Некоммерческое акционерное общество

Алматинский институт энергетики и связи

 

Кафедра “Электрические станции, сети и системы ”

 

 

ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

 

Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ

для профильной магистратуры специальности 6N0718 – Электроэнергетика

специализация Электроэнергетические системы и сети

 

 

Алматы 2010

 СОСТАВИТЕЛИ: Ж.К.Оржанова, В.Н.Борисов, К.Х.Бекмагамбетова. Волновые процессы  в электрических сетях. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ для профильной магистратуры специальности 6N0718 – Электроэнергетика специализация Электроэнергетические системы и сети. - Алматы: НАО АИЭС, 2010.- 50 с. 

Дисциплина «Волновые процессы в электрических сетях» включает в себя основные разделы: внешние и внутренние перенапряжения и защита от перенапряжений;  волновые процессы в линиях и в схемах с линиями;  волновые процессы в обмотках трансформаторов и машин; перенапряжения, возникающие при отключении ненагруженных ЛЭП и батарей конденсаторов; резонансные перенапряжения в электрических системах.

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

 

Содержание

 

1 Общие положения	4
1.1Задачи курса	4
1.2 Знания и умения, приобретенные магистрантами в результате изучения дисциплины	4
1.3 Организационные указания	4
1.4 Система контроля качества обучения магистрантов	5
1.5 Организация самостоятельной работы магистрантов	5
1.6 Общее количество часов на изучение дисциплины и их распределение на аудиторные занятия и самостоятельную работу магистрантов	5
2 Предшествующая учебная подготовка	5
3 Общие методические указания	5
4 Программа и методические указания к изучению курса	6
4.1 Литература	6
4.2 Программа курса	7
4.3 Методические указания	7
4.4 Примерный перечень лабораторных работ	8
4.5 Вопросы для самопроверки	8
5 Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы №1	13
5.1 Задачи для выполнения расчетно-графической работы №2	14
5.2 Примеры решения задач	21
6 Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы №2	37
6.1 Задания для расчета	37
6.2 Общие сведения о молнии	39
6.3 Особенности построения и конструкции  молниеотводов	40
6.4  Расчет зон защиты молниеотводами	41
6.5 Определение допустимых расстояний по воздуху и земле между молниеотводом и  заземлителем оборудования	46
6.6 Опасное значение тока молнии	47
Список литературы	48

 

1 Общие положения

 1.1   Задачи курса

Задачами курса «Волновые процессы в электрических сетях» являются:

- усвоение магистрантами принципов возникновения и развития волновых процессов в электрических сетях в электрических машинах и трансформаторах;

- ознакомление со схемами защиты подстанции от волн атмосферного происхождения, набегающих на подстанцию с воздушной линии;  основными характеристиками  нелинейных сопротивлений вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений;

- ознакомление с перенапряжениями возникающими при симметричных и несимметричных режимах работы дальних электропередач;  поведением сетей при различных видах заземления нейтрали,  а также при повышениях напряжения резонансного характера;

- приобретение практических навыков применения конкретных теоретических знаний для решения конкретных практических задач по защите электрооборудования среднего и высокого классов напряжения от воздействующих перенапряжений. 

 

1.2 Знания и умения, приобретенные магистрантами в результате изучения дисциплины     

Магистранты по завершении курса будут знать основные положения методов расчета, моделирования перенапряжений различного характера,  выбора средств и способов защиты от  них.

Магистрант должен понимать физическую сущность возникновения перенапряжений в электрических сетях и трансформаторах,  производить расчет волновых процессов в простейших случаях,  уметь выбрать защитные устройства. 

Магистранты по завершении курса должны приобрести практические навыки  исследования:

- волновых процессов в линиях и трансформаторах;

- схем и способов грозозащиты   линий электропередач и  электрооборудования станций и подстанций;

 - выбора  устройств ограничения перенапряжений.

 

1.3            Организационные указания

Курс содержит аудиторные лекционные, лабораторные, практические занятия,  внеаудиторные занятия, включающие самостоятельную работу магистрантов и самостоятельную работу магистрантов с преподавателем и 2 РГР. В процессе  самостоятельной работы  магистрантов с преподавателем осуществляются консультации по курсу, РГР,   а также сдача РГР, выполненных магистрантами.  РГР, подготовка к лабораторным, практическим  занятиям выполняются во время самостоятельной работы  магистрантов.

 

1.4           Система контроля качества обучения магистрантов

Предусматривается две расчетно-графические работы.

 

1.5           Организация самостоятельной работы магистрантов

Для самостоятельной работы магистрантов на кафедре имеется методический материал: методические указания, литература.

 

1.6 Общее количество часов на изучение дисциплины и их распределение на аудиторные занятия и самостоятельную работу магистрантов

На изучение данного курса по учебному плану отводится 2 кредита, при этом общее количество учебных часов – 120, из них аудиторных – 40 часов, лекций – 24 часа, лабораторных – 8, практических – 8, самостоятельных – 60 часов.

 

2 Предшествующая учебная подготовка

 

Курсу предшествуют следующие дисциплины: Средства и способы обеспечения устойчивости режима электрических систем; Основные проблемы эксплуатаций электрических сетей и систем; Научные основы автоматизации, управления,  диспетчеризации и энергообъединений.

 

         3 Общие методические указания

         При изучении курса необходимо стремиться к пониманию теоретических вопросов возникновения и развития  волновых процессов в электрических сетях и системах,  распространения волн в проводах, преломления и отражения волн, волновых процессов в обмотках трансформаторов и машин. Основ теории развития колебаний в обмотках трансформаторов,  волновых процессов в автотрансформаторах и регулировочных трансформаторах, особенностей волновых процессов в трехфазных трансформаторах, перехода волн между обмотками трансформатора. Вопросов защиты подстанции от волн атмосферного происхождения, набегающих на подстанцию с воздушной линии; защиты генераторов от индуктированных перенапряжений; защиты генераторов при трансформаторной связи с воздушными линиями.

Основ теории развития перенапряжений в электрических системах (перенапряжения при дуговых замыканиях на землю, перенапряжения в дальних линиях электропередач, резонансные перенапряжения в электрических системах) и техники защиты от перенапряжений.

     Магистрант должен самостоятельно изучить темы курса, используя рекомендованную литературу, методические указания по темам, вопросы самоконтроля и выполнить расчетно-графические работы.

Работая с учебниками и дополнительной литературой, необходимо составить конспект, привести основные термины и определения, основные физические закономерности, уравнения, формулы, характеристики, а где необходимо и методику расчета. Магистрант должен ответить на вопросы для самопроверки.

Если магистрант не разобрался в изучаемом материале или возникли вопросы при выполнении заданий, рекомендуется обратиться за дополнительной консультацией, четко сформулировав вопросы.

 

4 Программа и методические указания к изучению курса

 

Курс «Волновые процессы в электрических сетях» включает в себя основные разделы: внешние и внутренние перенапряжения и защита от перенапряжений;  волновые процессы в линиях и в схемах с линиями;  волновые процессы в обмотках трансформаторов и машин; перенапряжения, возникающие при отключении ненагруженных ЛЭП и батарей конденсаторов; резонансные перенапряжения в электрических системах.  Выбор средств и способов защиты от перенапряжений.

 

4.1 Литература

 Основная литература:

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

2. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений /Под ред. В.П.Ларионова. – М.: ЭАИ, - 1986. – 464 с.

3. Техника высоких напряжений. Теоретические и практические основы применения: Пер. с нем. / Под ред. В.П. Ларионова. – М.: Энергоатомиздат, - 1989. – 555 с.

         4. Техника высоких напряжений /Под ред. М.В.Костенко. – М.: Высшая школа, - 1973. – 528 с.

         5. Сиротинский Л.И. Техника высоких напряжений /Волновые процессы и внутренние перенапряжения в электрических системах. – М.-Л: Госэнергоиздат, - 1959. – 365 с. 

6. Долгинов А.И.  Техника высоких напряжений в электроэнергетике. – М.: Энергия,  - 1968. – 468 с.  

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

         Дополнительная литература:

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

2.                 Долгинов А.И.  Перенапряжения в электрических системах. – М.-Л: Госэнергоиздат, - 1962. – 512

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

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

5.                 Базуткин В.В., Дхомовская Л.Ф. Расчеты переходных процессов и перенапряжений. – М.: ЭАИ, - 1983. – 328 с. 

 

4.2 Программа курса

Введение.

1 Общие понятия и определения.

2 Атмосферные перенапряжения.

2.1 Молния как источник перенапряжения.

2.2 Защита от прямых ударов молнии.

2.3 Индуктированные атмосферные перенапряжения.

2.4 Грозозащитные перенапряжения.

3 Волновые процессы в линии.

3.1 Движение электромагнитной волны вдоль проводов.

3.2 Отражение и преломление волн.

3.3 Многократные перенапряжения.

3.4 Затухание и искажение волны.

3.5 Схемы замещения.

4 Внутренние перенапряжения.

4.1 Перенапряжения при отключении линии на холостом ходу.

4.2 Отключение батарей конденсаторов.

4.3 Перенапряжения при отключении индуктивности.

5 Резонансные перенапряжения.

6 Заземление нейтрали и перенапряжения.

7 Гашение емкостного тока замыкания на землю дугогасящими аппаратами.

7.1 Физика процесса и основные соотношения.

7.2 Смещение нейтрали из-за включения дугогасящей катушки.   4.3 Методические указания При изучении тем необходимо обратить внимание на возможные перенапряжения, возникающие в электрических сетях при изменении режима работы, параметров номинальных величин, при воздействии грозовых импульсов. Для защиты возникших перенапряжений необходимо, чтобы в установках были применены аппараты защиты от перенапряжений и сверхтоков. К ним относятся разрядники различного исполнения и ограничители перенапряжения нелинейные, а также реакторы и сопротивления. Для защиты от прямых ударов молнии на установках предусмотрены молниеприемники.

4.4 Примерный перечень лабораторных работ

1.  Определение зоны защиты стержневого молниеотвода.

2.  Определение зоны тросовой защиты ВЛ.

3.  Перенапряжения в дальних электропередачах.

4.  Защита от набегающих волн.

 

4.5 Вопросы для самопроверки

1. Что называется волновым сопротивлением элементов с распределенными параметрами?

2. От каких параметров изолирующей среды зависит скорость распространения электромагнитной волны?

         3. Почему волновое сопротивление линии электропередачи не
зависит от ее протяженности?

         4. Как расположение проводов линии электропередачи влия­ет
на их волновое сопротивление?

         5. Что понимают под термином «крутизна фронта волны»?

         6. В каких пределах изменяются величины  коэффициентов
преломления и отражения?

         7. Сформулируйте правило преобразования схемы с распре­
деленными параметрами в схему с сосредоточенными, по Петер-
сену.

         8. Оказывает ли влияние индуктивность реактора на амплитуду­
тока и напряжения преломленной волны?

         9. Как изменится крутизна фронта волны при ее движении вдоль линии с параллельно включенным конденсатором?

         10. Когда при рассмотрении волновых процессов индуктив­ность
и емкость   можно  считать  взаимозаменяемыми  элементами? ­
         11. Почему при включении генератора непосредственно в воз­
душную линию кабельная вставка может считаться средством
защиты от коротких волн, набегающих с линии при перенапряжениях? ­
         12. На участке перехода воздушной линии через реку вклю­чена кабельная вставка. Окажет ли влияние кабель на амплиту­
волны перенапряжения, перешедшей на второй участок воз­
душной линии?

           13. Подтвердите расчетом различие коэффициентов прелом­ления и отражения для  напряжения и тока  падающей  волны?

14. При каких соотношениях между длиной волны и протя­женностью линии,   имеющей   волновое  сопротивление,   нельзя пренебрегать явлениями многократных отражений и преломлений волн?

          15. Что понимают под термином  «атмосферное перенапряжение» и в чем причины его возникновения?

          16. Каковы параметры грозового разряда и их примерные
величины?

          17. Перечислить средства защиты электроустановок от атмо­сферных перенапряжений.

            18. Каковы защитные характеристики стержневого молниеотвода?    

          19. Пояснить причину возникновения индуктированных атмо­сферных перенапряжений и их действие на фазную и линейную изоляции.

    20. Поясните, по какой причине молниеотвод должен быть
удален от защищаемого объекта. Как рассчитывается величина
допустимого приближения молниеотвода к объекту?

    21. Что называется «защитным углом» тросового молниеотво­да и какова его рекомендуемая величина?

            22.  Изложите последовательность графического построения защитной зоны для трех и четырехстержневых молниеотво­дов.

            23. При выполнении каких условий следует считать, что ли­ния в пролете защищена от прямых поражений при использовании двух стержневых молниеотводов?

         24. Каковы стадии развития грозового разряда при поражении молнией наземного объекта?

         25. В каких случаях на проводах линии возникают индуктированные перенапряжения,   каковы их   величины   и расчетные формулы?
         26. Почему ток молнии, поражающий провод или трос в середине пролета, следует уменьшать вдвое по сравнению со ста­тистическим, предусматривающим поражение хорошо заземленных объектов?­

         27. Что называется шаговым напряжением и от каких пара­метров зависит  его величина?

           28. Что называется напряжением прикосновения и от каких
параметров зависит его величина?

           29. С помощью каких средств можно снизить величину напряжения прикосновения?

         30. Для каких грунтов целесообразно применять протяженные горизонтальные заземлители?

         31. Изложите последовательность расчета   импульсного   сопротивления заземления при протекании токов грозового раз­
ряда.

           32. Можно ли с определенностью сказать, что сопротивление
заземления в импульсном режиме меньше его сопротивления токам промышленной частоты?

          33. Что характеризует собой величина импульсного коэффи-
циента и коэффициента использования?

            34. Какими средствами можно добиться временного снижения величины удельного сопротивления почвы?

          35. Укажите значения предельно допустимых величин сопротивлений заземления для различных элементов электрической
сети.

          36. Почему при расчете сопротивления заземления, состоящего из полосового и вертикального заземлителей, их следует рассматривать соединенными параллельно?

          37. Укажите примерно расчетную величину сопротивления за­земления, состоящего из одной трубы стандартной длины.

          38. Почему для одного и того же грунта расчетная величина
удельного сопротивления для вертикальных и горизонтальных
заземлителей принимается разной?

          39. Укажите примерную величину сопротивления заземления,
выполненного из троса длиной 10 м, в обычном грунте.

          40. Изложите последовательность расчета «защитного  уровня» линии и  поясните смысл этого термина.

          41. Изложите последовательность расчета «удельного числа
отключений» и поясните смысл этого термина.

          42. Какими исходными параметрами линии и изоляции пользуются при  расчете защитного уровня?

          43. Какое влияние на импульсную прочность изоляции линии оказывает мокрая древесина траверсы при разряде по пути
провод — гирлянда — траверса — гирлянда—провод    в    линиях
на деревянных опорах без тросов?

          44. Как рассчитывается коэффициент связи между проводом
и тросом с учетом влияния короны?

          45. Какое влияние на величину индуктированных напряжений в проводе оказывает заземленный трос?

          46. От  каких  величин  зависит  доля  общего   тока   молнии,
протекающая по телу самой опоры при разряде в опору, имею­щую тросы?
          47. Каковы функции искровых промежутков вентильного   и
трубчатого разрядников?

          48. На   каких   физических   явлениях  основаны   нелинейные
свойства   вилитовых рабочих  сопротивлений   и  чем объяснить
наличие  двух  характерных  значений   коэффициентов  нелинейности?­
          49. В чем заключается принципиальное отличие работы вентильных и трубчатых разрядников?

          50. Перечислить основные технические характеристики трубчатого разрядника.

          51. Изложить последовательность выбора трубчатого разряд­ника и указать необходимые данные для расчета.

          52. В чем заключается принцип   работы   щелевого   разрядника?
          53. Что называется «защитной зоной» вентильного разрядни­ка и какие данные необходимы для ее расчета?

          54. Какую роль в вентильном разряднике играют слюдяные
прокладки, шунтирующие нелинейные сопротивления и конденса­торы в блоках искровых промежутков?

         55. В чем заключается   особенность   конструкции   искровых
промежутков разрядника типа РВВМ по сравнению с разрядником типа РВС?­
        56. В чем заключается особенность   конструкции   искровых
промежутков разрядника типа РВМГ?

         57. Для каких целей в заземляющих спусках защитных промежутков предусмотрен разрыв?

            58. Перечислите основные технические характеристики  вентильных разрядников.

         59. Почему с увеличением числа отходящих линий защитная
зона вентильного разрядника увеличивается?

         60. Как влияет величина сопротивления заземления на выбор
типа трубчатого разрядника?

       61. Приведите числовые значения принятых уровней внутренних перенапряжений в установках различных номинальных на­пряжений.
       62. Какие перенапряжения называются внутренними и от каких параметров оборудования они зависят?

       63. Перечислите наиболее характерные случаи возникновения
коммутационных   и   резонансных   перенапряжений  и   укажите
причины их возникновений.

       64. Изложите методику расчета числа элементов в гирлянде
изоляторов воздушной линии по длинам участков утечки тока и
по средней напряженности мокроразрядных напряжений.

       65. Поясните  причины   возникновения повторных   зажиганий
дуги между контактами выключателей.

       66. В каких цепях могут возникнуть резонансные перенапряжения на рабочей частоте?

       67. Укажите, к каким последствиям может привести явление
феррорезонанса.

       68. Поясните принцип работы дугогасящей катушки, дугога-
сящего трансформатора и шунтового реактора.

       69. Почему при наличии АПВ выключатель, работающий  без
повторных зажиганий, не исключает появления коммутационных
перенапряжений на линии?

        70. Объясните, почему при соединении жилы и оболочки кабеля импульсный ток вытесняется на оболочку.

         71. Каким образом следует установить магнитные регистраторы на линиях с тро­сами  для  измерения  полного  тока  молнии? 

         72. Как определить  по  намагничению  установленных регистраторов, произошел ли п. у. м. непосредственно в опору или в трос в пролете?

        73. Какое влияние на коэффициент импульса заземлителя  оказывают амплитуда  тока,  удельное  сопротивление  грунта,  длина  протяженного  заземлителя?   Объяс­ните это влияние.

           74. Объясните, какое влияние оказывает коэффициент нелинейности рабочего сопро­тивления и дугогасящая способность искрового промежутка на защитный коэффициент  вентильного разрядника.

         75. Объясните принципы дугогашения в искровых промежутках разрядников РВС и разрядников РВМГ.

         76. Объясните  физическую  природу  эффекта   нелинейности   рабочего  сопротивле­ния РВ.

         77. Какие  ограничения  накладываются  на  импульсные  и  сопровождающие токи, проходящие через рабочее сопротивление РВ?

         78. Какими достоинствами  обладают вентильные  разрядники  с растягивающейся дугой?

         79. Чем определяется выбор внутреннего и внешнего искрового промежутка труб­чатого разрядника?

         80. Какие требования предъявляются к конструкции установки трубчатого разряд­ника?

         81.  Объясните принцип действия стабилизированного защитного промежутка.

    82. Объясните  возникновение   индуктированных   перенапряжений   на  линиях   при близком грозовом разряде.

     83. Какая   защита  должна  устанавливаться   на   линиях   с  деревянными   опорами без тросов?

     84. Каким образом разземленный трос выполняет свои защитные функции? Какие факторы влияют на выбор защитного промежутка s?

     85. Покажите схемы защиты линейных подходов к подстанциям для ВЛ на дере­вянных опорах. Объясните назначение РТ на подходах.

     86. Какая   защита   устанавливается   на   подстанции    (станции)   от   п. у.  м?

87. Какая   защита   устанавливается   на   подстанции    (станции)   от  набегающих  волн? 

88. Объясните  назначение  всех  РВ,  устанавливаемых  на  под­станции. В каких случаях необходима установка РВ на подстанции?

89.  В каких случаях необходима установка РВ или РТ на вводе линий?

90. Объясните особенности защиты подстанций  ГЭС с длинными трансформатор­ными кабелями.

91. Как выполняется защита РУ 3—10 кв и подстанций 3—10 кв распределитель­ных сетей?

92. Какими   средствами   осуществляется   координация   между   изоляцией   обмоток вращающихся машин и воздействующими волнами атмосферных перенапряжений?

93. Каким образом можно снизить амплитуды индуктированных перенапряжений?

         94. Какими коэффициентами выражаются составляющие перенапряжения при ком­мутации в сети с длинной линией при однофазном коротком замыкании?

95. Перечислите меры (конструктивные, схемные и устройств автоматики), по огра­ничению коммутационных перенапряжений.

96. Объясните принцип действия и назначение искрового подключения реакторов.

97. До  каких  значений  необходимо  ограничивать  напряжения  установившегося  режима в дальних электропередачах?

98. Какое  влияние  на  максимально  возможные  перенапряжения   при однофазном замыкании на землю имеет настройка дугогасящей катушки.

         99. Какое  влияние  на  максимально  возможные  перенапряжения   при однофазном замыкании на землю имеет затухание остаточного напряжения на фазах.

100. Какое влияние на резонанс на n-й гармонике оказывают степень нелинейности индуктивности и активные сопротивления в цепи.

        

5 Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы №1

 

После изучения теоретического курса студент должен выполнить две расчетно-графические работы.

Для выполнения РГР необходимо освоить теоретический курс согласно учебной программе и перечню литературы. Задания и вопросы, которые необходимо проработать приведены в настоящем методическом указании.

РГР выполняется в виде пояснительной записки объемом 10-15 страниц рукописного текста и сопровождается схемами, графиками, рисунками, таблицами. 

Пояснительная записка должна иметь титульный лист, введение, необходимый текстовой и цифровой информативный материал, список литературы и оглавление. 

РГР №1 состоит в решении набора задач согласно варианта. Студент решает по одной задаче из каждой темы. Всего тем 6 и темы смешаны. Номер варианта выбирается по первой букве фамилии и последней цифре номера зачетной книжки по таблице 1. В качестве примеров по каждой теме дано решение 2-3 задач.

Т а б л и ц а 1 – Варианты заданий

Первая буква фамилии студента	Последняя цифра зачетной книжки	№ тем
		1	2	3	4	5	6
		Номера задач
А,Б, В,Г, Д,Е, Ж,З, И,К,	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10	5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19 5.20	5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.30	5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40	5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.46 5.47 5.48 5.49 5.50	5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60
Л,М, Н,О, П,Р, С,Т, У,Ф,	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	5.56 5.57 5.58 5.59 5.60 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5	5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15	5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10	5.46 5.47 5.48 5.49 5.50 5.26 5.27 5.28 5.29 5.30	5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.41 5.42 5.43 5.44 5.45	5.16 5.17 5.18 5.19 5.20 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60
Х,Ц, Ч,Ш, Щ,Э, Ю,Я	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.51 5.52 5.53 5.54 5.55	5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.46 5.47 5.48 5.49 5.50	5.36 5.37 5.38 5.39 5.40 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60	5.56 5.57 5.58 5.59 5.60 5.26 5.27 5.28 5.29 5.30	5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25	5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

 

5.1 Задачи для выполнения расчетно-графической работы №2

5.1 Волна напряжения амплитудой 500 кВ распространяется по воздушной линии с волновым сопротивлением 200 Ом и достигает точки от которой отходят воздушные линии с волновыми сопротивлениями 240 и 360 Ом. Определить напряжение преломленной волны.

5.2 К шинам узловой подстанции сходятся три линии с волновыми сопротивлениями 200, 100 и 50 Ом. Определить напряжения  преломленной и отраженной волны, если по линии с сопротивлением 200 Ом на узел падает волна перенапряжения амплитудой 350 кВ.

5.3 Найти высоту одиночного стержневого молниеотвода, если радиус его защитной зоны равен 30 м. Высота защищаемого объекта 12 м.

5.4 Стержневой трубчатый заземлитель диаметром 2,6 см длиной 1,5 м забит в грунт, имеющий удельное сопротивление 60 Ом·м. Определить величину сопротивления растеканию токов для случая, если заземлитель выведен на поверхность грунта и для случая, когда он заглублен на 0,7 м.

5.5 Определить число рабочих сопротивлений, необходимых для комплектации нестандартного разрядника типа РВС, если известно, что разрядник включается на шины подстанции напряжением 35 кВ,  предельный ток, гасимый на искровых промежутках – 70 А, коэффициент вентильности 0,15 и постоянная для каждого из рабочих сопротивлений 2000 В.

5.6 Для защиты кабельной воронки, наиболее слабого места в кабеле, от волновых перенапряжений в точке перехода воздушной линии с волновым сопротивлением 400 Ом на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом включен разрядник. Сопротивление заземления разрядника 40 Ом. Определить преломленное напряжение,  действующее на изоляцию воронки, если амплитуда напряжения падающей на кабель волны 500 кВ.

5.7 Определить потери мощности на корону для линии протяженностью 55 км, с рабочим напряжением 35 кВ; расстояние между проводами – 3,5 м; радиус провода – 0,7 см; коэффициент гладкости – 0,82; относительная плотность воздуха – 0,97; погода – хорошая. Расчет вести по формуле Пика.

5.8 К шинам подстанции подходят 2 линии. Определить амплитуду напряжений U_прел и U_отраж, если на линию с волновым сопротивлением Z падает волна перенапряжения с прямоугольным фронтом и амплитудой 900 кВ. Волновые сопротивления воздушных линий, присоединенные к шинам подстанции, соответственно равны: 230 и 380 Ом.

          5.9 Определить высоту подвеса троса, защищающего провода ЛЭП 220 кВ от прямых поражений молнией, защитный угол, вероятность прорыва молнией тросовой защиты, если расстояние между проводами по горизонтали – 8м, высота подвеса проводов над землей на опоре – 17 м.

          5.10 Генератор с волновым сопротивлением обмотки статора 1000 ом работает непосредственно на воздушную линию с волновым сопротивлением 450 ом. Для защиты обмотки от волн перенапряжения использована кабельная вставка с сопро­тивлением 50 ом. Определить преломленное напряжение, рас­пространяющееся по обмотке генератора при падении на него с воздушной линии волны напряжения амплитудой 200 кв. При расчете учесть двойное преломление падающей волны.

         5.11  Волна напряжения амплитудой 200 кв распрост­раняется по воздушной линии с волновым сопротивлением 300 ом и достигает узла, от которого отходят еще две воздушных линии с волновыми сопротивлениями 250 и 400 ом. Определить напряжение преломленной волны. Для расчета воспользоваться схемой замещения.

         5.12 Волна с прямоугольным фронтом и напряжени­ем 600 кв, распространяясь по линии с волновым сопротивлением 400 ом, переходит на линию с волновым сопротивлением 30 ом. Линии разделяет реактор индуктивностью 6 мгн. Определить напряжение преломленной волны через 5 мксек после достижения волной узловой точки и максимальную крутизну фронта прелом­ленной волны.

     5.13 К шинам узловой подстанции сходятся три ли­нии с волновыми сопротивлениями 300, 300 и 60 ом. Определить амплитуды напряжений преломленной и отраженной волн, если по линии с сопротивлением 300 ом на узел падает волна перена­пряжения амплитудой 500 кв. Определить сопротивление зазем­ления трубчатого разрядника, включенного на шины подстанции, если в результате его действия напряжение преломленной волны снизится в три раза.

     5.14 Прямоугольная волна напряжением 800 кв па­дает с линии, имеющей волновое сопротивление 400 ом, на об­мотку генератора с волновым сопротивлением 600 ом. Опреде­лить величины индуктивности катушки и емкости конденсатора, которые при поочередном включении перед генератором обеспе­чивают крутизну преломленной волны, при которой напряжение между смежными витками длиной 3 м не превышает 1000 в.

Скорость распространения волны вдоль обмотки в изоляции генератора 60 м/'мксек.

     5.15 Определить высоту одиночного стержневого молниеотвода, если по условиям его расположения и размерам защищаемого объекта радиус его защитной зоны равен 24 м. Высота защищаемого объекта 10 м.

     5.16 Разряд молнии произошел в столб, удаленный от линии на расстояние 75 м. Определить величину индуктиро­ванного перенапряжения на проводах, если ток молнии 50 ка, высота подвеса провода на промежуточной опоре 12 м, а стрела провеса провода 2 м.

     5.17 Определить амплитуду индуктированного пере­напряжения, образующегося на проводах линии, если разряд молнии произошел в заземленную опору при токе молнии 80 ка, Высота подвеса провода на опоре 14 м, стрела провеса 3 м.

     5.18 Определить из зависимости (129) высоту под­веса троса, защищающего провода ЛЭП напряжением ПО кв от прямых поражений молнией. После расчета высоты подвеса тро­са определить защитный угол, если расстояние между крайними проводами 8 м, высота подвеса провода над землей на опоре 16 м.

     5.19 Стержневой трубчатый заземлитель диаметром 5 еж и длиной 2 м забит в грунт, имеющий расчетное удельное сопротивление 1×10⁴ ом×см. Определить величину сопротивления растеканию токов в статическом режиме для случая, если за­землитель забит до уровня земли, и для случая его заглубления на 0,5 м.

     5.20 Кольцевой заземлитель выполнен из троса диа­метром 1 см и заглублен в грунт на 0,5 м. Расчетная величина удельного сопротивления грунта  ом см. Диаметр кольца 12 м. Определить сопротивление заземлителя без учета связей.

     5.21 Полосовой заземлитель выполнен из троса диа­метром 1 см и длиной 17,5 м. Определить сопротивление расте­канию тока промышленной частоты, если удельное сопротивле­ние грунта (расчетное) принято 1 × 10⁴ ом× см.

         5.22 Полусферический заземлитель поражается то­ком замыкания на землю, равным 500 а. Определить величину шагового напряжения, под которое может попасть монтер, на­ходящийся на расстоянии 10 м от центра заземлителя и делающий шаг длиной 0,6 м по радиусу от заземлителя. Удельное сопротивление грунта принято 1× 10⁴ ом× см.

     5.23 Трехлучевой сложный заземлитель состоит из горизонтальных лучей из полосовой стали и вертикальных стерж­ней из угловой стали по семи в каждом луче. Ширина полки уголка 60 мм. Лучи имеют длину по 30 м и ширину 4 см. каж­дый. Удельное сопротивление грунта 2-Ю⁴ ом-см. Заземлитель рассчитан на ток молнии в 100 ка. Определить сопротивление заземлителя в статическом и импульсном режиме.

     5.24 Металлическая опора с тросом поражается мол­нией. Ток молнии 150 ка. Определить максимальное напряжение на опоре с учетом растекания тока по тросу в смежных проле­тах длиной 100 м. Сравнить это напряжение с напряжением на опоре при отсутствии тросов, если сопротивление заземления опоры в импульсном режиме 10 ом, индуктивность опоры Юмкгн, удельная индуктивность тросов 0,67 мкгн/м.

     5.25 Разряд молнии поражает линию, защищенную тросом, в середину тросового пролета. Величина тока молнии 150 ка, волновое сопротивление троса с учетом импульсной ко­роны 320 ом.

Определить минимально допустимое расстояние между про­водом и тросом, если из геометрических размеров установлено, что коэффициент связи £ = 0,25, а допустимая напряженность электрического поля между проводом и тросом 700 кв/м.

     5.26 Разряд молнии происходит в металлическую опору без троса, ток молнии 100 ка. Высота подвеса провода на опоре 18 м, стрела провеса 6 м. Определить напряжение, дей­ствующее на фазную изоляцию, если сопротивление заземления опоры в импульсном режиме 8 ом.

     5.27 Определить защитный уровень и удельное чис­ло отключений линии электропередачи напряжением 150 кв на деревянных опорах без троса, если коэффициент связи   между проводами k = 0,3, расстояние между проводами 5 м, волновое сопротивление провода 400 ом, а гирлянды собраны из изоляторов 9ХПМ-4,5 (140 мм).

     5.28 Вентильный разрядник типа РВС-110 при токе 3000 а имеет остаточное напряжение 380 кв, а при токе 5000 а—i 405 кв. Определить коэффициент нелинейности его рабочих со­противлений и величину их постоянной с.

     5.29 Изоляция трансформатора тупиковой подстан­ции напряжением 35 кв защищена разрядником типа РВС-35. Подход к подстанции прикрыт тросом протяженностью 1 км. Используя рис. 60, определить величину защитной зоны вентиль­ного разрядника.

     5.30 В соответствии с паспортными данными вен­тильного разрядника типа РВВМ-10 одтаточное напряжение на разряднике при импульсном токе 1500 а с длительностью фрон­та волны 10 мксек не более 32 кв и 35 кв при токе 3000 а. Опре­делить коэффициент нелинейности и постоянную его рабочих сопротивлений.

     5.31 В соответствии с паспортными данными вен­тильного разрядника типа РВВМ-10 остаточное напряжение на разряднике при импульсном токе 1500 а с длительностью фрон­та волны 10 мксек не более 32 кв и 35 кв при токе 3000 а. Опре­делить коэффициент нелинейности и постоянную его рабочих сопротивлений.

     5.32 Трансформатор мощностью 10000 ква с номи­нальным напряжением на стороне низшего напряжения равным 10,5 кв и напряжением короткого замыкания 10,5% подключен к линии напряжением 110 кв системы бесконечной мощности. На линии напряжением 10 кв включен разрядник. Протяжен­ность воздушной линии 10 км, реактивное сопротивление 4 ом, активное 3 ом. Выбрать по предельно отключаемым токам тип разрядника.

     5.33 На воздушной линии с номинальным напряже­нием 35 кв и изолированной нейтралью появилась устойчивая дуга. Определить максимальную величину перенапряжения, ес­ли коэффициент затухания высокочастотных колебаний 0,9, ко­эффициент, учитывающий влияние междуфазных емкостей, ра­вен 0,744, а остаточных зарядов, влияющих на смещение нейтра­ли, нет.

     5.34 Кабельная линия напряжением 35 кв и протя­женностью 33 км отключается от шин масляным выключателем. Определить амплитуду возможных перенапряжений, если удель­ная емкость кабеля 300 пф/м, а в выключателе происходит одно повторное зажигание. Емкость шин со стороны питания принята

   5.35 Прямоугольная  волна длиной  мксек, движущаяся  по воздушной линии с z=500 ом, проходит через кабельный участок длиной l=100 м, z = 30 ом. Определите форму волны за кабельным участком.

        5.36 Прямоугольная  волна с косоугольным фронтом длиной   мксек воздей­ствует на колебательный контур  с параметрами   мгн,  С=1000 пф.  Определите амплитуду напряжения  (в долях от амплитуды набегающей волны)  на емкости.

        5.37 На  подстанцию   набегает прямоугольная волна с косоугольным
фронтом . Число приключенных линий n=3  (включая линию, по которой набегает волна). Волновое сопротивление линий z=400 ом. Индуктивность L=5 мгн. Определите формы волн на шинах и перед индуктивностью.

        5.38 В  схеме на рисунке 1 ток молнии  протекающий  через  сопротив­ление  заземления  создал  напряжение  .    Длина   подхода l=1000 м, волновое сопротивление линии  Вольт-амперную характеристику (110 кв)  построить по точкам  I=3 ка,  U=315 кв;   I=5 ка, U=335 кв;   I=10 ка, U=367 кв. Рассчитайте амплитуду тока в РВ.

Рисунок -1

 

           5.39 Рассчитайте затухание волны  где   при пробеге 4 км по воздушной линии с проводами 2r=50 мм.

           5.40 Рассчитайте  коэффициент  связи   (с   учетом   импульсной  короны)   между тросом   и  проводом  при   расстояниях  ;   радиус троса r_тр=5 мм, радиус провода   r_пр = 20   мм.   Напряжение   волны   на   тросе .

        5.41 Проектируется линия электропередачи в средних районах Украины. Определите среднее число грозовых разрядов, приходящееся за год на  1  км²   вдоль   трассы линии, с токами  и .

       5.42 Требуется  защитить  подстанцию  площадью  60X80 м  четырьмя  стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях подстанции (h_x=l2 м). Расставьте молниеотводы.

        5.43 Определить вероятность прорыва молнии через тросовую защиту линии с вы­сотой опор 45 м и a=35°.

        5.44 Определите импульсное сопротивление квадратного заземляющего контура со стороной А = В = 5 м с трубами длиной l=3 м, забитыми по углам контура. Глубина укладки контура t=1м.   Импульсный ток I=100 ка, удельное сопротивление грунта .

       5.45  Определите для  разрядника    110  кв,   устанавливаемого   в точке с  и (высокое активное сопротивление земли по пути тока нулевой последовательности). Допустима ли установка  РВС-110 или РВМГ-110 в этой точке сети?

           5.46 Необходима   установка  трубчатого   разрядника   в   точке   сети,   удаленной   от станций, с максимальным током к. з.  и минимальным током к. з. . Укажите пределы токов гашения, по которым следует подобрать тип РТ.

       5.47 Линия 35 кв длиной 30 км на металлических опорах без троса имеет по три изолятора в гирлянде типа П-4,5. Средняя высота подвески провода  Определить ожидаемое число грозовых перекрытий и отключений линии при  дней.

         5.48 Проектируется линия  110 кв длиной 80 км одноцепная с опорами башенного типа с одним тросом. Гирлянды линии состоят из семи изоляторов П-4,5. Заземления опор – кольцо D=8 м, проложенное   в   грунте   . Число   грозовых   дней в году равно 20. Определить ожидаемое число грозовых отключений линии.

         5.49 Линия 110 кв без троса сооружена на деревянных П-образных опорах. Средняя высота подвеса провода  10 м; расстояние между   фазами   по   дереву   4 м; гирлянда состоит из шести изоляторов П-4,5. Определить удельное число грозовых отключений линии на 100 км и один грозовой день.

         5.50 По двухцепной опоре произошло обратное перекрытие: а)  на верхнем проводе, б) на нижнем проводе. Объясните, при каких параметрах молнии можно ожидать то или другое перекрытие.

         5.51 Подстанция 220 кв  замещается  схемой  с параметрами:   С= 2000 пф;  l=75 м;   разрядник   типа   РВС-220.   Набегающая    волна    косоугольная с амплитудой   и длиной фронта  .  Определить максимальные напряжения на изоляции  (емкости)  по пробивному напряжению искрового промежутка РВ и по остаточному напряжению на рабочем сопротивлении РВ. Будет ли защи­щена внутренняя и внешняя изоляция трансформатора (емкость С)?

         5.52 К шинам подстанции 220 кв приключены три линии на башенных опорах с одним тросом. Число грозовых дней в году . Число лет безаварийной  работы  подстанции  принято М=100.  Определить  длину  опасной  зоны   и расчетную крутизну фронта набегающей волны.

         5.53 Определите необходимость установки РВ для защиты обмоток автотрансформатора 330/220 кв с коэффициентами  и . Номинальное напряжение обмоток трансформатора  363  и  220 кв.  На  шинах  подстанции  установлены  разрядники типа РВМГ. Подстанция расположена на высоте Н = 200 м; .

        5.54 Задана блоковая схема с параметрами генератора: Р_г=600 Мва, х"_г=0,2; трансформатора:  Мва, х_тр=0,15; линия 500 кв () с волновым сопротивлением прямой последовательности . Требуется выразить все со­противление в относительных единицах, приняв натуральную мощность линии за базисную.

         5.55 Рассчитайте параметры линии 220 кв с горизонтальным расположением проводов и размерами    (АС-300). Удельная проводимость земли  .

         5.56      Определите, используя расчетные кривые, повышение напряжения на здоровых фазах при однофазном коротком замыкании в сети с  и .

         5.57 Рассчитать   кратность   перенапряжения   при   включении   линии   при  волновом сопротивлении линии z=1 и длине линии l=400 км.

       5.58 Рассчитать кратность перенапряжения на той же линии при повторном включении в цикле АПВ на устойчивое однофазное короткое замыкание. Для точки к. з. отношение . Бестоковая пауза .

         5.59 Определите необходимое значение R_ш для снижения остаточного напряжения на линии до 0,1  начального значения за время бестоковой паузы АПВ, равной .

         5.60 Рассчитать форму фронта волны на   линии   при   ее   включении   в   схему  при z=1, x_s = 0,5 и п=4.

         5.61 Рассчитайте  «ожидаемое»   перенапряжение  при  отключении   холостого  трансформатора с параметрами, при  и .

 

5.2 Примеры решения задач

Задача 1. Молния поражает не защищенный тросом провод линии. Определить амплитуду напряжения, действующего на гирлянду изоляторов опоры, ближайшей к месту удара молнии. Волновое сопротивление канала молнии 300 Ом, волновое сопротивление провода с учетом импульсной короны 350 Ом. Ток молнии (статистический) 100 кА.

Решение. Амплитуду волны перенапряжения, распространяющейся по проводу в обе стороны и достигающей гирлянды, получим, считая, что при ударе в провод действительный ток вдвое меньше статистического, а эквивалентное волновое сопротивление двух проводов вдвое меньше сопротивления одного провода:

Практически тот же результат можно получить, используя схему замещения по Петерсену, содержащую волновое сопротивление канала молнии и эквивалентное сопротивление двух лучей провода:

где  - напряжение падающей волны.

Задача 2. Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенный на удалении 60 м от линии электропередачи напряжением 35 кВ. Зарегистрированная величина тока 60 кА. Определить величину индуктированного перенапряжения на проводах линии и кратность этого перенапряжения, если высота подвеса проводов на опорах 14 м, а стрела провеса 4,5 м.

     Решение. Определим среднюю высоту подвеса проводов

.

     Величина индуктированных напряжений:

.

Так как индуктированное напряжение можно принять одинаковым для всех трех проводов и учитывая, что оно действует на фазную изоляцию линии, определим кратность перенапряжения по отношению к фазному напряжению

.

Задача 3. Стержневой молниеотвод высотой 30 м защищает от прямого поражения молнией цилиндрический бак с горючим, целиком врытый в землю. Определить максимально допустимый диаметр бака.

Решение. В данном частном случае, когда высота защищаемого объекта равна нулю, высота молниеотвода равна его активной части, откуда имеем радиус защиты на уровне бака

.

Приняв минимально допустимое расстояние от молниеотвода до бака равным 5 м, получим допустимый диаметр

.

Расчет наведенного напряжения может производится по схеме замещения рисунка 2 б.

 

 

- волновое сопротивление канала молнии (=300 Ом),

     - крутизна тока молнии (кА/мкс)

     , где

-индуктивность опоры

     - высота опоры [м],

 для металлических опор, 250 Ом - для деревянных.

     - индуктивность троса

 для одиночного троса,

      для двойного троса,

     -длина пролета [м]

     - импульсное сопротивление заземлителя [Ом].

 

Частота отключений линий с тросами

,

где первое слагаемое учитывает вероятность удара в середине пролета, -вероятность перехода перекрытия в дугу, второе слагаемое учитывает вероятность удара в опору.

При выполнении молниеотвода все элементы его должны быть проверены на нагрев.

Энергия, которая выделяется при прохождении тока молнии

,

причем в расчет должны быть включены все импульсы тока, а не только первый.

Т.к. фронт молнии очень крутой, то нагревом за это время можно пренебречь

     ,  считая, что   

    

     Считая процесс ввиду его кратковременности адиабатическим, т.е. все выделяющееся тепло идет на повышение температуры

 ,

где - плотность материала провода, - средняя удельная  теплопроводность, - сечение проводника,

.

Для стали

 при

.

     Практически берется проводник сечением 50 мм²  (Æ8мм).

Задача 4. Стержневой молниеотвод предназначен для защиты здания подстанции шириной 10 м, длиной 20 м, высотой 6 м.

Определить высоту и место расположения молниеотвода с учетом его допустимого приближения к объекту защиты, если в соответствии с руководящими указаниями по защите от перенапряжений ток молнии 150 кА, индуктивность молниеотвода 1,5 мкГн/м и усредненная крутизна фронта косоугольной волны тока 32 кА/мкс, сопротивление заземления молниеотвода в импульсном режиме 20 Ом.

Решение. Расчет высоты молниеотвода производится так, чтобы с одной стороны его общая высота и радиус защиты на высоте объекта были наименьшими, а с другой стороны исключалась вероятность вторичных перекрытий с молниеотвода на объект.

 

Схему установки молниеотвода примем в соответствии с рисунком 3. Определим потенциал  на молниеотводе в момент разряда на уровне высоты объекта

    

     Приняв рекомендованную допустимую импульсную напряженность по воздуху  кВ/м, определим удаление молниеотвода от объекта

     .

Рисунок 3

 

Это же расстояние определим по другой зависимости:

.

То расстояние, которое оказалось наибольшим, принимается за расчетное.

     Радиус защитной зоны определится выражением

.

Предположив, что высота молниеотвода будет меньше 30 м, , имеем

.

     Откуда, приняв ,

;

.

Задача 5. Линия электропередачи напряжением 110кв на деревянных опорах типа П без тросовой защиты с изоляторами 6´ПМ-4,5 (140 мм) и расстоянием между проводами 4 м поражается молнией в середине пролета. Коэффициент связи между проводами при средней высоте подвеса провода в 10 м равен 0,18. Определить защитный уровень линии и удельное число отключений при заданных условиях.

Решение. При поражении молнией провода расчет защитного уровня ведется в предположении междуфазового перекрытия изоляции. Приняв волновое сопротивление провода с учетом короны равным 400 Ом, получим

 ,

где - импульсная прочность двух гирлянд и участка траверсы длиной 4 м. По справочным данным прочность гирлянды 6´ПМ-4,5 при отрицательной волне перенапряжения равна 600 кВ, прочность древесины 100 кВ/м, откуда

.

Поправочный коэффициент на корону примем в соответствии с руководящими указаниями . С учетом короны общий коэффициент связи будет

.

Подставив расчетные величины имеем

.

     Удельное число отключений определим

,

где    - удельное число поражений, определяемое по средней высоте                       подвеса   провода из зависимости ; 

- вероятность токов молнии, превышающих защитный уровень линии, определяется по кривым вероятности токов молнии и равна для данного случая 50%;

-  коэффициент вероятности перехода импульсного разряда в силовую дугу.

В соответствии с руководящими указаниями следует определить среднюю рабочую напряженность электрического поля по пути разряда между фазами. Для данного случая путь разряда состоит из двойной длины гирлянды 0,84 м и длины участка траверсы 4 м, поэтому

.

         При получившемся значении средней напряженности  рекомендуется принимать вероятность перехода импульсного разряда в дугу равной 0,25.

         Искомое число отключений будет

.

Задача 6. Линия передачи с волновым сопротивлением 500 Ом и протяженностью 900 км поражается молнией, создающей волну перенапряжения с амплитудой 1500 кВ. Волновое сопротивление трансформаторов, включенных в конце линии, 5000 Ом. Скорость распространения волны вдоль проводов равна 300 м/мкс. Определить напряжение, которое установится в середине линии через 5000 мкс после разряда, происшедшего в начале линии и имеющего положительную полярность. Рассчитать путь, пройденный падающей и отраженной волнами. Учесть, что на всех участках напряжение отраженной волны складывается с напряжением падающей волны.

         Решение. Найдем амплитуду отраженной волны через коэффициент отражения :

         Зная скорость распространения электромагнитной волны в воздухе , определим путь, пройденный падающей и отраженной волнами за время .

.

         Сравнивая путь, пройденный волнами, с заданной длиной линии, убеждаемся, что отраженная волна перекроет середину линии и там установится при отсутствии потерь напряжение

.

         Задача 7. Волна перенапряжения с амплитудой 300 кВ, распространяясь по воздушной линии с волновым сопротивлением 400 Ом, набегает на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Определить напряжение преломленной и отраженной волн.

         Решение.

         ,

                   .

 

         Примечание. Знак минус перед значением напряжения отраженной волны свидетельствует о том, что отраженная волна имеет отрицательную полярность по отношению к падающей волне.

         Задача 8. Волна перенапряжения с амплитудой 400 кВ, распространяясь по воздушной линии, достигает узловой точки, от которой разветвляются четыре линии. Определить напряжение преломленной волны в узловой точке, если считать, что волновое сопротивление всех линий, сходящихся в узел, одинаково.

         Решение. Применив к заданной схеме схему замещения рисунок 4 а, определим преломленное напряжение, как произведение тока в неразветвленной части схемы на эквивалентное сопротивление четырех линий, отходящих от узла:

,

где - волновое сопротивление каждой из линий;

         - общее число линий, сходящихся в узел, равное 5.

     

 

         Современные разрядники и ограничители перенапряжения имеют нелинейное сопротивление . Для различных  характеристик на рисунке 4 б построены вольт-амперные характеристики падающей волны

при     ,

при     .

         Пересечение  характеристик волн и разрядника дает возможность определить напряжение на разряднике. Взяв несколько значений , можно построить зависимость . Выбрав напряжение пробоя разрядного промежутка , определяем  - напряжение после разрядника.

         Задача определения напряжения на разряднике решается гораздо сложнее, если необходимо определить форму волны в узловой точке, если падающая волна не прямоугольная. Это необходимо при определении перенапряжения на обмотках электрических машин и аппаратов.

         Задача 9. От узловой подстанции на 110 кВ отходит воздушная линия с проводами АС-120, расстояние между проводами (среднее) 3,5м. На расстоянии 40 км от подстанции в точке разветвления линии решено установить трубчатый разрядник. Сопротивление заземления опоры в импульсном режиме 15 Ом. По пределам отключаемых токов определить тип трубчатого разрядника, если известно, что ток однополюсного и трехполюсного короткого замыкания на шинах узловой подстанции равен соответственно 5000 и 8000 А действ. Режим работы электрической сети постоянный.

         Решение. Определим реактивное сопротивление системы от генерирующей станции до шин подстанции при симметричном коротком замыкании

.

         Определим реактивное сопротивление прямой последовательности для проводов АС-120 на участке от подстанций до опоры с разрядниками

.

         Определим ток короткого замыкания в точке установки разрядника с учетом апериодической составляющей

.

         Полученное значение является максимальной величиной сопровождающего тока через разрядники.

         Найдем величину реактивного сопротивления системы в режиме однополюсного замыкания на землю

.

         Предполагая, что линия имеет тросовую защиту, определим реактивное сопротивления   и  на линейном участке:

         ,

         ,

         ,

         .

         Пренебрегая активным сопротивлением проводов и учитывая сопротивление заземлителя разрядников (опоры), определим минимальную величину тока короткого замыкания в точке установки разрядника

.

 

         По полученным результатам, подберем соответствующий тип разрядника.

         Наиболее подходящим оказывается разрядник РТ .

Задача 10. На подстанции напряжением 110 кВ с одной отходящей линией установлен силовой     трансформатор, защищенный вентильным разрядником типа РВС-110 с импульсным пробивным напряжением 340кВ. Импульсная прочность изоляции трансформатора 525 кВ макс. Определить защитную зону разрядника, если известно, что линия напряжением 110 кВ на подходе прикрыта тросом длиной 1 км.

Решение. Для линии, прикрытой тросом, расчетная крутизна волны , откуда, вводя в расчет заданные величины, имеем

 

.

Чаще всего приходится иметь дело с волнами следующих форм

 

а)	б)	в)
	Рисунок  5

При решении таких задач удобнее всего использовать операторный метод.

         Задача 11.                   Рассчитать и построить форму волны напряжения на шинах подстанций

 

,

         .

Определить напряжение

        

         Составим схему замещения (рисунок 6 б), в которой рассредоточенные параметры замещены сосредоточенными сопротивлениями. Произведем замену оригиналов их изображениями в операторной форме

 

,

,

                                    .

         Операторное сопротивление схемы

         Согласно закону Ома в операторной форме

 

, где

         Изображению вида  соответствует оригинал

            ,    и выражение для

        

         Постоянная 

 

         Подставляя численные значения, получим

, ( в [мкс].)

 

Задача 12. Определить напряжение  для косоугольной волны .          Схема замещения остается аналогичной

        

        

        

         Операторное сопротивление , где

, тогда , ;

        

Рисунок 7

        

         Изображению   соответствует

, где

         После численной подстановки

 

Рисунок 8

         При сложной схеме, нелинейных параметрах цепи или падающих волнах нестандартной формы рекомендуется применять графоаналитический метод расчета, разбивая весь интервал на отдельные участки.

Задача 13. На линии электропередачи напряжением 35 кВ с изолированной нейтралью в результате атмосферного перенапряжения произошло перекрытие гирлянды изоляторов с образованием перемежающейся дуги.

Определить амплитудное значение внутренних перенапряжений при наиболее неблагоприятных условиях.

Решение. Для расчета воспользуемся зависимостью

.

Для расчета конечного напряжения примем, что после затухания переходного процесса оно равно линейному напряжению

.

Это соответствует моменту времени, когда

,

 или .

При этом расчетная формула примет вид

.

Для расчета начального напряжения воспользуемся формулой, в которой при принятых условиях

 ,

откуда

.

Максимальное смещение нейтрали в трехфазной системе с учетом влияния остаточных зарядов определим по формуле

.

Начальное напряжение для неблагоприятных условий

.

Откуда

.

Задача 14.  Определить кратность внутренних перенапряжений k_пн в длинной линии 20 кВ, если кратность k_уст установившегося перенапряжения 1,2 и k_уд – ударный коэффициент равен 2,2.

Решение. k_пн=k_уд×k_уст=2,2×1,2=2,64

Задача 15. Определить для подстанции предельно допустимое расстояние удаления защищающего разрядника (l) от трансформатора, если используется вентильный разрядник РВМ, имеющий импульсное пробивное напряжение 250 кВ, а допустимое напряжение для трансформатора – 470 кВ. Форма приходящей по линии волны косоугольная, амплитуда U_а – 600 кВ, длина фронта t_фр – 1,5 мкс.

Решение.

но

где u – скорость распространения электромагнитной волны (здесь равна скорости света).

Задача 16. Определить вероятность перекрытия гирлянды изоляторов (Р) при прямом ударе молнии в опору, если сопротивление заземления опоры (R_з) равно 10,50 Ом; высота опоры (h_оп) – 15 м; число изоляторов в гирлянде (n) – 10; импульсная прочность одного изолятора 150 кВ.

Решение.

где I_кр – в кА.

где a=0,3 – принимаем, как для одного троса.

Для гирлянды изоляторов

U_50%=150×n=1500 кВ,

Тогда

 

Задача 17. В линию электропередачи без молниезащитных тросов с железобетонными опорами происходит прямой удар молнии в крайний провод. Определить вероятность перекрытия изоляции пораженного провода и вероятность перекрытия изоляции соседнего провода, если импульсное сопротивление заземления опоры (R_из) – 5 Ом; волновое сопротивление провода 200 Ом, импульсная прочность одного изолятора U_50% равна 150 кВ, число изоляторов в гирлянде (n) – 10; а коэффициент электромагнитной связки (k) – 0,1.

Решение.  Для поврежденной фазы импульсная прочность гирлянды определяется как

отсюда

Вероятность перекрытия для пораженного провода .

Для соседнего провода: импульсную прочность гирлянды приравниваем к сумме напряжений, приложенных к гирлянде: т.е. к падению напряжения на опоре (DU₁) и наведенному напряжению на данном проводе (DU₂). 

Падение напряжения на опоре

а наведенное напряжение

знак минус означает, что полярность наведенного напряжения совпадает с полярностью напряжения на опоре.

Тогда

Отсюда критическое значение тока обратного перекрытия (с опоры на провод):

где Z_оп=R_з

Вероятность перекрытия (с опоры на провод)

 

Задача 18. Волна перенапряжения с амплитудой 400 кВ, распространяясь по воздушной лини с волновым сопротивлением 500 Ом, набегает на  кабель с волновым сопротивлением 30 Ом. Определить напряжение преломленной и отраженной волны.

Решение.

Знак минус перед значением напряжения отраженной волны говорит о том, что отраженная волна имеет отрицательную полярность по отношению к падающей волне.

Определить максимальную кратность перенапряжений (k_пн) при дуговом замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, если номинальное напряжение сети 10 кВ, междуфазная емкость (С_мф) – 300 пФ/м, фазная емкость (С_ф) – 600 пФ/м, а величина d равна 0,1.

Решение

Тогда

 

Задача 19. Определить максимальную напряженность электрического поля и напряженность поля возникновения коронного разряда при хорошей погоде, если число проводов в фазе (n) равно 4, расстояние между проводами (D_p) – 40 см, радиус одиночного провода (r) 2,2 см, среднегеометрическое расстояние между проводами (d) – 8 м, номинальное напряжение линии электропередачи – 750 кВ.

Решение.

Эквивалентный радиус для расщепленного провода

где m=0,85 – коэффициент гладкости проводов при хорошей погоде.

Поскольку Е_макс меньше Е_к, то на проводах общая корона отсутствует. 

 

6 Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы №2

 

При выполнении РГР №2 необходимо ознакомиться с рекомендованной литературой. РГР №2  нужно выполнять после изучения теоретического материала и ответов на вопросы самопроверки. При возникновении затруднения в решении задач необходимо обратиться за консультацией на кафедру в устной форме или через ИНТЕРНЕТ на сайт кафедры.

Пояснительная записка должна иметь титульный лист, введение, необходимый текстовой и цифровой информативный материал, список литературы и оглавление.  Выполненная работа должна отвечать требованиям ГОСТов, норм, современным системам обозначения единиц измерений (система СИ) и        стандарта ФС РК 10352-1910-У-е-002-2003. 

 

6.1 Задания для расчета

Для предложенной  подстанции (рисунки  9-11) требуется:

1Определить наиболее оптимальные места расположения молниеотводов, обеспечивающих защиту оборудования подстанции и их высоту.

К пункту 1. В таблице 2 приведены основные параметры для расчета зон молниезащиты: а   и  в – размеры подстанции, одна из которых приведена на  рисунках 9 и 11, h – высота защищаемого объекта. На рисунке 9 знак ▼возле портала А означает его высоту в метрах, при выполнении задания ▼ должно означать высоту портала указанной подстанции в варианте.

2 Рассчитать стационарное и импульсное сопротивления заземлителя подстанции.

 К пункту2. Заземляющий контур рекомендуется выполнять в виде металлической сетки из горизонтальных полос с вертикальными электродами, расположенными в узлах сетки по периметру. Шаг сетки рекомендуется принимать в пределах 5 – 10 м, а длину вертикальных электродов в пределах от трёх до десяти метров.

В однотрансформаторной подстанции КТП-110 /35/ 6─10 кВ содержится открытое соединительное устройство ОРУ 35 кВ. ОРУ 35 кВ состоит из блоков заводского изготовления. В таком ОРУ все оборудование смонтировано на  заводе и готовыми блоками (типов Б-1 и Б-2) поставляется для монтажа.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 2 –  Параметры для расчета

Вари-ант	Размеры подстанции, м			Номина-льное напряже-ние. кВ	Удельное сопротивле-ние грунта, ρ, Ом·м	Вероятность прорыва молнии
	а	в	h
1	50	80	10,5	35	100	0,05
2	60	80	13,5	110	80	0,05
3	75	100	16,5	110	160	0,005
4	50	50	11,0	35	290	0,005
5	60	70	14,0	110	180	0,01
6	72	80	17,5	220	185	0,01
7	60	50	14,5	35	430	0,005
8	72	100	11,5	110	350	0,005
9	48	60	17,5	110	200	0,05
10	80	100	10,5	35	260	0,05
11	60	90	13,5	110	420	0,005
12	55	80	17,5	35	120	0,05
13	62	80	17,5	110	70	0,05
14	65	80	10,5	110	150	0,005
15	53	80	13,5	35	250	0,005
16	77	100	15,5	110	170	0,01
17	78	100	10,5	220	165	0,01
18	49	60	16,5	110	400	0,005
19	63	80	11,0	35	300	0,005
20	57	80	12,0	35	200	0,05

 

            ▼

 

                                 a                             a

 

a               b

                                                                                                                   b/2

 ▼                               

     

 

   ▼                                                                                                       b/2

 

                         

          a/2                                                                     a/ 2                                                                         

                                                                                                                                           

                               ▼             а                                                      b/4

                                                                              

 

Рисунок 9 – Компоновка ОРУ  на 110 кВ

 

1 ─ разъединитель, 110 кВ; 2 ─ отделитель; 3 ─ разрядник; 4 ─ трансформатор; 5 ─ разъединитель, 35 кВ; 6 ─ выключатель, 35 кВ; 7 ─ портал для ОРУ 35 кВ; 8 ─ короткозамыкатель, 110кВ; 9 ─ заземляющий разъединитель; 10 ─ блок типа Б-2 с  ТН; 11─ блок типа Б-1 с выключателем; 12 ─ КРУН 6─10 кВ.

Рисунок 10 ─ Общий вид подстанции КТП-110/35 6─10 кВ (вид сбоку)

 

 

Рисунок 11 ─ Общий вид подстанции КТП-110/35 6─10 кВ (вид сверху)

 

6.2 Общие сведения о молнии

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением. Удар молнии может привести к неблагоприятным последствиям: повреждение сооружений, разрушение электропроводки, электрических и электронных устройств, нанесение вреда людям. С целью уменьшения риска появления подобного рода последствий применяются молниеотводные установки, рассчитанные на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящие ее ток в землю.

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие предметы по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты. Молниеотводная установка обычно состоит из нескольких частей (рисунок 12):

1) молниеприёмник 1, установленный на опоре, который притягивает на себя разряд молнии;

2) проводник (токоотвод) 2, по которому разряд, без причинения вреда сооружению 4, «стекает» к заземлителю;

3) заземлители 3, передающие разряд в землю.

На практике эти элементы образуют единую конструкцию, например, металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприёмник, опору и токоотвод одновременно.

Помимо использования молниеотводов, заземлители также предохраняют людей и животных от поражения током и обеспечивают надёжную работу оборудования (ограничивают импульсное напряжение на металлических конструкциях).

 

                                           1                     

 

                 h                        b_в                        4     

 

 

 

                                      2                                             h_x

 

 

                    t                   3         

            l                                  d_з

 

 

                          

                           d             

 

 

 

Рисунок  12 – Стержневой отдельно стоящий молниеотвод

 

 

6.3 Особенности построения и конструкции  молниеотводов

Молниеотводами оборудуют все устройства, потребляющие электроэнергию: силовые трансформаторы, коммуникационное оборудование, системы видеонаблюдения, оборудование локальных вычислительных сетей (ЛВС), системы передачи данных, управления, контроля и измерения и др.

Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов - с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузки.

Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона или дерева.

Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены из стали любой марки сечением не менее 100 мм и длиной не менее 200 мм и предохранены от коррозии оцинкованием, лужением или покраской.

Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм. Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой, а при недопустимости огневых работ разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле последнего перед началом грозового сезона.

 

6.4  Расчет зон защиты молниеотводами

Расчет зоны защиты одиночным молниеотводом. Рассчитаем зону защиты подстанции одиночным стержневым молниеотводом (рисунок 14).

 

Рисунок 13— Зона защиты одиночным стержневым молниеотводом

В таблице 3 приведены размеры зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода Зона защиты одиночным стержневым молниеотводом, высотой h, представляет собой круговой конус (рисунок 13), вершина которого находится на высоте h₀ < h .

На уровне земли зона зашиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x

представляет собой круг радиусом r_х.

 

 

1 — граница зоны защиты на уровне h_x1; 2 — то же на уровне h_x2, 3 —то же на уровне земли

Рисунок 14 —  Зона защиты двойного стержневого молниеотвода нормальную и надежную

 

 

Т а б л и ц а  3 – Размеры зоны защиты одиночного стержневого МО

Степень надежности защиты, Р	Высота молние- отвода, h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса на уровне грунта ro, м
0,9	От 0 до 100	0,85 h	1,2 h
	От 100 до 150	0,85 h	(1,2 – 10-3(h -100)) h
0,95	От 0 до 150	0,92 h	0,8 h
0,99	От 30 до 30	0,8 h	1,5 h
	От 30 до 100	0,8 h	(0,8 – 1,43 10-3(h -30)) h
0,999	От 0 до 100	0,7 h	0,6 h
0,995	От 0 до 150	0,85 h	(1,1 –0,002 h) h

 

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h ≤ 100 м имеют следующие габаритные размеры.

                                      h_o = 0,85h;                                                                    (6.1)

                                      r_o = 1,2h;                                                                      (6.2)  

                               r_x = (1,1 - 0,002h) (h - h_x / 0,85)                                        (6.3)

 

Расчет зоны защиты подстанции для двух молниеотводов равной высоты.  Зона защиты двойным стержневым молниеотводом высотой h < 150 м представлена на рисунке 14. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h₀, r₀, r_x1, r_x2 определяются по формулам (6.1), (6.3). Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода рассчитываются по следующим формулам при h < L< 2h:

                                       ∙                                         (6.4)   

                                                                                                                     (6.5) 

                                                                                                  (6.6) 

                                                                                                  (6.7)

На рисунке 15 представлены зоны защиты отдельно стоящими двойными стержневыми МО.

 

1 - граница зоны защиты; 2 - заземлители-подножники фундамента; 3 - зона защиты на отметке 8,0 м

Рисунок 15 – Молниезащита здания 1-й категории отдельно стоящими двойными стержневыми молниеотводами

 

Заземлители. Проектирование заземлений при низких материало-монтажных затратах является  наиболее эффективным, принимая во внимание следующие сведения.

В зависимости от выполняемой задачи заземления подразделяются на:

1)                заземления безопасности - предохраняющие людей и животных от поражения электротоком;

2)                 рабочие - целенаправленное соединение заземлителя с электрической цепью для создания эквипотенциального условного уровня;

3) грозозащитные - заземления отводящие ударный ток грозового разряда.

Заземления безопасности и рабочие заземления соединяются с грозозащитными заземлениями напрямую, либо с помощью заземляющего дросселя, задачей которого является устранение мешающих токов и волн высокой частоты.

Главным параметром грозозащитного и рабочего заземле­ний является активное сопротивление заземлителя. Низкое сопротивление заземлителя зависит от сопротивления почвы, а не от его длины. С практической и экономической точек зрения лучше (если способствуют этому почвенные условия) применять одинарные вертикальные заземлители.

Молниеотводные заземлители, о правильном срабатывании которых решает не только активное сопротивление, но прежде всего импеданс, уменьшающий воздействие электродвижущих сил сопутствующих отводу заряда грозовых разрядов, требуют совершенно другого подхода. На рисунках 16 и 17 приведены некоторые  конфигурации заземляющих  систем.

 

 

Рисунок 16 -  Схемы подключения заземлителей: а - Четырехплечий заземлитель,

б — Параллельный заземлитель

 

         

 

 

         t                                                                                               t                                                               

 

                             l                            d

                                                                                             l

 

                   d

                     а                                                                 б                                                         

Рисунок 17 – Электроды заземлителей: а –вертикальный ,

б – горизонтальный,  здесь l – длина заземлителя; d – диаметр заземлителя,

t – глубина заложения заземлителя

 

Правильно спроектированный и установленный контур заземления должен характеризоваться: низким активным постоянным сопротивлением на протяжении всего эксплуатационного периода,  хорошей устойчивостью к коррозии, способностью отвода высокочастотных пиковых токов, долгим сроком службы - не менее 30 лет.

При проектировании заземлений следует учитывать почвенные условия. Удельное сопротивление почвы решительным образом влияет на способ сооружения заземления. Удельное сопротивление почвы влияет на способ сооружения заземления и зависит от: а) физического состава почвы - в зависимости от вида почвы ее удельное сопротивление колеблется в пределах от нескольких до нескольких тысяч омметров; б) влажности почвы - повышенная влажность почвы в значительной степени понижает ее удельное сопротивление; в) рН почвы - до сооружения системы заземления следует проверить реакцию почвы с целью подбора металла. Для меди подходящей является щелочная среда с рН > 7, для алюминия, олова и оцинкованных металлов - кислая среда с рН < 7; г) температуры почвы - изменение температуры почвы имеет значительное влияние на ее удельное сопротивление.

В таблице 4 приведены некоторые значения удельного сопротивления различных видов грунта.

 

Т а б л и ц а  4 — Зависимость удельного сопротивления от почвы

Вид почвы	болотистая почва	глинистый песок и глина	песок	торф	гравий	скала
Удельное сопротив-ление очвы (Ом м)	2-2,7	4-150	90 - 8000	свыше 200	300 - 500	свыше 1000

 

Для грозозащитных заземлителей используются вертикальные и горизонтальные электроды, уложенные на глубине 0,5 – 1 м от поверхности земли (рисунок 17). Сопротивление растеканию тока промышленной частоты может быть рассчитано по формулам:

для вертикального трубчатого электрода

                                                                               (6.8)

для вертикального электрода из угловой стали

                                                                                    (6.9)

для горизонтального заземлителя из полосовой стали 31

                                                                                        (6.10)

 

Заземляющий контур подстанции включает в себя искусственный заземлитель (обычно в виде сетки) и естественные заземлители. Стационарное сопротивление  заземлителя R_с (при токе 50 Гц) в виде сетки с вертикальными электродами определяется по формуле  

                                    R _с = А / S^0,5.                                                           (6.11)

Коэффициент А зависит от отношения длины l вертикальных электродов к S^0,5 (S - площадь, занятая заземлителем), значения А приведены в таблице 5.

 

Т а б л и ц а  5 -    Значения коэффициента   A

l / S0,5	0	0,05	0,1	0,2	0,5
А	0,44	0,40	0,37	0,33	0,26

 

В нашем случае заземлитель находится в Ш-ей климатической зоне, а измерение удельного сопротивления проводилось при низкой влажности грунта, поэтому к_с =1,5. Расчетное удельное сопротивление грунта ρ :

                                  ρ =  k_c ρ ,                                                                  (6.12)

где k_c - сезонный коэффициент.

Расчет импульсного сопротивления заземления подстанции производится для основного заземлителя подстанции в виде сетки со стационарным сопротивлением R_c.

Импульсный коэффициент заземлителя α _и  определяется по формуле

                                                                                     (6.13)

Импульсный коэффициент α_и зависит от значения проходящего через заземлитель тока молнии I_m.

Импульсное сопротивление заземлителя определим по формуле

                        R _{и =} α_и R _с                                                                           (6.14)

Заземлители на станциях и подстанциях выполняются общими для обеспечения безопасности персонала, для заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и для заземления молниеотводов, т.е. для целей грозозащиты.

При поражении молниеотводов ток молнии, стекающий в заземление подстанции, вызывает на этом заземлении подъем напряжения (I_м R_и,), которое может вызвать обратное перекрытие изоляции.

По правилам ПУЭ в электроустановках с большими токами замыкания на землю (подстанции 110 кВ и выше) сопротивление заземляющего устройства  должно быть не более 0,5 Ом.

 

6.5 Определение допустимых расстояний по воздуху и земле между молниеотводом и  заземлителем оборудования

Определим вероятность перекрытия по воздуху с порталов на систему сборных шин. Безопасное расстояние b между порталами и электрооборудованием определяется по формуле

                                                ,                                                        (6.15)

где h_x – высота защищаемого объекта, = 10,7 м;  a_m – скорость нарастания тока, кА /мкс.  Е_в – разрядная напряженность поля для воздушных промежутков при импульсных напряжениях (Е_в = 500 кВ/м). Погонная индуктивность портала  = 0,5 мкГн/м .

Определим вероятности перекрытия по земле.

Перекрытие по земле может возникнуть в случае невыполнения следующего условия:

                                                                                                          (6.16)

где d – расстояние до объекта по земле; Е_з – разрядная напряженность поля по земле, Е_з =300 кВ/м; – сопротивления заземлителя при прохождении тока молнии, Ом. Сопротивление заземлителя выбрано, исходя из того, что заземлитель имеет форму вертикального стержня длиной l = 5 м из круглой стали диаметром d = 10 мм. Внешний вид заземлителя представлен на рисунке 12.

 

6.6 Опасное значение тока молнии

При =130 Ом, опасное значение тока молнии вычисляется по  формуле:          

                                   ,                                                            (6.17)

где U_и.доп – допустимое импульсное напряжение для внутренней изоляции обмотки трансформатора

 

                                      U_и.доп = 1,1(U_п.и.-0,5∙U_ном),                                            (6.18)

 

где U_п.и.- испытательное напряжение изоляции обмотки, U_ном – действующее значение номинального напряжения.

Список литературы

1. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений /Под ред. В.П.Ларионова. – М.: ЭАИ, - 1986. – 464 с.

         2.   Техника высоких напряжений /Под ред. Д.В.Разевига. – М.: Энергия, - 1976. – 488 с. 

         3. Техника высоких напряжений /Под ред. М.В.Костенко. – М.: Высшая школа, - 1973. – 528 с.

         4. Долгинов А.И.  Техника высоких напряжений в электроэнергетике. – М.: Энергия, - 1968. – 468 с. 

         5. Базуткин В.В., Дхомовская Л.Ф. Расчеты переходных процессов и перенапряжений. – М.: ЭАИ, - 1983. – 328 с. 

         6. Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. – М.: Энергия, - 1980. – 112 с. 

         7. 4. Долгинов А.И.  Перенапряжения в электрических системах. – М.-Л: Госэнергоиздат, - 1962. – 512 с. 

         8. Сиротинский Л.И. Техника высоких напряжений /Волновые процессы и внутренние перенапряжения в электрических системах. – М.-Л:  Госэнергоиздат, - 1959. – 365 с.