- •Лопухова Татьяна Викторовна
- •Лекции по дисциплине «Изоляция и перенапряжения»
- •1.1. Применение высоких напряжений для передачи электрической энергии
- •1.2. Изоляция электрических установок
- •1.3. Перенапряжения, воздействующие на электроустановки
- •1.4. Работа изоляции в условиях длительного воздействия рабочего напряжения
- •1.5. Влияние режима нейтрали на уровни перенапряжений
- •Резистивное заземление нейтрали
- •2.1. Общая характеристика внешней изоляции
- •2.2. Регулирование электрических полей во внешней изоляции
- •2.3. Диэлектрики, используемые во внешней изоляции
- •2.4. Назначение и типы изоляторов.
- •2.5. Электрофизические процессы в газах
- •2.6. Лавина электронов и условие самостоятельности разряда.
- •2.7. Время разряда и вольт-секундные характеристики воздушных промежутков.
- •2.8. Разряд в длинных воздушных промежутках.
- •3.1. Механизм перекрытия изолятора в сухом состоянии.
- •3.2. Механизм перекрытия изолятора при загрязненной поверхности и под дождем.
- •3.3. Выбор изоляторов воздушных лэп и ру.
- •4.1. Общие свойства внутренней изоляции
- •4.2. Виды внутренней изоляции и материалы, используемые для их изготовления.
- •4.3. Зависимость электрической прочности внутренней изоляции от длительности воздействия напряжения.
- •5.1. Понятие “кратковременная электрическая прочность” внутренней изоляции и поведение изоляции при воздействии перенапряжений
- •5.2. Длительная электрическая прочность внутренней изоляции.
- •5.3. Срок службы изоляции
- •5.4. Старение изоляции под воздействием частичных разрядов
- •5.5. Тепловое старение внутренней изоляции
- •5.6. Старение изоляции при механических нагрузках
- •5.7. Увлажнение как форма старения изоляции
- •5.8. Допустимые рабочие нагрузки на внутреннюю изоляцию
- •6.1. Системы контроля качества изоляционных конструкций
- •6.2. Испытания изоляции повышенным напряжением
- •6.3. Испытания напряжением промышленной частоты
- •6.4. Измерения характеристик и испытания изоляции при повышенном напряжении
- •6.5. Профилактические испытания и диагностика изоляции оборудования высокого напряжения
- •7.1. Физика разряда молнии
- •8.1. Допустимое число отключений воздушных линий электропередачи.
- •8.2. Ожидаемое число грозовых отключений линии
- •8.3. Грозоупорность воздушных лэп
- •2. Удар молнии в опору.
- •3. Удар мимо троса.
- •4. Индуктирование перенапряжения в линии.
- •8.4. Показатели качества грозозащиты вл
- •8.5. Основные средства молниезащиты вл
- •10.1. Импульсы грозовых перенапряжений, набегающие на подстанцию.
- •10.3. Принципы защиты электрооборудования от набегающих импульсов грозовых перенапряжений
- •Лекция 11. Внутренние перенапряжения в электроэнергетических системах
- •11.1. Общая характеристика внутренних перенапряжений
- •11.2. Классификация внутренних перенапряжений
- •11.3. Коммутационные перенапряжения
- •Отключение короткого замыкания (к..З.)в цикле апв
- •12.1. Перенапряжения в длинных линиях за счет емкостного эффекта
- •12.2. Феррорезонансные перенапряжения
- •Феррорезонансные перенапряжения в сетях с глухозаземленной нейтралью
- •Феррорезонансные перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью
- •13.1. Система защиты от перенапряжений
- •13.2. Основные средства ограничения перенапряжений
- •13.3. Нелинейные ограничители перенапряжений (опн)
- •14.1 Влияние электромагнитных полей установок высокого напряжения на людей
- •14.2. Влияние коронного разряда на связь
- •14.3. Защита птиц от воздействия высокого напряжения
8.3. Грозоупорность воздушных лэп
Импульсная прочность ЛЭП значительно больше, чем импульсная прочность оборудования подстанции. 80-90% отключений приходится на электрическую прочность линий, поэтому электрическую прочность ЛЭП мы никак уменьшать не можем. Также могут пострадать обслуживающий персонал и оборудование при сильной молнии.
Число отключений линий: Nотк=NудPперкз
Nуд – число ударов; Pпер вероятность перекрытия; кз – вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.
Рассмотрим три случая поражения ЛЭП молнией.
Удар молнии в трос.
На ЛЭП 110 кВ с тросом, подвешенным по всей длине линии, число ударов в трос и опору почти не отличается. Для линий 500 кВ характерны следующие соотношения:
Nоп40%Nуд
Nоп60%Nуд
Напряжение на тросе в момент удара молнии:
Iкм – ток молнии в канале молнии (Iкм=Iм).
Вероятность того, что ток будет иметь ту или иную величину: . Зная ток молнии, мы можем рассчитать вероятность этого тока, воздействующего на оборудование.
Рассмотрим два случая:
а – пробой в месте удара;
б – пробой изоляторов.
Представим наш рисунок в виде:
Напряжение на проводе: Uпр=kсвUтр
kсв – коэффициент связи.
Напряжение изоляции: Uиз=Uоп–kсвUтр
Изоляции опоры:Uоп=IмRиоп
Uиз= IмRиоп–Iм100kсв=Iм(Rи–100kсв)
–защитный уровень изоляции.
UизU50%
U50% – импульсная электрическая прочность изоляции воздушного промежутка.
Вероятность перекрытия изоляции: P(Iм=Iзащ)=10-Iм/60
Т.к. расстояние маленькое (lпр/2), то искажение волны не будет и она вернется.
Величина трапециевидной волны определяется не амплитудой, а крутизной.
Uатр=uмzтр/2
Uпр= Uатрkсв
Uизвозд=Uтр–Uпр=Uатр(1–kсв) – напряжение изоляции воздушного промежутка.
Далее найдя Uизвозд50% мы можем определить амP(ам) Рпери.
2. Удар молнии в опору.
70% всех ударов приходится в опору.
Uоп=IмRм
При ударе молнии в хорошо заземленный объект (опора), величина тока молнии, протекающего на опоре, не изменяется.
Мы имеем хорошо заземленный объект, если Rзп30Ом – заземление промышленной частоты, поэтому сопротивление опор выполняется не более 30 Ом.
Rи=иRп
и – импульсный коэффициент. Для опор и1.
Uпр=Uоп
– коэффициент связи. Он зависит от того сколько у нас тросов: если один, то =0,3; если два, то =0,15.
Uиз=Uоп–Uтр= IмRи(1–)
P(Iм)=Рпер
Для упрощенного расчета пренебрегаем и считают: Iм=U50%/Rи.
3. Удар мимо троса.
Этот случай очень редкий, т.к. вероятность прорыва через трос очень маленькая и равняется:
S – расстояние между тросами и верхним проводом по горизонтали.
h – расстояние между тросами и верхним проводом по вертикали.
D=1.
Вероятность отключения: Роткл=РРперкз
Р=0,036 – для линий 220 кВ на одинарных железобетонных опорах с высотой опоры 24м. При этом =320.
Вероятность перекрытия: Рпер=Р(Iм).
Для 220 кВ: Iз=1000/3003,3кА
Рпер=10-3,3/60
Т.о. Роткл оказывается очень маленькой величиной.
Рассмотрим более современный подход к расчетам.
1. Удар молнии в трос.
Число ударов в трос (прямой удар в трос)
NпумтрРтр=Nтр
Схема замещения будет выглядеть следующим образом:
1 – при Rзим0,05zтр
2 – при Rзим0,2zтр
Волновое сопротивление канало-молнии:
Напряжение на тросе:
Выражением можно пренебречь, если Rзим<<zтр
Епрср500 кВ/м
Перекрытие происходит в том случае, если:
–условие перекрытия.
Этот случай рассматривается для линий с тросами напряжением свыше 110 кВ.
При условии– маленькая вероятность перекрытия.
2. Удар в опору.
Число аварийных отключений при ударе в опору:
Nавоп=N*пумРопРперопг(1–Рапв),
где г – вероятность перехода в грозовую дугу.
В этом случае схема замещения примет вид:
Lоп= L*опhоп
Удельная индуктивность опоры:
L*оп=0,5 мкГн/м – для 2-х стоечной опоры;
L*оп=0,6 мкГн/м – для 1 стоечной опоры;
L*оп=0,7 мкГн/м – для деревянной опоры с 2-мя токоотводами.
Коэффициент ответвления тока молнии в опору:
, при Rзим=10-20 Ом =0,8-0,9
Напряжение на опоре: Uоп=Iм Rзим+амLоп+амМоп-м
Взаимная индукция между опорой и каналом тока молнии:
Моп-м=М*оп-мhоп М*оп-м=0,2 мкГн/м
ЕслиRзим<<, то перекрытие изоляции возможно на фронте волны.
1 – на заземлении опоры;
2 – напряжение на вершине опоры;
3 – суммарное напряжение волны.
г=0,7 для U220 кВ
=0,1 для U330 кВ
Коэффициент перехода в дугу для воздушных промежутков:
Uнаибраб – наибольшее рабочее напряжение.
Вероятностная зависимость между ам и Iм:
Удар мимо троса.
Сначала определим N*уд.
Далее определяем N*удРab
Рab=РпрорРперг(1–апв)
Uкр1200 кВ.
Схема замещения имеет вид:
Uпр=Iмzэ
Эквивалентное входное сопротивление схемы относительно точки удара молнии:
Перекрытие произойдет если:
U50%<UпрIм
Рпер=Р(IмIзу)
Кроме всех этих случаев рассматривается еще один.