Приближённое значение коэффициента сезонности принимается 1,4-1,8 для горизонтальных заземлителей, уложенных на глубине 0,5 м, и 1,2-1,4 для вертикальных заземлителей длиной 2-3 м, причём, если во время измерения удельного сопротивления земля сухая, то принимается меньшее значение, а если почва влажная – большая величина.

2.2 Определение сопротивления заземления в импульсном режиме

Горизонтальный четырёхлучевой заземлитель, предназначенный для заземления трубчатого разрядника на подходе к распределительной подстанции, выполнен из стального прута диаметром 1 см. Длина каждого луча 6 м, глубина заложения 0,5 м. Определить сопротивление заземления в импульсном режиме, если удельное сопротивление грунта, измеренное в сухую погоду, оказалось 9000 Ом∙см. Ток молнии 75 кА. Коэффициент возможного увеличения сопротивления принят в соответствии с руководящими указаниями равным 1,4. Ввод тока в заземлитель осуществляется в центральную часть.

Расчёт производится в рекомендованной последовательности. В соответствии с (2.2) определяется расчётная величина удельного сопротивления грунта:

Определяется сопротивление каждого луча заземлителя:

 (2.3)

где - расчётная величина удельного сопротивления грунта; l – длина луча, см.

По заданной величине импульсного тока определяется ток, стекающий с каждого луча:

 (2.4)

Для заданного тока и по величине расчётного удельного сопротивления примем значение импульсного коэффициента α = 0,32, найденного путём интерполяции. Определяется импульсное сопротивление каждого луча:

 (2.5)

где - сопротивление каждого луча заземлителя, Ом.

Принимается коэффициент использования η = 0,45 и определяется общее импульсное сопротивление всего заземлителя:

 (2.6)

где - импульсное сопротивление каждого луча, Ом.

3. РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НА ГРОЗОУПОРНОСТЬ

3.1 Влияние тросов на величины индуктивных напряжений

При наличии тросов, защищающих провода от прямого поражения молнией, расчёт величины индуктированных напряжений усложняется. Благодаря экранирующему действию троса величина индуктированного напряжения на проводах снижается примерно на 25% по отношению к индуктированному напряжению в линии без тросов. Экранирующее действие троса определяется взаимным расположением проводов и тросов и учитывается ведением в расчёт геометрического коэффициента связи k0. При наличии троса разряд в вершину опоры или тросовый пролёт сопровождается протеканием разрядного тока по тросу. Возникающая при этом импульсная корона значительно увеличивает геометрический коэффициент связи, что в расчётах учитывается введением поправочного коэффициента k1.

При разряде молнии в опору, имеющую один трос, поправочный коэффициент на корону при напряжениях 35, 110 и 220 кВ принимают 1,2, 1,3 и 1,4 при наличии двух тросов и разряде в вершину опоры – 1,1, 1,2 и 1,3. При разряде молнии в середину тросового пролёта поправочный коэффициент k1 может быть принят 1,5, независимо от числа тросов. Таким образом, величина индуктированного напряжения при наличии тросов определяется зависимостью:

(3.1)

При этих условиях казалось бы, напряжение, действующее на изоляцию, должно выражаться зависимостью:

(3.2)

но это не так.

При ударе молнии в опору с тросом, ток молнии растекается по трём ветвям: по самой опоре и по тросам в обе стороны к заземлениям ближайших опор. Ток, протекающий к тросу, индуктирует в проводе потенциал того же знака, что и потенциал прямого разряда, что снижает напряжение на изоляции и учитывается введением отрицательной составляющей .

Таким образом, расчётное напряжение, действующее на изоляцию, соответствует зависимости:

(3.3)

или окончательно после упрощения:

(3.4)

3.2 Расчет удельного числа отключений линии

Опыт показывает, что как ни совершенна тросовая защита воздушных линий, через неё наблюдается прорыв молнии. Кроме того, при прямом ударе молнии в середину тросового пролёта или в вершину опоры может произойти перекрытие изоляции как самих гирлянд, так и воздушного промежутка между проводом и тросом. В результате указанных явлений линия, естественно, будет отключена защитой. Число таких отключений, приходящихся в год на 100 км линии и 30 грозовых часов, характеризуется удельгным числом отключений, которое обычно бывает равным величине от 0,1 до 1,5.

Число отключений линии кроме качества самой линии зависит от интенсивности грозовой деятельности в данной местности. Среднее число поражений поверхности земли в 1 км2, отнесенное к одному грозовому часу, близко к 0,06. Площадь, с которой линия собирает разряды, может быть представлена прямоугольником, одна сторона которого 100 км, а другая зависит от высоты тросов

или проводов и принимается равной 10. Таким образом, при 30 ч грозы в год линия получает N ударов молнии:

(3.5)

где - средняя высота подвеса проводов (троса), м.

Очевидно, что не каждое поражение грозовым разрядом вызовет переход импульса в дугу и отключение линии, что в свою очередь зависит от уровня средних напряженностей электрических полей на рассматриваемом участке действием рабочего напряжения. Вероятность (в процентах) возникновения токов молнии выше защитного уровня оценивается коэффициентом ν1 по кривым статической вероятности величины токов молнии. Таким образом, удельное число отключений может быть рассчитано по формуле:

(3.6)

При наличии тросов расчёт удельного числа отключений несколько усложняется и производится по формуле:

(3.7)

где ν2 –вероятность превышения токами молнии защитного уровня при ударе в середину пролёта троса; η2 – вероятность перехода импульсного перекрытия в дугу, вызывающую отключение, при ударе молнии в пролёт.

3.3 Определение расстояния между проводом и тросом

Разряд молнии произошёл в середину тросового пролёта. Волновое сопро-

тивление троса с учетом импульсной короны принято 220 Ом. Коэффициент связи между проводом и тросом с учетом короны 0,2. Определить минимально допустимое расстояние между проводом и тросом, если ток молнии 150 кА, средняя допустимая напряженность электрического поля между проводом и тросом 700 кВ/м.

При ударе молнии в трос от места поражения по двум сторонам растекается волна с амплитудой напряжения:

(3.8)

Ток, протекающий по тросу, индуктирует в проводах напряжение той же полярности, но меньшей по величине, в соответствии с коэффициентом связи:

(3.9)

Таким образом, разность напряжений между тросом и проводом:

(3.10)

Подставив в полученное выражение заданные величины, можно определить допустимое расстояние между проводом и тросом:

(3.11)

4. ЗАЩИТА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ РАЗРЯДНИКАМИ

4.1 Параметры трубчатых и вентильных разрядников

4.1.1 Трубчатые разрядники

Трубчатые разрядники применяются для защиты линейной изоляции от повреждений при воздействии на нее атмосферных перенапряжений. Разрядники включаются между линейным проводом и землей через внешний искровой промежуток. Внешний промежуток необходим для предохранения изоляции разрядника от повреждений током утечки. Чтобы не повредить линейный провод от дуги, на него делают намотку. Разрядник должен срабатывать только при опасных для изоляции перенапряжениях, что достигается точным соблюдением установленной длины внешнего и внутреннего искровых промежутков. При срабатывании разрядника появляется дуга, которая поддерживается рабочим напряжением промышленной частоты внутри изоляционного цилиндра. Под воздействием дуги внутри цилиндра создается высокая температура. Она приводит к разложению материала и появлению большого количества нейтральных газов, которые в свою очередь приводят к деионизации внутреннего искрового промежутка. За счет большого давления образуется газовое продольное дутье и все газы из цилиндра удаляются с сильным звуком, напоминающим выстрел. Разрядник выбирается по номинальному напряжению, разрядным характеристикам, по диапазону отключаемых токов. Верхний предел отключаемого разрядника сопровождающего тока должен быть не менее максимального эффективного значения тока короткого замыкания в одной точке сети (с учетом апериодической составляющей), а нижний предел — не больше минимального возможного в данной точке сети значения тока короткого замыкания (без учета апериодической составляющей). Для снижения вольт-секундных характеристик разрядников на 3—35 кВ можно параллельно фибробакелитовому РТФ или винипластовому РТВ разрядникам вводить дополнительную емкость, например штыревой изолятор. При установке трубчатых разрядников на деревянных опорах заземление должно быть как правило общим для всех трех фаз, а при наличии троса — присоединяется к заземляющим спускам. Для ограничения верхнего предела токов короткого замыкания допускается раздельное заземление фаз.

4.1.2 Вентильные разрядники

Вентильные разрядники, как и другие типы разрядников, предназначены для ограничения возникающих в электрических сетях коммутационных и атмосферных перенапряжений, с целью предотвращения возможных пробоев изоляции, повреждения оборудования и прочих негативных последствий. Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вентиль обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Основными характеристиками вентильного разрядника являются:

- класс напряжений сети (стандартное номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен разрядник) UНР;

- номинальное напряжение (наибольшее допустимое напряжение на разряднике) - это действующее максимальное напряжение промышленной частоты, при котором гарантируется надежное гашение дуги разрядника. По этому параметру все разрядники делят на 3 группы: для работы в сети с глухозаземленной

нейтралью; для работы в сети с изолированной нейтралью; комбинированные разрядники.

- пробивное напряжение при промышленной частоте в сухом состоянии и под дождем.

- импульсное пробивное напряжение при предельном разрядном времени 2-20 мкс. Эта характеристика определяет величину напряжения, которое будет действовать на изоляцию электроустановки до срабатывания разрядника.

- остаточное напряжение на разряднике — напряжение, остающееся на разряднике после его срабатывания при протекании по нему импульса тока заданной формы и длительности.

- токовая пропускная способность — показывает, сколько импульсов заданной формы пропустит разрядник без ухудшения своих характеристик.

- длина пути утечки внешней изоляции — характеризует длину пути утечки тока по внешнему изолятору.

4.2 Расчет тока короткого замыкания в точке установки разрядника

От узловой подстанции на 330 кВ отходит воздушная линия с проводами АС-120, среднее расстояние между проводами 3,5 м. На расстоянии 45 км от подстанции в точке разветвления линии решено установить трубчатый разрядник. Сопротивление заземления опоры в импульсном режиме 15 Ом. Определить минимальную величину тока короткого замыкания в точке установки разрядника, если известно, что ток однополюсного и трехполюсного короткого замыкания на шинах узловой подстанции равен соответственно 6000 А и 9000 А.

Определяется реактивное сопротивление системы от генерирующей станции до шин подстанции при симметричном коротком замыкании:

(4.1)

где - напряжение узловой подстанции, кВ;  - ток трехполюсного короткого замыкания на шинах узловой подстанции, А.

Определяется реактивное сопротивление прямой последовательности для провода АС-120 на участке от подстанции до опоры с разрядниками:

(4.2)

где - удельное индуктивное сопротивление прямой последовательности провода марки АС-120, Ом/км; l – расстояние от подстанции до места установки разрядника, км.

Определяется ток короткого замыкания в точке установки разрядника с учётом апериодической составляющей k = 1,5:

(4.3)

Полученное значение является максимальной величиной сопровождающего тока через разрядник. Определяется величина реактивного сопротивлениея системы в режиме однополюсного замыкания на землю:

(4.4)

где  - ток однополюсного короткого замыкания на шинах узловой подстанции, А.

Предполагая, что линия имеет тросовую защиту, определим реактивные сопротивление х1, х2 и х0 на линейном участке:

Пренебрегая активным сопротивлением проводов и учитывая сопротивление заземления разрядников (опоры), определяется минимальная величина тока короткого замыкания в точке установки разрядника:

(4.5)

где  - величина реактивного сопротивлениея системы в режиме однополюсного замыкания на землю, Ом;  - суммарное индуктивное сопротивление на линейном участке, Ом;  - сопротивление заземления опоры в импульсном режиме, Ом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе произведена оценка защитного действия молниеотвода. Отражены основные параметры стержневых и тросовых молниеотводов. Расчётным путём была определена высота и место расположения молниеотвода, по результатам которого сделано предложение об установке не одного, а нескольких молниеотводов, но для чего необходимо учесть экономические затраты на реализацию этого предложения и технические условия расположения необходимого количества молниеотводов. Дана оценка амплитуды напряжения, действующего на гирлянду изоляторов при ударе молнии в провод. Определена величина и кратности индуктированного перенапряжения на проводах линии.

В разделе заземляющих устройств приведены параметры одиночных стержневых заземлителей и определено сопротивление заземления в импульсном режиме. Также в данной работе рассмотрено влияние тросов на величины индуктивных напряжений, приводится расчет удельного числа отключений линии и определено минимально допустимое расстояние между проводом и тросом. Что касается защиты распределительных сетей разрядниками, здесь отражены конструкции и принцип действия стержневых и вентильных разрядников, а так же их основные параметры и рассчитан ток одно- и трёхполюсного короткого замыкания в точке установки разрядника.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михалков, А.В. Техника высоких напряжений. [Текст]/ А.В. Михалков. – М.: Высшая школа, 1965. – 228 с.

2. Безруков, Ф.В. Трубчатые разрядники. [Текст]/ Ф.В. Безруков, Ю.П. Галкин, П.А. Юриков. – М.: Энергия, 1964. – 102 с.

3. Чунихин, А.А. Электрические аппараты: Общий курс. [Текст]/ А.А. Чунихин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.

4. Шпиганович, А.Н. Методические указания к оформлению учебно-технической документации [Текст]/ А.Н. Шпиганович, В.И. Бойчевский - Липецк: ЛГТУ, 1997. - 32 с.

Страницы: 1, 2