ВВЕДЕНИЕ
Распределительныеэлектрические сети (PC) напряжением 0,4-10 кВ в последние годы оснащаютсяэлектрооборудованием, аппаратами, устройствами, изоляторами и проводами,изготовленными на новой современной технической базе. Эксплуатация такихсетевых объектов требует надежной системы защиты от грозовых перенапряжений сиспользованием современных технических средств. Разработка технических средстви методов защиты от перенапряжений PC связана с количественной оценкойпараметров молнии и вероятного числа грозовых повреждений. Для расчетов плотностипрямых ударов молнии на землю используется информация об интенсивности грозовойдеятельности. При этом необходимо учитывать экранирование сетевых объектовзданиями, сооружениями, деревьями и т.п. Экранирование в отдельных случаяхможет снизить количество прямых ударов в сетевые объекты на ~ 70%.
Надежная защитадостигается, если оборудование и конструкции будут иметь достаточно высокуюпрочность изоляции или в PC установлены эффективные аппараты защиты от грозовыхперенапряжений. Для защиты PC напряжением 0,4-10 кВ от грозовых перенапряженийприменяются ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН), разрядникидлинно-искровые (РДИ), разрядники вентильные (РВ) и трубчатые (РТ), защитныеискровые промежутки (ИП). Тип, количество и место установки аппаратов защитывыбирается при проектировании конкретных сетевых объектов. При установкеаппаратов защиты требования к значению сопротивления заземления выбираютсогласно ПУЭ. Для магистральных линий напряжением 6-10 кВ, выполненных вгабаритах ВЛ напряжением 35 кВ, рекомендуется применять тросовые молниеотводына подходах к подстанциям и распределительным пунктам.
Задачей защиты PC напряжением0,4 кВ является предотвращение поражения людей, животных и возникновенияпожаров вследствие проникновения грозовых перенапряжений во внутренние проводкижилых домов и других строений, а также повреждения электрооборудованияподстанций 6-10/0,4 кВ.
1. ОЦЕНКА ЗАЩИТНОГОДЕЙСТВИЯ МОЛНИЕОТВОДОВ
1.1 Параметрыстержневых и тросовых молниеотводов
1.1.1 Параметрыстержневых молниеотводов
Стержневым молниеотводомназывается конструкция в виде вертикального установленного решетчатого шпиля,трубы или стержня. Стержневой молниеотвод как средство грозозащиты былпредложен В.Франклином в 1749 году. Современные молниеотводы стандартных типовимеют высоту до 40 метров. В некоторых случаях для создания нестандартныхмолниеотводов в качестве несущих конструкций используются заводские трубы,опоры линий электропередачи или металлические порталы открытых распределительныхустройств.
Молниеотвод должениметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсноготока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что ониориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходитобязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области,расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверхконуса и называется зоной 100%-го поражения. Опытными данными установлено, чтовысота ориентировки молнии Н зависит от высоты молниеотвода h.Для молниеотводов высотой до 30 метров:
/>(1.1)
а для молниеотводоввысотой более 30 метров Н=600м принято считать, что вершина конуса зоны 100%-гопоражения располагается симметрично оси молниеотвода на высоте защищаемогообъекта />,а радиус его на высоте ориентировки:
/> (1.2)
где /> — активная частьмолниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта />:
/> (1.3)
Кроме указанной зоны,защитное действие стержневого молниеотвода характеризуется зоной защиты, т.е.пространством, попадание разрядов молний в которое исключается. Зона защитыодиночного стержневого молниеотвода имеет вид шатра, расширяющегося книзу (рис.1.1). Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и науровне высоты защищаемого объекта, используется формула:
/> (1.4)
где р – поправочныйкоэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный /> для болеевысоких молниеотводов.
В том случае, когда длязащиты протяжённых объектов используется несколько молниеотводов,целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или дажеперекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты(рис. 1.2). Расстояние (S)между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемойиз зависимости:
/> (1.5)
Зона защиты двух ичетырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объектаимеет очертания, приведённые на рис. 1.3, а, б.
Показанный на рисункерадиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а наименьшаяширина зоны защиты /> определяется по специальнымкривым. Следует иметь ввиду, что при молниеотводов высотой до 30 метров,расположенных на расстоянии />, наименьшая ширина зоны защитыравна нулю.
/>
Рисунок 1.1 – Зоназащиты одиночного стержневого молниеотвода:
1 – граница зонызащиты; 2 – сечение зоны защиты на уровне />
/>
Рисунок 1.2 – Схемарасположения стержневых молниеотводов, обеспечивающая смыкание зон 100%-гопоражения
/>
Рисунок 1.3 –Графическое изображение защитной зоны:
а) – для двухмолниеотводов; б) – для четырёх молниеотводов
При наличии трёх ичетырёх молниеотводов очертания защитной зоны имеют вид, подобный рис. 1.3 б.Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночныхмолниеотводов. Размер /> определяется по кривым для каждойпары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности,проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, поусловиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости длямолниеотводов высотой меньше 30 м:
/>
для молниеотводоввысотой более 30 м:
/>
При установке отдельностоящих молниеотводов необходимо соблюдать определённые расстояния по воздухумежду молниеотводом и защищаемым объектом. Это требование исходит из того, чтов момент поражения молниеотвода молнией на нём создаётся высокий потенциал,который может привести к обратному разряду с молниеотвода на объект. Потенциална молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью:
/> (1.6)
где /> - импульсноесопротивление заземления молниеотвода 5 – 25 Ом; /> — ток молнии в хорошо заземлённомобъекте, кА.
Более точно потенциална молниеотводе можно определить с учётом индук-
тивности молниеотвода:
/> (1.7)
где а – крутизна фронтаволны тока, кА/мкс; /> — точка молниеотвода на высотеобъекта, м; /> -удельная индуктивность молниеотвода, мкГн/м.
Для расчётаминимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить иззависимости:
/> (1.8)
где Ев –допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая500 кВ/м.
Руководящие указания позащите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным:
/> (1.8а)
Эта зависимостьсправедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек ииндуктивности молниеотвода 1,5 мкгн/м. Независимо от результатов расчёта,расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 5 м.
1.1.2 Тросовыймолниеотвод
Одним из наиболеенадёжных средств предотвращения прямых поражений молнией проводов линийэлектропередачи является подвеска над ними заземлённых тросовых молниеотводов.Устройство это дорогое и поэтому применяется только на линиях первого классанапряжением 110 кВ и выше. Когда линия на металлических или деревянных опорахне прикрыта тросами полностью, ими прикрывают только подходы к подстанциям научастке 1-2 км. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены одинили два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющимметаллическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережогатоком молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощьюодного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективностьтросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящейчерез трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол /> называютзащитным углом, принимая его величину в пределах 20-300.
Защитная зона дляодного троса в сечении перпендикулярном линии, имеет вид, подобный защитнойзоне для одиночного стержневого молниеотвода. Ширина защитной зоны, исключающейпрямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяетсязависимостью:
/> (1.9)
Эта зависимостьсправедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже.
1.2 Определение высотыи места расположения молниеотвода
Стержневой молниеотводпредназначен для защиты здания подстанции шириной 10 м, длиной 85 м и высотой 17м. Необходимо определить высоту и место расположения молниеотвода с учётом егодопустимого приближения к объекту защиты, если в соответствии с руководящимиуказаниями по защите от перенапряжения ток молнии равен 50 кА, индуктивностьмолниеотвода – 1,5 мкГн и усреднённая крутизна фронта косоугольной волны тока — 34 кА/мксек, сопротивление заземления молниеотвода в импульсном режиме 50 Ом. Расчётвысоты молниеотвода производится так, чтобы с одной стороны его общая высота и радиусзащиты на высоте объекта были наименьшими, а с другой стороны исключиласьвероятность вторичных перекрытий с молниеотвода на объект.
Схема установкимолниеотвода принимается в соответствии с рис. 1.4. По (1.7) определяетсяпотенциал на молниеотводе в момент разряда на уровне высоты объекта:
/>
Приняв рекомендованнуюдопустимую импульсную напряжённость по воздуху Ев=500 кВ/м,определяется удаление молниеотвода от объекта из выражения (1.8):
/>
Это же расстояниеопределяется по зависимости (1.8а):
/>
То расстояние, котороеоказалось большим, принимается за расчётное. Радиус защитной зоны определяетсявыражением:
/>(1.10)
Предположив, что высотамолниеотвода будет больше 30 м, и используя зависимость (1.4), где р=5,5//>, получается:
/>
Рисунок 1.4 – Схемаустановки молниеотвода
/>
Решив уравнение,получим h = 78,469 м. Введя врасчётную формулу полученную величину, убедимся, что молниеотвод действительнозащищает здание:
/>
Исходя из полученныхрезультатов, можно сделать предложение об установке не одного, а несколькихмолниеотводов. Но для этого необходимо учесть экономические затраты нареализацию этого предложения и технические условия расположения необходимогоколичества молниеотводов. В итоге, сравнив расчёты, можно получить наиболеевыгодный вариант.
1.3 Оценка амплитудынапряжения, действующего на гирлянду изоляторов при ударе молнии в провод
Молния поражает не защищенныйтросом провод линии. Определить амплитуду напряжения, действующего на гирляндуизоляторов опоры, ближайшей к месту удара молнии. Волновое сопротивление каналамолнии 250 Ом, волновое сопротивление провода с учётом импульсной короны 270Ом. Статический ток молнии 90 кА.
Считая, что при ударе впровод действительный ток вдвое меньше статического, а эквивалентное волновоесопротивление двух проводов вдвое меньше сопротивления одного провода,определим амплитуду волны перенапряжения, распространяющейся по проводу в обестороны и достигающей гирлянды:
/> (1.11)
где /> — статический ток молнии,кА; />-волновое сопротивление провода с учё-
том импульсной короны,Ом.
/>
Практически тот жерезультат можно получить, используя схему замещения по Петерсену, содержащуюволновое сопротивление канала молнии и эквивалентное сопротивление двух лучейпровода:
/>(1.12)
где />-волновое сопротивлениемолнии, Ом;/>-напряжениепадающей волны, кВ.
/>
1.4 Определениевеличины и кратности индуктированного перенапряжения на проводах линии
Грозовой разрядпроизошел в столб телеграфной линии, расположенный на удалении 80 м от ЛЭПнапряжением 110 кВ. Величина тока 290 кА. Определить величину индуктированногоперенапряжения на проводах линии и кратность этого же перенаряжения, есливысота подвеса проводов на опорах 16 м, а стрела провеса 5,5 м.
Определяется средняявысота подвеса проводов:
/> (1.13)
где /> — высота подвесапроводов на опорах, м; /> — стрела провеса проводов, м.
/>
Определяется величинаиндуктированных напряжений:
/>(1.14)
где /> — средняя высота подвесапроводов, м; S–удаление столба телеграфной линии от ЛЭП, м.
/>
Так как индуктированноенапряжение можно принять одинаковым для всех трёх проводов и учитывая, что онодействует на фазную изоляцию линии, определим кратность перенапряжения поотношению к фазному напряжению:
/> (1.15)
где /> - величинаиндуктированных напряжений, кВ; /> - напряжение линии, кВ.
/>
2. РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХУСТРОЙСТВ
2.1 Параметры одиночныхстержневых заземлителей
Основу заземляющегоустройства составляют заземлители, т.е. металлические элементы, находящиесянепосредственно в грунте, и заземляющие провода (спуски), доступные дляосмотра. Основными характеристиками заземляющего устройства являетсясопротивление растеканию тока промышленной частоты и сопротивление растеканиюимпульсных токов грозового разряда. Величина нормированного сопротивлениярастеканию тока промышленной частоты находится в пределах 0,5-25 Ом.Исследования показывают, что характер распределения тока в почве зависит от егочастоты, удельного сопротивления грунта, линейных размеров и взаимногорасположения заземлителей. При расчётах заземления используют формулы,определяющие величину сопротивления растеканию тока применительно к заданнойформе заземлителя.
Электрический ток,растекаясь в почве в момент поражения установки грозовым разрядом при пробоеизоляции токоведущих частей, создаёт вдоль своего пути падение напряжения,которому соответствуют определённые потенциалы на поверхности земли. При этомточки поверхности, расположенные на расстоянии 20 м и более от зпземлителя илиместа замыкания на землю, практически имеют нулевой потенциал.
Наивысшим или полнымпотенциалом будут обладать все точки, имеющие металлическую связь сзаземлителем. Отношение полного потенциала к величине тока, протекающего через заземлитель,определяет собой сопротивление растекания тока данного заземления:
/> (2.1)
где /> - полный потенциал, кВ;/> - ток взаземлителе, кА.
Полный потенциал ихарактеристика распределения напряжения по радиусу от оси заземлителя определяютсобой важные величины с точки зрения безопасности обслуживающего персонала:
— шаговое напряжение,под которым подразумевают ту наибольшую разность потенциалов, которую имеютступни человека, оказавшегося на расстоянии 0,8 м друг от друга по радиусу отцентра заземлителя;
— напряжениеприкосновения, т.е. наибольшее напряжение между поверхностью заземлённогоаппарата (к которому в момент разряда может прикасаться человек) и и точкамиповерхности земли на расстоянии 0,8 м.
Расчёт заземляющегоустройства носит поверочный характер в том случае, когда схема заземлениязадана или носит чисто расчётный характер, когда по заданной величиненормированного сопротивления создаётся его схема. Во всех случаях при расчётенеобходимой величиной является удельное сопротивление грунта, причём наиболеежелательными являются результаты непосредственных измерений. Величины удельныхсопротивлений подвержены сезонным изменениям, причём наибольшее влияниеоказывают влажность, температура, степень промерзания, наличие солей.
Чем глубже расположензаземлитель, тем стабильнее оказывается сопротивление грунта и лучше условиядля растекания тока, поэтому заземлители располагают так, чтобы верхняя кромкавертикальных заземлителей или уровень горизонтальных находились на глубине 0,5-1,0м от поверхности, а ниже – от 3 до 20 м. Чтобы исключить вероятность повышенияудельного сопротивления, в расчётах используется удельное сопротивление,полученное непосредственным измерением на данном участке, умноженное накоэффициент сезонности, учитывающий возможность высыхания грунта:
/> (2.2)
где /> — удельное сопротивлениегрунта, полученное непосредственным измерением на данном участке, Ом·см; /> — коэффициентсезонности, учитывающий возможность высыхания грунта.
Приближённое значениекоэффициента сезонности принимается 1,4-1,8 для горизонтальных заземлителей,уложенных на глубине 0,5 м, и 1,2-1,4 для вертикальных заземлителей длиной 2-3м, причём, если во время измерения удельного сопротивления земля сухая, топринимается меньшее значение, а если почва влажная – большая величина.
2.2 Определениесопротивления заземления в импульсном режиме
Горизонтальныйчетырёхлучевой заземлитель, предназначенный для заземления трубчатогоразрядника на подходе к распределительной подстанции, выполнен из стальногопрута диаметром 1 см. Длина каждого луча 6 м, глубина заложения 0,5 м.Определить сопротивление заземления в импульсном режиме, если удельноесопротивление грунта, измеренное в сухую погоду, оказалось 9000 Ом∙см.Ток молнии 75 кА. Коэффициент возможного увеличения сопротивления принят всоответствии с руководящими указаниями равным 1,4. Ввод тока в заземлительосуществляется в центральную часть.
Расчёт производится врекомендованной последовательности. В соответствии с (2.2) определяетсярасчётная величина удельного сопротивления грунта:
/>
Определяетсясопротивление каждого луча заземлителя:
/> (2.3)
где /> — расчётная величинаудельного сопротивления грунта; l– длина луча, см.
/>
По заданной величинеимпульсного тока определяется ток, стекающий с каждого луча:
/> (2.4)
Для заданного тока и повеличине расчётного удельного сопротивления примем значение импульсногокоэффициента α = 0,32, найденного путём интерполяции. Определяетсяимпульсное сопротивление каждого луча:
/> (2.5)
где /> — сопротивление каждоголуча заземлителя, Ом.
/>
Принимается коэффициентиспользования η = 0,45 и определяется общее импульсное сопротивление всегозаземлителя:
/> (2.6)
где /> — импульсноесопротивление каждого луча, Ом.
/>
3. РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХЛИНИЙ НА ГРОЗОУПОРНОСТЬ
3.1 Влияние тросов навеличины индуктивных напряжений
При наличии тросов,защищающих провода от прямого поражения молнией, расчёт величиныиндуктированных напряжений усложняется. Благодаря экранирующему действию тросавеличина индуктированного напряжения на проводах снижается примерно на 25% поотношению к индуктированному напряжению в линии без тросов. Экранирующеедействие троса определяется взаимным расположением проводов и тросов иучитывается ведением в расчёт геометрического коэффициента связи k0.При наличии троса разряд в вершину опоры или тросовый пролёт сопровождаетсяпротеканием разрядного тока по тросу. Возникающая при этом импульсная короназначительно увеличивает геометрический коэффициент связи, что в расчётахучитывается введением поправочного коэффициента k1.
При разряде молнии вопору, 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 ввершину опоры – 1,1, 1,2 и 1,3. При разряде молнии в середину тросового пролётапоправочный коэффициент k1может быть принят 1,5, независимо от числа тросов. Таким образом, величинаиндуктированного напряжения при наличии тросов определяется зависимостью:
/>(3.1)
При этих условияхказалось бы, напряжение, действующее на изоляцию, должно выражатьсязависимостью:
/>(3.2)
но это не так.
При ударе молнии вопору с тросом, ток молнии растекается по трём ветвям: по самой опоре и потросам 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 отрицательнойсоставляющей />.
Таким образом,расчётное напряжение, действующее на изоляцию, соответствует зависимости:
/>(3.3)
или окончательно послеупрощения:
/>(3.4)
3.2 Расчет удельногочисла отключений линии
Опыт показывает, чтокак ни совершенна тросовая защита воздушных линий, через неё наблюдается прорывмолнии. Кроме того, при прямом ударе молнии в середину тросового пролёта или ввершину опоры может произойти перекрытие изоляции как самих гирлянд, так ивоздушного промежутка между проводом и тросом. В результате указанных явленийлиния, естественно, будет отключена защитой. Число таких отключений,приходящихся в год на 100 км линии и 30 грозовых часов, характеризуетсяудельгным числом отключений, которое обычно бывает равным величине от 0,1 до1,5.
Число отключений линиикроме качества самой линии зависит от интенсивности грозовой деятельности вданной местности. Среднее число поражений поверхности земли в 1 км2,отнесенное к одному грозовому часу, близко к 0,06. Площадь, с которой линиясобирает разряды, может быть представлена прямоугольником, одна сторонакоторого 100 км, а другая зависит от высоты тросов
или проводов ипринимается равной 10/>. Таким образом, при 30 ч грозы вгод линия получает N ударов молнии:
/>(3.5)
где /> — средняя высота подвесапроводов (троса), м.
Очевидно, что не каждоепоражение грозовым разрядом вызовет переход импульса в дугу и отключение линии,что в свою очередь зависит от уровня средних напряженностей электрических полейна рассматриваемом участке действием рабочего напряжения. Вероятность (впроцентах) возникновения токов молнии выше защитного уровня оцениваетсякоэффициентом ν1 по кривым статической вероятности величинытоков молнии. Таким образом, удельное число отключений может быть рассчитано поформуле:
/>(3.6)
При наличии тросоврасчёт удельного числа отключений несколько усложняется и производится поформуле:
/>(3.7)
где ν2–вероятность превышения токами молнии защитного уровня при ударе в серединупролёта троса; η2 – вероятность перехода импульсного перекрытияв дугу, вызывающую отключение, при ударе молнии в пролёт.
3.3 Определениерасстояния между проводом и тросом
Разряд молнии произошёлв середину тросового пролёта. Волновое сопро-
тивление троса с учетомимпульсной короны принято 220 Ом. Коэффициент связи между проводом и тросом сучетом короны 0,2. Определить минимально допустимое расстояние между проводом итросом, если ток молнии 150 кА, средняя допустимая напряженность электрическогополя между проводом и тросом 700 кВ/м.
При ударе молнии в тросот места поражения по двум сторонам растекается волна с амплитудой напряжения:
/>(3.8)
Ток, протекающий потросу, индуктирует в проводах напряжение той же полярности, но меньшей повеличине, в соответствии с коэффициентом связи:
/>(3.9)
Таким образом, разностьнапряжений между тросом и проводом:
/>(3.10)
Подставив в полученноевыражение заданные величины, можно определить допустимое расстояние междупроводом и тросом:
/>(3.11)
4. ЗАЩИТАРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ РАЗРЯДНИКАМИ
4.1 Параметры трубчатыхи вентильных разрядников
4.1.1 Трубчатыеразрядники
Трубчатые разрядники применяются длязащиты линейной изоляции от повреждений при воздействии на нее атмосферныхперенапряжений. Разрядники включаются между линейным проводом и землей черезвнешний искровой промежуток. Внешний промежуток необходим для предохраненияизоляции разрядника от повреждений током утечки. Чтобы не повредить линейныйпровод от дуги, на него делают намотку. Разрядник должен срабатывать только приопасных для изоляции перенапряжениях, что достигается точным соблюдениемустановленной длины внешнего и внутреннего искровых промежутков. Присрабатывании разрядника появляется дуга, которая поддерживается рабочимнапряжением промышленной частоты внутри изоляционного цилиндра. Под воздействиемдуги внутри цилиндра создается высокая температура. Она приводит к разложениюматериала и появлению большого количества нейтральных газов, которые в своюочередь приводят к деионизации внутреннего искрового промежутка. За счетбольшого давления образуется газовое продольное дутье и все газы из цилиндраудаляются с сильным звуком, напоминающим выстрел. Разрядник выбирается пономинальному напряжению, разрядным характеристикам, по диапазону отключаемыхтоков. Верхний предел отключаемого разрядника сопровождающего тока должен бытьне менее максимального эффективного значения тока короткого замыкания в однойточке сети (с учетом апериодической составляющей), а нижний предел — не большеминимального возможного в данной точке сети значения тока короткого замыкания(без учета апериодической составляющей). Для снижения вольт-секундных характеристик разрядников на3—35 кВ можно параллельно фибробакелитовому РТФ или винипластовому РТВ разрядникамвводить дополнительную емкость, например штыревой изолятор.При установке трубчатых разрядников на деревянных опорахзаземление должно быть как правило общим для всех трех фаз, а при наличии троса— присоединяется к заземляющим спускам. Для ограничения верхнего предела токов короткогозамыкания допускается раздельное заземление фаз.
4.1.2 Вентильные разрядники
Вентильные разрядники,как и другие типы разрядников, предназначены для ограничения возникающих в электрическихсетях коммутационных и атмосферных перенапряжений, с целью предотвращениявозможных пробоев изоляции, повреждения оборудования и прочих негативныхпоследствий. Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов:многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) ирабочего 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 резисторгерметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократныйискровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значениесопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашенаискровыми промежутками. Вентиль обладает особенным свойством — егосопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Этосвойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаряэтому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочихпреимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания иотсутствие выбросов газа или пламени.
Основнымихарактеристиками вентильного разрядника являются:
— класснапряжений сети (стандартное номинальное напряжение сети, для работы в которойпредназначен разрядник) UНР;
— номинальноенапряжение (наибольшее допустимое напряжение на разряднике) — это действующеемаксимальное напряжение промышленной частоты, при котором гарантируетсянадежное гашение дуги разрядника. По этому параметру все разрядники делят на 3группы: для работы в сети с глухозаземленной
нейтралью; для работы всети с изолированной нейтралью; комбинированные разрядники.
— пробивное напряжениепри промышленной частоте в сухом состоянии и под дождем.
— импульсное пробивноенапряжение при предельном разрядном времени 2-20 мкс. Эта характеристикаопределяет величину напряжения, которое будет действовать на изоляциюэлектроустановки до срабатывания разрядника.
— остаточное напряжениена разряднике — напряжение, остающееся на разряднике после его срабатывания припротекании по нему импульса тока заданной формы и длительности.
— токовая пропускнаяспособность — показывает, сколько импульсов заданной формы пропустит разрядникбез ухудшения своих характеристик.
— длина пути утечкивнешней изоляции — характеризует длину пути утечки тока по внешнему изолятору.
4.2 Расчеттока короткого замыкания в точке установки разрядника
От узловой подстанциина 330 кВ отходит воздушная линия с проводами АС-120, среднее расстояние междупроводами 3,5 м. На расстоянии 45 км от подстанции в точке разветвления линиирешено установить трубчатый разрядник. Сопротивление заземления опоры вимпульсном режиме 15 Ом. Определить минимальную величину тока короткогозамыкания в точке установки разрядника, если известно, что ток однополюсного итрехполюсного короткого замыкания на шинах узловой подстанции равенсоответственно 6000 А и 9000 А.
Определяется реактивноесопротивление системы от генерирующей станции до шин подстанции присимметричном коротком замыкании:
/>(4.1)
где /> — напряжение узловойподстанции, кВ; /> - ток трехполюсного короткогозамыкания на шинах узловой подстанции, А.
/>
Определяется реактивноесопротивление прямой последовательности для провода АС-120 на участке отподстанции до опоры с разрядниками:
/>(4.2)
где /> — удельное индуктивноесопротивление прямой последовательности провода марки АС-120, Ом/км; l–расстояние от подстанции до места установки разрядника, км.
/>
Определяется токкороткого замыкания в точке установки разрядника с учётом апериодическойсоставляющей k = 1,5:
/>(4.3)
Полученное значениеявляется максимальной величиной сопровождающего тока через разрядник.Определяется величина реактивного сопротивлениея системы в режиме однополюсногозамыкания на землю:
/>(4.4)
где /> - ток однополюсногокороткого замыкания на шинах узловой подстанции, А.
/>
Предполагая, что линияимеет тросовую защиту, определим реактивные сопротивление х1, х2и х0на линейном участке:
/>
/>
/>
/>
Пренебрегая активнымсопротивлением проводов и учитывая сопротивление заземления разрядников(опоры), определяется минимальная величина тока короткого замыкания в точкеустановки разрядника:
/>(4.5)
где /> - величина реактивногосопротивлениея системы в режиме однополюсного замыкания на землю, Ом; /> - суммарноеиндуктивное сопротивление на линейном участке, Ом; /> - сопротивление заземления опорыв импульсном режиме, Ом.
/>
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовойработе произведена оценка защитного действия молниеотвода. Отражены основныепараметры стержневых и тросовых молниеотводов. Расчётным путём была определенавысота и место расположения молниеотвода, по результатам которого сделанопредложение об установке не одного, а нескольких молниеотводов, но для чегонеобходимо учесть экономические затраты на реализацию этого предложения итехнические условия расположения необходимого количества молниеотводов. Данаоценка амплитуды напряжения, действующего на гирлянду изоляторов при ударемолнии в провод. Определена величина и кратности индуктированногоперенапряжения на проводах линии.
В разделе заземляющихустройств приведены параметры одиночных стержневых заземлителей и определеносопротивление заземления в импульсном режиме. Также в данной работе рассмотреновлияние тросов на величины индуктивных напряжений, приводится расчет удельногочисла отключений линии и определено минимально допустимое расстояние междупроводом и тросом. Что касается защиты распределительных сетей разрядниками,здесь отражены конструкции и принцип действия стержневых и вентильныхразрядников, а так же их основные параметры и рассчитан ток одно- итрёхполюсного короткого замыкания в точке установки разрядника.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михалков, А.В. Техника высокихнапряжений. [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-еизд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 720 с.
4. Шпиганович, А.Н. Методическиеуказания к оформлению учебно-технической документации [Текст]/ А.Н. Шпиганович,В.И. Бойчевский — Липецк: ЛГТУ, 1997. — 32 с.