Разработка и исследование частотозависимого устройства для подавления высокочастотных перенапряжений

• Автор: Илюшов, Николай Яковлевич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯМ В СЕТЯХ 110 кВ

1Л Основные виды грозовых перенапряжений

1.2 Анализ аварийности трансформаторов в условиях Крайнего Севера

1.3 Анализ способов подавления перенапряжений

1.4 Попытки разработки частотозависимого устройства

1.5 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

2.1 Оценка влияния скин-эффекта на сопротивление материалов

2.2 Скин-эффект в многослойной структуре
2.3 Выводы по главе
ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
3.1 Математическая постановка формулировки задачи программы
3.2. Сравнение результатов компьютерного моделирования с результатами
низковольтных измерений
3.3 Определение зависимости сопротивления образца от его геометрических размеров при компьютерном моделировании
3.4 Определение характеристик 28-лучевого частотозависимого устройства
3.5 Компьютерное моделирование частотозависимого устройства в виде
четырехугольной катушки и спирали
3.6 Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЧАСТОТОЗАВИСИМОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОДСТАНЦИИ ОАО «ТЮМЕНЬЭНЕРГО»
4.1 Расчёт геометрических размеров частотозависимого
устройства

4.2 Расчет электродинамической стойкости частотозависимого
устройства
4.3. Расчет термической устойчивости
4.4 Расчёт экономического эффекта частотозависимого
устройства
4.5 Исследование эффективности применения частотозависимого устройства для снижения высокочастотной составляющей грозовых
перенапряжений
4.6 Численный анализ эффективности применения частотозависимого устройства при его установке на подстанциях напряжением 110 кВ
4.7 Выводы по главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЧАСТОТОЗАВИСИМОГО УСТРОЙСТВА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
5.1 Измерение полного сопротивления опытных образцов частотозависимого устройства
5.2 Испытания опытных образцов частотозависимого устройства импульсным напряжением
5.3 Определение характеристик опытных образцов частотозависимого устройства при проведении сильноточных измерений
5.4 Определение магнитной проницаемости ленты 5БДСР
5.5 Выводы по главе
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложение А
Приложение Б

Введение
Высокочастотные перенапряжения, воздействующие на изоляцию оборудования подстанций, являются следствием ударов молнии в линию либо коммутации выключателей и разъединителей. Частотный диапазон грозовых перенапряжений составляет 200-300 кГц, при коммутациях разъединителями -около и свыше 1 МГц. При этом высокочастотные перенапряжения наиболее опасны для устройств имеющих индуктивный характер, в первую очередь для трансформаторов. Основной причиной выхода из строя изоляции объектов электроэнергетики до настоящего времени является поражение молнией [1-9].
Следует отметить, что с ограничением амплитуды (уровня) грозовых перенапряжений успешно справляются современные защитные аппараты -нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) и при правильном выборе на стадии проектирования их параметров и взаимного расположения с защищаемым оборудованием проблем по обеспечению надежной эксплуатации оборудования, как правило, не возникает. Вместе с тем, ОПН не могут повлиять на крутизну фронта воздействующих грозовых перенапряжений, они ограничивают лишь амплитуду перенапряжений [10-14].
Таким образом, если например, рассматривать силовые трансформаторы, то ОПН снижают уровень грозовых перенапряжений, воздействующих на главную изоляцию (между обмоткой высокого напряжения и заземленным баком), но не снижают градиентные перенапряжения, воздействующие на продольную изоляцию (между витками). Также следует отметить, что эффективность ограничения высокочастотных перенапряжений с помощью ОПН снижается из-за наличия индуктивности собственно защитного аппарата и его присоединений [15-21].
В качестве одной из мер, позволяющих повысить эффективность работы ОПН, а также снизить опасность возникновения грозовых перенапряжений, можно
Можно показать, что максимальная частотная зависимость достигается в случае, когда толщина скин-слоя много меньше поперечных размеров проводника. В пределе она должна соответствовать зависимости Усо. Основываясь на этой зависимости, отношение сопротивления на частоте 50 кГц к сопротивлению на частоте 50 Гц не может превышать 30 для любых однородных материалов.
В дисперсном материале, составленном из композиции проводящего и непроводящего ферромагнитных порошковых материалов, выталкивание тока в тонкую приповерхностную область должно привести к новому эффекту. Дело в том, что в композиционном материале, при изменении концентрации проводящей компоненты, ток изменяется немонотонно. При низком значении концентрации электропроводность мала, а при некотором значении, называемом порогом проводимости, происходит ее резкий рост на несколько порядков. При трехмерном протекании пороговая концентрация значительно ниже, чем при двухмерном протекании. Выбирая фактическую концентрацию таким образом, чтобы она была выше "объемного" порога протекания, но ниже "поверхностного" порога протекания, можно получить дополнительное увеличение эффекта частотной зависимости номинала резистора.
Расчеты частотной зависимости для двухкомпонентной модели смеси, проводящей и непроводящей фаз в кубической решетке, основываются на следующем. Электропроводность зависит от концентрации р, отношения Н/а толщины Я к размеру частиц а, удельной проводимости О] электропроводной компоненты, порогов протекания в трехмерном случае рс>з и в двумерном случае
рс,2 [68].
аЭфф=аг(Н/а)а2УУ3 (р- рс,3- (ре>2- рс,з)(Н/а)1Л'з)12 (1-25)
где Ь Г, Уз - критические индексы проводимости, Г ~1.3,13=1,6ч-2, Уз« 0.9.
Значение Н не совпадает с толщиной скин-слоя. На самом деле уменьшение эффективной электропроводности приводит к изменению размера скин-слоя