Высоковольтный воздушный выключатель ВВМ-500

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

На основании технических данных высоковольтного воздушного выключателя (U_ном = 500 кВ, I_ном = 2000 А, S_ном.о = 20 ГВ^.А), выполнить следующие работы:

Ознакомиться с технико-экономической характеристикой аппарата;

Спроектировать и произвести расчёт электрической изоляции;

Произвести поверочный расчёт токоведущего контура в нормальном режиме и режиме короткого замыкания;

Рассчитать газодинамику аппарата.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................... стр.3

ГЛАВА I. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

ОБЗОР ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ........................... стр.5

ГЛАВА II. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ,

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ВВМ-500 ............................. стр.7

ГЛАВА III. РАСЧЁТ ОБЩЕЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ................................... стр.16

ГЛАВА IV. РАСЧЁТ ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЫ

НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ И ПРИ КЗ .............................. стр.25

ГЛАВА V. РАСЧЁТ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ В ДУ ............................................. стр.33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................. стр.41

ЛИТЕРАТУРА .................................................. стр.42

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ................................... стр.42

ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................. стр.43

ВВЕДЕНИЕ

Выключатели высокого напряжения (ВК) предназначены для оперативных и аварийной коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном положении ВК должен длительно пропускать токи нагрузки и кратковременно - аварийные.

Характер режима работы ВК несколько необычен: нормальным для них считается как включенное положение, когда по ним проходит ток нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи.

Коммутация цепи, осуществляемая при переключении ВК из одного положения в другое, производится не регулярно, время от времени, а выполнение специфических требований по включению цепи при имеющемся в ней коротком замыкании (КЗ) либо по отключению КЗ вообще крайне редко.

Выключатели должны надёжно выполнять свои функции, находясь в любом из указанных положений, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Наиболее тяжёлым режимом для ВК является режим отключения тока КЗ.

Общие требования к конструкциям и характеристикам выключателей устанавливается стандартами: ГОСТ 687-78 «Выключатели переменного тока нагрузки на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия»; ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных линий». ГОСТ 8024-84 «Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов, контактных соединений и контактов аппаратов и электротехнических устройств переменного тока на напряжение свыше 1000 В; ГОСТ 1516.1-75 «Нормы испытательных напряжений внешней и внутренней изоляции электрических аппаратов».

Практическое использование сжатого воздуха для гашения электрической дуги в ВК началось в 20-х годах двадцатого века. В 1929 г. появились в опытной эксплуатации первые образцы воздушных выключателей (ВВ) на напряжение 10-20 кВ, в которых гашение электрической дуги осуществлялось сжатым воздухом при давлении 1 МПа. Основная изоляция этих ВВ была выполнена из фарфора. Конструкция первых ВВ была во многом несовершенна. Это обусловливалось тем, что особенности гашения электрической дуги в сжатом воздухе были ещё недостаточно тщательно исследованы. Кроме того, и пневматические системы ВВ ещё не были достаточно хорошо отработаны. Требовалось некоторое время, чтобы конструкторы могли преодолеть эти недостатки и сделать ВВ конкурентоспособными по отношению к масляным.

В России интенсивные разработки ВВ начались с 1945 г., когда приступили к проведению научно-исследовательских и конструкторских работ по созданию серии подстанционных ВВ на напряжения 35-220 кВ.

В настоящее время ВВ получили исключительно широкое применение и во многих случаях вытеснили масляные. ВВ позволили перейти к классам напряжения 750 и 1150 кВ; возможен переход и к более высоким классам напряжения, а также к токам отключения 63-80 кА при напряжениях 110-750 кВ и 160-240 кА при напряжениях 20-30 кВ.

Широкое применение ВВ обусловлено их способностью удовлетворять любому предъявляемому требованию, в отношении как технических параметров, так и эксплуатационных характеристик, за исключением, быть может - характеристик экономических.

К основным преимуществам использования сжатого воздуха в ВК относятся:

Отсутствие загрязнения окружающей среды;

Низкие эксплуатационные расходы, связанные с заполнением ВВ дугогасящей средой и её заменой;

Постоянство свойств сжатого воздуха в широком диапазоне температур;

Пожаробезопасность ВВ.

Из недостатков можно выделить:

Высокую стоимость компонентов ВВ;

Повышенную чувствительность ВВ к жёсткости режима отключения (по скорости восстанавливающегося напряжения);

Отсутствие зависимости между отключающей способностью дугогасящей среды при заданном давлении сжатого воздуха и отключаемым током (может привести к преждевременному обрыву тока ранее его естественного перехода через нуль).

Анализ достоинств и недостатков ВВ показывает, что последние могут найти себе применение, главным образом, в энергосистемах на повышенные классы напряжения, где необходимы малое время отключения и ограниченный уровень коммутационных перенапряжений. Кроме того, ВВ могут применяться в сетях с относительно невысоким напряжением, но с большим номинальным током и током КЗ.

Целью данного курсового проекта является проектирование ВВ с параметрами: U_ном = 500 кВ, I_ном = 2000 А, S_ном.о = 20 ГВ^.А.

В курсовом проекте дан технико-экономический обзор существующих в настоящее время в мире ВВ, приведены их основные технические параметры.

Основная часть состоит из следующих расчётов:

Расчёт основных изоляционных промежутков, где был произведён выбор изоляционных промежутков ВВ, определена для каждого промежутка величина расчётного разрядного напряжения, по которой рассчитывалось минимальное допустимое изоляционное расстояние при импульсных воздействиях и воздействиях напряжении промышленной частоты;

Расчёт токоведущей системы, включающий в себя расчёт основных токовых характеристик ВК, расчёт контактной системы в номинальном режиме и режиме КЗ, расчёт распределения температуры вдоль поверхности токоведущей трубы ДУ в номинальном режиме;

Расчёт газодинамических процессов, включающий в себя расчёт хода и скорости движения подвижного контакта ДУ при операции «отключение», расчёт минимального объёма резервуара сжатого воздуха, расчёт давления при наполнении ДУ сжатым воздухом при операции «отключение» без учёта влияния дуги, расчёт истечения воздуха через сопло при наличии в нём электрической дуги.

I. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

ОБЗОР ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Отличительной чертой современных мощных ВВ является модульность их конструктивного исполнения, что даёт возможность использовать однотипные укрупнённые элементы (модули) для построения ВК данной серии на все классы напряжения, сохраняя параметры каждого из них по напряжению практически неизменными. Не менее важна и возможность оснащения каждого из этих дугогасительных модулей шунтирующими резисторами, предназначенными как для снижения амплитуды и скорости нарастания восстанавливающегося напряжения, так и для ограничения опасных перенапряжений при включении либо при отключении ВК. Поэтому принцип модульности конструктивного построения ВВ на высокие классы напряжений оказывается выгодным и с экономической точки зрения.

Характерной особенностью конструирования современных ВВ различными фирмами является достижение требуемых свойств и параметров принципиально одинаковыми методами, что привело в последнее время к сближению принципов построения конструктивных схем выключателей. Это позволяет сформулировать тенденции в развитии современных ВВ:

Модульный принцип построения серий. Этот принцип позволяет строить ВВ в весьма большом диапазоне напряжений (от 35 до 1150 кВ) из одинаковых модулей, производить помодульные испытания и иметь максимально выгодные условия производства, эксплуатации и монтажа. Модульный принцип практически однозначно определяет размещение модулей на высоком напряжении с опорной или подвесной изоляцией;

Размещение дугогасительных устройств (ДУ) непосредственно в сжатом воздухе, что позволяет обеспечить максимальную коммутационную способность, быстродействие, изоляционную прочность межконтактных промежутков и пропускную способность по номинальному току;

Увеличение рабочего давления или создание устройств, позволяющих повысить давление в момент отключения. Наибольшее применяемое в настоящее время давление достигает 6,0  8,5 МПа;

Применение сверхбыстродействующих систем управления с малым разбросом времени оперирования;

Ограничение коммутационных перенапряжений ВВ, рассчитанных на высшие классы напряжений. Осуществляется в снабжении ВК шунтирующими сопротивлениями или в придании им способности синхронного включения;

Повышение надёжности и увеличение межремонтных сроков для обеспечения более надёжной работы существующих энергосистем и упрощения эксплуатации ВВ вопреки растущей их сложности.

Основные показатели наиболее распространённых типов ВВ в настоящее время в мире приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики отечественных и зарубежных ВВ

II. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ,

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ВВМ-500