Управляемый вакуумный разрядник с высокой отключающей способностью

• Автор: Бунин, Роман Алексеевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературных источников, посвящённых управляемым вакуумным разрядникам
1.1 Принцип работы управляемого вакуумного разрядника
1.1.1 Конструкция управляемого вакуумного разрядника
1.1.2. Принцип работы управляемого вакуумного разрядника
1.2 История создания и существующие типы РВУ
1.2.1 История создания РВУ
1.2.2 Существующие типы РВУ
1.3 Области применения РВУ
1.3.1 Импульсные технологии
1.3.2 Управляемая коммутация
1.3.3 Ограничение перенапряжений и защита оборудования
1.3.4 Выключатели для коммутации постоянного тока
1.3.5 Ограничение токов короткого замыкания
1.4 Предельные параметры РВУ
1.4.1 Вакуумная дуга
1.4.2 Модели вакуумной дуги
1.4.3 Отключающая способность
1.4.4 Электрическая прочность
Выводы по главе
Глава 2. Объект исследования, условия и методика проведения эксперимента, методы проведения расчётов
2.1 Объект исследования
2.2 Исследованные образцы РВУ
2.3 Испытательные стенды для исследования отключающей способности РВУ
2.4 Испытательный стенд для исследования электрической прочности РВУ
2.5 Методы проведения расчётов
2.5.1 Метод проведения расчётов нагрева анода
2.5.2 Методы расчёта электромагнитных полей
2.5.2.1 Методика расчёта электростатических полей
2.5.2.2 Методика расчёта электромагнитных полей
Выводы по главе
Глава 3. Иследование отключающей способности управляемых вакуумных разрядников
3.1 Испытания вакуумных коммутационных приборов на отключающую способность .
3.1.1. Испытания РВУ на отключающую способность при использовании низковольтных испытательных стендов
3.1.2. Расчёт отключающей способности РВУ с дисковой электродной системой
3.1.3. Результаты экспериментального исследования отключающей способности РВУ с дисковой электродной системой
3.1.4. Обсуждение результатов
3.2 Феноменологическая модель развития сильноточного разряда в РВУ со стержневой системой электродов при протекании токов промышленной частоты
3.3 Экспериментальное и расчётное исследование развития вакуумного разряда в стержневой электродной системе
3.3.1 Экспериментальное исследование площади занимаемой дугой при горенииі
3.3.2 Исследование параллельной работы РВУ
3.3.3 Исследование распределения электромагнитного поля для РВУ со стержневой электродной системой
3.3.4 Исследование напряжения дуги в РВУ со стрежневой электродной системой
3.4 Методика расчёта отключающей способности РВУ со стержневой электродной системой
Выводы по главе
Глава 4. Исследование электрической прочности рву
4.1 Сравнение расчётных и экспериментально полученных значений электрической прочности РВУ
4.2 Исследование зависимости электрической прочности РВУ от размеров электродной системы
4.3 Исследование зависимости электрической прочности РВУ от размеров экранной системы и конфигурации узла поджига
4.4 Расчёт электрической прочности последовательно-параллельного соединения РВУ
4.5 Высоковольтный быстродействующий коммутатор
Выводы по главе
Заключение
Список используемых сокращений Литература

Введение
Развитие промышленного и жилищного сектора экономики, а также экономики в целом, тесно связано с развитием электроэнергетических систем и энергетических сетей, вследствие роста потребляемых мощностей для нужд предприятий и инфраструктуры мегаполисов. Это приводит к соответствующему увеличению генерируемых мощностей, усилению связей с соседними энергосетями и созданию крупных объединенных систем, охватывающих не только территории отдельных стран, но и целые континенты. Неизбежным следствием такого развития является рост токов короткого замыкания (КЗ).
Максимальный уровень токов короткого замыкания, определяющий требования к электрическим аппаратам и оборудованию, становится критическим параметром, затрудняющим развитие электрических систем. Рост уровня токов КЗ приводит к необходимости увеличения изоляции трансформаторов, увеличению размеров выключателей, повышению их отключающей способности, к необходимости проведения других технических мер по защите от последствий КЗ, что, безусловно, приводит к удорожанию и усложнению оборудования. Другим путём решения проблемы может быть уменьшение уровня токов КЗ, за счёт применения специального токоограничивающего оборудования. Таким образом, величина максимального уровня тока КЗ — это технико-экономический параметр, определяющий целесообразность ограничения тока КЗ или замену оборудования на новое, способное выдержать увеличенные значения токов КЗ. Учитывая, что второй путь является высокозатратным, на сегодняшний день происходит активное исследование и разработка токоограничивающих устройств (ТОУ) и мероприятий по ограничению уровней токов КЗ.
Возросший интерес к этой тематике связан с актуальностью проблемы и развитием электротехники, позволяющим создать новые типы устройств токоограничения. Так по данным специалистов ОАО «ФСК ЕЭС», уже в

недостатки существенно ограничивают эффективность их применения в крупных энергосистемах.
Для решения проблемы ограничения токов КЗ предложено использовать высоковольтный быстродействующий коммутатор (ВБК) на основе вакуумных управляемых разрядников (РВУ) [18]. ВБК устанавливается параллельно группе защищаемых выключателей (рисунок 1.11). При обнаружении системой релейной защиты (РЗ) КЗ в цепи защищаемого объекта, осуществляется быстрое включение РВУ (единицы микросекунд). В результате чего происходит перераспределение токов КЗ между защищаемой цепью и цепью ВБК, что снижает уровень тока КЗ в защищаемой цепи и уменьшает уровень восстанавливающегося напряжения (ВН) на разрыве сетевого выключателя, т.е. обеспечиваются оптимальные условия для отключения тока сетевым выключателем. После того как сетевой выключатель отключает ток КЗ, ВБК отключает сопровождающий ток КЗ.
Такие устройства наиболее актуальны для сетей ПОкВ и выше, с токами КЗ более 80кА. Однако на сегодняшний день РВУ не обеспечивают полное удовлетворение указанных выше параметров на один элемент, как по току, так и по напряжению. Поэтому ВБК должен содержать вакуумный модуль из последовательно-параллельно соединенных РВУ. Одной из основных задач является уменьшение числа последовательно-параллельно соединенных элементов в каждой фазе ВБК. Для чего необходимо увеличение отключающей и коммутационной способности, а также электрической прочности РВУ.