Волновые процессы в обмотках вращающихся электрических машин

Г енераторы защищают от волн набегающих на подстанцию каскадным методом (каскад защит).

W3 кВА

С тержневые молниеотводы не до конца защищают генераторы, поэтому устанавливают ОПН с емкостью.

Емкость уменьшает (сглаживает) импульсы.

Если мощность W3 кВА применяют дополнительные меры: кабельная вставка (100-150 м), два трубчатых разрядника.

Импульс, приходящий на разрядник РТ1, вызывает его срабатывание. В нем загорается дуга, и жила кабеля оказывается замкнутой накоротко с оболочкой. Как только дуга гаснет, жила отсоединяется от оболочки.

За время горения дуги в разряднике РТ1 высокочастотный ток импульса вытесняется на оболочку кабеля, т.к. оболочка хорошо защищена и ток молнии стекает в землю. Если РТ1 не сработает, то сработает ОПН.

При большой проводимости тока ставятся токоограничивающие реакторы, мощность которых выбирается не большой.

Лекция 5.

Координация изоляции оборудования электрических станций и подстанций по уровню грозовых и внутренних перенапряжений. 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: N_отк=N_удP_пер_кз

N_уд – число ударов;

P_пер вероятность перекрытия;

_кз – вероятность к.з.

Рассмотрим три случая попадания молнии.

1 . Удар молнии в трос.

На ЛЭП 110 кВ, где подвешен трос число ударов в трос и опору почти не отличается.

N _оп40%N_уд

N_оп60%N_уд

Напряжение в тросе в момент удара молнии:

I^к_м – ток молнии в полосе молнии (I^к_м=I_м).

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: U_пр=k_свU_тр

k_св – коэффициент связи.

Напряжение изоляции: U_из=U_оп–k_свU_тр

Изоляции опоры:U_оп=I_мR_иоп 

 U_из= I_мR_иоп–I_м100k_св=I_м(R_и–100k_св) 

 – защитный уровень изоляции.

U_изU_50%

U_50% – импульсная электрическая прочность изоляции воздушного промежутка.

В ероятность перекрытия изоляции: P(I_м=I_защ)=10^-Iм/60

Т.к. расстояние маленькое (l_пр/2), то искажение волны не будет и она вернется.

Величина трапециевидной волны определяется не амплитудой, а крутизной.

U_атр=u_мz_тр/2

U_пр= U_атрk_св

U_извозд=U_тр–U_пр=U_атр(1–k_св) – напряжение изоляции воздушного промежутка.

Далее найдя U_{извозд50%} мы можем определить а_мP(а_м) Р_пери.

2 . Удар молнии в опору.

70% всех ударов приходится в опору.

U_оп=I_мR_м

При ударе молнии в хорошо заземленный объект (опора), величина тока молнии, протекающего на опоре, не изменяется.

Мы имеем хорошо заземленный объект, если R_зп30Ом – заземление промышленной частоты, поэтому сопротивление опор выполняется не более 30 Ом.

R_и=_иR_п

_и – импульсный коэффициент. Для опор _и1.

U_пр=U_оп

 – коэффициент связи. Он зависит от того сколько у нас тросов: если один, то =0,3; если два, то =0,15.

U_из=U_оп–U_тр= I_мR_и(1–)

P(I_м)=Р_пер

Для упрощенного расчета  пренебрегаем и считают: I_м=U_50%/R_и.

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: Р_откл=Р_Р_пер_кз

Р_=0,036 – для линий 220 кВ на одинарных железобетонных опорах с высотой опоры 24м. При этом =32⁰.

Вероятность перекрытия: Р_пер=Р(I_м).

Для 220 кВ: I_з=1000/3003,3кА

Р_пер=10^-3,3/60

Т.о. Р_откл оказывается очень маленькой величиной.

Рассмотрим более современный подход к расчетам.

1. Удар молнии в трос.

Число ударов в трос (прямой удар в трос)

N_пумтрР_тр=N_тр

С хема замещения будет выглядеть следующим образом:

1 – при R_зим0,05z_тр

2 – при R_зим0,2z_тр

Волновое сопротивление канало-молнии:

Напряжение на тросе:

Выражением можно пренебречь, если R_зим<<z_тр

Е_прср500 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:

N_авоп=N^*_пумР_опР_пероп_г(1–Р_апв),

где _г – вероятность перехода в грозовую дугу.

В этом случае схема замещения примет вид:

L_оп= L^*_опh_оп

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 R_зим=10-20 Ом  =0,8-0,9

Напряжение на опоре: U_оп=I_м R_зим+а_мL_оп+а_мМ_оп-м

Взаимная индукция между опорой и каналом тока молнии:

М_оп-м=М*_оп-мh_оп М*_оп-м=0,2 мкГн/м

Е сли R_зим<< , то перекрытие изоляции возможно на фронте волны.

1 – на заземлении опоры;

2 – напряжение на вершине опоры;

3 – суммарное напряжение волны.

_г=0,7 для U220 кВ

=0,1 для U330 кВ

Коэффициент перехода в дугу для воздушных промежутков:

U_{наибраб} – наибольшее рабочее напряжение.

В ероятностная зависимость между а_м и I_м:

3. Удар мимо троса.

Сначала определим N^*_уд.

Далее определяем N^*_удР_ab

Р_ab=Р_прорР_пер_г(1–_апв)

U_кр1200 кВ.

Схема замещения имеет вид:

U_пр=I_мz_э

Эквивалентное входное сопротивление схемы относительно точки удара молнии:

Перекрытие произойдет если:

U_50%<U_прI_м

Р_пер=Р(I_мI_зу)

Кроме всех этих случаев рассматривается еще один.

4. Индуктирование перенапряжения в линии.

k_э, k_м – коэффициенты, учитывающие магнитную и электростатическую составляющие канала линии.

Число отключений индуктивного удара:

D_и – число грозовых часов в году на тросе линии.

N^*_уд=6 D_и10⁶ м²/год

n_{отклинд}=n^*_инд_г(1–_апв)