Керамические высоковольтные конденсаторы

В семейство керамических высоковольтных конденсаторов обычно включаются только конденсаторы, работающие с напряжением не менее 500 вольт. Такое напряжение может считаться по своей природе, действительно, высоким напряжением. Эти конденсаторы могут рассматриваться, как полномочные представители рынка керамических конденсаторов высокого напряжения. К ним относятся многослойные, однослойные и полусферические керамические высоковольтные конденсаторы. Керамические высоковольтные конденсаторы обычно применяются с напряжением от 500 вольт до 100 000 вольт, и используются, в основном, в специальных источниках энергии, и в связанной с ними силовой электронике. Во всем мире такие приложения относятся к обороне, к медицине, и к забойным насосам.

Другие высоковольтные конденсаторы
Чтобы не оставлять в стороне другие диэлектрики, следует отметить, что некоторые продукты на их основе также можно считать относящимися к высокому напряжению. Их не следует исключать из обзора, и поэтому они упоминаются здесь.

- Танталовые электролитические конденсаторы
Танталовые конденсаторы на основе электролита высокой проводимости используются в медицинских имплантатах. Они работают с напряжением от 600 вольт до 1 кВ. Эти конденсаторы по своей природе являются электролитическими конденсаторами, и их уникальная конструкция обеспечивает большую емкость, сравнимую с электролитическими алюминиевыми конденсаторами. Однако танталовые конденсаторы служат дольше.

- Конденсаторы из слюдяной бумаги.

Рынок конденсаторов на основе восстановленной слюды является относительно небольшим, однако их уникальная конструкция предоставляет потребителям две специфических возможности - работа при температуре в 200 градусов Цельсия, и работа с высоким напряжением, от 1 кВ до 30 кВ. Слюдяные конденсаторы используются почти исключительно в оборонных приложениях, таких, как детонаторы, и системы зажигания для реактивных двигателей.

- Стеклянные конденсаторы

Конденсаторы из специального стекла изготавливаются исключительно по военным спецификациям, в соответствии с документом MIL-C-11272. Эти стеклянные конденсаторы работают при напряжении в 500 вольт и используются, как для оборонных приложений, так и для приложений, связанных с забойными насосами.

- Углеродные конденсаторы

Углеродные конденсаторы характеризуются уникальным дизайном и строением, и предлагают пользователям высокую плотность энергии при высоком напряжении (до 1.2 кВ). Применение таких конденсаторов носит почти исключительно военный характер.

25.Трубчатые и вентильные разрядники, ограничители перенапряжений.

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники. Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Трубчатый разрядник Трубчатый разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полихлорвинила, с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на небольшом расстоянии от защищаемого участка (расстояние регулируется в зависимости от напряжения защищаемого участка). При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка: между разрядником и защищаемым участком и между двумя электродами. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация, и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для погашения дуги . Вентильный разрядник Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

ОПН Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — это разрядник без искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. В нормальном режиме ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После прохождения разряда через ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояния занимает меньше 1 наносекунды (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время равняется нескольким микросекундам). Кроме быстроты срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.

26.Время использования максимума нагрузки и время потерь.

27.Расчет потерь энергии в линиях электропередачи и трансформаторах.

Потери электрической энергии в линиях электропередачи можно

определить в зависимости от известных данных одним из предложенных

способов.

Способ 1. Если задан график по продолжительности тока нагрузки

для любого участка электрической линии с нагрузкой на конце, то график строят по продолжительности квадрата тока нагрузки и определяют его площадь планиметрированием или подсчетом по миллиметровой

сетке.Тогда потери энергии в линии будут равны:

28.Расчет электрических сетей по экономической плотности тока.

Сооружать линию с одним сечением удобнее, но потери мощности

и расход металла в ней несколько больше, чем при ступенчатом изменении

сечения.

29. Расчет электрических сетей по экономическим интервалам нагрузок.

30.Методика расчета по допустимому нагреву.

31.Понятие об электрической дуге и способах её гашения.

При размыкании электрической цепи возникает электрический разряд в видеэлектрической дуги. Для появления электрической дуги достаточно, чтобы напряжение на контактах было выше 10 В при токе в цепи порядка 0,1А и более. При значительных напряжениях и токах температура внутри дуги может достигать 10...15 тыс. °С, в результате чего плавятся контакты и токоведущие части.

При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать нескольких метров. Поэтому электрическая дуга, особенно в мощных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет собой большую опасность, хотя серьезные последствия могут быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствие этого электрическую дугу необходимо максимально ограничить и быстро погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1 кВ.

Причины возникновения электрический дуги

Процесс образования электрической дуги может быть упрощенно представлен следующим образом. При расхождении контактов вначале уменьшается контактное давление и соответственно контактная поверхность, увеличиваютсяпереходное сопротивление ( плотность тока и температура — начинаются местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы, которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии, когда под воздействием высокой температуры увеличивается скорость движения электронов и они вырываются с поверхности электрода.

В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение. Поскольку при этом расстояние между контактами мало, возникает электрическое поле высокой напряженности, под воздействием которого с поверхности электрода вырываются электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации.

Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц.

В коммутационных аппаратах используют различные способы гашения дуги.

Удлинение дуги

При расхождении контактов в процессе отключения электрической цепи возникшая дуга растягивается. При этом улучшаются условия охлаждения дуги, так как увеличивается ее поверхность и для горения требуется большее напряжение.

Деление длинной дуги на ряд коротких дуг

Если дугу, образовавшуюся при размыкании контактов, разделить на К коротких дуг, например затянув ее в металлическую решетку, то она погаснет. Дуга обычно затягивается в металлическую решетку под воздействием электромагнитного поля, наводимого в пластинах решетки вихревыми токами. Этот способ гашения дуги широко используется в коммутационных аппаратах на напряжение ниже 1 кВ, в частности в автоматических воздушных выключателях.

Охлаждение дуги в узких щелях

Гашение дуги в малом объеме облегчается. Поэтому в коммутационных аппаратах широко используют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось такой щели совпадает по направлению с осью ствола дуги). Такая щель обычно образуется в камерах из изоляционных дугостойких материалов. Благодаря соприкосновению дуги с холодными поверхностями происходят ее интенсивное охлаждение, диффузия заряженных частиц в окружающую среду и соответственно быстрая деионизация.

Кроме щелей с плоскопараллельными стенками, применяют также щели с ребрами, выступами, расширениями (карманами). Все это приводит к деформации ствола дуги и способствует увеличению площади соприкосновения ее с холодными стенками камеры.

Втягивание дуги в узкие щели обычно происходит под действием магнитного поля, взаимодействующего с дугой, которая может рассматриваться как проводник с током.

Внешнее магнитное поле для перемещения дуги наиболее часто обеспечивают за счет катушки, включаемой последовательно с контактами, между которыми возникает дуга. Гашение дуги в узких щелях используют в аппаратах на все напряжения.

Гашение дуги высоким давлением

При неизменной температуре степень ионизации газа падает с ростом давления, при этом возрастает теплопроводность газа. При прочих равных условиях это приводит к усиленному охлаждению дуги. Гашение дуги при помощи высокого давления, создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах, широко используется в плавких предохранителях и ряде других аппаратов.

Гашение дуги в масле

Если контакты выключателя помещены в масло, то возникающая при их размыкании дуга приводит к интенсивному испарению масла. В результате вокруг дуги образуется газовый пузырь (оболочка), состоящий в основном из водорода (70...80 %), а также паров масла. Выделяемые газы с большой скоростью проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, обеспечивают интенсивное охлаждение и соответственно деионизацию дугового промежутка. Кроме того, деионизирующую способность газов повышает создаваемое при быстром разложении масла давление внутри пузыря.

Интенсивность процесса гашения дуги в масле тем выше, чем ближе соприкасается дуга с маслом и быстрее движется масло по отношению к дуге. Учитывая это, дуговой разрыв ограничивают замкнутым изоляционным устройством — дугогасительной камерой. В этих камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а при помощи изоляционных пластин и выхлопных отверстий образуются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов, обеспечивая интенсивное обдувание (дутье) дуги.

32.Расчет сечения проводов,защищённых предохранителями,по допустимому нагреву.

33. Расчет сечения проводов,защищённых авт.выключателями,по допустимому нагреву.

Зная значение допустимого тока Iдоп, по таблицам ПУЭ определяют

ближайшее значение табличного тока и соответствующее сечение провода

или кабеля. При необходимости учитывают поправочные коэффициенты

К1 и Кп.

34.Падение и потеря напряжения в линиях трёхфазного тока.

35.Расчет сечения проводов магистральной линии по допустимой потере напряжения.

36.Определение сечения проводов по допустимой потере напряжения по условию наименьшего расхода металла.

Электрические сети только в редких случаях выполняют

проводами одного сечения по всей длине. Как правило, сечение

проводов вдоль линии неодинаково. К концу линии снижается нагрузка,

уменьшается и сечение проводов. Очевидно, что при одной и той же

допустимой потере напряжения можно иметь несколько вариантов сечений

проводов линий. В одном из них будет расходоваться наименьшее

количество металла. Чтобы найти этот вариант, необходимо провести

большое количество расчетов и сравнить их. Это очень сложный

и трудоемкий путь. В связи с этим разработан такой способ расчета,

который сразу дает наиболее выгодные сечения проводов на каждом

участке линии. Суть его заключается в том, что допустимую потерю

напряжения распределяют по участкам пропорционально моментам

общих токов этих участков, т. е. произведениям линейных токов или

мощностей на участках на длину этих участков:

Порядок расчета

1. Определяют моменты нагрузок всех участков и их сумму.

2. По формулам (2.52) распределяют допустимую потерю напряжения

по участкам сети.

3. Рассчитывают каждый участок по изложенной выше методике как

магистральную линию.

37.Порядок расчета линии с двухсторонним питанием.

38.Понятие о расчете сложных замкнутых сетей.

При расчете сложных замкнутых сетей требуется значительная вычислительная работа. Наиболее простой метод расчета — метод преобразований. Его применяют также при расчете токов короткого замыкания.

Метод преобразований пригоден только для расчета сетей с проводами из цветных металлов. Его сущность заключается в том, что путем последовательных преобразований сложную замкнутую сеть приводят к линии с двухсторонним питанием. При каждом преобразовании получают эквивалентную сеть, т.е. сеть с тем же током, выходящим из питающих пунктов, и одинаковым напряжением в узлах. Описанными в предыдущем пункте способами находят распределение токов или мощностей в этой линии. Затем линию с двухсторонним питанием вновь преобразуют в исходную замкнутую сеть.

При обратных преобразованиях каждый раз находят распределение токов или мощностей в усложненной схеме и таким образом получают их действительное распределение в заданной сети, определяя точки раздела токов или мощностей. В этих точках сеть разрезают и в полученных магистралях с односторонним питанием находят наибольшую потерю напряжения.

Очевидно, что для расчета таким методом сложной замкнутой сети нужно сначала задаться сечениями проводов. Если потеря напряжения выйдет за допустимые пределы, то сечение проводов изменяют и сеть рассчитывают снова.

39.Определение допустимых потерь напряжения в сетях 10 и 0,38 кВ по таблицам отклонений напряжения.

40.Регулирование напряжения генераторов сельских электростанций.

С увеличением нагрузки напряжение генератора повышают, частично компенсируя возрастающую потерю напряжения в сети.

Генераторы могут работать с номинальной нагрузкой только в том случае, если их напряжение отклоняется не более чем на ±5 % номинального. Поскольку номинальное напряжение генератора на 5 % выше номинального напряжения сети, то его отклонение, приведенное к напряжению сети, составляет от +10 до 0 %. Встречное регулирование обычно возможно в этих или меньших пределах.

Допустимую потерю напряжения в сети увеличивают путем встречного регулирования напряжения генераторов, которое может происходить автоматически (в зависимости от тока в обмотках статора генератора) или его выполняют вручную. В последнем случае напряжение поддерживают в зависимости от нагрузки генераторов. Поскольку напряжение регулируют лишь в зависимости от длительных изменений нагрузки, регулировать вручную нетрудно.

Встречное регулирование напряжения генераторов целесообразно использовать на одиночно работающих сельских станциях с однородным составом потребителей. Если максимумы и минимумы этих нагрузок не совпадают, то применять встречное регулирование сложно и целесообразность его использования проверяют сравнительными расчетами сетей.

Встречное регулирование возможно лишь в том случае, когда генератор имеет соответствующий запас мощности и способен воспринять максимальную нагрузку при повышенном напряжении.

При работе нескольких сельских электростанций в общей энергетической системе с однородной нагрузкой в принципе также можно применять встречное регулирование напряжения. Нужно только обеспечивать одновременность регулирования на всех электростанциях системы, так как в противном случае будут большие перетоки реактивных мощностей по проводам линий и излишние потери энергии. Практически это неосуществимо.

На мощных электрических станциях, объединенных в районные энергетические системы, встречное регулирование напряжения генераторов при нормальных режимах не применяют. Напряжение генераторов на них поддерживают постоянным.

41. Регулирование напряжения с помощью сетевых регуляторов.

Сетевые регуляторы напряжения. Они регулируют напряжения в любых точках сети. Чем ближе регулятор к потребителю, тем эффективнее регулирование, но вместе с тем требуется большее число регуляторов в сети и выше их общая стоимость.

В качестве регуляторов применяют трансформаторы или автотрансформаторы с изменением коэффициента трансформации под нагрузкой.

Принципиальная схема трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой для одной фазы показана на рисунке 5.35, а. Выводы обычно делают со стороны обмотки высшего напряжения. Переключатель выполняют так, чтобы обеспечить переключение без разрывов цепи. Для такой схемы необходимо иметь специальный трансформатор. В ряде случаев используют обычные трансформаторы, а для регулирования применяют добавочные автотрансформаторы, включаемые в сеть (рис. 5.35, б).

Выпускают трансформаторы мощностью от 560 кВ А и напряжением 35/10 KB с восемью ступенями регулирования по 2,5 % и, следовательно, с общим пределом регулирования ±10 %. От восьми ступеней обмотки сделано девять выводов, по контактам которых движется переключатель. Переключение происходит без разрыва цепи. В момент переключения соседние контакты замыкаются через реактор, который ограничивает ток до допустимого значения.

Управление автоматизировано и ведется от реле напряжения.

Точность поддержания напряжения на зажимах реле ±1,25 %. Время выдерживают с помощью моторного реле времени. Переключения выполняются электродвигателем постоянного тока напряжением 220 В. Схема питается постоянным током от аккумуляторной батареи или, что более удобно, от выпрямительной установки. Предусмотрено также ручное управление переключателем непосредственно на трансформаторе и дистанционное — со щита управления.

Регулируемые трансформаторы типа ТМН имеют мощности 1000, 1600, 2500, 4000 и 6300 кВ А, пределы регулирования ±9 % (±6 • 1,5 %). Трансформаторы ТМН снабжены быстродействующими переключателями с малогабаритными активными сопротивлениями. В переключателях шесть ступеней тонкой регулировки и одна ступень грубой регулировки, равная половине диапазона регулирования. Регулятором поддерживается напряжение на выводах трансформатора неизменным, т.е. стабилизирует его на уровне 105 % U„, полностью компенсируя потерю напряжения в линии напряжением 35 кВ и самом трансформаторе. Технически вполне возможно встречное регулирование в широких пределах. Однако глубокое встречное регулирование эффективно только при совпадении графиков нагрузки всех потребителей данной подстанции.

Выпускают регуляторы напряжения повышенной надежности.

42. Регулирование напряжения с помощью установок емкостной компенсации.

Применение конденсаторных установок не только дает возможность повысить степень компенсации реактивной мощности до требуемой величины и уменьшить потери электроэнергии в элементах сети электроснабжения, но является наряду с другими мероприятиями средством регулирования напряжения в различных точках электросети и повышения качества электроэнергии.
При включении конденсаторной установки параллельно с электроприемником (рис. 1), имеющим недостаточно высокий коэффициент мощности, результирующий угол сдвига фаз ф2, как видно из векторной диаграммы, будет меньше угла сдвига фаз ф i электроприемника и реактивная слагающая тока /2 в неразветвлеиной цепи, представляющая собой геометрическую сумму токов конденсаторной установки / с и реактивной составляющей тока /1 электроприемника, также будет меньше, а коэффициент мощности будет выше. Таким образом, присоединение конденсаторной установки параллельно с электроприемником повышает его коэффициент мощности.

Рис. 1. Схема и векторная диаграмма электрической цепи с конденсаторной установкой.
Реактивная мощность трехфазной конденсаторной установки, соединенной треугольником, определяется по формуле, кВАр:
где — угловая частота; С — суммарная емкость
всех трех фаз установки, мкФ; U — линейное напряжение, кВ.
Например, реактивная мощность трехфазной конденсаторной установки напряжением 6,3 кВ, соединенной треугольником и состоящей из 24 конденсаторов емкостью 2 мкФ каждый, составит: Q = 314 - 2 - 24 • 6,3- 10-3 « 600 кВАр.
При соединении трехфазной конденсаторной установки звездой реактивная мощность ее равна, кВАр:

где С—сумма емкостей всех трех фаз, мкФ.
Из формулы видно, что соединение треугольником позволяет получить от конденсаторов одной и той же
емкости в 3 раза большую мощность, чем соединение звездой. Это следует из того, что с переходом к соединению треугольником напряжение на каждой фазе конденсатора повышается в отношении 1,73 раза, а мощность конденсатора пропорциональна квадрату напряжения сети. Необходимо иметь в виду, что потребность энергетической системы в реактивной мощности уменьшается при повышении уровня напряжения и увеличивается при его снижении. Особенно резко это сказывается при кратковременных снижениях напряжения в энергетической системе — при авариях, когда уменьшение реактивной мощности, вырабатываемой конденсаторами, отрицательно отражается на устойчивости электроснабжения.
Низкий коэффициент мощности при одной и той же активной мощности приводит к повышению тока, а следовательно, и к увеличению потери напряжения, что вызывает отклонение напряжения от номинального значения в системе электроснабжения и ухудшает режим работы электроприемников. Напряжение в электрической сети можно повысить, если подключить к ней компенсирующее устройство.
Например, при подключении к сети электроприемников напряжением 6 кВ конденсаторной установки мощностью 600 кВАр при реактивном сопротивлении сети от данной точки до источника питания * « 2,4 Ом (при расчетах достаточно учитывать сопротивление только элемента сети, ближайшего к установке) напряжение в сети повысится на
или
Поскольку проблема компенсации реактивной мощности имеет народнохозяйственное значение, разработаны новые указания по компенсации реактивной мощности [1], в основу которых заложены принципиально новые положения с точки зрения проектирования, монтажа и эксплуатации компенсирующих устройств. Выбор средств компенсации реактивной мощности должен производиться одновременно с выбором всех элементов питающей и распределительной сетей для нормального и послеаварийного режимов работы; при этом должна
обеспечиваться наибольшая экономичность при соблюдении всех технических ограничений.
Критерием экономичности при выборе источников реактивной мощности и мест их размещения является минимум приведенных затрат на оборудование (коммутационная аппаратура, устройства регулирования и т. п.), установки компенсирующего устройства и оплату потерь электрической энергии в питающих и распределительных сетях. Повышение степени компенсации реактивной мощности приводит также к снижению установленной мощности генераторов электростанций, трансформаторов, уменьшению сечений проводов и кабелей и т. п. Выбор средств компенсации реактивной мощности следует производить для каждой проектируемой электроустановки отдельно, исходя из конкретных условий ее работы, учитывая при этом, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении как можно ближе к электроприемникам потребляющим реактивную мощность.
Распределять конденсаторные установки на разных ступенях электроснабжения промышленного предприятия следует на основании технико-экономических расчетов. Место установки регулируемых конденсаторных •установок в сетях напряжением до 1000 В должно определяться с учетом требований регулирования напряжения сети или регулирования реактивной мощности При составлении баланса реактивной мощности по узлам сети в нормальных режимах ее работы следует учитывать возможность увеличения потребления реактивной мощности при регулировании напряжения, для чего необходимо предусматривать резерв реактивной мощности в узлах этих сетей.

43.Сущность метода расчета по экономическим интервалам нагрузок.Порядок расчета.