лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств

• Название: Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
• Анкор: лекция.docx
• Дата: 17.01.2018
• Размер: 7.85 Mb.
• Имя файла: лекция.docx
• Тип: Глава; #14355
• страница: 5 из 18

Рис. 6.43. Осциллограммы тока и напряжения :

кА/дел.; В/дел.; мкс/дел.
Осциллограммы тока и напряжения приведены на рис. 6.43. Осциллограмма напряжения для удобства обработки смещена относительно осциллограммы тока на одно деление. Амплитуда тока составила 20,3 кА. Спад тока практически линейный. Напряжение на варисторе спустя 400 мкс от начала импульса напряжения равно 1050 В. Импульс напряжения имеет выброс при меньших временах.

При тех же условиях снята осциллограмма импульса напряжения с помощью зонда Textronix P6015A, имеющего коэффициент деления 1000, входную емкость 3пФ, сопротивление 100 МОм. Зонд подключался непосредственно к зажимам варистора. Сигнал с зонда регистрировался осциллографом Textronix TDS 3012 с полосой пропускания 100 МГц. Осциллограф с источником питания был установлен на изоляционной подставке и не имел соединения с землей за исключением соединения зонда.

Осциллограммы напряжения на варисторе приведены на рис. 6.44 и 6.45. Из рис. 6.44 видно, что напряжение на варисторе остается практически неизменным во время действия импульса тока. На рис. 6.45 заметно увеличение напряжения в течение фронта за счет взаимной индуктивности разрядного контура генератора и контура присоединения зонда к варистору. Разница в импульсах напряжения на рис. 6.43 и 6.44 связана с влиянием активного нелинейного сопротивления токовой части контура присоединения делителя. Оно уменьшается во времени, что, вероятно, связано с поверхностным

Рис. 6.44. Осциллограмма напряжения на варисторе:

В/дел.; мкс/дел.

Рис. 6.46. Осциллограммы тока и напряжения при закоротке:

В/дел.; мкс/дел.

Рис. 6.45. Осциллограмма напряжения к на варисторе:

от, = 3,7 кА/дел.; от_ц = 800 В/дел.; /я, = 10 мкс/дел
эффектом и проникновением электромагнитной волны в металлические элементы токовой части контура.

Для подтверждения этого на рис. 6.46 приведена осциллограмма напряжения на закоротке, представляющей собой медный многожильный провод сечением 2,5 мм² и длиной 23 см.

Таким образом, напряжение в схемах с варисторами определяется не только остающимся напряжением на варисторе, но и падениями напряжения на соединительных проводах, контактах. В некоторых случаях эти напряжения могут быть соизмеримы.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующую рекомендацию: присоединение защитного варистора

к линейному проводу и шине РЕ или к нейтральному проводу должно выполняться предельно короткими проводами для того, чтобы уменьшить как индуктивное падение напряжения на них, так и активное падение с учетом проникновения электромагнитного поля в соединительные провода. Это означает, что целесообразно на защитных устройствах предусматривать два контактных присоединения не только линейных проводов (как это предусмотрено некоторыми производителями защитных устройств, крепящихся на стандартной DIN-рейке в шкафах), но и для присоединения к шине РЕ или к нейтральному проводу N.
6.5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ ВНУТРИ ЗОН
Для обеспечения электромагнитной совместимости внутри зон необходимо также соблюдать определенные требования. Корпуса электрических и электронных приборов должны быть объединены между собой, связаны с экраном защитной зоны. Основными конфигурациями таких соединений являются звездообразная и сеточная (рис. 6.47). В пределах одной зоны могут использоваться обе конфигурации (рис. 6.48).



Рис. 6.47. Присоединение корпусов электронного оборудования к системе уравнивания потенциалов:








а — основные конфигурации; б — присоединение к системе уравнивания потенциалов; ТОП — общая точка присоединений; S, 5, — звездообразные конфигурации; М, М_т— конфигурации в виде сетки

Рис. 6.48. Комбинации способов присоединения корпусов электрического и электронного оборудования к системе уравнивания потенциалов:

а — звездообразная конфигурация и конфигурация в виде сетки; б — конфигурации в виде сетки с присоединением к системе уравнивания потенциалов в одной точке; ТОП — общая точка присоединений; S_s— звездообразные конфигурации; М_т— конфигурации в виде сетки; M_z— конфигурация в виде сетки, объединенная с одной точкой присоединения к системе уравнивания потенциалов

Рис. 6.49. Присоединения к шине уравнивания потенциалов в здании:

1 - присоединение потребителя; 2 - счетчик потребления энергии; 3 — щиток здания; 4 - силовой кабель-
5 — газовая труба; 6 - труба водопровода; 7 — труба центрального отопления; 8 — присоединение электрон
ного оборудования; 9 - присоединение оболочки кабеля антенны; 10 — шина уравнивания потенциалов (РЕ)-
м — расходомеры

Рис. 6.50. Пример использования щитков шины уравнивания потенциалов (РЕ) в здании с большим числом входящих проводников и кольцевой шиной зазем-лителя:

1 — металлический проводник снаружи, например водопровод; 2 — кабель электроснабжения или линия связи; 3, 7 — арматура железобетона внешних стен и фундамента; 4 — кольцевая шина заземления; 5 — присоединение заземлителя; 6 — точки присоединения шины уравнивания потенциала; 8 — защитное устройство; 9 — щитки шины уравнивания потенциалов

Предпочтительным является объединение корпусов в виде звезды с общей точкой на экране зоны.

Типичный вариант присоединений к шине РЕ внутри здания приведен на рис. 6.49, а расположения щитков (клем-мников) шин РЕ — на рис.

Важным вопросом при обеспечении ЭМС является снижение наводок в петлях соединительных проводников между приборами. Некоторые способы уменьшения наводок показаны на рис. 6.53.

В любых случаях следует использовать металлические предметы, конструкции в

ряс. 6.51. Пример присоединений к внутренней кольцевой шине уравнивания потенциалов большого числа входящих электрических и металлических коммуникаций:

/ — арматура железобетона внешних стен и фундамента; 2 — к дополнительному заземлителю; 3 — точки присоединений; 4 — внутренняя кольцевая шина; 5 — к внешним металлическим коммуникациям, например водопроводу; б — кольцевая шина заземлителя; 7 — защитное устройство; 8 — щитки системы уравнивания потенциалов; Р — линии связи или электроснабжения; 10 — к дополнительному заземляющему электроду

Рис. 6.52. Пример соединений с шиной уравнивания потенциалов в помещении на этаже с большим числом проводящих коммуникаций:

1 — кабель электроснабжения или связи; 2 — внешняя кольцевая горизонтальная шина (выше уровня земли); 3 — внешние подводящие коммуникации; 4 — присоединение к спуску; 5 — арматура железобетонных стен; 6 — специальные точки присоединения к арматуре; 7 — щитки шины уравнивания потенциалов; 8 — защитное устройство

Рис. 6.53. Методы снижения наводок с помощью экранирования и прокладки проводящих элементов:

а — незащищенная система; б — использование внешнего экрана, например сетки молниезащитной системы, арматуры железобетонных стен, металлического фасада и т.д.; в — уменьшение индукционной петли; г — экранирование соединительных проводов; д — прокладка линий в металлических трубах, лотках; 1,2— устройства с металлическими корпусами; 3 — линия электроснабжения; 4 — линия передачи данных; 5 — индукционная петля; 6 — экран линии передачи данных; 7 — металлическая труба; 8 — экран линии электроснабжения; 9 — внешняя система молниезащиты

Рис. 6.54. Использование трубопроводов и лестницы в качестве естественного экрана: / — резервуар; 2 — вспомогательная лестница; 3 — трубопроводы


Рис. 6.55. Рациональное размещение линий в мачте (поперечное сечение):

1 — рациональное размещение кабелей в углах балок; 2 — вариант размещения кабелей в лотке внутри мачты

качестве экрана. Примеры их использования приведены на рис. 6.54 и 6.55. Иногда следует использовать в качестве экрана дополнительные металлические пластины (как показано на рис. 6.56), а соединительные кабели прокладывать в непосредственной близости к пластине. Благодаря малой площади петли индуцированное напряжение в петле невелико.


Рис. 6.56. Уменьшение площади петли при размещении кабелей на поверхности металлической пластины:

I— РЕ-шхи& (только при эксплуатации оборудования класса 1); 2 — дополнительный экран кабеля, заземленный с обоих концов; 3 — металлическая пластина, используемая в качестве дополнительного экрана; 4 — петля с уменьшенной площадью

Р

ис. 6.57. Использование металлической пластины в качестве дополнительного экрана:

1 — крепление кабеля с соединением экрана кабеля

к металлической пластине или без соединения; 2

края пластины; Е — линии электроснабжения; S

сигнальные линии

Сигнальные линии при их размещении на пластине должны быть удалены от линий электроснабжения (рис. 6.57).


ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ


1. Какие технические мероприятия по обеспечению электромагнитной обстановки пре-^;**г' ^усматриваются на объектах электроэнерге-

2. 
   Перечислите нормативные материалы по
   обеспечению электромагнитной обстановки
   на объектах электроэнергетики.
   
3. 
   Изложите принципы защиты линий электро
   передачи и подстанций от прямых ударов
   молнии.
   
4. 
   Как выполняются заземлители объектов
   энергетики?
   

МОЛНИЯ И МОЛНИЕЗАЩИТА
9.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Молния — гигантский электрический разряд в атмосфере. Молния возникает в результате накопления электрических зарядов в грозовом облаке. Она сопровождается ярким свечением причудливо искривленного канала, ударной волной, распространяющейся в окружающем воздухе, переходящей на некотором расстоянии в звуковую. Акустическое проявление молнии называют громом.

Молния представляет собой грозное природное явление, приносящее ущерб человеку и его имуществу. Этот ущерб связан с непосредственным поражением людей и животных, пожарами в жилых и производственных помещениях, взрывами опасных объектов, возникновением лесных пожаров, генерированием мощного электромагнитного импульса и т.д. Электромагнитный импульс молнии создает проблемы электромагнитной совместимости.

На Земле одновременно существуют примерно 2000—3000 грозовых очагов и каждую секунду ее поверхность поражают 100—200 ударов.

По поверхности земного шара грозы распределяются неравномерно. Частота их образования зависит от времени года, времени суток, рельефа местности. Над сушей гроз примерно в 10 раз больше, чем над океанами. В вечерние и ночные часы гроз больше, чем днем. В средних широтах северного полушария грозы в основном бывают с мая по сентябрь. Этот период называют грозовым сезоном. Зимой грозы возникают сравнительно редко.

В средних широтах землю поражают 30—40 % общего числа молний, остальные 60 70 % составляют разряды между облаками или между разноименно заряженными частями облаков В экваториальных широтах изотерма 0 ^СС располагается выше, чем в средних широтах. Соответственно выше и области концентрации зарядов в облаках, поэтому разряды в землю составляют еще меньшую часть.

Интенсивность грозовой деятельности в какой-либо местности характеризуется средним числом грозовых часов в году . Число грозовых часов минимально в высоких широтах и постепенно увеличивается к экватору, где повышенная влажность воздуха и высокая температура, способствующие образованию грозовых облаков, наблюдаются практически в течение всего года

В некоторых районах (Армения, Краснодарский кран, Донбасс, Карпаты) годовое число грозовых часов достигает 100 и более,

В ряде стран пользуются другой, менее удобной характеристикой грозовой деятельности: годовым числом грозовых дней (а не часов) По данным Всемирной метеорологической организации в Центральной Африке наблюдается до 180 грозовых дней в году, в Малайзии, Перу, на Мадагаскаре — до 140 дней, в Бразилии, Центральной Америке — 100—120 дней.

Для практических задач молниезащиты наземных сооружений важна удельная плотность ударов молнии в землю , т.е. годовое число ударов в 1 км² земной поверхности. В пределах годовой продолжительности гроз до ч удельная плотность ударов молнии в землю практически прямо пропорциональна Это дало возможность принять в России наряду с удельной плотностью ударов молнии другую характеристику грозовой деятельности: среднее число ударов молнии в 1 км² поверхности земли за 100 грозовых часов.

Рис. 9.1. Зависимость удельного числа ударов молнии в 1 км² площади Земли от числа грозовых дней в году (штриховыми линиями ограничена область разбросов по данным наблюдений)
Если интенсивность грозовой деятельности выражена годовым числом грозовых дней , то удельная плотность разрядов в 1 км² поверхности за число грозовых часов в году можно оценить по рис. 9.1. Однако следует иметь в виду, что при одном и том же значении удельная плотность ударов молнии в землю подвержена значительным разбросам вследствие влияния рельефа местности и климатических условии.

Для территории нашей страны . Чем больше число грозовых дней в году, тем продолжительнее грозы. Из этого следует, что зависимость нелинейна, и поэтому нельзя характеризовать грозовую деятельность просто числом ударов молнии в 1 км² поверхности земли за 100 грозовых часов.

Возвышающиеся над поверхностью земли объекты вследствие развития с них встречных лидеров собирают удары молнии с площади, превышающей занимаемую территорию. Однако, приняв , можно оценить число ударов молнии за 100 грозовых часов в сооружение длиной А, шириной В и высотой Н (размеры в метрах) по формуле

Число ударов молнии в 100 км ВЛ электропередачи за 100 грозовых часов

где - средняя высота подвеса троса или, при отсутствии тросов, верхнего провода; — высота опоры, м; — стрела провеса троса или провода, м.

Годовое число ударов молнии в линию длиной км, при числе грозовых часов в году , ч/год, определяется как

9.2. НАКОПЛЕНИЕ ЗАРЯДОВ В ГРОЗОВОМ ОБЛАКЕ
Грозовые облака (кучево-дождевые) простираются на высоте до 15 км, а их основание находится на высоте 0,3-3,5 км. Грозовое облако представляет собой громадную «вытяжную трубу», в которой потоку воздуха по мере его подъема непрерывно сообщается дополнительное тепло, поэтому в зоне облака он всегда теплее, чем вне его. По мере вертикального восхождения потока воздуха в нем происходит конденсация водяных паров, при которой выделяется тепло, затем происходит замерзание капель, также сопровождающееся нагревом окружающего воздуха.

В верхней части грозовое облако может состоять из снежинок, кристаллов льда, ледяной или снежной крупы, градин. Нижняя часть, находящаяся при температуре выше 0ºС, состоит обычно из крупных капель воды и поэтому выглядит очень темной.

Площадь основания грозовых облаков, образующихся в летнее время в результате нагрева земной поверхности (тепловые грозы), составляет несколько квадратных километров Если грозовые облака возникают на границе раздела теплых и холодных воздушных масс (фронтальные грозы), то занимаемая ими площадь составляет полосу шириной до 15 км и длиной десятки и даже сотни километров

Громадная масса воды и льда удерживается в грозовом облаке восходящими воздушными потоками, скорость которых составляет 5—30 м/с. Эти потоки увлекают нагретый у поверхности земли воздух и тем самым снабжают грозовое облако тепловой энергией, часть из которой затем преобразуется в электрическую.

Таким образом, фазе молнии предшествует процесс электризации частиц воды и льда, разделения и накопления электрических зарядов в грозовом облаке.

Имеется множество теорий электризации капель воды и кристаллов льда в грозовых облаках, в большинстве своем нашедших подтверждение в лабораторных исследованиях. В грозовом облаке могут действовать несколько механизмов электризации в зависимости от стадии развития облака и агрегатного состояния воды в нем.

Рассмотрим два механизма, характерных для нижней части грозового облака при температуре выше 0ºС и для частей облака расположенных выше нулевой изотермы.