КР Техника высоких напряжений (1). Исходные данные к задаче 4

• Название: Исходные данные к задаче 4
• Дата: 26.02.2023
• Размер: 223.62 Kb.
• Имя файла: КР Техника высоких напряжений (1).docx
• Тип: Задача; #955116

Вариант 4

Задача 4

Дать общую характеристику короны как одного из видов самостоятельного разряда. Объяснить природу потерь энергии на корону при переменном напряжении, существования радиопомех и акустических шумов.

Рассчитать удельные потери энергии на корону и напряжение появление короны для линии электропередачи переменного напряжения, характеризуемой следующими параметрами: номинальное напряжение линии ; расщеплённые фазы расположены горизонтально и расстояние между фазами равно а.
Таблица 5 – Исходные данные к задаче 4

	Предпоследняя цифра зачетной книжки обучающегося
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
U	750	750	750	750	750	750	750	750	750	750
n	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
r	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655	1,655
D	45	50	45	50	45	50	45	50	45	50
a	16,5	16	16,5	16	16,5	16	16,5	16	16,5	16
h	15	16	17	15	16	17	15	16	17	15
hxп	7764	7780	7772	7768	7756	7788	7792	7758	7748	7768
hcc	315	320	310	325	315	320	310	325	315	320
hизм	410	408	406	404	410	408	406	404	410	408
hд	280	275	270	285	280	275	270	285	280	275
	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Методические рекомендации:

Каждая фаза имеет n проводов радиусом и шагом расщепления . Средняя высота подвеса проводов . Трасса ЛЭП проходит в регионе, метеорологические условия которого характеризуются продолжительностью (в часах) хорошей погоды , сухого снега , изморози , дождя и мокрого снега , относительной плотностью воздуха .

Расчёт производить согласно ;

Дано: , , , , , ,

, , , ,

Теория:

Коронный разряд, или корона, - это самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов. К такого рода полям относится и электрическое поле проводов воздушных линий электропередачи.

Начальная напряжённость коронного разряда



которая справедлива при отрицательной полярности провода, однако может использоваться и при положительной полярности, поскольку полярности невелико.

При малых радиусов проводов можно использовать Ф. Пика



- коэффициент гладкости провода.

На линиях электропередачи применяются провода, витые из большого числа проволок. Витые провода не имеют гладкой поверхности, поэтому при одинаковых с гладкими проводами напряжениях и внешних диаметрах напряжённость электрического поля вблизи их поверхности бывает выше и корона возникает при меньшем напряжении. При определении начальной напряжённости коэффициент гладкости учитывает форму поверхности витого провода. Для проводов различных марок коэффициент гладкости .

При коронном разряде в результате ионизации воздуха у поверхности провода образуется объёмный заряд того же знака, что и полярность напряжения на проводе.

Напряжённость поля у поверхности провода во время коронирования остаётся равной . Увеличение напряжения на проводе приводит к усилению ионизационных процессов, росту объёмного заряда и снижению напряжённости до . Вследствие увеличения объёмного заряда потери энергии на корону растут тем в большей степени, чем больше напряжение на проводе превосходит начальное напряжение



- высота одиночного провода над землёй.

Так как объёмный заряд при любой полярности провода перемещается от провода к земле, напряжённость поля у поверхности провода стремится увеличиться. Однако из-за усиления при этом ионизации воздуха объёмный заряд вблизи провода пополняется и напряжённость поля в итоге сохраняется равной . Таким образом, вследствие непрерывного удаления объёмного заряда от провода коронный разряд может поддерживаться неограниченно долго.

При больших диаметрах проводов напряженность электрического поля в окрестности провода уменьшается значительно медленнее, чем вблизи проводов малого диаметра. Поэтому зона ионизации- ‘чехол’ короны – имеет большие размеры, и даже при начальном напряжении лавины могут достигать критической длины. Корона в этом случае возникает сразу в стримерной форме; структура зоны ионизации дискретна, светятся многочисленные стримерные каналы.

На проводах малых диаметров (до 1 см) корона возникает в лавинной форме. Зона ионизации достаточно однородна, свечение сосредоточено в узком чехле. Однако при увеличении напряжения сверх начального размеры зоны ионизации возрастут и корона из лавинной переходит в стримерную.

Ток стримерной короны состоит из отдельных импульсов с очень крутым фронтом (длительность фронта – порядка десятков наносекунд). Это высокочастотная составляющая тока корона является источником интенсивного электромагнитного излучения с широким спектром частот, которое создаёт помехи радио- телевизионному приёму. При коронировании проводов линий сверхвысокого напряжений может также возникать звуковой эффект, особенно сильный при дожде.

Объёмный заряд короны, образовавшийся в один из полупериодов переменного напряжения, за время до изменения полярности провода может переместится на несколько десятков сантиметров. Вследствие этого объёмные заряды обоих знаков совершают возвратно-поступательное движение вблизи провода, медленно удаляясь от него в область слабого поля, и там рекомбинируют. Только несущественная часть объёмного заряда может дойти до проводов соседних фаз. Вследствие этого процессы коронирования каждой из фаз трёхфазной линии не влияют друг на друга (эффект биполярности отсутствует), и каждая фаза может рассматриваться изолированно от других.

Для того чтобы исключить потери энергии на корону, а также и радиопомехи, начальное напряжение короны должно быть не ниже наибольшего рабочего напряжения линии относительно земли. Обеспечить это соотношение надлежащим выбором диаметра проводов можно только для условий сухой погоды. При атмосферных осадках исключить коронирование проводов невозможно.

Условие исключения короны: принимая , и (характерное значение для линий ), получаем

Для линий электропередач 110кВ наименьшие диаметры проводов, при которых исключается корона в хорошую погоду, оставляют .

При номинальных напряжениях 330 кВ и выше необходимы провода ещё большего диаметра, во многих случаях превышающий диаметр, выбранный из условия передачи по линий заданной мощности. В таких случаях целесообразно иметь провода, площадь поперечного сечения которых по проводящему материалу и диаметру независимы. Это так называемые расширенные провода. Они имеют диаметр, при котором обеспечивается необходимое снижение напряжённости поля на их поверхности, а для сокращения площади поперечного сечения делаются полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.

Другое решение, получившее в настоящее время широкое распространение, было предложено ещё в 1910 г. Акад. В.Ф. Миткевичем и состоит в применении расщепленных проводов фаз. В этом случае каждая фаза линии состоит вместо одного провода большого диаметра из нескольких параллельных проводов относительно малого диаметра. В такой конструкции фазы удаётся при требуемом суммарном сечении проводов существенно уменьшить максимальную напряжённость поля на их поверхности.

При переменном напряжении корона зажигается в момент, когда напряжённость поля у провода достигнет значения , и горит, пока напряжение не достигнет максимума. После этого напряжённость поля у провода становится ниже , и корона потухает.

• 
  Годовые потери на корону,
  

• 
  Среднегодовая мощность потерь,
  

где n – число проводов во всех трёх фазах с учётом расщепления;

r – радиус провода в расщеплённой фазе;

Р – потери мощности при различных погодных условиях, км;

h – продолжительность отдельных видов погоды, час.

• 
  Одним из способов оценки потерь энергии на корону является расчёт с использованием обобщённых характеристик потерь для разных погодных условий [1].
  

Они представлены в координатах:

,

где – начальная напряжённость поля, ;

– максимальная напряжённость на поверхности провода,

учитывающая влияние заряда соседних проводов расщеплённой

фазы, .

• 
  Для расщеплённых проводов при радиусах проводов начальная напряжённость поля определяется по формуле:
  

- коэффициент гладкости провода

а максимальная – по соотношению

,

где – коэффициент, учитывающий усиление напряжённости поля

вследствие влияния зарядов на соседних проводах расщеплённой

фазы,

.

В этих формулах:

– средняя рабочая напряжённость электрического поля на поверхности

проводов расщеплённой фазы, ,

;

U_Ф – фазное напряжение провода, кВ;

r_о – радиус провода расщеплённой фазы, см;

r_р – радиус расщепления, см,

;

S – среднегеометрическое расстояние между фазами, м.

Для горизонтального расположения фаз с расстоянием между фазами а, величина .

– эквивалентный радиус расщеплённой фазы, см.

При расщеплении фазы на 4 провода радиус

см.

Средняя напряжённость электрического поля



Коэффициент усиления

.

Максимальная напряжённость электрического поля

.

Номинальные напряжённости электрического поля на поверхности проводов для различных погодных условий составляют:

При хорошей погоде (принимаются m = 0,8 ; .)



при сухом снеге ;



при изморози, инее, гололёде ( ; .)



при дожде и мокром снеге ( )



Рассчитываются отношения при различных погодных условиях и по обобщённым характеристикам определяются величинами .

Умножая эти величины на , получаем потери мощности для соответствующих погодных условий.

1. 
   при хорошей погоде
   

; ;

при сухом снеге

; ;

при изморози

; ; ;

при дожде и мокром снеге

; ;

Годовые потери энергии на корону составляют

Среднегодовые потери мощности будут равны



В материалах на проектирование электрических сетей указывается, что экономически приемлемые потери мощности на корону имеет место при .

В представленной задаче при всех условиях это отношение меньше указанной величины. Это говорит о том, что технические параметры линий выбраны правильно.

Задача 7

Рассчитать годовое число грозовых отключений воздушной линии электропередачи, проходящей по территории Молдовы.

Линия характеризуется номинальным напряжением , типом, высотой и сопротивлением заземления опор, защитным углом , числом тросов .

Таблица 8 – Исходные данные к задаче 7

	Предпоследняя цифра зачетной книжки обучающегося
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
U,кВ	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220
hоп,м	35	40	45	50	35	40	45	50	35	40
n	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1
Rи,	18	19	20	21	22	18	19	20	21	22
	21	21	21	21	21	21	21	21	21	21

Методические рекомендации:
Дано:

, тип опоры – металлические, , , , .

Теория:

Грозовые отключения воздушных линий с тросами могут происходить по следующим причинам:

1. 
   Удар молнии в трос в середине пролёта и перекрытие воздушного промежутка трос-провод;
   
2. 
   Прорыв молнии через тросовую защиту, т.е. поражение провода;
   
3. 
   Удар молнии в опору и обратное перекрытие изоляции с опоры на провод.
   

Решение.

Для оценки грозоупорности воздушных линий электропередачи различного номинального напряжения и технического исполнения введено понятие удельного числа отключений линии длиной 100 км за 100 грозовых часов в году.

• 
  Удельное число отключений линий с тросами вычисляется по формуле
  

,

где – средняя высота подвеса тросов, м;

– высота опоры, м;

– длина пролёта, м;

– вероятность прорыва молнии через тросовую защиту:

• 
  Вероятность прорыва молнии через тросовую защиту:
  

;

• 
  При ударе молнии в один из проводов на соседней фазе наводится потенциал и её перекрытие произойдёт, если критический ток
  

,

где I_кр – ток молнии в поражённом проводе, кА;

U_50% – импульсная прочность гирлянды [4, стр. 39],

при n = 2, - импульсная прочность гирлянды (рассчитанной на 220кВ), z – волновое сопротивление провода (z = 300 Ом);

для ВЛ на металлических и железобетонных опорах

• 
  Вероятность появления тока величиной или большего, при котором изоляция перекрывается
  

.

– вероятность перекрытия изоляции на опоре при ударе молнии

в провод;

• 
  Находим Р_тр – вероятность пробоя промежутка трос – провод при ударе молнии в трос в середине пролёта; она оценивается по формуле
  

(при ударе молнии в трос напряжение между тросом и проводом зависит только от крутизны тока а и не зависит от его амплитуды; расстояние между тросом и проводом S принимается равным 0,02 · l_пр = 0,02 · 300 = 6 м).

• 
  Находим Р_оп – вероятность перекрытия изоляции при ударе в опору;
  

,

;

при n = 2, δ = 0.15.

η₁ – вероятность образования устойчивой дуги при перекрытии изоляции

опоры, для линий до 220 кВ η₁ = 0.7.

η₂ – вероятность образования устойчивой дуги при пробое воздушной

изоляции в пролёте:

,

где Е_СР – средняя напряжённость.

Подставляя полученные значения, определяем удельное число отключений линии



Число отключений линий равно 15,88 раза для линии длиной 100 км за 100 грозовых часов в году.