ЗАЩИТА ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ ЖОФ-1,2,3. НИРС Сарсембаев Н.Д.. Научноисследовательская работа на тему защита от грозовых перенапряжений подстанций в условиях жоф1,2,3
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
1 Министерство образования и науки Республики Казахстан АО Жезказганский университет имени О.А.Байконурова НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА НА ТЕМУ ЗАЩИТА ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ ЖОФ-1,2,3» Выполнил студент гр. ЭЭ-19-1 Сарсембаев Н.Д. Научный руководитель к.т.н, доцент Ерконыр А.К. 2 Жезказган - 2021 г. Оглавление Введение ................................................................................................ 1 Защита от грозовых перенапряжений понизительных подстанций. 1.1 Защита человека от поражения электрическим током. 1.2 Защита от прямого попадания молнии ................................... 1.3 Защита распределительных устройств от прямых ударов молний ......................................................................................... 1.4 Расчет заземления подстанций .................................................... 1.5 Защита от грозовых импульсных напряжений .......................... Заключение ............................................................................................. Список использованной литературы. 3 ВВЕДЕНИЕ Тема работы и обоснование выбора темы Предлагаемая исследовательская работа посвящена проблемам возникновения перенапряжений на подстанциях. Тема нашей работы Защита от грозовых перенапряжений подстанций в условиях ЖОФ-1,2,3». Я выбрал именно эту тему для исследования, потому что в будущем я хотел бы связать свою жизнь с энергетикой и поэтому уже сейчас интересуюсь проблемами, связанные с подстанциями и выбрал грозовые перенапряжения в качестве темы своего исследования. Актуальность В экономике страны важнейшая роль принадлежит цветной металлургии, которая во многом определяет технический прогресс государства. Важнейшим направлением развития отрасли на современном этапе является решение задачи повышения надежности, поскольку от безотказной работы основного и вспомогательного технологического оборудования металлургических заводов и фабрик в большой степени зависит безаварийность и эксплуатационная гибкость работы систем в целом. Перспективным устройством, которое может использоваться для защиты сетей описываемой отрасли, являются устройство защиты от импульсных перенапряжений. Большое разнообразие подобных аппаратов российского и зарубежного исполнения, доказывает, что для выбора защитного устройства требуется глубокое представление вызвавшего перенапряжения переходного процесса. Таким образом, актуальность темы определяется как потребностями исследований в области изучения перенапряжений, в том числе связанными с разработкой новых методов исследования, таки многочисленными практически важными применениями результатов полученных исследований, в частности для разработки защиты сетей предприятий цветной металлургии. Новизна На сегодняшний день существуют работы, посвященные исслодванию перенапряжения вообще. Однако мы решили изучить эту тему в условиях ЖОФ-1,2,3 ив этом заключается новизна нашего исследования. Цель работы Цель работы — выяснить, почему же грозовые перенапряжения происходят так часто. Основная цель работы — ответить на вопрос как влияют перенапряжения на работу энергосистемы / доказать, что устройство защиты от импульсных перенапряжений является наиболее оптимальным. 4 1 Защита от грозовых перенапряжений понизительных подстанций 1.1 Защита человека от поражения электрическим током Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту работающих от воздействия электрического тока. Обеспечение защиты человека на производстве от электроопасности обусловлено высокой электронасыщенностью современных технологических процессов и производств. Несмотря на то, что электротравматизм составляет на производстве несколько процентов от общего числа трав по числу тяжелых травм с летальным исходом поражение людей электрическим током занимает одно из первых мест. Формирование электроопасности на производстве можно раздели наследующие блоки опасность собственно электрического тока как физического явления при его прохождении через организм человека опасность электрических сетей как транспортных артерий электрического тока опасность электрооборудования как приемников электрического тока электроопасность, обусловленная категорией производственных помещений, в которых эксплуатируются электросети и электрооборудование. Безопасность при работе с электроустановками обеспечивается применением различных технических и организационных мер. Они регламентированы правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Технические средства защиты от поражения электрическим током делятся на коллективные и индивидуальные, на средства, предупреждающие прикосновение людей к элементам сети, находящимся под напряжением, и средства, которые обеспечивают безопасность, если прикосновение всё-таки произошло. Поражение электрическим током возможно последующим причинам - случайного прикосновения человека (или приближения на опасное расстояние) к токоведущим частям, находящихся под напряжением - случайного прикосновения человека к металлическим нетоковедущим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением - случайным попаданием человека в зону растекания тока при замыкании фазы на землю действием электрической дуги, атмосферного и статического электричества, а также электромагнитного поля. Человек, который прикасается к оборудованию, находящемуся под напряжением, подвергается действию напряжения прикосновения - разности 5 потенциалов между двумя точками электрической цепи точкой касания и точкой опоры. Основные способы и средства электрозащиты: изоляция токопроводящих частей и её непрерывный контроль установка оградительных устройств предупредительная сигнализация и блокировки использование знаков безопасности и предупреждающих плакатов использование малых напряжений электрическое разделение сетей защитное заземление выравнивание потенциалов зануление; защитное отключение средства индивидуальной электрозащиты. Изоляция токопроводящих частей – одна из основных мер электробезопасности. Различают рабочую, двойную и усиленную рабочую изоляцию Рабочей называется изоляция, обеспечивающая нормальную работу в электрической установке и защиту персонала от поражения электрическим током. Двойная изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной, используется в тех случаях, когда требуется обеспечить повышенную электробезопасность оборудования (например, ручного электроинструмента, бытовых электрических приборов итак далее. Для предупреждения об опасности поражения электрическим током используют различные звуковые, световые и цветовые сигнализаторы, устанавливаемые в зонах видимости и слышимости персонала. Кроме того, в конструкциях электроустановок предусмотрены блокировки – автоматические устройства, с помощью которых преграждается путь в опасную зону или предотвращаются неправильные, опасные для человека действия. Блокировки могут быть механические (стопоры, защёлки, фигурные вырезы, электрические или электромагнитные. Для информации персонала об опасности служат предупредительные плакаты, которые в соответствии с назначением делятся на предостерегающие, запрещающие, разрешающие и напоминающие. Части оборудования, представляющие опасность для людей, окрашивают в сигнальные цвета и на них наносят знак безопасности. Красным цветом окрашивают кнопки и рычаги аварийного отключения электроустановок. Для уменьшения опасности поражения током людей, работающих с переносным электроинструментом и осветительными лампами, используют малое напряжение, не превышающее 42 В. 1.2 Защита от прямого попадания молнии 6 Важным вопросом электробезопасности является защита от удара молнии или молниезащита. Молния – это особый вид прохождения электрического тока через огромные воздушные промежутки, источник которого – атмосферный заряд, накопленный грозовым облаком. Различают три типа воздействия тока молнии прямой удар, вторичное воздействие заряда молнии и занос высоких потенциалов (напряжения) в здания. При прямом разряде молнии в здание или сооружение может произойти его механическое или термическое разрушение. Последнее проявляется в виде плавления или даже испарения материалов конструкции. Вторичное воздействие разряда молнии заключается в наведении в замкнутых токопроводящих контурах (трубопроводах, электропроводках и других, расположенных внутри зданий, электрических токов. Эти токи могут вызвать искрение или нагрев металлических конструкций, что может стать причиной возникновения пожара или взрывав в помещениях, где используются горючие или взрывоопасные вещества. К этим же последствиям может привести и занос высоких потенциалов (напряжения) по любым металлоконструкциям, находящимся внутри зданий и сооружений под действием молнии. Ожидаемое количество поражений молнией в год зданий, сооружений рассчитывают последующей формуле , 10 7 , 7 6 6 6 2 n Н Н А Н Б N кранов, вышек - согласно выражению , 10 где А, Б, Н - длина, ширина, высота здания, сооружениям- среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности вместе расположения здания, сооружения (табл. 1.1). Таблица 1.1 Среднегодовое число ударов молнией в 1 км земной поверхности Интенсивность грозовой деятельности, ч в год n Интенсивность грозовой деятельности, ч в год n 10-20 1 60-80 9 20-40 3 80 и более 12 7 40-60 6 Последствиями воздействия молнии являются взрывы, пожары, разрушения зданий, сооружений, оборудования, поражение людей и животных. Для защиты от действия молнии устраивают молниеотводы (громоотводы. Это заземлённые металлические конструкции, которые воспринимают удар молнии и отводят её ток в землю. Различают стержневые и тросовые молниеотводы. Их защитное действие основано на свойстве молний поражать наиболее высокие и хорошо заземлённые металлические конструкции. Молниеотводы характеризуются зоной защиты, которая определяется как часть пространства, защищённого от удара молнии с определённой степенью надёжности. Атмосферное электричество (молния) представляет собой электрический разряд в атмосфере между облаками и землей или между разноименными зарядами облаков. В большинстве случаев нижняя часть грозовых облаков заряжается отрицательно, а на поверхности индуцируется положительные заряды. Так образуется как бы гигантский заряженный конденсатор, одной обкладкой которого служит грозовое поле, а другое земля. По мере концентрации зарядов увеличивается напряженность электрического поля этого конденсатора при достижении величины 300 кВ/м создается условие для возникновения молнии. Воздействие зарядов молнии могут быть двух видов молния - поражает здание и установки (непосредственно удар молнии, молния оказывает вторичное воздействие, объясняемые электростатической и электромагнитной индукцией. Электростатическая индукция проявляется тем, что на изолированных металлических предметах наводятся опасные электрические потенциалы, вследствие чего возможно искрение между отдельными металлическими элементами конструкций и оборудования. В результате электромагнитной индукции, обусловленными быстрыми изменением значения тока молнии в металлических незамкнутых контура, наводятся электродвижущие силы, что приводит к опасности искрообразования между ними в местах сближения этих контуров. Инструкцией по проектированию и устройству молниезащиты подразделяются натри категории. Предусмотрена молниезащита зданий и сооружений в зависимости от назначения, интенсивности грозовой деятельности в районе их расположения, а также от ожидаемого количества поражений молний в год по одной из трех категорий устройства молниезащиты и с учетом типа зоны защиты. Зона защиты молниеотвода - это часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А - надежность 99,5% и выше, зона Б - надежность 95% и 8 выше. Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко второй категории, защищают от прямых ударов молнии и статической индукции, а отнесенные к третьей категории - только от прямых ударов молнии. Наиболее часто возникают линейные молнии, длительность которых составляет десятые доли секунды. Такие молнии наиболее опасны при прямом ударе. В основном они поражают предметы, имеющие большую высоту, чем другие расположены поблизости, поэтому для защиты от молний используют молниеотводы, которые представляют собой возвышающиеся над защищаемым объектом металлические устройства, воспринимающие прямой удар молнии и отводящие молнии в землю. Каждый район имеет интенсивность грозовой деятельности. Это немаловажный фактор при выборе типа и конструкции грозозащиты. Поэтому ожидание количества поражений молний в год зданий и сооружений необходимо знать. Это число находится по формуле N=(S+6h)·(L+6h)·n·10-6, (1.1) где S и L - соответственно ширина и длина защищаемого здания сооружения, имеющего в плане прямоугольную форму, м h - наибольшая высота защищаемого здания сооружениям- среднегодовое число ударов молний в 1 км земной поверхности вместе расположения здания значения n при разной интенсивности грозовой деятельности следующее При выполнении молниезащиты зданий и сооружений для повышения безопасности людей и животных необходимо заземлители молниеотводов кроме углубленных) размещать в редко посещаемых местах, в удалении нами более от основных грунтовых и проезжих и пешеходных дорог. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых к первой категории, выполняется отдельно стоящим стержневым молниеотводом устанавливаемым на защищаемом объекте. Этот молниеотвод обеспечивает зону защиты типа Б. Молниеотвод состоит следующих элементов молниеприемника, непосредственно принимающего удар молнии несущей конструкции, предназначенной для установки молниеприемников; токоотвода, обеспечивающего вывод тока молнии в землю. Размещение устройств молниезащиты и их тип выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максимально использовать проводящие элементы этого объекта. Это облегчает разработку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволяет улучшить его эстетический вид, повысить эффективность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты. При этом 9 средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности. 1.3 Защита распределительных устройств от прямых ударов молний Защиту от ударов молний открытых подстанций осуществляет при помощи молниеотводов. Молниеотвод состоит из металлического молниеприемника, который возвышается над защищаемым объектом и воспринимает удар молнии и токопроводящего спуска с защищенным концом, через который ток молнии отводится в землю. Пространство вблизи молниеотвода, в пределах которого поражение защищаемого объекта маловероятно, называют зоной защиты молниеотвода. Молниеотводы бывают стержневые и тросовые. Зона защиты одного стержневого молниеотвода представляет собой кольцо с сечением в горизонтальной плоскости в виде круга с радиусом r хна высоте h х h a h r x r x габарит Кривая зоны защиты 10 Рисунок 1.1 Оборудования подстанции, защищенные установленными молниеприемниками , 1 6 , 1 P h h h r x a x (1.2) где превышение молниеотвода над уровнем Р коэффициент для молниеотводов при м h 30 Определяем размеры подстанции ОРУ-110кВ м. Габариты подстанции 17м h p Принимаем высоту стандартного молниеприемника м. Определяем 14 11 м 1 25 11 1 6 , 1 14 м r x Определяем: a h a h r b a a x x 14 7 4 , (1.3) 13 70 14 14 70 14 7 15 4 м b x При условии м , тогда a h D 8 112 14 м Принимаем молниеотвод высотой 112 м. 1.4 Расчет заземления подстанций Заземлениемназывают преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки системы электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Защитное заземление - это заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности. Защитное заземление применяют в электроустановках до 1 кВ переменного тока с изолированной нейтралью или изолированным выводом однофазного тока, а также в электроустановках постоянного тока с изолированной средней точкой при повышенных требованиях безопасности 11 сырые помещения, передвижные установки, торфяные разработки, подземные работы и др. В таких электроустановках применяют защитное заземление, которое сочетают с контролем изоляции сети и защитным отключением. Питание электроустановок в таких условиях рекомендуют выполнить короткими кабельными или воздушными линиями, для которых ёмкостные токи незначительны. В соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства должно быть в установках до 1000 В с изолированной нейтралью - 4 Ом. При номинальных мощностях трансформаторов до 100 кВА - не более 10 Ом в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью - 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В. При удельном сопротивлении грунта более 10 Ом·м указанные значения сопротивлении увеличивают в отношении /100, ноне более десятикратного. Назначение принцип действия и область применения.Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и но другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в коренном залегании и т. п. Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления и заземления молниезащиты. Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (те. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты - пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п. Заземление молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю. Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления 12 заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования. Cети напряжением до 1000 Впеременного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точки обмоток источников тока Защитное заземление является наиболее простой ив тоже время весьма эффективной мерой защиты от поражения током при появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях. Расчёт заземления.Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии по ПТЭ и ПУЭ. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитываются последовательно включаемые сопротивления соединительной линии и заземлителя, так чтобы их суммарное сопротивление не превышало допустимого. Расчет сопротивления заземлителя проводится в следующем порядке. 1) Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства з. Если заземляющие устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых. 2) Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей, включенных параллельно, из выражений ; 1 1 1 з e з e И е з И r R r R R R r R (1.4) где з – допустимое сопротивление заземляющего устройства И сопротивлениеискусственного заземлителя R e – сопротивление естественного заземлителя. 3) Определяется расчетное удельное сопротивление грунта расч с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание зимой. 13 При отсутствии точных данных о грунте можно воспользоваться таблицами, где приведены средние данные по сопротивлениям грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов. 4) Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода ВО. Эти формулы приведены для стержневых электродов из круглой стали или труб. При применении вертикальных электродов из угловой стали в формулу вместо диаметра трубы подставляется эквивалентный диаметр уголка, вычисленный по выражению d у*э =0,95 х b, где b – ширина сторон уголка. 5) Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом коэффициенте использования В: И В ВО R R n , (1.5) 6) Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов Г по формулам. Коэффициенты использования горизонтальных электродов для предварительно принятого числа вертикальных электродов принимаются при расположении вертикальных электродов вряд при расположении вертикальных электродов по контуру. 7) Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражения И Г И Г В R R R R R , (1.6) 8) Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования И В ВО R R n , (1.7) 9) Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая устойчивость соединительных проводников по формуле З, (1.8) где з – установившийся ток замыкания 14 п – приведенное время прохождения тока на землю с – постоянная для стали 74, для голых медных проводников 195, для кабелей до 10 кВ с медными жилами 182, для голых алюминиевых проводников и кабелей с алюминиевыми жилами 112. 1 Заземление ГПП рассчитываем при напряжении на высокой стороне U 1 = 110 кВ, а на низкой стороне – 6 кВ, вид нейтрала на стороне U 1 – Г (глухозаземленная нейтрала на стороне U 2 – И (изолированная нейтрал, длина воздушной линии – 30 км грунт вместе сооружения подстанции – глина-суглинок; климатическая зона – III. 2 В качестве вертикального электрода принимаем стальной электрод с диаметром d=15 мм, длиной l =2,5 м эти электроды располагаем относительно уровня земли – ниже нам расстояние между заземлениями принимаем 6 м в качестве горизонтальных электродов принимаем полосовое железо с размерами (х) мм. Заземляющее устройство располагаем вокруг ГПП по контуру П м сопротивление естественно заземлителя принимаем R c = 4 Ом. 3 Определяем расчетный ток заземляющего устройства, считая что со стороны напряжения U 1 =110 кВ в соответствии ПУЭ требуется сопротивление заземления з = 2 Ом. Тогда , 125 з з R J (1.9) Аз 20 Так как с Ом > з Ом, то необходимо сооружение искусственных заземлителей, сопротивление которых должно быть , з с з c иск R R R R R (1.10) Ом R иск 4 2 4 2 4 4 Определяем расчетное удельное сопротивление грунта ρ расч = К с ·ρ, Ом·м, (1.11) где К с = 1,35 – коэффициент для вертикальных электродов см в III – климатической зоне. ρ = 70 Ом·м – удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности 15 ρ расч = 1,35·70 = 95 Ом·м; 5 Заземляющее устройство выполняем в виде контура из полосы размерами (х) мм, расположенной на глубине 0,8 м вокруг оборудования подстанции стержнями длиной l = 2,5 ми диаметром d = 15 мм, располагая их друг от друга на расстоянии 6 м. Общая длина полосы (контурам, предварительное количество стержне 10 штук. 6 Определяем сопротивление одного вертикального заземлителя электрода Ом l t l t d l l R э в расч о в , 4 4 lg 2 1 2 lg 3 , 2 366 , 0 , (1.12) где ρ = 950 мм – расчетное удельное сопротивление грунтам длина электрода d = 15 мм = 0,015 м – диаметр электродам глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя. Омов 5 , 2 05 , 2 4 5 2 05 , 2 4 lg 2 1 015 0 5 , 2 2 lg 3 , 2 5 2 95 366 , 0 7 Определяем количество вертикальных заземлителей штук R к R n и э в и вo , , (1.13) где к ивэ =0,77 – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от расстояния между ними а, длины «l», а также количества, то есть при а = 5/2,5 = 2,4. штук 4 77 , 0 37 8 Определяем сопротивление горизонтальных заземлителей Ом t b l l R расч г , 2 lg 366 , 0 2 , (1.14) где l = 60 м – длина полоса b = 40 мм = 40·10 -3 – ширина полосы, м ρ расч. = 2,5·70 = 175 Ом·м – расчетное сопротивление земли для горизонтальных заземлителей. 16 Ом R г 7 , 5 8 , 0 10 40 60 2 lg 60 175 366 , 0 Сопротивление полосы с учетом коэффициента использования Г Ом R R г г г , , (1.15) где Г – коэффициент использования горизонтальных заземлителей. Ом R г 25 14 4 , 0 7 , 5 9 Определяем необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом использования соединительной полосы Ом R R R R R з г з г в , , (1.16) Ом R в 33 , 2 2 25 , 14 2 25 14 10 Определяем уточненное количество вертикальных заземлителей штук R k R n в э в и вo , , (1.17) где к ивэ = 0,77 – уточненное значение коэффициента использования. штук 3 , 2 77 , 0 37 1.5 Защита от грозовых импульсных напряжений Высокие потенциалы возникают на воздушных линиях различного назначения (электрических, телефонных, радиотрансляционных) как при разрядах молнии непосредственно в эти линии, таки в результате электромагнитной индукции при разрядах молнии в непосредственной до 0,5 - 0,7 км) близости от них. Проникая по проводам в дома, высокие потенциалы вызывают разряды, представляющие опасность для людей и 17 электробытовых приборов и аппаратов, вызывая их повреждения. Наиболее простым средством защиты в этом случае является заземление крюков (или штырей) изоляторов на опорах ВЛ и на стенах при вводе воздушных линий в дом. Импульсное сопротивление заземления при этом следует делать по возможности меньше (не выше 20 Ом. Дополнительное заземление крюков на ближайшей к дому опоре и установка разрядников делает воздушные линии менее опасными для людей (особенно на ВЛ с деревянными опорами. Раличают три типа молниеразрядов: 1 Прямой разряд молнии в систему электроснбажения который может произойти либо на первичной стороне распределительного трансформатора, либо на любом элемента рапеределительной сети низкого напряжения (как воздушной, таки проложенной в земле. 2 Отраженный разряд – удар молнии в соседние объекты, при котором в низковолтных распределительных сетях индуктируются импульсные перенапряжения посредством создаваемого им мощного электромагнитного поля. Значения перенапряжений и пиковых токов от таких разрядов обычно маньше, чем от прямых, однако возникают они намного чаще. 3 Прямой разряд в систему молниезащиты или отдельные части здания конечного пользователя (металлоконструкции, водопроводы, трубы отопления, воздуховоды системы кондиционирования, шахта лифтов и т.д.). такие разряды (оказывающие воздействие двух видов индуктивное, вызванное токами разряда, протекающими в токопроводящих частях здания, ив виде импульса тока разряда молнии от здания в сеть низкого напряжения) требуют применения устройств защиты от импульсных перенапряжений (SPD) между проводниками сети низкого напряжения и местной землей, или так называемого эквипотенциального заземления установки. Вторичные защитные устройства разделяются на две категории устройства последовательной защиты и устройства параллельной защиты. Устройства последовательной защиты применяются для некоторых типов ЭП. Устройства параллельной защиты используются для защиты питающих силовых сетей, телефонных сетей, электрических шин. Устройства защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений или перенапряжений промышленной частоты. Они могут классифицироваться по способу их присоединения в установке последовательная или параллельная защита. Устройство последовательной защиты Это устройство с последовательным подсоединением к питающим проводам защищаемой системы (см. рис. 1.2). 18 Рисунок 1.2 - Принцип последовательной защиты Трансформаторы. Ограничивают перенапряжения за счет индуктивного эффекта и устраняют определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток. Данная защита не очень эффективна. Фильтры. Основанные на таких компонентах, как сопротивления, катушки индуктивности и конденсаторы служат для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не предназначены для ограничения атмосферных перенапряжений. Ограничители перенапряжений. Состоят главным образом из воздушных (без сердечников) катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного и компьютерного оборудования, но защищают только от перенапряжений. К сожалению, это громоздкие и дорогостоящие устройства. Сетевые кондиционеры и статические источники бесперебойного питания (ИБП). Эти устройства применяются главным образом для защиты чувствительного оборудования, такого как компьютерное оборудование, требующее электропитания высокого качества. Они могут использоваться для регулирования напряжения и частоты, подавления помехи обеспечения бесперебойного питания даже в случае отключения сетевого питания. С другой стороны, они не защищены от сильных атмосферных перенапряжений и требуют использования разрядников. Устройство параллельной защиты. Принцип работы. Устройство параллельной защиты может использоваться в установках любой мощности (см. рис. 1.3). Это наиболее широко применяемый тип устройств защиты от перенапряжений. 19 Рисунок 1.3 - Принцип параллельной защиты Основные характеристики. Номинальное напряжение устройства защиты должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. При отсутствии перенапряжения ток утечки не должен протекать через устройство защиты в режиме ожидания. При перенапряжении выше допустимого порогового значения для защищаемой установки устройство защиты должно быстро отводить ток, вызванный перенапряжением на землю, ограничивая напряжение необходимым верхним уровнем защиты (рис. 1.4). Рисунок 1.4 - Типовая вольт-амперная характеристика идеального устройства защиты После устранения перенапряжения устройство защиты прекращает проводить токи возвращается в ждущий нетокопроводящий режим. Ниже описывается идеальная вольт-амперная характеристика 20 Время реакции устройства защиты (t r ) должно быть как можно более коротким для быстрой защиты объекта. Устройство защиты должно быть способно проводить энергию, вызванную предсказанным перенапряжением на защищаемом объекте. Устройство защиты от перенапряжений должно быть рассчитано на входной номинальный ток In. Применяемые устройства Ограничители перенапряжения. Применяются на понижающих подстанциях (высокого/низкого) напряжения (ВН/НН) на выходах трансформаторов при системе заземления IT. Поскольку используются только в схемах с изолированной или заземленной через сопротивление нейтралью, они могут отводить перенапряжения на землю, особенно перенапряжения промышленной частоты (см. рис. 1.5). Рисунок 1.5 - Ограничитель перенапряжений Низковольтные ограничители перенапряжений. Этот термин обозначает различные по технологии и назначению устройства. Низковольтные ограничители перенапряжений представляют собой модули, устанавливаемые внутри низковольтного распределительного щита. Существуют также сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток. Они обеспечивают вторичную защиту подключенного к силовым розеткам оборудования. Некоторые ограничители встраиваются в различные устройства, потребляющие электроэнергию, хотя не могут защитить от больших перенапряжений. 21 Слаботочные разрядники или устройства защиты от перенапряжений защищают телефонные или коммутационные сети от перенапряжений из-за внешних (молнии) и внутренних причин (помехи, вызываемые работой другого оборудования, коммутационные перенапряжения и т.д.). Слаботочные ограничители перенапряжений также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в различные устройства, потребляющие электроэнергию Назначение перенапряжения, появляющегося на оборудовании, находящемся у потребителя, будут влиять характеристика сети, расстояние между точкой удара молнии и оборудованием у потребителя, тип применяемого заземления и полное его сопротивления, наличие устройств защиты от перенапряжений вдоль пути тока, а также разветвленность распределительной сети. Все эти факторы могут варьироваться в широких пределах в зависимости от назначения системы электроснабжения и особенностей местных условий. Для ограничения импульсных напряжений на оборудовании устанавливают вторичные защитные устройства (SPD). Они должны обеспечивать защиту силовых, и слаботочных проводов (рис. 1.6). Рисунок 1.6 Вторичные защитные устройства (SPD) 22 Когда эти провода заземлены вместе, разница потенциалов между ними строго ограничена, благодаря чему оборудование оказывается защищенным от повреждения. Представленные на рынке устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) очень часто имеют неприемлемые для солнечной энергетики параметры. Это касается в первую очередь дешевых решений уровня Т. Существуют и решения, способные защитить оборудование, однако для таких устройств цена сопоставима со стоимостью защищаемого оборудования. Следует отметить, что существует три уровня грозозащит, первый уровень – Т представляет собой всем известные молниеприемники громоотводы) и предназначен для защиты от прямого попадания молнии. Второй уровень – Т осуществляет защиту сети от вторичных проявлений молнии, иначе называемых перенапряжениями. И, наконец, третий уровень – Т, который обеспечивает защиту интерфейсов от воздействия перенапряжений путем отключения. Как видим, требования и задачи грозозащит зависят от их уровня. Можно сразу суверенностью сказать, что защиты Т игнорировать нельзя. Защиты других уровней не в состоянии справиться с задачами, возложенными на Т и отвести энергию молнии, обеспечив при этом приемлемые для защищаемого оборудования параметры. Говоря простыми словами – при отсутствии молниеприемников нельзя говорить о наличии грозозащиты, это будет частичное решение, только защита от импульсных перенапряжений. Защиты Т монтируются на протяженных линиях для снижения уровня перенапряжения в линиях и облегчения режима работы защит третьего уровня. На стороне электросети эти защиты смонтированы (по крайней мере – этого требуют стандарты, а линии солнечного поля и нагрузок протяженными назвать нельзя. В промышленных СЭС возможно наличие протяженных линий на солнечном поле и часто используются устройства уровня Т, как правило – на напряжение 1000 В. Устройства уровня Т используются для защиты каждого конкретного входа в оборудование, более того – очень часто рассматривается защита каждого провода. Эти устройства располагают за приборами защиты ив случае возникновения перенапряжения происходит пробой с самовосстановлением или без) устройства Т, ток через него возрастает и это приводит к отключению сегмента сети или стринга солнечного поля от защищаемого оборудования. 23 Заключение Комплекс решенных в научной работе задач при их методическом единстве является несомненным шагом вперед в решении проблемы защиты от перенапряжений сетей предприятий цветной металлургии. В работе проведено полное и систематическое исследование перенапряжений металлургических заводов и комбинатов. Исследование перенапряжений с сетях 6-220 кВ показало, что во многих случаях перенапряжения представляют опасность для изоляции электрооборудования. Полученные теоретические результаты исследований могут быть использованы для повышения надежности основного и вспомогательного технологического оборудования отрасли, так как позволяют смоделировать варианты защиты от возникающих перенапряжений. Защиту от ударов молний открытых подстанций осуществляют при помощи молниеотводов. Молниеотвод состоит из металлического молниеприемника, который возвышается над защищаемым объектом и воспринимает удар молнии и токопроводящего спуска с защищенным концом, через который ток молнии отводится в землю. Пространство вблизи молниеотвода, в пределах которого поражение защищаемого объекта маловероятно, называют зоной защиты молниеотвода. Молниеотводы бывают стержневые и тросовые. Таким образом, предложенное устройство защиты от импульсных перенапряжений (SPD) является современным способом защиты. Они обеспечивают защиту силовых, и слаботочных проводов. Когда эти провода заземлены вместе, разница потенциалов между ними строго ограничена, благодаря чему оборудование оказывается защищенным от повреждения. Тем самым защищает оперативный персонал, работающий на подстанции от поражения электрическим током. 24 Список используемой литературы 1 https://www.xn-----8kcodrdcygecwgg0byh.xn--p1ai/vvedenie-kursovoi- raboty-primery 2 edunews.ru/aspirantura/polezno/nir-studentov.html 3 http://www.google.ru/ 4 http://electricalschool.info/ 5 Горелов СВ. Перенапряжения и молниезащита Учебное пособие / В.Н. Андреев, МА. Бучельников, СВ. Горелов, В.И. Мухин; Под ред. В.П. Горелова.- е изд, дополн. – Новосибирск Новосиб. гос. акад. водн. трансп, 2003. - 251 с. 6 Горелов В.П. Композиционные резисторы для энергетического строительства / В.П. Горелов, ГА. Пугачев. – Новосибирск Наука. Сиб. отд-ние АН СССР, 1989.- 216 с. 7 Горелов, СВ. Технология конструкционных электротехнических материалов Текст учеб. пособие в 2 кн. Кн СВ. Горелов и др под общ. ред. В.П. Горелова, МН. Иванова. - е изд. дополн. – Новосибирск Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2005. - 354 с. 8 Горелов, П.В. Технология конструкционных электротехнических материалов Текст учеб. пособие в 2 кн. Кн /П.В. Горелов и др под ред. В.П. Горелова, Е.В. Ивановой. - е изд, дополн. - Новосибирск Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2005. - 239 с. 7. Грудинский МГ. Электротехнический справочник под ред. П.Г. Грудинского, МГ. Чиликина (главн. ред) и др. - изд. е, перабот. - Т, - М Энергия, 1972.-816 с. 9 Лихачев ФА. Защита от внутренних перенапряжений установок 3-220 кВ е изд, перераб. и доп. – М Энергия, 1968.-104 с. 10 Пасынков, В.В. Материалы электронной техники Учебник / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. - е изд, стер. – СПб: Лань, 2003. - 368 с. 11 Пейсахов, А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов Учебник / А.М. Пейсахов, А.М.Кучер. – СПб: Изд-во Михайлова, 2003. - 407 с. 12 Силенко, В.Н. Электротехнические материалы и их применение на водном транспорте Учебник. – СПб.: Политехника, 1995. - 335 с. 13 http://electrik.info/ 14 http://www.st-en.ru/ 15 http://ru.wikipedia.org/ |