автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование перенапряжений и разработка системы защиты от них в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов

На правах рукописи

Астафьева Ольга Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ В СЕТЯХ СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО КЛАССОВ НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ И КОМБИНАТОВ

специальность 05 14.12 - техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2007

003069650

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор

Халнлов Фирудип Халилович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гольдштсйн Валерий Геннадьевич

кандидат технических наук, Колычев Александр Валерьевич

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «РУСАЛ

Всероссийский Алюмшгаево-магниевый Институт» (г Санкт-Петербург)

Защита состоится « ^ » оЧ^ЯД 2007 года в 4 Ч час ОУ мин в ауд на заседании диссертационного совета К 212 229 03 в ГОУ ВПО

«Санкт-Петербургскии государственный политехнический университет» по адресу 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул , д 29

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан ___» С^уАй^Л^ОО! г

Ученый секретарь

диссертационного совета К 212 229 03, кандидат технических наук

Н И Гумерова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В экономике страны важнейшая роль принадлежит цветной металлургии, которая во многом определяет технический прогресс государства Российская Федерация занимает одно из первых мест в мире по производству всех основных цветных, редких и благородных металлов

Важнейшим направлением развития отрасли на современном этапе является решение задачи повышения надежности, поскольку от безотказной работы основного и вспомогательного технологического оборудования металлургических заводов и комбинатов в большой степени зависит безаварийность и эксплуатационная гибкость работы систем в целом Исследование перенапряжений - один из основополагающих факторов выполнения защиты сетей предприятий цветной металлургии Разработка эффективных и контролируемых методов исследования перенапряжений с использованием современных вычислительных машин является в настоящее время ключевым звеном создания нового представления о выполнении защиты электрических сетей предприятий цветной металлургии

Перспективным устройством, которое может использоваться для защиты сетей описываемой отрасли, являются нелинейные ограничители перенапряжений Большое разнообразие подобных аппаратов российского и зарубежного исполнения, доказывает, что для выбора защитного устройства требуется глубокое представление вызвавшего перенапряжения переходного процесса Помимо большого прикладного значения проведенных в работе исследований, использование новых методов является инструментом подтверждения фундаментальных исследований

Актуальность темы диссертации в первую очередь определяется ее значимостью для исследования перенапряжений сетей предприятий цветной металлургии, а также возникновением большого числа неохваченных задач, в том числе использование современных методик

Целью работы являлось продвижение вперед в разрешении части существующих проблем, вызванных перенапряжениями в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов В первую очередь, это касалось решения ряда модельных задач исследования перенапряжений, реализованных путем составления расчетных схем, моде-

з '

лирующих возникающие в сетях переходные процессы, сопровождающиеся значительным повышением напряжения Анализ полученных результатов исследования позволяет смоделировать варианты защиты от возникающих перенапряжений

В соответствии с целью сформулированы следующие задачи работы

1) разработка расчетных схем и адаптация их к современным пакетам схематического моделирования для исследования переходных процессов, возникающих при электромагнитных возмущениях в сетях средних и высоких классов напряжения предприятий цветной металлургии,

2) расчет кратностей перенапряжений на изоляции электрооборудования (электродвигателей, трансформаторов и др ) среднего и высокого класса напряжения, а также высоковольтных линий 110 кВ отрасли,

3) анализ полученных результатов, в том числе при использовании для защиты сетей описываемой отрасли нелинейных ограничителей перенапряжений,

4) анализ грозовых перенапряжений на подстанциях глубокого ввода 35 -220 кВ и расчет показателя надежности (числа лет безаварийной работы),

5) анализ грозовых перенапряжений на стороне питания двигателя

Научная новизна и практическая значимость работы

Комплекс решенных в диссертации задач при их методическом единстве является несомненным шагом вперед в решении проблемы защиты от перенапряжений сетей предприятий цветной металлургии

Научная новизна заключаются в следующем

1 впервые на базе существующих пакетов схематического моделирования разработана методика составления расчетных схем для исследования перенапряжений металлургических заводов и комбинатов,

2 впервые для сетей средних классов напряжения рассмотрена полная трехфазная модель системы электроснабжения предприятий цветной металлургии,

3 впервые при исследовании перенапряжений уточнено влияние параметров элементов расчетных схем, таких как нагрузка на шинах, момент замыкания контактов выключателя, мощность объекта, режим заземления нейтрали, длина питающего кабеля (для сетей средних классов напряжения),

4 впервые при исследовании коммутационных перенапряжений на зажимах двигателя учтены механические характеристики двигателя, и как доказательство правильности выполнения модели, получено совпадение

рабочих характеристик (тока номинальной нагрузки, кратность пусковых токов, скорости вращения ротора) со справочными данными

Практическая ценность данной работы заключается в том, что в ней проведено полное и систематическое исследование перенапряжений в сетях отрасли Анализ полученных теоретических результатов исследования может быть использован для повышения надежности основного и вспомогательного технологического оборудования металлургических заводов и комбинатов, так как позволяет смоделировать варианты защиты от возникающих перенапряжений

В методическом плане значение диссертационной работы состоит в разработке ряда новых расчетных схем в пакетах схематического моделирования, расширяющих возможности исследований Методические результаты, представляют самостоятельную ценность и могут быть использованы для решения других задач электроэнергетики и техники высоких напряжений

На защиту выносятся:

1 Анализ полученных переходных процессов при оперативных и аварийных коммутациях электрооборудования (двигателей, трансформаторов и др ), а также при коммутациях высоковольтных линий 110 кВ,

2 Ряд моделей расчетных схем, в которых моделировались переходные процессы при коммутациях, дуговых замыканиях на землю, грозовых воздействиях,

3 Анализ грозовых перенапряжений на подстанциях глубокого ввода 35 -220 кВ при использовании нелинейных ограничителей перенапряжений,

4 Анализ грозовых перенапряжений, пришедших на сторону питания электродвигателя

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях

1 Российская научно практическая конференция молодых специалистов «Проблемы создания и эксплуатации электрических машин, электрофизической аппаратуры и высоковольтной техники», СПб, 2001 г

2 Международная научно-техническая конференция «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования», Минск, 2004 г

3 Восьмая научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости и электромагнитной безопасности «ЭМС-2004», СПб, 2004 г

4 Международная научно-техническая конференция «Нелинейные ограничители перенапряжений производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, контроль состояния», СПб 2005 г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, которые приведены в списке публикаций

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы из 118 наименований и приложений Полный объем диссертации - 224 стр Основное содержание диссертации

Во введении обозначена необходимость защиты от перенапряжений предприятий цветной металлургии, обоснована актуальность задачи, определена методика исследований перенапряжений, кратко изложено содержание диссертации и выдвинуты защищаемые положения

Первая глава содержит обоснование необходимости исследования перенапряжений в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов

В эксплуатации на изоляцию электрооборудования и кабелей среднего и высокого напряжения предприятий цветной металлургии, кроме длительного рабочего напряжения, также воздействуют кратковременные внутренние и внешние перенапряжения Эти перенапряжения, с учетом условий работы изоляции (высокая температура, повышенная загрязненность, частые пуски и остановы, реверс электроприводов и др), приводят к повышенному повреждению электрооборудования и кабелей В условиях использования электрооборудования, исчерпавшего свой ресурс, любые электромагнитные возмущения могут привести к серьезному повреждению изоляции

Опасность тех или иных перенапряжений для изоляции определяется запасами её электрической прочности Достоверных сведений о характеристиках электрической прочности внутренней изоляции получить не возможно Поэтому они косвенно характеризуются нормированными (ГОСТ 1516 396) испытательными напряжениями грозовых импульсов и нормированным испытательным напряжением промышленной частоты

Приведены величины опасных для электрооборудования кратностей перенапряжений, превышение которых требует применения защиты

В заключении первой главы определены поставленные диссертационной работой задачи

Во второй главе проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих на зажимах электродвигателя Проведено исследование дуговых перенапряжений в сетях средних классов напряжения

Разработан ряд расчетных схем для выполнения исследований возникающих при электромагнитных возмущениях в сетях средних классов на-

пряжения при коммутациях электродвигателей предприятий цветной металлургии Выполнена адаптация расчетных схем к вычислительной машине, с использованием современных пакетов схематического моделирования На базе полученных схем разработана методика моделирования переходных процессов в зависимости от изменений параметров элементов системы

В последние годы опубликовано большое количество работ, посвященных различным исследованиям перенапряжений при коммутациях электродвигателя При исследованиях переходных процессов коммутаций отключения электродвигателя, в изученной литературе, полученные кривые напряжений имеют форму восстановления напряжения вокруг нуля, что указывает на то, что в используемых ранее расчетных схемах или при моделировании переходных процессов, не учитывалось наведенная в роторе двигателя электродвижущая сила Однако использование новых методик и современных пакетов схематического моделирования может показать более реальную картину переходных процессов

При моделировании процессов включения электродвигателя на напряжение 1/= 6 кВ рассмотрено, как влияет нагрузка на шинах, момент включения, длина питающего кабеля, мощность двигателя, компенсация реактивной мощности на шинах, режим заземления нейтрали на кратность перенапряжений Например, несрабатывание контакта фазы выключателя (запаздывание по сравнению с другими), может привести к величинам крат-ностей до 3,6, расчетная схема и переходный процесс такого включения представлен на рис 1 На рисунке показаны кривые напряжений при одновременном замыкании контактов фаз А и В на максимуме напряжения (фазы А) и запаздывании фазы С на 7 мкс, из которых видно, что максимальная кратность перенапряжений равная отношению максимального напряжения переходного процесса к номинальному фазному напряжению на зажимах двигателя К = и Шд = 17,755/4,9 = 3,6

Аналогично, при моделировании процессов отключения двигателя с учетом механических характеристик двигателя, а также ЭДС наведенной в роторе рассмотрено, как влияют элементы сети питания электродвигателя и изменения их параметров на кратность перенапряжений Так, срез тока вакуумным выключателем (например, в исключительном случае - срезе тока в 10 А) при отключении двигателя мощностью 200 кВт, приводит к кратности перенапряжений - 4,6 Двигатели на напряжение 6 кВ меньшей мощности имеют большую индуктивность, чем мощные двигатели, из-за этого

Ш вы пи

Э5Э5К

22.036т.1Т.Т55К

15.376т, 11.83К

г 00№

о отек

27.86lll6.5S8K

нейтрале

-9.324К

12 !83т У1ЧД1М

20 (Шт.......

¡у;

п!6)М

У(8)М

Т (Зес;)

Рис, \. Расчетная схема и кривые напряжения при включений двигателя с запаздыванием одной фазы выключателя.

запасенная в ней энергия в момент среза тока больше, чем у мощных двигателей

При моделировании отключения пусковых токов двигателя проведенные исследования показывают, что на зажимах электродвигателя могут возникнуть опасные для его изоляции перенапряжения (например, в случае среза тока порядка 10 А - 3,3, а также при регламентированных режимах работы выключателя - 3,6)

При моделировании возникновения заземляющих дуг показано, что могут возникать опасные для изоляции двигателей перенапряжения, (кратности порядка 3,1), эти перенапряжения значительно снижаются при наличии в нейтрали дугогасящего реактора (до 2,8), а также дугогасящего реактора шунтируемого резистором - 2,1

При организации защиты с помощью установки ОПН выбранного по линейному напряжению вблизи двигателя, ОПН полностью ограничивает перенапряжения при коммутациях При установке ОПН на шине он не оказывает влияния на переходный процесс отключения

Форма кривой напряжения фазы С в диапазоне трех первых периодов переходного процесса включения при работе ОПН в случае одновременного замыкании контактов фаз А и В на максимуме напряжения (фазы А), и запаздывании фазы показана на рис 2 Максимальная кратность перенапряжений при установке защитного аппарата равна - 1,7

8 640К

■ЦБесэ)

Рис 2 Форма кривой напряжения в диапазоне трех первых периодов

В третьей главе проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих на зажимах ненагруженных трансформаторов среднего и высокого класса напряжения Проведено исследование перенапряжений вызванных коммутациями ненагруженных высоковольтных линий Для выполнения исследований разработан ряд расчетных схем реализованных в пакете схематического моделирования

При моделировании процессов включения и отключения ненагружен-ного трансформатора на напряжении 6 кВ рассмотрено, как влияет нагрузка на шинах, длина питающего трансформатор кабеля, момент включения, мощность трансформатора, режим заземление нейтрали Так при отключении ненагруженного трансформатора вакуумным выключателем, срезающим ток не более 5 А, при малых длинах (менее 30 м) питающего кабеля кратность перенапряжений в 4 раза больше по сравнению с большими длинами питающего кабеля (более 500 м) Расчетная схема и переходный процесс отключения ненагруженного трансформатора 6 кВ вакуумным выключателем при длине питающего кабеля в 10 м, показан на рис 3, из которого кратность перенапряжений равна 5

Выполняя защиту от перенапряжений трансформаторов среднего напряжения с помощью установки ОПН непосредственно перед трансформатором, можно отметить, что ОПН полностью ограничивает перенапряжения при коммутациях, при установке ОПН на шине он не оказывает влияние на переходные процессы, возникающие при коммутациях

При исследовании коммутаций высоковольтных линий расчеты показали, что кратность перенапряжений сильно зависит от длин других отходящих от узловой системы ВЛ Если их длина меньше или ровна коммутируемой ВЛ, то кратность перенапряжений при включении ввиду многократного отражения может существенно увеличивается При отключении не-нагруженной ВЛ перенапряжения отсутствуют При возникновении повторного пробоя межконтактного промежутка выключателя, кратность может дойти до 3,4, что не является опасным для гирлянды изоляторов

На кратность перенапряжений при отключении ненагруженного трансформатора 110 кВ сильно влияет величина срезаемого тока Так при срезаемом токе выше 5 А возникают опасные для изоляции трансформатора перенапряжения, достигающие 4,9 При включении ненагруженного трансформатора не были получены опасные кратности перенапряжений Если коммутации ненагруженного трансформатора 110 кВ производят выключателем, установленным со стороны узловой ПС, то переходные процессы в трансформаторе демпфируются подводящей линией

1=1

Ез

Рз

О 57гл 1 лп

!_Ь

РЬ

ЕЬ

0 5-т 12гп

и

Ее ]Я1

ЗОПк

п 57т 13т

Ьна Рна "1 7гл 1

Стз

ЬОПр) I"

Рта Ьтч

ЗЧк СтЬ

Снг

и П05

45и 1 7т 1

вперН

Рпс5 !-ТС

-35 ^ 1 5 Рпс

."к

21 03!К

15СЮСК . .

£

. ' 313 56т-24 779К

Рис 3 Расчетная схема и кривые напряжений при переходном процессе отключения ненаг руженного трансформатора 6 кВ с длиной питающего

кабеля 10 м

При установке ОПН на зажимах высокого напряжения силового трансформатора кратность перенапряжений снижается до безопасного уровня

В четвертой главе проведен анализ грозозащиты подстанций глубокого ввода 35 - 220 кВ

Надежность электрических сетей и их отдельных элементов может быть охарактеризована комплексом показателей Они базируются на статистических методах, так как сбор и обработка статистических данных эксплуатации является единственным возможным методом получения количественных значений показателей надежности действующих сетей Для расчета грозозащиты подстанций 35 - 220 кВ предприятий цветной металлургии в главе обоснованы характеристики изоляции защищаемого оборудования, изоляции линий на подходе к подстанции и их волновых сопротивлений, средств защиты от перенапряжений, входных параметров электрооборудования и однолинейных принципиальных схем распределительных устройств с реальными размерными данными

Для анализа повреждаемости электрооборудования 35 - 220 кВ произведен расчет показателя надежности для наиболее распространенных типовых схем подстанций глубокого ввода(мостик, четырехугольник), представляющий собой число лет безаварийной работы при грозовых ситуациях или число лет, в течение которых будет иметь место хотя бы одно грозовое повреждение

Анализ показал достаточно высокую повреждаемость электрооборудования При установке ОПН показатель надежности подстанций повышается по сравнению с использованием вентильных разрядников

В пятой главе проведено исследование грозовых воздействий, при переходе волны на сторону питания двигателя

Расчеты показали, что при грозовых перенапряжениях предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора 110 кВ при прорыве молнии на провод вблизи ПС без перекрытия изоляции ВЛ, составляет 4 кА При перекрытии изоляции ВЛ - составило 8 кА

При ударе молнии в опору без грозозащитного троса предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора 110 кВ составляет 55 кА (при ударе вблизи ПС) При ударе молнии в опору с грозозащитным тросом и при ударе молнии в грозозащитный трос предельно безопасное значение тока составляет 60 кА

Расчетная схема удара молнии в грозозащитный трос представлена на рис 4(а) Кривые напряжения на зажимах двигателя (кривая 1), напряжения после трансформатора (кривая 2), напряжения в ОПН (кривая 3) и тока

И

а)

-«г

■) Ун!

с \ 1

и-—

1 1 , 0 ' к 1 - р -

-1-

Ч 1 »__1_ 1 1 1 ь

■п.« ;Т -

Рис 4 Удар молнии в грозозащитный трос а) расчетная схема, б) кривые напряжения в точке удара молнии (кривая 1), на зажиме трансформатора (кривая 2), напряжения в ОПН (кривая 3), тока молнии (кривая 4), тока в ОПН 110 кВ (кривая 5)

6)

4 Э°5и Я 5ГПК

5 Л Ей

ЧТя, 11 ГР<

г/'

'<' } Г [

V н г "Г

; I' V'

л

с , /

^ 'Л,

6 6 и 7РГ V 1 Ь ¿Ми 8 ТХ)

протекающего через ОПН 6 кВ (кривая 4), показаны на рис 4(6), из которого видно, кратность перенапряжений на двигателе не превышает 2,5 (опасный уровень 2,9), те ОПН полностью защищает двигатель Ток, протекающий через ОПН порядка 1 кА

Исследования показали, что при грозовых волнах, пришедших с линии, с использованием системы защиты от перенапряжений, выполненной защитными аппаратами ОПН на стороне 110 кВ и на стороне среднего напряжения 6 кВ, при работе одного двигателя возникают опасные для его изоляции перенапряжения, которые полностью ограничиваются ОПН При рассмотрении отдельного двигателя с работой двигательной нагрузки на шинах, опасных перенапряжений не было получено и ОПН 6 кВ не оказывает влияния на переходный процесс

В заключении приводятся основные результаты работы

Основные результаты и выводы

По сетям 6-35 кВ

1 При коммутациях включения электродвигателей кратности перенапряжений могут достигать Кыж= 3,6 На величину кратности на зажимах электродвигателей 6 и 10 кВ при включении сильное влияние оказывают момент замыкания контактов и неодновременное срабатывание контактов фаз выключателя Практически не влияют номинальная нагрузка на шинах, мощность включаемого двигателя, длина кабеля, питающего двигатель, режим заземления нейтрали, компенсация реактивной мощности

2 Максимальная кратность перенапряжений при отключении электродвигателей составляет А"макс=4,6 На величину кратности при отключении влияют срез тока вакуумным выключателем, мощность отключаемого двигателя, разброс в срабатывании контактов фаз выключателя Не влияют номинальная нагрузка на шинах, компенсация реактивной мощности, длина кабеля, питающего двигатель

3 При отключении пусковых токов двигателя были получены опасные для его изоляции перенапряжения (например, в случае исключительного среза тока порядка 10 А- АГмакс=3,3, а также при неодновременном срабатывании контактов фаз выключателя К = 3,6)

т макс ' '

4 При коммутациях отключения ненагруженных трансформаторов кратности перенапряжений могут достигать А'ыакс=5 На величину кратности при включении оказывают влияние разброс при срабатывании контактов фаз выключателя и момент замыкания контактов На них не влияют номиналь-

ная нагрузка на шинах, режим заземления нейтрали, мощность включаемого трансформатора Максимальные рассчитанные кратности перенапряжений при включении могут составлять Килк< 3 При отключении на величину кратности сильно влияют длина питающего кабеля и мощность отключаемого трансформатора На величину кратности перенапряжений при отключении не влияют номинальная нагрузка на шинах и режим заземления нейтрали

5 При выполнении защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений в сетях 6-35 кВ ОПН полностью ограничивают перенапряжения при их установке перед каждым электроагрегатом в непосредственной близости от него

По сетям 110-220 кВ

1 При коммутациях высоковольтных линий кратности перенапряжений сильно зависят от длин других ВЛ, отходящих от узловой системы Если их длина меньше или равна коммутируемой ВЛ, то кратность перенапряжений при включении вследствие многократных отражений существенно увеличивается При отключении ВЛ с возникновением повторного пробоя межконтактного промежутка выключателей, кратности могут дойти до К„акс=3,4

2 На кратность перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов 110 кВ сильно влияет величина срезаемого тока (при возможном использовании вакуумного выключателя) Так, при срезаемом токе выше 5 А возникают опасные для изоляции трансформатора перенапряжения, достигающиеКиж= 4,9 Если коммутацииненагруженноготрансформатора 110 кВ производят выключателем, установленным со стороны узловой ПС, то переходные процессы в трансформаторе демпфируются подводящей линией

3 Для защиты от коммутационных перенапряжений трансформаторов 110-220 кВ требуется установка ОПН в непосредственной близости от них

4 При ударе молнии в опору вблизи ПС без грозозащитного троса для изоляции трансформатора предельно безопасный ток составляет /кр=55 кА При ударе молнии в опору с грозозащитным тросом /кр=60 кА, в грозозащитный трос также /к =60 кА

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1 Астафьева О В , Халилов Ф X , Янчус Э И Программы для исследования дуговых перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью // Материалы Российской научной практической конференции молодых специалистов «Проблемы создания и эксплуатации электрических машин, электрофизической аппаратуры и высоковольтной техники», издательство СПбГТУ, СПб, 2001 г - с 49-54

2 Астафьева О В , Халилов Ф X , Янчус Э И Необходимость защиты электрических сетей предприятий цветной металлургии от перенапряжений// Материалы международной научно-технической конференции «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования», выпуск 3, издательство ПЭИПК, Минск, 2004 г, с 62-68

3 Халилов Ф X , Шилина Н А , Астафьева О В Вопросы надежности грозозащиты подстанций ВН в условиях старения защитных аппаратов // Сборник докладов восьмой научно-технической конференции по электромагнитной совместимости и электромагнитной безопасности «ЭМС-2004» под редакцией д т н Фоминича Н Э , СПб, 2004 г - с 41^5

4 Халилов Ф X , Янчус Э И , Астафьева О В , Эйвазов Д Г Ограничители перенапряжений 110 - 220 кВ подстанций глубокого ввода предприятий цветной металлургии// Материалы международной научно-технической конференции «Нелинейные ограничители перенапряжений производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, контроль состояния», СПб 2005 г, издательство ПЭИПК, СПб, 2005 г, с 142 — 149

5 Астафьева О В , Халилов Ф X Исследование перенапряжений при включении двигателей металлургических заводов и комбинатов // Научно-технические ведомости СПбГТУ - 2006 — №6 т1,с 55-58

Подписано в печать 13 04 2007 г Формат бумаги 60x84/16 Объем 1,25 п л Тираж 120 экз Заказ № 27

Отпечатано в издательстве «Нестор» 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр , д 11

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. НЕОБХОДИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ ЭЛЕТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЙ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

1.1. Общее о предприятиях цветной металлургии.

1.2. Характеристики изоляции сетей предприятий цветной металлургии.

1.3. Допустимые кратности перенапряжений.

1.4. Аварийность электрооборудования.

1.5. Выводы и постановка задачи диссертационной работы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ЗАЖИМАХ ДВИГАТЕЛЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ.

2.1. Разработка расчетной схемы.

2.2. Перенапряжения при включении электродвигателей.

2.2.1. Влияние нагрузки на шинах на кратность перенапряжений.

2.2.2. Влияние момента включения на кратность перенапряжений.

2.2.3. Влияние мощности двигателя на кратность перенапряжений.

2.2.4. Влияние компенсации реактивной мощности на шинах на кратность перенапряжений.

2.3. Перенапряжения при отключении электродвигателей.

2.3.1. Влияние нагрузки на шинах на кратность перенапряжений.

2.3.2. Перенапряжения при отключении двигателя вакуумным выключателем.

2.3.3. Влияние мощности двигателя на кратность перенапряжений при отключении вакуумным выключателем.

2.3.4. Влияние запаздывания фаз контактов вакуумного выключателя.

2.3.5. Влияние компенсации реактивной мощности в сети на кратность перенапряжений при отключении двигателя вакуумным выключателем.

2.4. Отключение пусковых токов.

2.5. Дуговые перенапряжения.

2.6. Защита от перенапряжений.

2.7. Выводы по второй главе.

3. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ НА ЗАЖИМАХ НЕНАГРУЖЕНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ КОММУТАЦИЯХ И ЗАЩИТА ОТ НИХ.

3.1.Разработка расчетной схемы.

3.2. Перенапряжения при включении ненагруженных трансформаторов.

3.2.1. Влияние нагрузки на шинах на кратность перенапряжений.

3.2.2. Влияние длины питающего трансформатор кабеля на кратность перенапряжений.

3.2.3. Влияние момента включения выключателя на кратность перенапряжений.

3.2.4. Влияние мощности трансформатора на кратность перенапряжений.

3.3. Отключение ненагруженных трансформаторов.

3.3.1. Влияние нагрузки на шинах на кратность перенапряжений.

3.3.2. Отключение ненагруженного трансформатора вакуумным выключателем.

3.3.3. Влияние длины питающего трансформатор кабеля на кратность перенапряжений при отключении вакуумным выключателем.

3.3.4. Влияние мощности трансформатора на кратность перенапряжений при отключении вакуумным выключателем.

3.4. Перенапряжения при коммутациях ненагруженных трансформаторов напряжением 110 кВ.

3.4.1. Перенапряжения при коммутациях ненагруженных высоковольтных линий 110 кВ.

3.4.2. Перенапряжения при коммутациях ненагруженного трансформатора 110 кВ.

3.4.3. Перенапряжения при коммутациях ненагруженного трансформатора 110 кВ выключателем, установленным со стороны узловой ПС.

3.5. Защита от перенапряжений.

3.5.1. Защита трансформаторов средних классов напряжения.

3.5.2. Защита трансформатора 110 кВ.

3.6. Выводы по третьей главе.

4. АНАЛИЗ ГРОЗОЗАЩИТЫ ПОДСТАНЦИЙ 35-220 КВ ГЛУБОКОГО ВВОДА.

4.1. Методика исследования грозовых перенапряжений, набегающих с линий.

4.2. Грозозащита подстанций 35 - 220 кВ

4.3. Результаты анализа грозозащиты подстанций при установке на них нелинейных ограничителей перенапряжений.

4.3.1. Проходная подстанция 35 кВ.

4.3.2. Проходная подстанция 110 кВ по схеме «мостик».

4.3.3. Проходная подстанция 150 кВ по схеме «мостик».

4.3.4. Проходная подстанция 110 кВ по схеме «четырёхугольник».

4.3.5. Проходная подстанция 150 кВ по схеме «четырёхугольник».

4.3.6. Проходная подстанция 220 кВ по схеме «мостик».

4.3.7. Проходная подстанция 220 кВ по схеме «четырёхугольник». 166 4.4. Выводы по четвертой главе.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДА ГРОЗОВОЙ ВОЛНЫ НА СТОРОНУ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ И КОМБИНАТОВ.

5.1.Максимальные грозовые перенапряжения при прорыве молнии в фазный провод.

5.1.1. Случай без перекрытия гирлянды изоляторов.

5.1.2. Случай с перекрытием гирлянды изоляторов.

5.2. Воздействие грозовых перенапряжений при ударе молнии в опору линии без тросов.

5.3. Воздействие грозовых перенапряжений на линию с грозозащитным тросом.

5.3.1.Удар молнии в опору.

5.3.2.Удар молнии в трос.

5.3.3. Кривая опасных токов.

5.4. Грозовые перенапряжения на стороне среднего напряжения 6 кВ.

5.4.1. Без учета нагрузки на шинах.

5.4.2. Влияние двигательной нагрузки.

5.5. Выводы по пятой главе.

В экономике страны важнейшая роль принадлежит цветной металлургии, которая во многом определяет технический прогресс государства. Российская Федерация занимает одно из первых мест в мире по производству всех основных цветных, редких и благородных металлов.

Важнейшим направлением развития отрасли на современном этапе является решение задачи повышения надежности. От безотказной работы основного и вспомогательного технологического оборудования металлургических заводов и комбинатов в большой степени зависит безаварийность и эксплуатационная гибкость работы систем в целом.

Сети среднего класса напряжения относятся к распределительным и являются наиболее массовыми и протяженными. От сетей класса напряжения 110-750 кВ они отличаются большим разнообразием схемных решений и используемого оборудования, как металлургических заводов и комбинатов, так и иного потребителя. От надежности сетей 6-35 кВ зависит бесперебойность электроснабжения. В случаях отказов в сетях 6-35 кВ на производствах с непрерывным циклом возможно возникновение катастрофических ущербов в виде массового брака продукции и повреждения дорогостоящего технологического оборудования.

В настоящее время более 80% высоковольтного электрооборудования исчерпало свой ресурс, поэтому электромагнитные возмущения могут привести к повреждению изоляции. Анализ опыта эксплуатации электрических сетей предприятий цветной металлургии, указывает на большую аварийность, в том числе аварийность, связанную с внутренними (дуговыми, коммутационными) перенапряжениями, а в ряде случаев импульсными (грозовыми) перенапряжениями. Сложившаяся ситуация выливается в актуальную проблему и требует всестороннего исследования предельных кратностей перенапряжений при указанных электромагнитных переходных процессах.

Исследование перенапряжений - один из основополагающих факторов выполнения защиты сетей предприятий цветной металлургии. Разработка эффективных и контролируемых методов исследования перенапряжений с использованием современных вычислительных машин является в настоящее время ключевым звеном создания нового представления о выполнении защиты электрических сетей предприятий цветной металлургии.

Перспективным устройством, которое может использоваться для защиты сетей описываемой отрасли, являются нелинейные ограничители перенапряжений. Большое разнообразие подобных аппаратов российского и зарубежного исполнения, доказывает, что для выбора защитного устройства требуется как можно большее представление о вызвавшем перенапряжения переходном процессе.

В периодической печати и технической литературе некоторым аспектам проблемы перенапряжений уделено большое внимание, в то время как отдельные из них не освещены совсем.

Проблеме коммутационных перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью посвящено большое количество работ. Ряд публикаций [20,37,49,95] посвящен коммутационным перенапряжениям при наличии неблагоприятных сочетаний параметров элементов сети. В них аргументируется физическая сущность явления и возможность повышенных крайностей перенапряжений в некоторых схемах сетей. Перенапряжения при коммутациях высоковольтных электродвигателей рассмотрены [9, 10]. Где, при моделировании переходного процесса отключения электродвигателей напряжение имеет форму восстановления вокруг нуля. При такой форме переходного процесса не учитывается наведенная в роторе двигателя электродвижущая сила (ЭДС). При учете ЭДС напряжение переходного процесса восстанавливается вокруг синусоиды напряжения. Из чего можно заключить, что при моделировании и исследовании коммутационных переходных процессов на зажимах электродвигателей не была смоделирована реальная картина переходного процесса и выводы о возможных кратностях перенапряжений сомнительны. В приведенных работах рассматриваются также перенапряжения на электродвигателях, связанные со срезом тока до естественного перехода через ноль и повторными зажиганиями в выключателях. Несмотря на четкое обозначение причины перенапряжений в этих работах, существует неопределенность в некоторых вопросах, например, в вопросе влияния параметров схемы на кратность перенапряжений.

Основные теории дуговых перенапряжений изложены в таких работах, как [84, 85]. В [84] дано определение физики дуговых перенапряжений, однако анализ в них проводился в упрощенных схемах без учета реальных конфигураций сетей.

Исследования и экспериментальные данные по коммутационным перенапряжениям, вызванным отключением ненагруженных трансформаторов, приведены в [47,76, 77, 117, 118]. В работах есть неопределенность в некоторых вопросах, например, что при коммутации перенапряжения определяются параметрами сети и величиной тока среза. Объем экспериментальных данных по коммутациям трансформаторов вакуумными выключателями невелик [117, 118] и не позволяет судить о каких-либо особенностях в их применении. Моделирование процессов коммутаций трансформаторов среднего класса напряжения приводится в [9], однако в работе нет систематизации исследований и их объем невелик. В рассмотренной литературе нет исследования возможного применения вакуумных выключателей для сетей высокого класса напряжения 110-750 кВ, однако, в ближайшее время предполагается их использование.

Исследование влияний грозовых перенапряжений на защитные аппараты, а также рекомендации по их выбору приведены в [21, 30, 33, 105]. В работах нет исследования грозовых перенапряжений при использовании защитных аппаратов для основных типовых схем подстанций («мостик», «четырехугольник») применяемых для металлургических заводов и комбинатов 35-220 кВ, а также не рассмотрен вопрос перехода грозовой волны на сторону среднего напряжения питания электродвигателей.

Выбор темы диссертации стимулирован возникновением большого числа неохваченных задач в области исследования перенапряжений, в том числе с использованием современных методик. В настоящее время с использованием новейших программных продуктов, исследование перенапряжений может показать новые не затронутые ранее возможности. Помимо большого прикладного значения проведенных в работе исследований для различных отраслей промышленности, использование новых методов является инструментом подтверждения фундаментальных исследований.

Таким образом, актуальность темы диссертации определяется как потребностями исследований в области изучения перенапряжений, в том числе связанными с разработкой новых методов исследования, так и многочисленными практически важными применениями результатов полученных исследований, в частности для разработки защиты сетей предприятий цветной металлургии.«

Целью являлось продвижение вперед в разрешении части существующих проблем, вызванных перенапряжениями в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов. В первую очередь, это касалось решения ряда модельных задач исследования перенапряжений, реализованных в составлении расчетных схем, моделирующих возникающие в сетях переходные процессы, сопровождающиеся значительным повышением напряжения.

В соответствии с целью сформулированы следующие задачи работы: разработка расчетных схем и адаптация их к современным пакетам схематического моделирования для исследования переходных процессов, возникающих при электромагнитных возмущениях в сетях средних и высоких классов напряжения предприятий цветной металлургии; расчет кратностей перенапряжений на изоляции электрооборудования (электродвигателей, трансформаторов и д.р.) среднего и высокого класса напряжения, а также высоковольтных линий 110 кВ отрасли; анализ полученных результатов, в том числе при использовании для защиты сетей описываемой отрасли нелинейных ограничителей перенапряжений; анализ грозовых перенапряжений на подстанциях глубокого ввода 35 - 220 кВ и расчет показателя надежности числа лет безаварийной работы); анализ грозовых перенапряжений на стороне питания двигателя.

Научная новизна и практическая значимость работы: комплекс решенных в диссертации задач при их методическом единстве является несомненным шагом вперед в решении проблемы защиты от перенапряжений сетей предприятий цветной металлургии.

Научная новизна заключаются в следующем: впервые на базе существующих пакетов схематического моделирования разработана методика составления расчетных схем для исследования перенапряжений металлургических заводов и комбинатов; впервые для сетей средних классов напряжения рассмотрена полная трехфазная модель системы электроснабжения предприятий цветной металлургии; впервые при исследовании перенапряжений уточнено влияние параметров элементов расчетных схем, таких как нагрузка на шинах, момент замыкания контактов выключателя, мощность объекта, режим заземления нейтрали, длина питающего кабеля (для сетей средних классов напряжения); впервые при исследовании коммутационных перенапряжений на зажимах двигателя учтены механические характеристики двигателя, и как доказательство правильности выполнения модели, совпадение рабочих характеристик (тока номинальной нагрузки, кратность пусковых токов, скорости вращения ротора) со справочными данными.

Практическая ценность данной работы заключается в том, что в ней проведено полное и систематическое исследование перенапряжений в сетях отрасли. Анализ полученных теоретических результатов исследований может быть использован для повышения надежности основного и вспомогательного технологического оборудования металлургических заводов и комбинатов, так как позволяет смоделировать варианты защиты от возникающих перенапряжений.

Работа состоит из пяти глав и заключения.

Первая глава содержит обоснование необходимости исследования перенапряжений в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов.

В эксплуатации на изоляцию электрооборудования и кабелей среднего и высокого напряжения предприятий цветной металлургии, кроме длительного рабочего напряжения, также воздействуют кратковременные внутренние и внешние перенапряжения. Эти перенапряжения с учётом условий работы изоляции (высокая температура, повышенная загрязнённость, частые пуски и остановки, реверс электроприводов и др.) приводят к повышенному повреждению электрооборудования и кабелей. В условиях использования электрооборудования, исчерпавшего свой ресурс, электромагнитные возмущения могут привести к серьёзному повреждению изоляции.

Опасность тех или иных перенапряжений для изоляции определяется запасами её электрической прочности. Достоверных сведений о характеристиках электрической прочности внутренней изоляции получить не возможно. Поэтому они косвенно характеризуются нормированными (ГОСТ 1516.3-96) испытательными напряжениями грозовых импульсов и нормированным испытательным напряжением промышленной частоты.

Приведены величины опасных для электрооборудования кратностей перенапряжений, превышение которых требует применения защиты.

В заключении первой главы определены поставленные диссертационной работой задачи.

Во второй главе проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих на зажимах электродвигателя, а также проведено исследование дуговых перенапряжений в сетях средних классов напряжения.

Разработан ряд расчетных схем для выполнения исследований возникающих при электромагнитных возмущениях в сетях средних классов напряжения при коммутациях электродвигателей предприятий цветной металлургии. Выполнена адаптация расчетных схем к вычислительной машине, с использованием современных пакетов схематического моделирования. При моделирование процессов учитывались не только электрические, но и механические характеристики электродвигателя. При моделирование процесса отключения двигателя учитывалась электродвижущая сила, наведенная в роторе машины. Рассмотрены влияния на кратность перенапряжений при коммутациях: момента замыкания (размыкания) контактов, нагрузки на шинах, длины питающего кабеля, мощности электродвигателя, режима заземление нейтрали, среза тока вакуумным выключателем (при отключении). На базе выполненных расчетных схем разработана методика моделирования переходных процессов в зависимости от изменений параметров элементов питающей электродвигатель системы.

В третьей главе проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих на зажимах ненагруженных трансформаторов среднего и высокого класса напряжения, а также исследование перенапряжений вызванных коммутациями ненагруженных высоковольтных линий. Для выполнения исследований разработан ряд расчетных схем реализованных в пакете схематического моделирования.

При моделировании процессов включения и отключения ненагруженного трансформатора на напряжении 6 кВ рассмотрено, как влияет нагрузка на шинах, длина питающего трансформатор кабеля, момент включения, мощность трансформатора, режим заземление нейтрали.

При исследовании коммутационный перенапряжений высоковольтных трансформаторов 110 кВ смоделированы переходные процессы при его отключении вакуумным выключателем, который может быть использован для коммутаций в ближайшее время.

В четвертой главе проведен анализ грозозащиты подстанций глубокого ввода 35 - 220 кВ.

Для анализа повреждаемости электрооборудования 35 - 220 кВ произведен расчет показателя надёжности для наиболее распространенных типовых схем подстанций глубокого ввода (мостик, четырехугольник), представляющий собой число лет безаварийной работы при грозовых ситуациях или число лет, в течение которых будет иметь место хотя бы одно грозовое повреждение.

В пятой главе проведено исследование грозовых воздействий, при переходе грозовой волны на сторону питания двигателя для тупиковой подстанции.

В заключении приводятся основные результаты работы.

5.5. Выводы по пятой главе.

Предельно безопасное значение тока молнии при прорыве молнии на провод вблизи ПС без перекрытия изоляции ВЛ, для изоляции трансформатора составляет 4 кА. Удаление точки прорыва молнии от подстанции может привести к перекрытию изоляции ВЛ, однако уменьшается ток, протекающий через ОПН и снижается напряжения на трансформаторе.

При перекрытии изоляции ВЛ при прорыве молнии на провод предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора составило 8 кА вблизи ПС. Удлинение фронта при удалении точки прорыва молнии от подстанции приводит к уменьшению тока, протекающего через ОПН и снижению напряжения на трансформаторе.

При ударе молнии в опору без грозозащитного троса предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора составляет 55 кА (при ударе вблизи ПС). В этом случае, ОПН 110 кВ полностью защищает изоляцию трансформатора, снижая напряжение до уровня 460 кВ. Максимальный ток, протекающий через ОПН, составил 4,3 кА.

При ударе молнии в опору с грозозащитным тросом предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора составляет 60 кА (удар молнии вблизи ПС). При ударе молнии в грозозащитный трос предельно безопасное значение тока молнии для изоляции трансформатора составляет также 60 кА.

Произведен расчет максимальных амплитуд тока и соответствующих им длин фронтов при ударе молнии в грозозащитный трос, при которых не произойдет перекрытие изоляции трансформатора 110 кВ, с учетом удлинения фронта за счет импульсной короны. Так для фронта импульса 0,2 мкс максимальная амплитуда 45 кА, для 0,4 мкс - 50 кА, для 0,8 и 1,2 мкс - 60 кА. На основании произведенного расчета выведена кривая опасных токов, и рассчитаны вероятности того, что амплитуда при одном ударе молнии превысит заданное значение тока при соответствующей ему длине фронта или соответствующей этим данным скорости нарастания тока молнии. Анализ показал, что с увеличением длины фронта импульса вероятность пробоя изоляции трансформатора резко уменьшается.

При грозовых волнах, пришедших с линии, с использованием системы защиты от перенапряжений, выполненной защитными аппаратами ОПН на стороне 110 кВ и на стороне среднего напряжения 6 кВ, при работе одного двигателя возникают опасные для его изоляции перенапряжения, которые ограничиваются ОПН. При рассмотрении отдельного двигателя при работе двигательной нагрузки на шинах, опасных перенапряжений не возникает, ОПН 6 кВ не оказывает влияния на переходный процесс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплекс решенных в диссертации задач при их методическом единстве является несомненным шагом вперед в решении проблемы защиты от перенапряжений сетей предприятий цветной металлургии. В работе проведено полное и систематическое исследование перенапряжений металлургических заводов и комбинатов.

Исследование перенапряжений с сетях 6-220 кВ показало, что во многих случаях перенапряжения представляют опасность для изоляции электрооборудования. Полученные теоретические результаты исследований могут быть использованы для повышения надежности основного и вспомогательного технологического оборудования отрасли, так как позволяют смоделировать варианты защиты от возникающих перенапряжений.

В методическом плане значение работы состоит в разработке ряда новых расчетных схем в современных пакетах схематического моделирования, расширяющих возможности исследований. Методические результаты, представляют самостоятельную ценность и могут быть использованы для решения других задач электроэнергетики и техники высоких напряжений. Основными выводами работы являются: По сетям 6-35 кВ

1. При коммутациях включения электродвигателей кратности перенапряжений могут достигать Кткс=3,6. На величину кратности на зажимах электродвигателей 6 и 10 кВ при включении сильное влияние оказывает момент замыкания контактов и неодновременное срабатывание контактов фаз выключателя. Практически не влияют номинальная нагрузка на шинах, мощность включаемого двигателя, длина питающего двигатель кабеля, режим заземления нейтрали, компенсация реактивной мощности.

2. Максимальная кратность перенапряжений при отключении электродвигателей составляет АГмаКс-4,6. На величину кратности при отключении влияет срез тока вакуумным выключателем и величина среза, мощность отключаемого двигателя, разброс в срабатывании контактов фаз выключателя. Не влияет: номинальная нагрузка на шинах, компенсация реактивной мощности, длина питающего двигатель кабеля.

3. При отключении пусковых токов двигателя были получены опасные для его изоляции перенапряжения (например, в случае исключительного среза тока порядка 10 А - 3,3, а также при неодновременном срабатывании контактов фаз выключателя Килкс = 3,6).

4. Расчеты показывают, что при возникновении заземляющих дуг могут возникать опасные для изоляции электродвигателя перенапряжения (кратности порядка - 3,1). Они значительно снижаются при наличии в нейтрали дугогасящего реактора - Кшкс=2,8 и дугогасящего реактора, шунтируемого резистором, - Килкс=2,1. Полученные результаты подтверждают фундаментальные исследования.

5. При коммутациях отключения ненагруженных трансформаторов кратности перенапряжений могут достигать Килкс=5. На величину кратности при включении ненагруженных трансформаторов 6-35 кВ оказывает влияние разброс при срабатывании контактов фаз выключателя, момент замыкания контактов. На них не влияет: номинальная нагрузка на шинах, режим заземления нейтрали, мощность включаемого трансформатора. Максимальные рассчитанные кратности перенапряжений при включении могут составлять При отключении ненагруженного трансформатора на величину кратности сильно влияет длина кабеля, питающего трансформатор, мощность отключаемого трансформатора. Так, при меньших длинах кабеля (10 м) кратность перенапряжений увеличивается в 4,2 раза по сравнению с большими длинами (1000 м). Кратность перенапряжений при отключении более мощных трансформаторов значительно выше по сравнению с менее мощными. На величину кратности перенапряжений при отключении не влияет номинальная нагрузка на шинах, а также режим заземления нейтрали.

6. При выполнении защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений в сетях 6-35 кВ ОПН полностью ограничивают перенапряжения при их установке перед каждым электроагрегатом в непосредственной близости от него. По сетям 110-220 кВ

1. При коммутациях высоковольтных линий кратности перенапряжений сильно зависят от длин других BJI отходящих от узловой системы. Если их длина меньше или ровна коммутируемой BJI, то кратность перенапряжений при включении ввиду многократных отражений существенно увеличивается. При отключении ненагруженной BJI выключателями без повторных зажиганий перенапряжения отсутствуют. При возникновении повторного пробоя межконтактного промежутка выключателей, кратности могут дойти до £Макс=3,4.

2. На кратность перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов 110 кВ сильно влияет величина срезаемого тока (при возможном использовании вакуумного выключателя). Так при срезаемом токе выше 5 А возникают опасные для изоляции трансформатора перенапряжения, достигающие К^С=А,9. При включении ненагруженных трансформаторов перенапряжения невелики. Если коммутации не-нагруженного трансформатора 110 кВ производят выключателем, установленным со стороны узловой ПС, то переходные процессы в трансформаторе демпфируются подводящей линией.

3. Для защиты от коммутационных перенапряжений трансформаторов 110-220 кВ требуется установка ОПН в непосредственной близости от них.

4. Безопасное значение тока молнии при прорыве молнии на провод вблизи ПС без перекрытия изоляции BJI, для изоляции трансформатора составляет 4 кА. Если ток молнии превышает 4 кА, происходит перекрытие гирлянды изоляторов. При перекрытии изоляции ВЛ безопасное значение тока молнии составляет не более 8 кА вблизи ПС.

5. При ударе молнии в опору вблизи ПС без грозозащитного троса для изоляции трансформатора предельно безопасный ток составляет /кр=55 кА. При ударе молнии в опору с грозозащитным тросом /кр=60 кА, в грозозащитный трос также /кр=60 кА.

1. Куликов А.А, Беленький А.А, Рапутов Б.М. Электрооборудование предприятий цветной металлургии. Металлургия М., 1972.

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Энергоатомиздат, М., 1985 г.

3. В.В. Суханов. Расчет параметров схем замещения и механических характеристик асинхронных двигателей с фазным ротором. СПбГПУ, Санкт-Петербург, 2004 год.

4. И. А. Баумштейна, С. А. Бажанова. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-768 с.

5. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. Под научн. редакцией Н.Н. Тиходеева. С-Пб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999.353 с.

6. Большам Я. М., Крупович В. И., Самовер М. Л. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1974г.-696 с.

7. Большам Я. М., Грачев В. А., Самовер М. Л. Справочник по электроустановкам промышленных предприятий. В 4-х томах; том первый, часть первая. Проектирование электроустановок промышленных предприятий. Москва-Ленинград: Госэнергоиздат, 1963 Г.-720 с.

8. Корепанов А.А. Обоснование эффективности резистивного заземления нейтрали сетей 6(10) кВ. Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 1998.-103С.

9. Ю.Титенков С.С. Анализ перенапряжений при дуговых, феррорезонансных и коммутационных электромагнитных переходных процессах в сетях 635 кВ. Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2001.-217с.

10. Бельков Е.П., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. и др. Лабораторный практикум, СПб: изд-во СПбГТУ, 2001г., 124с.

11. Герасимова В. Г., Грудинский П. Г., и др. «Электротехнический справочник», Том II, «Электротехнические изделия и устройства». Энерго-атомиздат, Москва, 1986 г.

12. Ограничители перенапряжений нелинейные в фарфоровой изоляции на классы напряжения 6-35 кВ. Руководство по эксплуатации. ЗЭУ 56227313.007 РЭ. Санкт-Петербург, 2005 г.

13. М.Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989.-592 с.

14. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс. СПб.: Питер, 2005.

15. Дьяконов В. П. MATLAB. Учебный курс. СПб.: Питер, 2001.

16. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. Заведений. 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

17. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. Госэнергоиздат, 1963г.

18. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Коммутационные перенапряжения в энергосистемах. Учебное пособие. -Л., изд. ЛПИ, 1991,101с.

19. Дмитриев М.В. Методика выбора ОПН для защиты оборудования сетей 110-750 кВ от грозовых перенапряжений. Дисс. канд. техн. наук. -Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2006.-250с.

20. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Заземления в сетях высокого напряжения и средства защиты от перенапряжений. Учебное пособие. -Л., изд. ЛПИ, 1983, 72с.

21. Мельников Н.А. Электрические сети и системы. Учеб. Пособие для вузов. Изд. 2-е, стереотип -М., «Энергия», 1975,464с.

22. Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. СПб.: Питер, 2003.-448с.

23. Krause Paul С., Analysis of Electric Machinery, IEEE Press, 1995.

24. ГОСТ 687-78. Выключатели переменного тока на напряжение выше 1000 В. Общие технические условия. Издательство стандартов, 1979 г.

25. Филиппов К. Нелинейная электротехника. М.: Энергия. 1976.

26. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных цепей. — М.: Радио и связь, 1988.

27. Астафьева О.В. Разработка программы для исследования дуговых перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью. Дисс. магист. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2003.-1 Юс.

28. Мерзляков А. ОПН для защиты В ЛОТ грозовых отключений. Оценка эффективности. Новости электротехники. Информационно справочное издание. Выпуск 2(38) 2006 г.

29. Разевиг В. Д., Система схематического моделирования Micro-cap V. -Москва: «СОЛОН», 1997.

30. Правила устройства электроустановок. 7 издание. М.: Энергоатомиз-дат.1999 г. (с изменениями 2002 г.)

31. Гумерова Н.И., Титков В.В. Режимы работы ОПН при грозовых воздействиях. АФ "Полимер", СПбГПУ, Санкт-Петербург, 2006 г.

32. Хаммарлунд П. Восстанавливающиеся напряжения на контактах выключателей.- M-JI: Энергоиздат.-1956.- 290 с.

33. Евдокунин Г.А., Тилер Г. Современная вакуумная коммутационная техника для сетей среднего напряжения (технические преимущества и эксплуатационные характеристики).- СПб: Издательство Сизова М.П.-2000.-114 с.

34. Демянчук В.М., Кадомская К.П., Тихонов А.А., Щавелев С.А. Методика оценки перенапряжений возникающих при отключении электродвигателей вакуумными выключателями. Энергетика: Изв. высш. уч. зав. и энерг. объедин. СНГ, 1994, № 5-6

35. Popov M., Acha E. Overvoltages due to switching off an unloaded transformer with a vacuum circuit breaker// IEEE Transactions on Power Delivery, vol.14, no. 4, October 1999.

36. ГОСТ 1516.1-76. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 3 до 599 кВ. Требования к электрической прочности изоляции.-М.: Изд-во стандартов.-1976, ИПК Изд-во стандартов 1999 г. (переработанное с изменениями).-50 с.

37. Костенко М.В., Гумерова Н.И., Смирнов А.А. Новые тенденции в исследовании надежности грозозащиты подстанций. НТВ СПбГТУ. 1999. №2. С. 86-92.

38. Дегтярев И.Л. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов, сопровождающих коммутации вакуумными выключателями.-Автореферат диссерт. на соиск. ученой степени кандидата технических наук.- Новосибирск.- НГТУ .-2006.- 22 с.

39. Базуткин В.В., Кадомская К.П., Костенко М.В., Михайлов Ю.А. Перенапряжения в электрических системах и защита от них. СПб.: Энерго-атомиздат. 1995.320 с.

40. Кадомская К. П., Хныков В. А. Процессы в сети генераторного напряжения энергоблоков при коммутациях вакуумными выключателями. Энергетик.-2003.-№2.-С.27-29.

41. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А.А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них.- Учебник Новосибирск: изд-во НГТУ, 2004.- 368 с- (Серия «Учебники НГТУ»)

42. Костенко М.В., Ефимов Б.В., Гумерова Н.И., Зархи И.М., Анализ надежности грозозащиты подстанций. Л.: Наука. 1981. 127 с.

43. Астафьева О.В., Халилов Ф.Х. Исследование перенапряжений при включении двигателей металлургических заводов и комбинатов. Научно-технические ведомости СПбГТУ. - 2006. - №6.

44. Glinkowski М., Moises R., Braun D. Voltage escalation and reignition behavior of vacuum generator circuit breakers during load shedding IEEE Transactions on Power Delivery.-1997, vol.12, No. 1.-P.-219-228.

45. Богатенков И.М., Бочаров Ю. H, Гумерова Н. И. и др. Техника высоких напряжений. Учебник для. вузов. Под ред. Г. С. Кучинского. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2003 г. - 608 с.

46. Гунгер Ю.Р., Лавров Ю.А. Применение новых конструкций опор для повышения технико-экономических показателей ВЛ 35-110 кВ. ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», г. Новосибирск

47. Найфельд М. Р. Заземления и защитные меры безопасности. СПб.-Москва: Энергия, 1965 г. - 288 с.

48. Половой И. Ф., Михайлов Ю. А., Халилов Ф.Х. Перенапряжения на оборудовании высокого и сверхвысокого напряжения СПб: Энергия, 1975 г.-255 с.

49. Карпов Ф. Ф., Козлов В. Н. Справочник по расчету проводов и кабелей. СПб-Москва: Государственное энергетическое издательство, 1962 г. -176 с. с черт.

50. Хомяков М. В., Баумштейн И. А. В. и др. Справочник по электрическим сетям высокого напряжения. СПб-Москва: Государственное энергетическое издательство (Госэнергоатомиздат), изд. 4-е, 1962 г. - 560 с. с черт.

51. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Издательство стандартов, 1993 г.

52. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. Научный редактор Неклепаев Б.Н., Издательство стандартов, 1998 г.

53. Техника высоких напряжений/ под ред. Д. В. Разевига. .М. Энергия, 1976.-488с.

54. Дымков A.M. Трансформаторы напряжения. М.: ГЭИ, 1963. - 191 с.

55. Сиротинский JI. И, Техника высоких напряжений. М.:ГЭИ,1959. -368 с.

56. Джуварлы Ч.М., Абдурахманов М.И, Набиев X. Н. Переходный процесс однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ при наличии токоо-граничивающих реакторов//Известия АН АзССР сер. Физико-технических и математических наук. 1981.-т.П.-№3.

57. В.К.Обабков. Недостаточность резистивного заземления нейтрали в задачах борьбы с перенапряжениями в 6-35 кВ. ООО ВП "Наука, техника, бизнес в энергетике", г.Екатеринбург, с.З

58. Зубков А.С. Защитные аппараты типа ОПН, как средство повышения грозоупорности двухцепных BJI, ЗАО ФЕНИКС-88 г. Новосибирск

59. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. -М: Энергия, 1970. -518 с

60. Иманов Г.М., Пухальский А.А., Халилов Ф.Х., Таджибаев А.И. Защита электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений. -СПб: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. -312 с

61. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: "Наука", 1970. -720 с

62. Хаммарлунд П. Восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя. Перевод с англ. яз. -M.-JL: Государственное энергетическое издательство, 1956. -296 с

63. Электротехнический справочник. Том 1/ Под ред. П.Г. Грудинского и др. -Изд. 5-е, испр. -М.: "Энергия", 1974. -776 с

64. Ванин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор-трансформатор. -М. Энергоиздат, 1982. 256 с.

65. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980. - 344 с.

66. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. Л.: Наука, 1985-508 с.

67. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. М.: Энергия 1970.-519 с.

68. Электротехнический справочник. Том 3, кн. 1,2/ Под общ. ред. И.Н. Ор лова. М.: Энергоатомиздат, 1988.

69. Богатенков И.М., Костенко М.В., Халилов Ф.Х. Перспективы защиты от перенапряжений сетей средних классов напряжения // В сб. Перенапряжения и защита от них в распределительных сетях и сетях генераторного напряжения. Куйбышев, 1979. - С. 3-6.

70. Васюра Ю.Ф. Ограничители коммутационных перенапряжений для защиты высоковольтных электродвигателей // Электротехника. 1986. -№З.С. 35-38.

71. Беляков Н.Н. Исследование перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях 6 и 10 кВ с изолированной нейтралью // Электричество. 1957.-№ 5.-С. 31-36.

72. Джуварлы Ч.М. К теории перенапряжений от заземляющих дуг в сети с изолированной нейтралью // Электричество. 1953. - № 6. - С. 18-27.

73. Безденежных А.Г., Попов И.К. Нормы и методика испытания гибких высоковольтных кабелей // В кн.: Электробезопасность на угольных шахтах. М.: Недра, 1965. С. 20-22.

74. Самойлович И.С. Некоторые результаты измерения перенапряжений карьерной электросистеме 6 кВ при однофазных замыканиях на землю //Горная электромеханика и автоматика. 1970. - Вып. 15. - С. 24-28.

75. Самойлович И.С. Внутренние перенапряжения в карьерных сетях с изолированной нейтралью и пути их ограничения // В кн.: Режимы нейтрали электрических системах. Киев, 1974. - С. 75-83.

76. Лихачев Ф.А. Повышение надежности распределительных сетей 6-10 кВ .Электрические станции. -1981. № 11. - С. 51-56.

77. Шуцкий В.И., Ягураев Б.М., Назаров В.В. Критерии оптимизации режима изолированной нейтрали сетей 6-10 кВ горных предприятий // Электричество. 1984. -№ 9. - С. 11-17.

78. Самойлович И.С. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. -1976.

79. Сирота П.М. Оптимизация режимов нейтрали в электрических сетях напряжением до 35 кВ // В сб. Режимы нейтрали в электрических сетях до ЗкВ. Киев: АН УССР, 1980. - С. 96-99.

80. Васюра Ю.Ф., Евдокунин Г.А., Коммутационные перенапряжения при самозапуске высоковольтных двигателей // Электротехника. 1985. -№9.-С 13-16

81. Обоснование технических требований к ограничителям перенапряжений нелинейным. Проект технических требований к ОПН для защиты сетей собственных нужд ТЭС : Технический отчет // Сибтехэнерго. -Инв. № 871-Новосибирск, 1989.

82. Хаяси Т. Вынужденные колебания в нелинейных системах. М.: Иностранная литература, 1957. - 215 с.

83. Цапенко Е.Ф. Резонансные явления в системах электроснабжения 6- 10 кВ // Промышленная энергетика. 1979. - № 11. - С. 54-55.

84. Гавриков В.И., Евдокунин Г.А., Петракова JI.B. Методы и алгоритмы расчета внутренних перенапряжений на ЭВМ // Труды ЛПИ.-1976,-Вып.340.- С. 13-16.

85. Кадомская К.П., Левинштейн М.Л., Штеренберг Г.П. О решении уравнений длинной линии электропередачи на математических машинах непрерывного и дискретного действия // Изв. АН СССР: Энергетика и транспорт 1963.-№ 4.-С. 38-44.

86. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976. - 616 с.

87. Костенко М.В, Невреждинов Ю.М, Халилов Ф.Х. Грозозащита электрических сетей в районах с высоким сопротивлением грунта, Наука, ЛО, 1984.

88. Гольдштейн В.Г, Покровский А.В, Халилов Ф.Х. Сопоставление расчётных и модельных исследований атмосферных перенапряжений на подстанциях 110 кВ. Энергетика и транспорт, 1975, №3.

89. Созинов А.В, Халилов Ф.Х. Анализатор переходных процессов в протяжённых цепях. Информационный листок, Л. УДК 621.316.9, № 1115,1979.

90. Алиев Ф.Г, Багаутзинов Г.А, Халилов Ф.Х. Защита электроустановок горных предприятий от грозовых и внутренних перенапряжений. Изд. СГИ, Свердловск, 1991.

91. Руководящие указания по защите от перенапряжений сетей трёхфазного переменного тока напряжением 3 750 кВ. Под редакцией академика РАН Н.Н.Тиходеева. Изд. ПЭиПК, Минатомэнерго РФ, С.Петербург, 1999.

92. Борисов В.Н, Халилов Ф.Х. Изоляция электрооборудования электрических станций и подстанций. Издательство МЭИ, 1986.

93. Техника высоких напряжений. Под редакцией М.В.Костенко. Высшая школа, 1975.

94. Долгинов А.И и др. Расчёт переходных процессов в электрических системах на ЭВМ. Госэнергоиздат, 1968.

95. Алиев Ф.Г, Злобинский В.А, Халилов Ф.Х. Проблемы защиты от перенапряжений в системах электроснабжения. Изд. "Терминал Екатеринбург-Плюс", 2001.

96. Костенко М.В, Богатенков И.М, Михайлов Ю.А, Халилов Ф.Х. Физика грозового разряда и грозозащита линий электропередачи. Учебное пособие. Изд. ЛПИ, Ленинград, 1982.

97. Костенко М.В, Богатенков И.М, Михайлов Ю.А, Халилов Ф.Х. Грозозащита подстанций и электрических машин высокого напряжения. Учебное пособие. Изд. ЛПИ, Ленинград, 1983.

98. Горев А.А., Машкиллейсон Л.Е. Импульсные характеристики линейной изоляции и искровых промежутков. //Электрические станции-1936. №И.с 3-10.

99. ГОСТ 16357-83. Разрядники вентильные переменного тока напряжением от 3 до 500 кВ. Технические требования. М. Издательство стандартов, 1984.

100. Шишман Д.В, Бронфман А.И, Пружинина В.И, Савельев В.П. Вентильные разрядники высокого напряжения. Энергия, ЛО, 1971.

101. Гольдштейн В.Г, Халилов Ф.Х, Бобров В.П. Перенапряжения и защита от них в электрических сетях 35 220 кВ. Изд. Самарского государственного технического университета. Самара, 2001.

102. Interruption of small inductive currents: Chapter 5: Switching of unloaded transformers, Part 2, Electra, № 134,1991, p.29-34.

103. Базуткин B.B., Евдокунин Г.А., Халилов Ф.Х., Ограничение перенапряжений, возникающих при коммутациях индуктивных цепей вакуумными выключателями. Электричество 1994. №2.1. П1. Рисунки к главе 2.