АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электрических станций, сетей и систем

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ИЗОЛЯЦИИ

Методические указания и задания к

расчетно-графическим работам

(для студентов очной формы обучения специальности

050718 - Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

Алматы 2006

СОСТАВИТЕЛИ: В. Н. Борисов, Ж. К. Оржанова. Техника высоких напряжений. Перенапряжения и изоляции. Методические указания и задания к расчетно-графическим работам (для студентов очной формы обучения) специальности 050718 – Электроэнергетика. Алматы: АИЭС, 2006.-10с. 

 

 

 

Дисциплина «Техника высоких напряжений. Перенапряжения и изоляции» включает в себя основные разделы: электрические разряды в газах, изоляция установок высокого напряжения, оборудование высоковольтных лабораторий, измерения на высоком напряжении, грозовые перенапряжения и защита электрооборудования электроустановок, заземление в электроустановках высокого напряжения, общая характеристика внутренних перенапряжений, аппараты и устройства защиты от перенапряжений.

Методические указания предназначены для выполнения РГР и содержат: цель и задачи, объем и содержание работы.

Табл.2, библиогр.-9 назв.

 

 

 

 

 

Рецензент: конд. техн. наук, доцент Тохтибакиев К. К.

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 г.

 

 

 

 

 

 

 

©Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

Введение

 

Предметом изучения курса «Техника высоких напряжений. Перенапряжения и изоляции.» являются вопросы создания надежной и экономически выгодной изоляции электрических установок и линий электропередач.

Условия работы изоляционных конструкций определяются величиной воздействующих напряжений. При нарушении нормального режима работы или при коммутационных режимах  в ЛЭП возможны резкие увеличения напряжения, которые могут превысить электрическую прочность изоляции и привести ее к пробою. Перенапряжения сопровождаются такими нежелательными явлениями, как корона, скользящие разряды, частичные разряды (ч. р.) и т. д. Эти процессы старения изоляции и приводят к ее отказу. Поэтому вопросы создания надежной высоковольтной изоляции, определение видов и оценка параметров перенапряжений, возникающих в системах электропередачи, выбор оптимальных уровней изоляции и основной системы защиты от перенапряжений являются весьма актуальными.

 

1 Цель задачи работы

 

Целью расчетно-графических работ является развитие навыков самостоятельного решения задач по основным разделам курса, уметь отвечать на поставленные вопросы, а также развить навыки работы с технической литературой.

Расчетно-графические роботы состоят из трех задач для практического решения и вопросов по основному курсу.

 Расчетно-графические роботы выполняются по вариантам, приведенным ниже.

 

2 Объем и содержание работы

 

2.1 Исходные данные

 

Исходные данные для выполнения для выполнения работы принимаются в соответствии с вариантом, где задаются:

- тип подстанции;

- от какой линии электропередачи она питается;

- тип отходящих линий электропередачи;

- характеристики проходного изолятора;

- тип разрядников на подстанции;

 

 

 

 

2.2 Содержание расчетно-графической работы

 

В расчетно-графическую работу входят вопросы расчетов и технических решений по определению изолирующей способности воздушных промежутков между потенциальными точками линий электропередачи, проводниками и заземленными частями ЛЭП.

Рассматриваются вопросы связанные с поверхностным и коронным разрядом, изоляцией кабеля и опор ЛЭП, защиты от атмосферных и внутренних перенапряжений.

Проводятся расчеты грозоупорности линий электропередачи, напряжения на изоляции силовых трансформаторов, напряжения смещения нейтрали в сетях ЛЭП 10 кВ. 

 

3 Задание на расчетно-графические работы

 

Для выполнения задания необходимо освоить теоретический курс согласно программе по указанной литературе. На задачу и вопрос необходимо составить краткий исчерпывающий письменный ответ. По объему работа не должна превышать 10-15 страниц формата ученической тетради. Работа выполняется чернилами или пастой, четко, разборчиво и аккуратно. Решение задач и ответы на вопросы поясняются схемами и эскизами. При оформлении работы должны быть оставлены поля для заметок преподавателя. В конце работы указывается использованная литература, дата и подпись студента. Номер варианта выбирается по последним двум цифрам зачетной книжки из таблиц 3.1 и 3.2.

При затруднениях возникающих при изучении курса, студент может обратиться на кафедру «Электрические станции, сети и системы».

 

Задание

 

Тупиковая подстанция питается по воздушной двухцепной линии электропередачи на железобетонных опорах, имеющей грозозащитный трос по всей длине. Потребители питаются от шин 10 (6) кВ по кабельным или воздушным линиям электропередачи.

 

         Необходимо:

1.     Определить емкость линии электропередачи высокого напряжения.

2.      Определить импульсное разрядное напряжения между проводами линии электропередачи высокого напряжения, проводами и транспортным средством с середине пролета, также величину тока молнии, необходимого для возникновения указанных напряжений, вероятность этого тока и вероятность возникновения перенапряжений.

3.      Определить начальное напряжение короны на проводах ЛЭП высокого напряжения и потери энергии при заданном виде погоды и ее продолжительности.

4.      Определить напряжение скользящего разряда маслонаполненного прохода изолятора по поверхности фарфоровой рубашки и общее напряжение его возникновения.

5.      Определить требуемый внутренний диаметр фланца маслонаполненного прохода изолятора при наличии барьеров с проводящим покрытием.

6.      Определить пробивное напряжение отходящего от подстанции одножильного кабеля с градированной двухслойной бумажно-масляной изоляцией.

7.      Определить предельное расстояние между разрядником и трансформатором при набегании на подстанцию длиной косоугольной волны напряжения с длиной фронта 2 мкс.

8.      Выбрать тип и количество изоляторов в поддерживающей натяжной гирлянде ЛЭП высокого напряжения в соответствии с заданной степенью загрязненности атмосферы района и проверить по условию работы гирлянды под дождем.

9.      Определить минимальные расстояния по воздуху и в земле между молниеотводом и защищаемым оборудованием при длине токоотвода 6 метров.

10.  Определить количество и высоту молниеотводов на территории подстанции.

11.  Определить уровень грозоупорности линии электропередачи высокого напряжения на подходе к подстанции.

12.  Определить напряжение на изоляции силовых трансформаторов при набегании на подстанцию прямоугольной волны амплитудой 2 Uн длиной 2 мкс при наличии на подстанции конденсатора связи емкостью 3000 пФ.

13.  Определить минимальную мощность дугогасящей катушки, предназначенной для установки в сети 10 кВ, а также напряжение смещения нейтрали в отсутствие ДГК и при ее наличии, если емкостные проводимости фаз соотносятся как 1 : 0,8 : 0,9.

 

Таблица 3.1

Предпоследняя цифра зачетной книжки

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номер решаемых пунктов

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

3

4

5

6

3

4

5

6

3

4

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

9

10

11

12

9

10

11

12

9

10

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

 

Исходные данные к выполнению РГР выбираются согласно таблице 3.2

 

 

 

Таблица 3.2

Параметр

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

U ВН, кВ

35

110

220

35

110

220

35

110

220

35

U НН, кВ

10

6

10

6

10

10

10

10

10

6

Питающая ЛЭП ВН

Провод, мм2

70

70

240

95

95

300

120

120

240

50

Высота опор ЛЭП ВН, м

14

16

22

16

18

26

12

15

24

14

Импульсное сопротивление заземления ЛЭП ВН, Ом

20

25

30

15

20

25

30

15

20

25

Защитный угол, град

25

25

28

30

28

25

26

30

32

35

Отходящие ЛЭП

Тип

каб

возд

каб

возд

каб

возд

каб

возд

каб

возд

Число

20

20

20

20

24

24

18

18

20

20

Длина ЛЭП, м

200

2000

180

1800

180

1800

300

3000

250

2500

Тип разрядников на подходе к п/ст

РВС

РВМ

РВТ

РВС

РВМ

РВТ

РВС

РВМ

РВТ

РВС

Проходной изолятор

Диаметр токоведущего стержня, м

0,025

0,04

0,04

0,03

0,045

0,045

0,04

0,05

0,05

0,035

Высота фланца, м

0,12

0,25

0,40

0,15

0,30

0,35

0,10

0,25

0,35

0,18

Внутренний диаметр фланца, м

0,18

0,20

0,25

0,20

0,22

0,30

0,20

0,20

0,35

0,20

Толщина фарфоровой рубашки, м

0,008

0,012

0,015

0,008

0,012

0,018

0,008

0,012

0,015

0,008

Число барьеров

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

Диаметр жилы, м

0,12

0,14

0,16

0,20

0,12

0,14

0,16

0,20

0,12

0,14

Толщина слоев изоляции, мм

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

Диэлектрическая проницаемость

4,5 2,8

4   2,6

4,5 3,5

4         3

4,5 2,8

4   2,6

4,5 3,5

4         3

4,5 2,8

4   2,6

Импульсное сопротивление заземления подстанции

4

6

8

10

4

6

8

10

4

6

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 3.2

Параметр

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Вид погоды

хор

сух сн

дожд

изм

хор

сух сн

дожд

изм

хо

сух

 сн

Продолжитель-ность данной погоды, час

7000

800

500

340

7000

800

500

300

6500

600

Степень загрязненности атмосферы

II

III

IV

V

II

III

IV

V

II

III

 

 

4 Методические указания к выполнению и оформлению работ

 

         4.1 Методические указания к оформлению работ

 

При выполнении расчетно-графических работ необходимо руководствоваться следующими требованиями:

- выбрать свой вариант в соответствии с номером зачетной книжки, текст задания переписать полностью без сокращений в пояснительную записку расчетно-графической работы;

- каждый этап расчетно-графической работы должен быть озаглавлен. Работа выполняется только на одной стороне листа;

- в пояснительной записке приводить не только расчетные формулы и конечные результаты, но также пояснения и необходимые промежуточные вычисления, позволяющие понимать выполняемые действия и проверять их;

- номер варианта, группа, фамилия и инициалы студента должны быть написаны на титульном листе;

- у параметров, имеющих определенные размерности, писать соответствующие единицы измерения;

- не допускать изменений наименований узлов, параметров резистора, индуктивности, емкости, условных положительных направлений токов и напряжений;

- на графике обязательно указывать название изображаемых величин. Подбирать масштабы так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой. Схемы в пояснительной записке должны быть выполнены карандашом с применением линейки, циркуля;

- избегать сокращений слов (не писать вместо «уравнение» - «ур-ие», «напряжение» - «напр.» и т.д.);

- оформление расчетно-графических работ необходимо осуществлять в соответствии с фирменным стандартом «Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию», АИЭС, 2002. 

 

 

 

4.2 Методические указания к выполнению работ

 

- необходимо воспользоваться формулами для определения емкости цепи воздушной линии электропередачи с учетом среднегеометрического расстояния между проводами § 16.2/1/;

- согласно ПУЭ в зависимости от класса напряжения ВЛ, между проводом и землей в середине пролета (таблица 31.4/1/) разрядные напряжения промежутков определяются по формуле 6.7 (1) с учетом высота транспортных средств. Вероятность возникновения опасных напряжений равна произведению вероятностей прорыва молнии сквозь тросовую защиту и вероятности, возникновения опасной амплитуды тока молнии  §§ 20.2, 23.2/1/;

- расчет потерь на корону необходимо произвести по методике, изложенной в § 16.3. Коэффициенты шероховатости поверхности проводов принять из аналогичного раздела /3/;

- при определении требуемых величин необходимо ознакомится с § 17/1/, § 1.16/4/ или аналогичными. Кроме того, необходимо учесть, что в многослойной изоляции распределение напряжения промышленной частоты обратно пропорционально емкостям отдельных слоев;

- необходимо изучить §§ 4.3/4/,13.2/1/. Рабочие напряженности электрического поля определяются испытательными напряжениями промышленной частоты (таблица 30.2/1/);

- §§ 13.1/1/,5.1/4/. Электрическую прочность бумажно-масляной изоляции принять 500 кВ/см;

- предельное удаление вентильных разрядников от защищаемого оборудования определяется импульсным пробивным напряжением разрядника и импульсным испытательным напряжением оборудования (силового трансформатора) §24.3/1/, (таблица 22.4 и 25.1/1/);

- для выполнения данного пункта необходимо изучить параграфы §§ 17.2, 31.1/1/;

- решение приведено в § 21.4/1/;

- для надежной молниезашиты тупиковой подстанции достаточно двух молниеотводов, установленных на линейных порталах. Ширину подстанции и высоту защищаемого оборудования необходимо принять по нормативным данным /5/, расчет вести для вероятности прорыва молнии Ра=0,005 § 21.4 /1/;

- пятидесятипроцентное разрядное напряжение гирлянды изоляторов принять согласно пункту 3.8 настоящего задания для поддерживающей гирлянды. Грозоупорность линий электропередачи с тросами подробно рассмотрена в § 21.2 /1/;

- прохождение короткой волны с прямоугольным фронтом подробно рассмотрена в § 10.3 /4/ и т.п;

- необходимо изучить § 24.3 /3/. В расчетах принять Ра=0,05 и Ра=1.

 

 

 

Список литературы

 

1.     Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.

2.     Михалков А.В. Техника высоких напряжений в примерах и задачах. – М.:Энергия,1988.-227 с.

3.     Техника высоких напряжений. / Под ред. Разевига Д.В. – М.: Энергия, 1978. – 488 с.

4.     Степанчук К. Ф., Тиняков Н. А. Техника высоких напряжений.- Минск: Высшая школа, 1982.-367 с.

5.     Электротехнических справочник. Том 3, кн. 1. - М.: Энергия, 1986.- 564 с.

6.     Борисов В.Н., Халилов Ф.Х. Изоляция электрооборудования электрических станций и подстанций. – М.: Издательство МЭИ, 1992. – 243 с.

7.     Борисов В.Н., Халилов Ф.Х. защита от перенапряжений в электрических сетях 6-35 кВт. – Алма–Ата.: Издательство «Кайнар», 1991. – 178 с.

8.     Техника высоких напряжений. Под общей редакцией д.т.н., профессора Г.С. Кучинского. – Санкт – Петербург, Энергоатомиздат,2003. – 606 с.

9.     Арестова В.В. Борисов В.Н. Техника высоких напряжений в упражнениях и задачах: – Учебн. пособие. - Алма-Ата, 1991. – 79 с.

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение ………………………………………………………………………......3

 1 Цель и задачи работы……………………………………………………….....3

 2 Объем и содержание работы …………………………………………………3

 3  Задание на расчетно-графическую работу…………………………………...4

 4 Методические указания к выполнению и оформлению работы……………7

Список литературы ……………………………………………………………….9

 

 

 

 

 

Сводный план 2006г., поз.40

 

 

 

 

 

 

Борисов Владимир Николаевич

Оржанова Жанар Керимбековна

 

 

 

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ.

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ИЗОЛЯЦИЯ

 

Методические указания и задания к

расчетно-графическим работам

(для студентов очной формы обучения

 специальности 050718 - Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

Редактор

___________Т.С. Курманбаева

«____»_______2006г.

Подписано в печать «___»______2006г.                   Формат 60х84 1/16

Тираж 100 экз.                                                              Бумага типографская №1

Объем  0,7 уч.-изд.л.                                                  Заказ        Цена  70 тенге

 

 

 

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126