Решение При разряде в землю или соседний объект на проводах возникает только индуктированное напряжение
![]()
|
Задача 3. Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенной на расстоянии ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определить: 1. Величину индуктированного перенапряжения ![]() 2. Кратность перенапряжения. Таблица 3.1 - Параметры разряда молнии и телеграфной линии.
Решение: При разряде в землю или соседний объект на проводах возникает только индуктированное напряжение: ![]() ![]() Величина коэффициента ![]() Средняя высота подвеса проводов ВЛ в пролете определяется как: ![]() ![]() Так как индуктированное напряжение можно принять одинаковым для всех трёх проводов и учитывая, что оно действует на фазную изоляцию линии, определяется кратность перенапряжения по отношению к фазному напряжению: ![]() ![]() Задача 4. Выполнить расчет молниезащиты для здания производственного назначения шириной SЗ, длиной Lз и высотой hЗ отдельно стоящими молниеотводами с заданными типами заземлителей (в соответствии с методикой РД 34.21.122-87). Известно удельное сопротивление грунта ![]() Требуется: Определить класс пожаро- или взрывоопасности здания. Рассчитать ожидаемое количество поражений молнией в год защищаемого объекта. Определить тип зон и категорию молниезащиты. Рассчитать допустимое расстояние по воздуху от молниеотводов до здания. Выбрать место расположения и тип молниеотводов на основе технико-экономического сравнения двух вариантов исполнения молниезащиты – с одиночным стержневым молниеотводом и с двойным стержневым молниеотводом. Рассчитать зоны защиты молниеотводов для двух вариантов исполнения молниезащиты. Начертить разрезы защищаемого объекта по линии расположения молниеотводов с указанием вертикальных сечений зон защиты для двух вари антов исполнения молниезащиты. Начертить планы защищаемого объекта с указанием горизонтальных сечений зон защиты на высоте hЗ для двух вариантов исполнения молниезащиты. Таблица 4.1 - Исходные данные.
Решение: Определение класса пожаро- или взрывоопасных зон. По классу взрывоопасной зоны объект относится к установкам класса В-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, указанные для зон класса В-II не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей. Ожидаемое количество поражений объекта молнией в год: ![]() ![]() где h - наибольшая высота здания или сооружения, м; S, L - соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности (удельная плотность, ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.
Объект относится к II-й категории молниезащиты, здания и сооружения, или их части, помещения которых относятся к зонам классов В-Iа, В-Iб, В-IIа тип зоны защиты – зона Б (при ![]() На основании анализа конструкции защищаемого объекта выбирается тип молниезащитного устройства – двойной стержневой молниеотвод. Выбирается зона защиты Б (для здания II-й категории при ожидаемом количестве поражений молнией в год N≤1). Для зданий и сооружений высотой не более 30 м наименьшее допустимое расстояние SB, м, равно: при ρ< 100 Омм для заземлителя любой конструкции SB= 3 м. Расчет двойного стержневого молниеотвода. При высоте здания ![]() ![]() С учетом наименьшего допустимого расстояния от заземлителя до здания расстояние между двумя стержневыми молниеотводами: ![]() Для двойного стержневого молниеотвода определяются параметры зоны защиты Б (при условии ![]() Высота средней части двойного стержневого молниеотвода: ![]() где ![]() ![]() Радиус защиты на уровне земли: ![]() Радиус защиты на высоте защищаемого объекта: ![]() Ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на высоте защищаемого объекта: ![]() Ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли: ![]() По результатам расчетов изображается зона защиты двойного стержневого молниеотвода (рис. 4.1). ![]() Рисунок 4.1 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода. Расчет одиночного стержневого молниеотвода. При высоте здания ![]() ![]() Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода определяется по формуле: ![]() Рассчитываются параметры зоны защиты Б одиночного стержневого молниеотвода. ![]() ![]() Рисунок 4.2 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода. Задача 5. Волна перенапряжения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Для защиты высоковольтного оборудования подстанции установлен вентильный разрядник с заданной вольт-амперной характеристикой. Числовые значения вольт-амперной характеристики разрядника приведены в табл. 4.1. Импульсное пробивное напряжение разрядника ![]() Требуется: 1. Построить график падающей на вентильный разрядник волны перенапряжения ![]() 2. Определить время фронта ![]() ![]() 3. Построить вольт-секундную характеристику вентильного разрядника. 4. Сделать вывод об эффективности применения разрядника с данной вольт-амперной характеристикой. Таблица 5.1 – Параметры волны перенапряжения высоковольтного оборудования.
Таблица 5.2 – Числовые значения вольт-амперной характеристики разрядника.
![]() Рисунок 5.1 – Схема включения вентильного разрядника для защиты электрооборудования от перенапряжений и эквивалентная схема для расчета напряжения на разряднике. Решение: Для определения напряжения на разряднике удобно использовать метод эквивалентного генератора. Данный метод предусматривает переход от исходной схемы (Рис. 5.1., а) к эквивалентной схеме (Рис. 5.1., б), где ![]() ![]() В первом квадранте построим вольт-секундную характеристику падающей волны с учетом коэффициента преломления, т.е. ![]() Здесь ![]() ![]() ![]() При определении ![]() ![]() ![]() ![]() Во втором квадранте построим: - вольт-амперную характеристику разрядника ![]() - падение напряжения на эквивалентном сопротивлении ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - Суммарное падение этих составляющих в зависимости от тока, протекающего через разрядник, т.е. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании равно ![]() После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике будет равно: ![]() где ![]() До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании по форме и значению соответствует ![]() ![]() ![]() С этого момента изменение значения падающей волны или ![]() ![]() ![]() Рисунок 5.2 – Построение вольт-амперной характеристики разрядника. При построении Построение вольт-амперной характеристики разрядника, можно определить, что ![]() Для защиты оборудования данным разрядником должно выполняться условие: ![]() ![]() ![]() ![]() Данное условие выполняется, для защиты изоляции высоковольтного оборудования, разрядник с данной вольт-амперной характеристикой является эффективной защитой. Определение времени фронта и времени импульса падающей волны перенапряжения производится при построении графика импульса ![]() ![]() Рисунок 5.3 – Форма импульса волны перенапряжения. Время фронта волны перенапряжения: ![]() Из графика можно определить время импульса волны перенапряжения ![]() Задача 6. Задан одножильный маслонаполненный кабель с заземленной свинцовой оболочкой. Длина кабеля равна ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Требуется: 1. Рассчитать емкость кабеля. 2. Определить характер изменения напряженности электрического поля у поверхности токоведущей жилы при увеличении ее радиуса от ![]() ![]() 3. Определить распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы ![]() 4. Построить рассчитанные зависимости ![]() ![]() Таблица 6.1 Параметры одножильного маслонаполненного кабеля
Решение: Коаксиальный кабель можно рассматривать как цилиндрический конденсатор. По теореме Гаусса напряженность электрического поля цилиндрического конденсатора в слое с радиусом ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Емкость цилиндрического конденсатора определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Напряженность электрического поля на расстоянии ![]() ![]() Для расчета характеристики изменения потенциала в слое изоляции следует воспользоваться формулой: ![]() Распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы ![]() ![]() С помощью математического пакета Mathcad, строятся зависимости ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 6.1 - Зависимости ![]() ![]() Задача 8. Волна атмосферного перенапряжения (с амплитудой Uo и прямоугольным фронтом) распространяется по одному из проводов трехфазной линии электропередачи с расчетным диаметром провода d1 и средней высотой подвески h1. При прохождении через реактор с индуктивностью L, волна переходит на провод другой линии электропередачи с расчетным диаметром провода di и высотой подвески hi (рис. 8.1). Требуется: 1. Рассчитать волновые сопротивления каждой линии. 2. Определить коэффициенты отражения и преломления падающей волны атмосферного перенапряжения при переходе с первой линии на вторую (без учета реактора). 3. Начертить схему замещения. 4. Вычислить постоянную времени и построить графики преломленной и отраженной волны тока и напряжения через время t после прохождения ей реактора. ![]() Рисунок 8.1 – Прохождение волны через индуктивность. Таблица 8.1 - Параметры трехфазной линии электропередачи.
Решение: Волновое сопротивление провода без учета влияния импульсной короны и электромагнитной связи с остальными проводами определяется по следующей зависимости: ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Для расчета преломленной и отраженной волны напряжения и тока следует заменить схему с распределенными параметрами (рис. 8.1) операторной схемой замещения схемой замещения (рис. 8.2). ![]() Рисунок 8.2 – Операторная схема замещения. Например, полученный закон изменения соответствует графику изменения преломленной волны и имеет вид: ![]() где ![]() ![]() ![]() Отраженная волна напряжения, т. е. волна напряжения, двигающаяся от узла 1 в обратном направлении, равна разности падающей и преломленной волн. По выражению преломленной и отраженной волн напряжения может быть найдена преломленная и отраженная волна тока. Коэффициенты преломления ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Максимальное значение напряжения преломленной волны через время t после прохождения реактора: ![]() Отраженную волну перенапряжения, рассчитаем по формуле: ![]() Знак "–" указывает на то, что отражённая волна в заданный момент времени имеет противоположную полярность по отношению к преломленной. ![]() Рисунок 8.3 - Графики преломленной и отраженной волны тока и напряжения через время t после прохождения реактора. Список литературы. 1. Иерусалимов М. И. Техника высоких напряжений/М. И. Иерусалимов, Н. Н. Орлов. – К. : Изд-во Киевского университета, 1967. - 443 с. 2. Техника высоких напряжений/под ред. М. В. Костенко. - М. : Высшая школа, 1973. - 528 с. 3.Техника высоких напряжений / под ред. Д. В. Разевига. - М. : Энергия, 1976. - 476 с. 4. Степанчук К. Ф., Тиняков Н. А. Техника высоких напряжений / К. Ф. Степанчук, Н. А. Тиняков. - Минск : Высш. шк., 1982. - 367с. |