РАЗДЕЛ 2
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СХЕМ
ВКЛЮЧЕНИЯ СЕКЦИЙ ВИК С УЧЁТОМ НОРМИРОВАННЫХ
ЗНАЧЕНИЙ ДОПУСКА ПО ЁМКОСТИ
2.1. Расчет коэффициента перенапряжения на последовательно соединенных секциях
ВИК
2.1.1. Постановка задачи. ВИК, как правило, выпускаются с нормируемым значением
отклонения по параметру электрической ёмкости, которое может составлять, в
соответствии с паспортными данными, от 5% до 20% [66]. Это связано с
особенностями технологии изготовления силовых конденсаторов. Разброс значений
ёмкости зависит от ряда факторов: неодинаковой степени запрессовки секций, из
которых набран конденсатор; разброса по толщине и плотности применяемой
изоляции; свойств пропитывающих диэлектриков; сдвига обкладок при намотке
секций, расположения секции в пакете и т.д.[67].
Поскольку нормируемый допуск по ёмкости может составлять до 20%, то
естественно предположить, что допуск по ёмкости секций, составляющих
конденсатор, может составлять до 20%. Возможны случаи, когда при допуске по
ёмкости конденсатора до 20%, он может быть набран из секций с большим значением
допуска по ёмкости секций. Последний случай является маловероятным, так как
секции с большим отклонением по емкости (более 20%) бракуются при сборке
конденсаторов.
ВИК на напряжение более 10ч15кВ конструктивно выполняют с последовательной
схемой соединения отдельных секций при небольшой емкости конденсатора или групп
параллельно включенных секций при большой емкости [68]. Естественно, что при
последовательном включении неодинаковых по ёмкости секций, секции с меньшей
ёмкостью работают при напряжении на них больше номинального, что приводит к
сокращению ресурса конденсаторов. При этом, чем меньше число последовательных
секций, тем меньше перенапряжения на секции.
Кроме того, необходимо учесть те физические эффекты (барьерный эффект,
сокращение длины зон неоднородности электрического поля вследствие уменьшения
количества обкладок, а, следовательно, уменьшения периметра обкладок,
увеличение объемной доли изоляции и сокращение объемной доли обкладок) и
структурную надежность, которые также способствуют принятию решения об
уменьшении числа последовательных секций и увеличении толщины изоляции.
Отрицательным моментом увеличения толщины изоляции является так называемый
«краевой эффект», проявление которого выражается в существенном уменьшении
ресурса при увеличении толщины изоляции.
Таким образом, важной задачей становится выработка рекомендаций по
конструктивному выполнению секций высоковольтных конденсаторов и схеме их
включения с учётом реальных значений допусков по ёмкости.
В качестве критерия, определяющего лучшее конструктивное исполнение
конденсатора, примем значение ресурса. При этом примем допущение, что
конденсатор выходит из строя при первом отказе любой из секций, составляющих
конденсатор.
Оценка перенапряжения на секциях. Конденсаторы на напряжение 10ч15кВ
выполняются или только с параллельным, или с параллельно-последовательным
включением секций. При напряжении свыше 15кВ конденсаторы выполняются только с
параллельно-последовательным соединением секций.
При параллельном соединении секций напряжение на каждой секции одинаково
независимо от величины отклонения ёмкости от номинальной, а так же при этом
значение ресурса секций практически одинаково.
При последовательном соединении n секций общая ёмкость конденсатора составит
[68]: =,
где Ск – ёмкость конденсатора;
Сi – ёмкость i-той последовательно-соединённой секции.
Тогда напряжение на i-той секции [68]: .
Рассмотрим различные случаи распределения напряжения [69]:
жёсткий вариант, когда из n последовательных секций одна (n-тая) имеет
отрицательный допуск по ёмкости, а остальные (n-1) – положительный;
мягкий вариант, когда из n последовательных секций одна имеет положительный
допуск по ёмкости, а остальные – отрицательный;
средний вариант, характеризующийся наличием m секций с отрицательным допуском
по ёмкости k2 и (n-m) секций с положительным допуском по ёмкости k1.
В случае жесткого варианта напряжение на n-той ёмкости составит (вывод формулы
приведен в приложении В):
, (2.1)
где k1 – положительный допуск по ёмкости (в относительных единицах);
k2 – отрицательный допуск по емкости (в относительных единицах).
При этом коэффициент перенапряжения (отношение напряжения на секции меньшей
емкости к напряжению на секции при равных значениях емкостей всех секций)
составляет:
, (2.2)
где Un* - напряжение на n-той ёмкости без учёта допуска на отклонение по
ёмкости и оно вычисляется как:
Un*=. (2.3)
Тогда, подставляя в формулу (2.2) формулы (2.1) и (2.3), получаем:
. (2.4)
Анализ формулы (2.4) показывает, что коэффициент з увеличивается при увеличении
n. При этом надёжность конденсатора фактически определяется надёжностью одной
последовательно включённой группы секций с отрицательным допуском по емкости,
т.е. работающей при максимальном значении напряжения.
В случае мягкого варианта коэффициент з равен (см. прилож. В):
, (2.5)
где n ?2.
При этом при увеличении числа последовательных групп секций значение з
уменьшается. Однако надёжность конденсатора P также уменьшается как P~Pсn-1,
где Pc – надёжность одной последовательно включённой группы секций (принята
структурная схема определения надежности, так как отказы секций независимы).
Для среднего варианта коэффициент перенапряжения составит при n ?2:
. (2.6)
На рис. 2.1ч2.4 представлены расчетные зависимости коэффициента перенапряжения
для трех рассматриваемых вариантов соединения последовательных секций при
следующих значениях допусков по емкости:
k2=20%
- Київ+380960830922