Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

energetika_metod_1

.pdf
Скачиваний:
88
Добавлен:
06.11.2017
Размер:
9.21 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Институт повышения квалификации и переподготовки кадров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики Кафедра энергетики и энергосберегающих технологий

Паперный Л.Е., Куличенков В.П.

Защита от атмосферных и внутренних перенапряжений в электроустановках напряжением 6 - 750 кВ

Учебно-методическое пособие

Под редакцией к.т.н., доцента Куличенкова В.П.

Минск БНТУ 2010

УДК 621.316.91(075.8) ББК 31.27 - 01я7

П17

Рецензенты:

Дударенко Д.Ю., зам. начальника управления эксплуатации электрооборудования ГПО “Белэнерго”.

Сивец Л.М., главный специалист управления эксплуатации электрооборудования ГПО “Белэнерго”.

Методическое пособие предназначено для специалистов службы изоляции и защиты от перенапряжений предприятий электрических сетей и электролабораторий электростанций. Может быть использовано студентами электротехнических специализаций высших учебных заведений и колледжей.

Белорусский национальный технический университет пр-т Независимости, 65, г. Минск, Республика Беларусь Тел. 2964732, 8029-6464732

E-mail: rectorat@ipk.by

© БНТУ, 2010

2

Содержание

Введение…………………………………………………………………………5

1Грозозащита зданий и сооружений ………………………………………...5

2Защита электрических кабельных линий передачи

магистральной и внутризоновых сетей связи……………………………….13

3 Грозозащита воздушных линий электропередач (ВЛ)

напряжением 110-750 кВ от прямых ударов молнии………………………..14

4Грозозащита ВЛ 6-35 кВ……………………………………………………20

5Защита ОРУ электростанций и подстанций 6-750 кВ

от грозовых перенапряжений………………………………………………….23

6 Защита подстанций и электростанций от грозовых волн, набегающих с линий электропередачи………………………………………24

7Молниезащита электрических машин……………………………………...32

8Защита от перенапряжений изоляции «экран-земля»

однофазных кабелей высокого напряжения………………………………….34

9 Перенапряжение в сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ)…………………..35

10Наладка дугогасящих реакторов………………………………………….55

11Заземление нейтрали сети через резистор…………………………….....64

12Перенапряжения в обмотках трансформаторов…………………………74

13 Самопроизвольное смещение нейтрали в сети с изолированной нейтралью………………………………………………....76 14 Явление феррорезонанса и смещение нейтрали

всетях с глухо заземленной нейтралью……………………………………….84

15 Защита от высокочастотных коммутационных перенапряжений……….89

16 Перенапряжения при отключении холостых линий и батарей конденсаторов……………………………………………………….96

17 Перенапряжения при отключении индуктивности……………………..100

18 Коммутационные перенапряжения, создаваемые вакуумными выключателями и их ограничение……………………………106

19 Перенапряжения при обрыве одного провода в системе с заземленной нейтралью……………..............................................................114 20 Перенапряжения при обрыве провода в системе

с изолированной нейтралью………………………………………………….115

21 Перенапряжения вследствие емкостного эффекта линии……………..116

22 Ограничение токов однофазных коротких замыканий

вэлектрических сетях 110-220 кВ энергосистем……………………………120

23 Особенности защиты подстанций с элегазовыми комплектными распределительными устройствами (КРУЭ) от резонансных, высоко – и низкочастотных

коммутационных и грозовых перенапряжений……………………………...125 24 Параметрическое возбуждение генераторов, работающих на ненагруженную линию……………………………………...127

25 Защита от перенапряжений при помощи вентильных разрядников….129

3

26 Выбор ограничителей перенапряжения нелинейных (ОПН)

в сети с изолированной нейтралью………………………………………….140

27 Выбор нелинейных ограничителей в электрических сетях 110-750 кВ……………………………………………...154

28Координация изоляции……………………………………………………164

29Условия электромагнитной совместимости

на объектах электроэнергетики……………………………………………….169

Список используемой литературы ………………………………………..189

4

Введение

Электрооборудование в силовых установках нормально работает под номинальным напряжением, на которое оно рассчитано. Но под воздействием различных факторов напряжение может превысить в несколько раз номинальное значение, что может привести к повреждению изоляции оборудования. Такие напряжения, которые имеют опасную для нормальной изоляции оборудования величину, называются перенапряжениями.

Перенапряжения, наблюдаемые в электрических силовых установках, по причинам их возникновения можно разделить на две группы: внутренние и атмосферные (грозовые).

Внутренние перенапряжения возникают при оперативных переключениях в установках и при аварийных отключениях отдельных элементов: линий, трансформаторов, генераторов, батарей конденсаторов, при дуговых замыканиях на землю, при резонансных явлениях, при феррорезонансе и в длинных линиях электропередачи, а так же при несимметричных режимах работы. Уровень внутренних перенапряжений обычно находится в пределах 2,5–3,5 – кратной

величины номинального фазного напряжения (Uф) и только в редких случаях

при наложении перенапряжений различного вида может достичь 5,2-5,4 Uф. Источником атмосферных перенапряжений в электрических установках

являются электрические разряды (молнии) с грозовых облаков в элементы установки или вблизи нее. Атмосферные перенапряжения отличаются от внутренних значительно большими величинами – достигают нескольких миллионов вольт, имеют меньшую длительность – порядка десятков микросекунд.

Величина внутренних перенапряжений обусловлена номинальным напряжением установки, режимом работы ее нейтрали, характеристиками оборудования и протяженностью линий электропередачи, в то время как величина атмосферных перенапряжений почти не связана с указанными факторами.

Для определения основных электрических воздействий, которым подвергается изоляция электрооборудования и линий электропередачи в процессе эксплуатации, необходимо рассмотреть внутренние и атмосферные перенапряжения, их ограничения. Знание процессов, происходящих в изоляции, позволит повысить надежность работы электрооборудования.

1 Грозозащита зданий и сооружений

Главным средством грозозащиты зданий и сооружений является молниеотвод. Каждый молниеотвод состоит из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, токоотводящих спусков, соединяющих молниеприемник с заземлителем и самого заземлителя. По типу молниеприемников различают стержневые и тросовые молниеотводы. Хорошее заземление молниеотводов является необходимым условием надежной защиты, так как при ударе молнии в плохо заземленный молниеотвод на нем образуется весьма вы-

5

сокое напряжение, способное вызвать пробой с молниеотвода на защищаемый объект. Не меньшее значение имеет осуществление надежных электрических соединений между всеми частями молниеотвода, так как при прохождении токов молнии в местах плохих контактов возникает интенсивное искрение, которое может привести к пожару.

Применяемые термины и определения:

-удар молнии в землю – электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока;

-точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения;

-молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молнии;

-напряжение на заземляющем устройстве – напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала;

-заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду;

-сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю;

-опасное искрение – недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии;

-безопасное расстояние – минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения;

-отдельно стоящий молниеотвод – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом;

-зона защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенном в его объеме, не превышает заданной величины;

-допустимая вероятность прорыва молнии – предельно допустимая вероятность “P” удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами;

-надежность защиты РЗ равна:

РЗ =1Р

(1)

В силу того, что разрядные напряжения воздушных промежутков, особенно при расстояниях в десятки метров, имеют значительные статистические разбросы, молниеотводы обеспечивают защиту объекта лишь с некоторой степенью вероятности.

Зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой “h” является круговой конус высотой h0<h, вершина которого совпадает с вертикаль-

6

ной осью молниеотвода. Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса “h0” и радиусом конуса на уровне земли “r0”. Зона защиты одиночного молниеотвода приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Зону защиты молниеотвода с достаточной степенью надежности можно рассчитать по формуле 2 для молниеотводов высотой до 30 м.

r

=

 

1,6

(h - h

x

)

,

(2)

 

 

x

+

h x

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где h – высота молниеотвода;

rx – радиус зоны защиты на высоте hx;

hx – рассматриваемый уровень над поверхностью земли (или высота защищаемого объекта).

Метод упрощенного построения зоны защиты молниеотвода высотой до 30 м приведена на рисунке 2. Метод может быть использован при необходимости быстрого расчета.

7

Рисунок 2. Построение зоны защиты стержневого молниеотвода упрощенным методом

Чтобы быть защищенным от прямых ударов молнии, объект полностью должен находиться внутри конусообразного пространства, которое представляет собой зона защиты молниеотвода.

Эффективность молниеотводов высотой более 30 м снижается, так как при этом высота ориентировки молнии принимается постоянной, что не соответствует действительности.

В таблице 1 приведены расчетные формулы, зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м с учетом надежности защиты.

Расчетные формулы для определения зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Таблица 1

 

 

 

Радиус конуса rO, м

Надежность

Высота мол-

Высота конуса hO, м

защиты РЗ

ниеотвода h, м

 

1,2h

0,9

От 0 до 100

0,85h

 

От 100 до 150

0,85h

[1,2-10-3(h-100)]h

0,99

От 0

до 30

0,8h

0,8h

 

От 30

до 100

0,8h

[0,8-1,4310-3(h-30)]h

 

От 100 до 150

[0,8-10-3(h-100)]h

0,7h

0,999

От 0

до 30

0,7h

0,6h

 

От 30

до 100

[0,7-7,1410-3(h-30)]h

[0,6-1,4310-3(h-30)]h

 

От 100 до 150

[0,65-10-3(h-100)]h

[0,5-210-3(h-100)]h

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двухскатными поверхностями, образующими в

8

вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте hO<h и основанием на уровне земли 2 rO.

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

В таблице 2 приведены расчетные формулы зон защиты одиночного тросового молниеотвода высотой до 150 м. Под “h” понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Полуширина rх зоны защиты требуемой надежности на высоте hх от поверхности земли определяется выражением:

r

= r0 (h0 hx )

x

 

 

(3)

 

 

h0

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов в соответствии с таблицей 1.

В таблице 2 приведены формулы для расчета зоны защиты одиночного тросового молниеотвода.

9

Таблица 2

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

 

 

 

 

Радиус конуса rO, м

Надежность

 

Высота мол-

Высота конуса hO, м

защиты РЗ

 

ниеотвода h, м

 

1,5h

0,9

 

От 0 до 150

0,87h

0,99

 

От 0

до 30

0,8h

0,95h

 

 

От 30

до 100

0,8h

[0,95-7,1410-3(h-30)]h

 

 

От 100 до 150

0,8h

[0,9-10-3(h-100)]h

0,999

 

От 0

до 30

0,7h

0,7h

 

 

От 30

до 100

[0,75-4,2810-3(h-30)]h

[0,7-1,4310-3(h-30)]h

 

 

От 100 до 150

[0,72-10-3(h-100)]h

[0,6-10-3(h-100)]h

Стержневой молниеотвод считается двойным когда расстояние между

стержневыми молниеотводами L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рисунке 4. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами hO, rO) производится в соответствии с формулами таблицы 1.

Размеры внутренних областей определяются параметрами hO и hС, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотвода, а второй – минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L≤LC граница зоны не

имеет провеса (hС= hO). Для расстояний LC ≤ L ≥ Lmax высота hС определяется по выражению:

hc =

Lmax L

 

(4)

 

 

Lmax Lc

Входящие в него предельные расстояния вычисляются по формулам таблицы 3.

Формулы расчета зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Таблица 3

 

 

 

 

Надежность

Высота мол-

Lmax, м

Lc, м

защиты РЗ

ниеотвода h, м

 

2,5h

0,9

От 0

до 30

5,75h

 

От 30

до 100

[5,75-3,5710-3(h-30)]h

2,5h

 

От 100 до 150

5,5h

2,5h

0,99

От 0

до 30

4,75h

2,25h

 

От 30

до 100

[4,75-3,5710-3(h-30)]h

[2,25-0,0107(h-30)]h

 

От 100 до 150

4,5h

1,5h

0,999

От 0

до 30

4,25h

2,25h

 

От 30

до 100

[4,25-3,5710-3(h-30)]h

[2,25-0,0107(h-30)]h

 

От 100 до 150

4h

1,5h

10

Соседние файлы в предмете Техника высоких напряжений