п.1. Классификация перенапряжений.
advertisement
Лекция №14. Перенапряжения и защита от них. п.1. Классификация перенапряжений. Одной из основных причин возникновения аварийных режимов являются нормальные повышения напряжения. Рабочие колебания напряжения в пределах несущественны для оборудования. Перенапряжением называется кратковременное повышение напряжения в электроустановках. Все возможные перенапряжения подразделяют на две группы: -внутренние- возникающие вследствие переходных процессов в самой электрической системе (в/ч колебания – до 5). -внешние- от воздействия атмосферного электричества (импульсы одной полярности). • Следует отметить, что перенапряжения, возникающие на одном из элементов электрической установки, не локализуются на нём, а распространяются по всем другим элементам, электрически связанным с местом возникновения перенапряжения. • При этом из строя может выйти элемент с наиболее ослабленной изоляцией. • Чтобы не происходило выхода из строя оборудования необходимо знать уровни перенапряжений, выполнять либо изоляцию на возможные уровни перенапряжения, либо предусматривать дополнительные устройства ограничивающие или полностью устраняющие перенапряжения. • п.2. Координация изоляции. • При создании оборудования исходят из реального уровня развития техники и экономической целесообразности. • Обычно применяют разрядники ограничивающие перенапряжения но вследствие их ограниченных характеристик, а также дополнительно выполняют изоляции. • Так как характер внешних и внутренних перенапряжений различный, то учитываются оба способа. • Рис. 1. Примерная шкала напряжений в электроустановках. • 1) координация по атмосферным перенапряжениям проверяется по испытаниям импульсом. Рис. 1. Примерная шкала напряжений в электроустановках. • 1) координация по атмосферным перенапряжениям проверяется по испытаниям импульсом. Рис. 2. Изменение напряжения во времени при испытаниях изоляции. • Таблица 1. • Испытательные напряжения для различных ЭУ, кВ , Аппараты Тр-ры РТ РВ 10 75 80 65 50 110 460 480 440 285 Координация по внутренним перенапряжениям. Таблица 2. Испытательное напряжение (действующее), кВ при , f 50 Гц t 1ěčí Испыт.,тр-ры Действ. 1 мин аппарат РТ РВ 10 35 42 42 32 35 85 95 100 71-103 UÍ Оценивается также стойкость к длительным перенапряжениям, вызванным режимами работы (сброс нагрузки, форсировка и др.) • п.3. Атмосферные перенапряжения. • Источником является грозовой разряд в виде молнии между облаком и землёй. • Если поражение молнией провода сети, то это прямой удар молнии. Не может возникнуть перенапряжение индуктированное. • Немного цифр: в отдельных ударах нейтрализуется от 2 до 10 кулон в течении всего разряда 20 кулон; известны случаи разрядов до 160 кулон. • Наиболее часто встречающееся значение типа тока 30 кА. Известно наибольшее: 260 кА. • В большинстве случаев 95% заряды в грозовом облаке распределяют так: вверху- положительные, а внизу- отрицательные. • Потенциалы могут достигать нескольких тысячкВ. • Механизм образования заряда на облаке: • Вода H 2Oпредставляет из себя диполь с положительным и отрицательным ( Hводородом ) . (OH ) гидроксильным радикалом • Части молекул легко разделяются механически, например, восходящим воздушным потоком. • Так водород ( H ) в 17 раз легче радикала (OH ) , поэтому происходит концентрация зарядов различных знаков в разных частях облака. • Величина заряда каждого знака достигает 3 1000 Кулон за время 20 минут, объём 50 êì , т.е. скорость создания заряда примерно 3 ęóëîí ęě 1 в мин. РАЗРЯД МОЛНИИ (ТОК МОЛНИИ) • Рис. 3. Электрическая схема молнии. Сначала продвигаются лидеры- их может быть несколько (механизм их движения сложен), скорость 50 км/с-150 км/с. • Когда создан канал по нему происходит частичный разряд заряда, затем от земли идёт встречный разряд компенсирующий заряд. • Грозовой разряд сопровождается тепловым, электромагнитным и механическим воздействием. • Тепловые- ощутимы только предохранителями и в месте контакта канала молнии с проводами ЛЭП. • Механические- это расщепление опор и траверс и узкие каналы (трубчатые разрядники). . • Наиболее существенно электромагнитное воздействие, которое приводит к перенапряжениям. • Эквивалентная схема для расчёта ударов молнии принимается чаще всего представлением молний источником тока, при этом канал молнии имеет волновое сопротивление Z Ì ; напряжение (потенциал) молнии определяется как U 0 I Ì . ZÌ • Рис. 4. Схема замещения разряда молнии. Z Ì 100 400 Ом; а обычно в расчётах принимают Z Ì 300 Ом в среднем: Z Ì 400 Вероятность тока в молнии: 70% - 10 КА 40% - 20 КА 20% - 40 КА 5% - 80 КА • Особенностью атмосферных перенапряжений является то, что процессы являются волновыми и поэтому в узловых точках имеется преломление и отражение. Рис. 5. Преломление и отражение волн. U ПРОВ U Т U Т U ОП • Рис. 6. Наложение волн. п.4. Математическое описание процессов при атмосферном перенапряжении. • Рис. 7. Схема замещения цепи, при которой проходит ток молнии. • Запишем упрощённо выражения для токов: Ток падающей волны: U1 I1 z1 Ток преломлённой волны: I 2 U 2 z2 (1) Ток отражённой волны: I 21 U 21 z1 (1)- исходные соотношения, из них выводим: I 2 I1 I 21 (2) U 2 U 1 U 21 U 2 f (U1 ) ? I2 f (I1) ? эти выражения получим, используя (1) и (2). I 2 Z 2 I1 Z1 I 21 Z1 ( I1 I 21 )Z 2 I1 Z1 I 21 Z1 I 21 (Z1 Z 2 ) I1 (Z1 Z 2 ) Z1 Z 2 ; I 21 I 1 (3) ; Z1 Z 2 Z1 Z 2 2 Z1 I 2 I1 I1 I1 Z1 Z 2 Z1 Z 2 I 2 I1 I1 Z1 Z 2 2 Z1 I1 ; Z1 Z 2 Z1 Z 2 2 Z1 Z 2 U1 2 Z1 Z 2 2 Z2 U 2 I 2 Z 2 I1 U1 ; Z1 Z 2 Z 1 Z 1 Z 2 Z1 Z 2 U 21 I 21 Z1 I1 Z1 Z 2 U Z Z Z Z Z1 1 1 2 Z 1 U 1 2 1 ; Z1 Z 2 Z1 Z1 Z 2 Z 2 Z1 U 2 U1 K ĎĐ U 21 U1 K ÎŇĐ , где K ÎÒÐ K ĎĐ Z 2 Z1 Z1 Z 2 2Z 2 Z1 Z 2 -коэффициент преломления; - коэффициент отражения. Рассмотрим два из возможных случаев: А) Z2 Z1; U 2 0; I 2 2I1. Рисунок 8. Напряжение U 2 - характеризует электрическую волну(электрическое поле), ток I 2 2I1 -характеризует магнитное поле. Б) U 2 2U1 Z 2 Z1 I 2 I1 2Z1 0 Z1 ЗАЩИТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ МОЛНИЕЙ. • Для количественной оценки введены грозовые часы в год для различных регионов N 0,06h( L 10h)( 10h) 10 6 где N- число грозовых часов в год; L- длина объекта; h- высота опоры; β- ширина; 6h- длина линии, на которой действует молния. ПРИМЕР. Удар молнии в пролёт ЛЭП- 10 кВ с железобетонными опорами I Ě 30ęŔ U Ě 30 300 9000ę 9 ě Рис. 9. Растекание тока молнии по линии при попадании молнии. Z З 30 Ом Z Л 200 Ом Z М 300 Ом 2Z Ě 2 300 I11 1 I Ě 1 30 18ęŔ 2 2 ZĚ ZË 300 200 U11 I11 Z Ë 18,0 200 36000ę 3,6 ě 2 200 ( I Ç1 I 21 ) I11 39,5ęŔ 200 28 30 I 21 ( I Ç1 I 21 ) 5,14ęŔ 200 30 U 21 200 5,14 1029,7ę 1ě ( I Ç2 I Ç1 ) I 21 I Ç1 1,17ęŔ 2 200 9,01ęŔ 200 28 ( I Ç3 I 41 ) 2,05ęŔ I 41 0,267ęŔ U 41 53ę U 31 200 1,17 235ę ПРИМЕР. Рис. 10. Примерная осциллограмма тока молнии. В среднем i 20ęŔ t 50 ěęń Z М 300 Ом p i 2 r (2 104 ) 2 300 4 108 300 12 1010 ÂŔ 12 107 ęÂŔ 120 ěëí ęâň , W PT 12 107 5 105 6 103 кВт ч 6 103 2,78 104 1,5кВт ч то есть, один удар молнии- это: работа утюгом 1,5 часа, то есть одной комнате в общежитии погладить брюки и рубашки на вечер ко дню энергетика!!!
