Решение При разряде в землю или соседний объект на проводах возникает только индуктированное напряжение
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
Задача 3. Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенной на расстоянии  от ВЛ напряжением  . Высота подвеса проводов на опорах ВЛ  , стрела провеса проводов  . Зарегистрированная величина тока  .Определить: 1. Величину индуктированного перенапряжения  на проводах высоковольтной линии.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  принимается равной 25-30 Ом.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  . По условиям электромагнитной совместимости требуется соблюдение допустимых расстояний по воздуху от молниеотводов до здания (РД 34.21.122-87, п. 2.3).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  , в местностях со средней продолжительностью гроз 10ч в год и более).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  , принимается высота заземлителей над уровнем земли  .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  - высота вершины конуса стержневого молниеотвода (для зоны защиты Б). 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 , принимается высота заземлителей над уровнем земли .Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода определяется по формуле: Рассчитываются параметры зоны защиты Б одиночного стержневого молниеотвода. ; |
приходит с линии с волновым сопротивлением 
, на высоковольтное оборудование подстанции с волновым сопротивлением 
, и минимальным разрядным напряжением 
. Аналитически волна грозового перенапряжения описываются уравнением: 
.
и время импульса 
падающей волны перенапряжения.  |  |  |  | |  |
| 100 | 400 | 53,0 | 0,65 | 450 | 160 |
Таблица 5.2 – Числовые значения вольт-амперной
характеристики разрядника.
| Ток разрядника  | 0,2 | 03 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 5,0 | 10 |
| Напряжение разрядника  | 44 | 50 | 54 | 57 | 60 | 72 | 86 | 88 | 94 | 98 |
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
и 
— соответственно напряжение холостого хода (при непробитом искровом промежутке разрядника) с учетом коэффициента преломления падающего импульса и сопротивление относительно точек подключения разрядника при закороченном источнике.В первом квадранте построим вольт-секундную характеристику падающей волны с учетом коэффициента преломления, т.е.
Здесь
- коэффициент преломления падающей волны.
; 
При определении
значение переменной величины t с шагом 0,2мкс рассчитываем до t=3мкс.
Во втором квадранте построим:
- вольт-амперную характеристику разрядника
, заданную в табл. №5.2- падение напряжения на эквивалентном сопротивлении
, при значениях тока, указанных в табл. №5.2.
; 
- Суммарное падение этих составляющих в зависимости от тока, протекающего через разрядник, т.е.
, что равно после пробоя искрового промежутка разрядника. 
До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании равно
.После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике будет равно:
где
- ток через разрядник.До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании по форме и значению соответствует
. При 
происходит пробой искровых промежутков РВ и через разрядник начинает протекать ток. На графике это соответствует параллельному переносу значения 
из первого квадранта во второй квадрант на кривую суммарного падения напряжения. Вертикальный спуск на кривую вольт-амперной характеристики разрядника соответствует решению уравнения.С этого момента изменение значения падающей волны или
приведет к изменению тока через разрядник, а напряжение на защищаемом объекте будет равно напряжению на разряднике 
.
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
, радиус токоведущей жилы 
и радиус оболочки 
. Изоляция кабеля имеет диэлектрическую проницаемость 
. Кабель рассчитан на напряжение 
.Требуется:
1. Рассчитать емкость кабеля.
2. Определить характер изменения напряженности электрического поля
у поверхности токоведущей жилы при увеличении ее радиуса от
до .3. Определить распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы
.4. Построить рассчитанные зависимости
, 
.Таблица 6.1 Параметры одножильного маслонаполненного кабеля
-
110
36
6
1500
2,5
Решение:
Коаксиальный кабель можно рассматривать как цилиндрический конденсатор. По теореме Гаусса напряженность электрического поля цилиндрического конденсатора в слое с радиусом
равна:
где
- заряд, 
- диэлектрическая проницаемость вакуума, - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции, 
- расстояние от токоведущей жилы до точки х, - длина конденсатора.Емкость цилиндрического конденсатора определяется по формуле:
где
- радиус оболочки; - радиус токоведущей жилы; - длина кабеля; - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля; - диэлектрическая проницаемость вакуума.Напряженность электрического поля на расстоянии
от поверхности токоведущей жилы:
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
, при увеличении радиуса жилы от до .
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.
-
600
2,1
500
2,8
550
12
5
Решение:
Волновое сопротивление провода без учета влияния импульсной короны и электромагнитной связи с остальными проводами определяется по следующей зависимости:
где
- удельная индуктивность одиночного провода относительно земли; 
- удельная емкость провода; 
- средняя высота подвески провода; - расчетный радиус провода.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
- амплитуда падающей волны перенапряжения; 
- коэффициент преломления волны; 
- постоянная времени.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
и отражения 
, постоянная времени зависят от волновых сопротивлений линий и индуктивности катушки и определяются по следующим формулам:
; 
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.