРУ ПО (220) кВ рекомендуется применять элегазовые колонковые выключатели ВГТ, ВГУ, элегазовые баковые выключатели ВЭБ, ВГБЭ (Энергомаш, Россия), элегазовые трансформаторы тока TG (АВВ, Швеция) и напряжения НКФ. В обоснованных случаях возможно выполнять РУ 110 (220) кВ с элегазовым оборудованием в зданиях и контейнерах. На открытой части подстанции размещают трансформаторы: масляные понижающие типов ТДТНЖ или ТДТН и трансформаторы преобразователей типа ТРДП, а также сухие типа ТСЗ в защитном кожухе. Трансформаторы собственных нужд и для ВЛ СЦБ рекомендуется выполнять сухими с естественным охлаждением с открытыми неэкранированными обмотками. Открытые распределительные устройства характерны для тяговых подстанций железных дорог.

РУ 10 (6) кВ и РУ ВЛ СЦВ изготовляют на базе функциональных блоков полной заводской готовности [120J. Типовая классификация блоков выполняется в зависимости от назначения присоединения: фидера, выключатели вводов и секционные, трансформаторы напряжения. Для каждого РУ 10 (6) кВ в заводских условиях формируется монтажный комплект, в который могут входить шинопроводы, соединительные элементы, рамы, короба, а при необходимости переходные шкафы. Типовые электрические схемы шкафов типа «Омега» приведены на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Типовые схемы соединений шкафов типа «Омега».

Выключатели QF в ячейках КРУ «Омега» размешают на выкатиых тележках. Типовая ячейка фидера включает выключатель QF1, трансформаторы гока TAI и ТЛ2, ОПН FV1, заземляющий разъединитель QSG1 дрансфомагор тока земляной зашиты ТАЗ. От шкафов фидеров могут получать низание преобразовательные агрегаты, ТСН, линейные устройства электроснабжения, районные потребители [27, https://gugn.ru].

Секционный выключатель (СВ) и разъединитель (СР) предназначены для секционирования шин РУ 10 кВ, обеспечения безопасности при работах на секции. В шкафах ТН размещаются трансформаторы напряжения TV1, подключаемые через предохранители FU1, заземляющие разъединители QSG1, ОПН FV1.

Особенности конструкции шкафов «Омега» |94|. Основой шкафа (рис. 5.21) является несущий каркас 2, который изготавливается из оцинкованной стали и используется в качестве внутреннею контура заземления шкафа. Шкаф состоит из четырех отдельных отсеков: отсек сборных шин 1, отсек выкатного элемента 9, отсек подключений 11, отсек вторичных цепей 3. Конструкция шкафов позволяет произвести быстрый механический и электрический монтаж силовых, вторичных цепей камер между собой в единый функциональный блок РУ 10 кВ.

Рис. 5.21. Общий вид шкафа фидера типа «Омега».

В отсеке 9 установлен шторочный механизм с проходными изоляторами 8. Автоматически закрывающиеся шторки 8 препятствуют доступу к токоведущим частям при контрольном или ремонтном (выкаченном) положении выкатного элемента. Также в отсеке 9 располагается выкатной элемент 6, который представляет собой выкатную тележку 7 с расположенным на ней вакуумным выключателем 5, ручным приводом выкатного элемента, концевыми выключателями. Конструкция шкафов одного типоисполнения обеспечивает взаимозаменяемость выкатных элементов. В отсеке 3 установлено низковольтное оборудование (блок защиты и автоматики 4, реле, выключатели). В отсеке подключений 11 размещаются шины, трансформаторы тока 13, заземляющий разъединитель 12 и ограничители перенапряжений 10. Сборные шины шкафа 14 фаз А, В, С расположены в отсеке 1.

РУ 3,3 кВ (далее РУ ПТ (постоянного тока)) выполняются на базе функциональных блоков полной заводской готовности. Основными элементами РУ ПТ являются автоматические быстродействующие выключатели, небольшие размеры которых позволяют их установку на выкатных тележках (см. рис. 5.8). Ячейки функциональных блоков, из которых составляется РУ ПТ, показаны на рис. 5.22. Ячейки функциональных блоков могут быть со стационарной установкой выключателей (тип 2С-3,3) и на выкатных элементах (тип КВ-3,3). На схемах функциональных блоков ячеек типа КВ-3,3 обозначено: QF1 — выключатель автоматический быстродействующий; QS1 — разъединитель с моторным приводом; QSG1 — заземляющий разъединитель; RS1 — шунт измерительный; блок развязки ЬР-3,3 А2 для развязки цепей и измерений токов и напряжений в первичной цепи и передачи данных в устройство ЦЗАФ 3,3 кВ, искатель коротких замыканий (ИКЗ).

РУ ПТ выполняются трехсекционными, к концевым секциям шин присоединяют преобразовательные агрегаты, фидера контактной сети, заземляющие разъединители. К средней секции РУ присоединены запасной выключатель, фильтр-устройство. Фидера контактной сети после выхода из ячеек оборудуют линейными разъединителями QS с моторными приводами, роговыми разрядниками и ОПН FV, которые размещают на открытой части.

Особенности конструкции ячеек выкатного типа КВ-3,3. Основой ячейки является несущий каркас (рис. 5.23), который изготавливается из оцинкованной стали и используется в качестве внутреннего контура заземления ячейки. Конструктивно ячейка разделена на следующие отсеки: отсек выключателя 3, отсек вторичных цепей 2 и отсек сборных шин и высоковольтных подключений 1. В отсеке выключателя располагается выкатной элемент 5, который представляет собой выкатную тележку с установленным на ней быстродействующим выключателем 7, моторным приводом выкатиого элемента, концевыми выключателями.

Рис. 5.22. Типовые схемы главных соединений ячеек типа КВ-3.3.

В отсеке вторичных цепей установлено низковольтное оборудование (блок защит и автоматики, реле, автоматические выключатели, клеммы) для реализации цепей блокировок, сигнализации и управления ячейкой. В отсеке сборных шин и высоковольтных подключений расположены сборные шины, шунт, блок развязки. Запасная (обводная) шина может находи ться в ячейке и вынесена за ее пределы. Ввод вторичных пеней в ячейку осуществляется сверху через кабельный короб 4. Перемещение выкатного элемента из контрольного в рабочее и обратно производится при помощи моторного привода либо вручную. Сигнализация положения выкатного элемента производится на лицевой панели 9. Ячейки оборудованы автоматически закрывающимися шторками 10, препятствующими доступу к токоведущим частям при контрольном или ремонтном (выкаченном) положении выкатного элемента. Конструкция ячеек одною типоисполнения обеспечивает взаимозаменяемост ь выкатных элементов.

Рис. 5.23. Общий вид ячейки фидера контактной сети типа КВ-3,3.

Компоновка оборудования ТП может выполнятся в здании или контейнере. РУ 35, 110, 220 кВ размещаются на от крытой част и подстанции. Оборудование РУ 6, 10 кВ, РУ ПТ устанавливается в закрытых помещениях. При компоновках в капитальном здании в машинных залах размещают РУ 10 кВ, РУ 3,3 кВ, а также преобразовательные агрегаты, сухие трансформаторы собственных нужд, РУ BJ1 СЦБ. Во вспомогательных помещениях находятся аккумуляторные батареи, филыр-устройсгва, щитовая, служебные помещения. Блоки собственных нужд, шкафы управления и учета электроэнергии располагают в щитовой, где также находится дежурный персонал.

При контейнерной компоновке оборудования ТП в контейнерах размешают функциональные блоки РУ постоянного тока, выпрямители, РУ 10 кВ, РУ ВЛ СЦБ, собственных нужд 0,22 и 0,4 кВ, трансформаторы тяговые и собственных нужд. Например, при компоновке РУ 3,3 кВ ячейки типа КВ-3,3 располагают в грех контейнерах размером 6,0×3,12. Блоки между собой соединяют шинопроводами. В аналогичных контейнерах размещают и остальное оборудование. Один из вариантов расположения оборудования подстанции в плане показан на рис. 5.24.

Рис. 5.24. Вариант плана ТП с закрытыми РУ 10 и 3,3 кВ:

I — поглощающие сопротивления; 2 и 21 — вводы в РУ 35 кВ; 3−6 — питающие линии 35 кВ; 7 и 10 — трансформаторы напряжения; 8 — секционный выключатель; 9 — фидер плавки гололеда; 11 — шинный мост 35 кВ; 12 и 14 — вводы на РУ ПО кВ; 13 -выключатель перемычки 110 кВ; 15 — подъездной путь; 16 и 20 — главные понижающие трансформаторы 110/35/10 кВ; 17 и 19 — шинные сборки от обмоток 35 и 10 кВ трансформаторов; 16 и 20, 18 — РУ 10 кВ; 22 и 27 — тяговые преобразовательные трансформаторы;

• 23 и 26 — полупроводниковые выпрямительные установки с естественным охлаждением;
• 24 и 25 — трансформаторы собственных нужд; 28 — кабельные каналы; 29 — сглаживающее устройство; 30 — аппаратура поглощающих устройств; 31 и 33 — катодные быстродействующие автоматы; 32 -запасной автомат; 34 и 35 — помещения аккумуляторной батареи; 36−41 — фидерные автоматы; 42 — щитовая; 43 и 44 — служебные помещения; 45 — дизель-

генераторный агрегат; А, В, С-фазы напряжения.

Рис. 5.25. Вид ТП постоянного тока Объемный вид ТП постоянного тока показан на рис. 5.25.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой

«Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН)», Математика, химия, физика

• Выдержка
• Другие работы
• Помощь в написании

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам с резко нелинейной вольтамперной характеристикой и достаточной пропускной способностью. Таким требованиям отвечают резисторы из полупроводникового материала на базе оксида цинка. Защитные аппараты, изготовленные из таких резисторов, носят название нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Технология изготовления варисторов близка к технологии производства керамических конденсаторов. Специфика состоит в необходимости применения химически чистого исходного материала, соблюдения требований чистоты в процессе производства и тщательности перемешивания компонентов, близких к требованиям при производстве полупроводников. Основной компонент сырья — ZnO является полупроводник nтипа с удельным объёмным сопротивлением 0,11,0 Ом? см. Обжиг кристаллов ZnO в окислительной среде при t=300°C приводит к уменьшению их проводимости на порядок и появлению нелинейных свойств (б=0,30,5). Для резкого уменьшения б варисторов оксид цинка смешивают с незначительным количеством окисей других металлов: висмута (Bi₂O₃), кобальта (CoO, Co₂O₃), марганца (MnO), сурьмы (Sb₂O₃). После перемешивания (как правило, мокрого, в шаровых мельницах) проводят формовку (прессование) варисторов при давлении 3040 МПа и их обжиг в силитовых электропечах в присутствии кислорода при температуре 1200 -1350С.

Микроструктура полученных таким образом варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (проводник nтипа) размером 1 -10 мкм, окружённые прослойкой толщиной 0,11 мкм, являющейся полупроводником pтипа. Удельное объёмное сопротивление кристаллов ZnO составляет 110 Ом? м, межкристаллической прослойки — 10¹² -10¹³ Ом· м. Таким образом, варисторы из ZnO представляют собой систему последовательно-параллельно включённых pn переходов, которые определяют их нелинейные свойства.

В настоящее время варисторы для ОПН ВН выпускаются в виде цилиндрических дисков диаметром 28 110 мм, высотой 540 мм. На торцевые части дисков методом металлизации (называемым шоопированием по фамилии инженера, предложившего его) наносятся металлические, чаще всего, алюминиевые электроды. Толщина слоя металлического покрытия оксидно-цинковых варисторов (ОЦВ) составляет 0,050,30 мм. В отдельных случаях для повышения пропускной способности оцв при импульсах тока с крутым фронтом их боковые поверхности покрывают глифталевой эмалью.

ОЦВ выпускается для постоянного и переменного токов. Поэтому, их вольт-амперные характеристики (ВАХ) исследуются при постоянном токе, при частоте 50 Гц, при коммутационных и импульсных волнах перенапряжений.

ВАХ варисторов не зависит от полярности приложенного напряжения.

Вольт-амперные характеристики варисторов диаметром 28 мм приведены на рис.  17, а, б, где напряжение указано в относительных единицах, причём за базисную величину принято остающееся напряжение на варисторе при токе 100 А.

На ней может быть выделено три характерных участка, для каждого из которых справедлива аппроксимирующая формула U=CI^б (рис.17).

Рис. 17. Вольт-амперные характеристики оксидно-цинковых резисторов на постоянном токе и при импульсах (а) и на переменном токе частотой 50 Гц (б), зависимость плотности тока от напряжённости.

Вольт-амперную характеристику нелинейных резисторов, как уже отмечалось, обычно аппроксимируют зависимостью , где — коэффициент нелинейности материала [«https://westud.ru», 8].

При плотностях постоянного тока мене 8· 10 ^-5 А/см² (область 1) варисторы обладают слабой нелинейностью (б?0,1). При этом также наблюдается сильное влияние температуры ОЦВ на их ВАХ.

При напряжённости электрического поля Е=1кВ/см, являющейся характерной для работы ОПН под фазным напряжением, температурный коэффициент (ТКI) тока достигает 10%/К. В области токов II происходит резкое уменьшение температурного коэффициента ТКI до 1 -3%/К в диапазоне t=20 100°С и уменьшение коэффициента нелинейности б до 0,010,04. При плотности ј>10 А/см² (область III) коэффициент нелинейности вновь увеличивается до 0,1 и более.

Малая величина (0,0150,04), определяющая преимущества оксидно-цинковых варисторов, охватывает область токов от 10 ^-7 до 10² А. Протекание через варисторы токов, превышающих 500 А, нежелательно, поскольку в этом случае резко возрастает коэффициент нелинейности (> 0,1). Зависимости усреднённых значений параметров варисторов от тока приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Средние значения параметров С и оксидно-цинковых варисторов.

Вольт-амперная характеристика варисторов (рис. 17) позволяет комплектовать нелинейные ограничители перенапряжений с улучшенными характеристиками без искровых промежутков.

Нелинейные ограничители перенапряжений, обладая лучшими защитными характеристиками по сравнению с вентильными разрядниками, так же, как и вентильные разрядники, оказываются не в состоянии обеспечить ограничение перенапряжений ниже некоторого минимального уровня. Это связано с особенностью нелинейных сопротивлений, изготовленных на основе оксида цинка. Их характеристики могут необратимо изменяться под действием длительно приложенного рабочего напряжения, если при этом ток через нелинейное сопротивление превосходит величину порядка нескольких десятых долей миллиампера, поэтому вольт-амперную характеристику ОПН приходится поднимать вверх по оси напряжения до тех пор, пока ток нормального рабочего режима не понизится до значения 0,1 мА. Технически это достигается путём увеличения числа последовательно соединённых элементов нелинейных сопротивлений. При этом пропорционально возрастают и все остальные ординаты вольт-амперной характеристики ОПН. Например, если при одинаковой толщине дисков ОПН 220 кВ будет иметь вдвое больше последовательных элементов по сравнению с ОПН 110 кВ, то и уровень ограничения грозовых перенапряжений при токе 5 кА у него будет в два раза выше, чем у ОПН 110 кВ, т. е. кратность ограничения перенапряжений при заданном токе через ОПН останется той же самой. Некоторого, весьма небольшого изменения крутизны вольт-амперной характеристики удаётся достичь путём увеличения площади дисков нелинейных элементов или параллельного соединения нескольких цепочек из нелинейных элементов.

С увеличением амплитуды напряжений в течение ~1 наносекунды сопротивление ОПН падает на несколько порядков, преобладает активная составляющая тока. В итоге энергия волны в защищаемой сети с помощью ОПН отводится в землю, что резко и глубоко ограничивает амплитуду переходных процессов и тем самым обеспечивает защиту изоляции.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой

Улучшение электротермических характеристик ОПН на основе микро/наноZnO

NASA/ADS

Улучшение электротермических характеристик ОПН на основе микро/нано ZnO

• Рохини, Р.

;

• Пугаженди Сугумаран, К.

Аннотация

Металлооксидные варисторы (МОВ) на основе полупроводниковой керамики в настоящее время используются для защиты электрооборудования от внутренних и внешних перенапряжений без отключения электропитания. Улучшенные защитные характеристики разрядников для защиты от перенапряжения помогают снизить стоимость за счет отличной конструкции изоляции электрических систем. Надлежащее исследование материала с лучшей нелинейностью, более высоким напряжением пробоя и меньшим током утечки считается важным параметром для правильного проектирования современных высокомощных, высоковольтных и элегазовых подстанций (ГИС). В данной работе образцы варисторов образца 1 (95% Micro ZnO + 2% Micro Bi ₂ O ₃ + 2% Micro Y ₂ O ₃ + 1% Micro Sb ₂ O ₃ ), образец 2 (95% Nano ZnO + 2% Micro Bi ₂ O ₃ + 2% Micro Y ₂ O ₃ + 1% Micro Sb ₂ O ₃ ), Образец 3 (95% Micro ZnO + 2 % Micro SrO + 2 % Micro Y ₂ O ₃ + 1 % Micro Sb ₂ O ₃ ) и образец 4 (95 % Nano ZnO + 2 % Micro SrO + 2 % Микро Y ₂ O ₃ + 1% Micro Sb ₂ O ₃ ) получают посредством последовательного процесса, который включает шаровую мельницу, прокаливание (700 °C), прессование (340 кг/см ² ), формование и спекание (1150 °С). Подготовленные образцы затем характеризуются с помощью СЭМ, и проводятся эксперименты для анализа различных параметров, таких как нелинейность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и теплопроводность. SrO, включенный в качестве основного компонента-добавки вместо оксида висмута в образцы 3 и 4, обеспечивает улучшенные характеристики разрядника для защиты от перенапряжений. Результаты показали, что достигнутое в образце 4 улучшение нелинейных характеристик на 40 % связано с увеличением активной площади границ зерен по сравнению с образцом 1. Кроме того, результаты импедансной спектроскопии подчеркивают, что значение диэлектрической проницаемости, удельное сопротивление и коэффициент рассеяния лучше для образца 4. Термический анализ показал, что теплопроводность увеличилась до 0,67 (Вт/см·К) для образца 4 исключительно за счет образования ZnSrO ₂ фаза.

Публикация:

Журнал электротехники и электротехники Технология

Дата публикации:

октябрь 2020 г.

Разрядники и опн реферат: Произошла ошибка