U ном1 и u ном2

Название	U ном1 и u ном2
Дата	28.11.2021
Размер	0.55 Mb.
Формат файла
Имя файла	da11832.doc
Тип	Документы #284250

Исходные данные:

№ варианта	U_ном1/U_ном2, кВ	СЗА	F_мех1/F_мех2, кН	ρ, Ом·м	D, ч/год	а, м	b, м	l_опн1/l_опн2, м	n_вл1/n_вл2
31-5=26	500/220	I	180/90	50	35	60	80	40/20	1/3

U_ном1 и U_ном2 – номинальные напряжения ОРУ 1 и ОРУ 2 соответственно;

СЗА– степень загрязнения в районе расположения подстанции и воздушных линий;

F_мех1 и F_мех2– механические нагрузки на гирлянды изоляторов классов напряжения U_ном1 и

U_ном2 соответственно;

ρ– измеренное при средней влажности почвы удельное сопротивление грунта в районе

расположения подстанции;

D– число грозовых часов в году в районе прохождения линии и расположения подстанции;

a и b– габариты подстанции;

l_опн1 и l_опн2– расстояния от защищаемого объекта до ОПН в ОРУ 1 и ОРУ 2 соответственно;

n_вл1 и n_вл2– число воздушных линий электропередачи, подходящих к ОРУ 1 и ОРУ 2.

Исходные данные, зависящие от класса напряжения:

U_ном, кВ	l_пр, м	h_x, м	C_тр, пФ	U_{исп.пги}, кВ	ΔU_к, %
500	350	24	4200	1300	20
220	250	17	2000	750	40

l_пр – длина пролета воздушных линий;

h_x – высота портала ОРУ;

C_тр – входная емкость защищаемого оборудования (силового трансформатора);

U_{исп.пги} – нормированные значения испытательного напряжения полного грозового импульса

для силовых трансформаторов;

ΔU_к – координационный интервал в процентах от допустимого напряжения.
1. Определение для обоих классов напряжения требуемого числа и типа изоляторов гирлянд на промежуточных опорах ЛЭП, подходящих к ОРУ, и гирлянд на порталах ОРУ. Расчет импульсных напряжений перекрытия для всех выбранных гирлянд.
Исходя из значений механических нагрузок на гирлянды изоляторов и степени загрязнения в районе расположения подстанций и воздушных линий, выбраны изоляторы (стр.395, табл.31.1, [1]):

ПФ20-А для

кВ;

ПС12-А для

кВ.
Характеристики выбранных изоляторов:

Тип изолятора	Н, мм	D, мм	Lу, мм	kэф
ПФ20-А	194	350	420	1,1
ПС12-А	140	260	325	1,2

Н – строительная высота изолятора;

D –диаметр;

Lу – длина пути утечки;

kэф – коэффициент эффективности.
Для обоих классов напряжения удельная эффективная длина пути утечки λ_эф, коэффициент конструкции k_к и коэффициент, учитывающий высоту расположения подстанции и ВЛ над уровнем моря, k_н равны 1,6; 1; 1 соответственно (по [3]).
_{Наибольшее рабочее напряжение по [3]:}

кВ;

кВ.

Необходимое число изоляторов по [3]:

Число изоляторов гирлянд на опорах ЛЭП:

шт;

шт.

Число изоляторов гирлянд на порталах ОРУ по [3]:

шт;

шт.

Длина гирлянды изоляторов на опорах ЛЭП:

м;

м.

Длина гирлянды изоляторов на порталах ОРУ:

м;

м.

Импульсных напряжений перекрытия по [3]:

кВ;

кВ.
2. Определение параметров контура заземления подстанции обеспечивающих допустимую величину его стационарного заземления (< 0,5 Ом).
Минимальный шаг сетки по сторонам a и b по [3]:

м,

м.

Длина вертикальных электродов по [3]:

м.

Число вертикальных электродов:

Суммарная длина горизонтальных проводников:

м.

Площадь подстанции:

м².

Расчетное удельное сопротивление грунта:

, где k_с – сезонный коэффициент.

по [3].

Ом·м.

Определение коэффициента А по значению

(по данным [3]) методом линейной интерполяции:

Стационарное сопротивление заземлителя:

Ом.
3. Построение зависимости импульсного сопротивления контура заземления

подстанции от тока молнии.
Импульсный коэффициент по [3]:

Импульсного сопротивления контура заземления подстанции:

Результаты расчета импульсного сопротивления контура заземления подстанции для различных токов молнии приведены в таблице:

I_м, кА	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
R_и, Ом	1,002	0,907	0,834	0,777	0,729	0,690	0,656	0,627	0,601	0,579	0,558

График зависимости импульсного сопротивления контура заземления

подстанции от тока молнии представлен на рис.3.1.
4. Расчет зависимости максимального напряжения на силовом трансформаторе

от крутизны фронта набегающей волны, определение длины опасной зоны, защищенного

подхода, ожидаемого числа повреждений изоляции оборудования на подстанции

(ОРУ-1 и ОРУ-2) от ударов молнии в ЛЭП в пределах защищенного подхода.
Выбор опор:

ПБ500-5Н для

кВ (стр. 401, 402, [2]);

ПБ220-3 для

кВ (стр. 396, 398, [2]).

Промежуточная одноцепная свободностоящая опора ПБ500-5Н (рис. 4.1, а).

Провод:

, сечение стали провода

мм² (стр. 442, [2]).

Трос:

, сечение стали троса

мм² (стр. 444, [2]).

Промежуточная одноцепная свободностоящая опора ПБ220-3 (рис. 4.1, б).

Провод:

, сечение стали провода

мм² (стр. 442, [2]).

Трос:

, сечение стали троса

мм²(стр. 444, [2]).

Схема замещения для расчета напряжения на трансформаторе:

U_опн – напряжение на ОПН;

L’ и C’ – погонные индуктивность и емкость ошиновки;

L_опн – длина ошиновки между ОПН и силовым трансформатором;

C_тр – входная емкость силового трансформатора.
Допустимое напряжение для изоляции силового оборудования подстанции:

кВ;

кВ.

Остающееся напряжение:

кВ;

кВ.

Волновое сопротивление ошиновки и скорость распространения волны по ней по [3]:

Ом,

м/мкс.

Погонные индуктивность и емкость ошиновки (стр. 197, [4]):

мкГн/м,

мкФ/м.

Период колебаний контура (стр. 196, [4]):

;

мкс;

мкс.

По рис.3 [5] для разных значений

определяется соответствующее значение

.

Крутизна фронта набегающей волны:

.

Максимальное напряжение на силовом трансформаторе:

.

Результаты расчетов крутизны фронта набегающей волны и максимальное напряжение на силовом трансформаторе для различных значений

приведены в таблице:

		, кВ/мкс	, кВ	, кВ/мкс	, кВ
0	2	∞	1848	∞	844,8
0,5	1,66	554,25	1533,84	518,668	701,184
1	1,35	277,125	1247,4	259,334	570,24
1,5	1,213	184,75	1120,812	172,889	512,371
2	1,156	138,563	1068,144	129,667	488,294
2,5	1,125	110,85	1039,5	103,734	475,2
3	1,106	92,375	1021,944	86,445	467,174
3,5	1,088	79,179	1005,312	74,095	459,571
4	1,075	69,281	993,3	64,833	454,08
4,5	1,069	61,583	987,756	57,63	451,546
5	1,067	55,425	985,908	51,867	450,701
∞	1	0	924	0	422,4

Графики зависимости максимального напряжения на силовом трансформаторе

от крутизны фронта набегающей волны представлены на рис.4.1 и рис.4.2.

Напряжение на оборудование не должно превышать

, тогда

для

отношение

,

для

отношение

.

Критическая крутизна фронта набегающей волны:

кВ/мкс;

кВ/мкс.

Удлинение фронта под действием импульсной короны (стр.205, [4]):

При

кВ число проводов в фазе равно 3, соответственно

, при

кВ число проводов в фазе равно 1, соответственно

(стр. 271-272, [1]).

Амплитуда полного импульса:

кВ;

кВ.

Стрела провеса провода по [3]:

м;

м.

Средняя высота подвеса провода:

м;

м.

Удлинение фронта под действием импульсной короны:

мкс/км;

мкс/км.

Длина опасной зоны (стр.205, [4]):

км;

км.

Длина защищенного подхода:

км;

км.

Число перекрытий изоляции подстанции вследствие набегания на нее импульсов грозовых перенапряжений (стр. 281, [1]):

Стрела провеса троса:

м;

м.

Высота подвеса троса:

м;

м.

Определение углов защиты для опоры ПБ500-5Н:

, следовательно

.

Определение углов защиты для опоры ПБ220-3:

, следовательно

;

, следовательно

;

, следовательно

.

Вероятность прорыва молнии сквозь тросовую защиту по [3]:

;

.

Критический ток молнии, при котором произойдет обратное перекрытие гирлянды изоляторов в случае попадания тока молнии в опору:

, где

Ом по [3].

На опоре ПБ500-5Н количество тросов равно двум, тогда

, на опоре ПБ220-3 количество тросов равно единице, тогда

по [3].

кА;

кА.

Вероятность перекрытия гирлянды изоляторов при ударе молнии в опору по [3]:

;

.

Расстояние между тросом и проводом в середине пролета:

_{Средняя разрядная напряженность длинного воздушного промежутка по [3]:}

Критическая крутизна тока молнии при которой произойдет перекрытие промежутка трос-провод:

, где

Ом,

по [3].

кА/мкс;

кА/мкс.

Вероятность перекрытия промежутка трос-провод по [3]:

;

.
Ожидаемое число повреждений изоляции оборудования на подстанции от ударов молнии в ЛЕП в пределах защищенного подхода:

5. Расставить на территории ОРУ молниеотводы для защиты электрооборудования

от прямых ударов молнии, определив их минимально необходимое число и высоту.
Рассмотрим два варианта:

а) 4 молниеотвода высотой

м расположены в углах подстанции на расстоянии 7.4 м от ее границ.

б) 4 молниеотвода высотой

м расположены в углах подстанции на расстоянии 8 м от ее границ.
Для

м (из СО 153-34.21.122-2003):

Высота зоны защиты одиночного молниеотвода:

а)

м;

б)

м.

Радиус зоны защиты одиночного молниеотвода на уровне земли:

а)

м;

б)

м.

Радиус зоны защиты одиночного молниеотвода на уровне (hx =24 м):

а)

м;

б)

м.

Максимальное расстояние между стержневыми молниеприемниками, при котором молниеотвод считается двойным:

а)

м;

б)

м.

Расстояние, при котором зона защиты двойного молниеотвода не имеет провеса:

а)

м;

б)

м.

Минимальная высота зоны защиты посередине между молниеотводами:

м.

Максимально возможное расстояние между молниеотводами в данном случае:

м.

Так как максимально возможное расстояние между молниеотводами в данном случае не превышают значений

, то их попарно можно считать двойными молниеотводами, зона защиты которых не имеет провеса, а следовательно радиус зоны защиты в середине между молниеотводами будет равен радиусу зоны защиты одиночного молниеотвода.

Графические изображения вариантов а и б представлены на рис.5.1 и рис.5.2 соответственно.
6. Определение числа повреждений в год изоляции электрооборудования ОРУ от прямых ударов молнии в молниеотводы и прорывов молниезащиты подстанции.
Число ударов молнии в подстанцию по [3]:

уд/год.

Вероятность прорыва молнии в зону защиты подстанции по [3]:

.

Вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в провод по [3]:

.

Число перекрытий изоляции подстанции вследствие прорывов молнии в зону защиты по [3]:

шт/год.
Построение кривой опасных параметров.
Импульсное напряжение перекрытия гирлянды изоляторов на порталах ОРУ 220 кВ по [3]:

.

Импульсное сопротивление контура заземления подстанции, найденное в пункте 3:

_{Удельная индуктивность опоры по}_[3]_:

мкГн/м.

Крутизна тока молнии:

.

Вероятность того, что ток молнии будет равен или превысит заданное значение по [3]:

.

Вероятность того, что крутизна тока молнии будет равена или превысит заданное значение по [3]:

.

Результаты расчетов крутизны тока молнии при различных значениях тока молнии и вероятностей

приведены в таблице:

I_м, кА	, кА/мкс
0	118,739	1	7,492·10^-5
10	117,977	0,67	7,963·10^-5
20	117,337	0,449	8,381·10^-5
30	116,782	0,301	8,761·10^-5
40	116,287	0,202	9,115·10^-5
50	115,84	0,135	9,447·10^-5
60	115,43	0,091	9,762·10^-5
70	115,05	0,061	1,006·10^-4
80	114,696	0,041	1,035·10^-4
90	114,362	0,027	1,063·10^-4
100	114,046	0,018	1,091·10^-4
200	111,518	≈0	1,335·10^-4

Кривая опасных параметров и кривая вероятностей опасных параметров представлены на рис.6.1 и рис.6.2.

Вероятность обратного перекрытия гирлянды изоляторов

определяется по рис.6.2 и равна площади фигуры под графиком.

Число повреждений изоляции оборудования ОРУ от прямых ударов молнии в молниеотводы по [3]:

шт/год.
7. Определение показателя грозоупорности подстанции по [5]:

лет.
8. Методы повышения грозоупорности подстанции:

- для напряжения

кВ выбрать опоры с двумя троса, тогда

уменьшится в два раза и будет равен 0,15;

- снизить стационарное сопротивление опор в пределах опасной зоны путем увеличения площади заземлителя;

- уменьшить расстояние между защищаемым оборудованием и ОПН;

-уменьшить длину пролета линии.

Список используемой литературы:

1. Базуткин И.И., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений.

Изоляция и перенапряжения в электрических системах. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А.

Баумштейна, С.А. Бажанова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Материалы практических занятий. Методические указания к типовому расчету

4. Лабораторные работы по технике высоких напряжений. / М.А. Аронов, В.В. Базуткин, П.В. Борисоглебский и др. – М.: Энергоиздат, 1982

5. Методические указания к типовому расчету.

Дополнение.
5. Расставить на территории ОРУ молниеотводы для защиты электрооборудования

от прямых ударов молнии, определив их минимально необходимое число и высоту.
Рассмотрим вариант:

Для молниеотводов высотой

м и

(из СО 153-34.21.122-2003):

Высота зоны защиты одиночного молниеотвода:

м.

Радиус зоны защиты одиночного молниеотвода на уровне земли:

м.

Радиус зоны защиты одиночного молниеотвода на уровне hx =24 м:

м.

Максимальное расстояние между стержневыми молниеприемниками, при котором молниеотвод считается двойным:

м.

Расстояние, при котором зона защиты двойного молниеотвода не имеет провеса:

м.

Минимальная высота зоны защиты посередине между молниеотводами, если

м, где

- расстояние между молниеотводами.

Минимальный радиус зоны защиты посередине между молниеотводами:

м.
6. Определение числа повреждений в год изоляции электрооборудования ОРУ вследствие прорывов молнии в зону защиты подстанции.
Число ударов молнии в подстанцию по [3]:

уд/год.

Вероятность прорыва молнии в зону защиты подстанции по [3]:

.

Вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в провод по [3]:

.

Число перекрытий изоляции подстанции вследствие прорывов молнии в зону защиты по [3]:

шт/год.

7. Определение показателя грозоупорности подстанции по [5]:

лет.