п.1. Классификация перенапряжений.

реклама
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 ěÂ
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 ěÂ
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  1ěÂ
( 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  53ęÂ
U 31  200 1,17  235ęÂ
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 105  6 103 кВт  ч  6 103  2,78 104  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!!!
Скачать