46. Статистические характеристики коммутационных перенапряжений.

На величину кратности коммутационных перенапряжений влияют много параметров и сочетаний этих параметров, которые часто носят случайный характер, например пики гашения дуги или моменты пробоя промежутков между контактами выключателей и т.д. Поэтому данные о перенапряжениях, в нашем случае коммутационных, не являются полностью детерминированными и носят статистический характер.

Вероятность появления кратности перенапряжений превышающих заданное значение К за время наблюдения t аппроксимируется выражением

P(K)  a1expexpbK c

При больших кратностях:

P(K)  a*expbK c

-Число перенапряжений в год Nк, имеющих кратность K

Nк = Nп · P(K), Nп - число перенапряжений в год

-Число перенапряжений с кратностью более K за T лет

Nк=a*Nп*T*ехр-bK-c

- Для кратности, превышаемой 1 раз за t лет имеем 1 = а*Nп*Т*ехр(-b(K-c))

-Максимальная ожидаемая кратности за t лет

Эти формулы позволяют оценить появление конкретного значения кратности при наблюдении в течение заданного промежутка времени. Данные оценки имеют большое значение для координации изоляции высоковольтных электросетей.

Обработанные результаты наблюдений за перенапряжениями на подстанциях.

Кратности перенапряжений на шинах подстанций 110–500 кВ, превышаемые в среднем 1 раз за T лет.

Следует обратить внимание на то, что на мощных подстанциях кратность перенапряжений существенно ниже, чем на других.

Обобщённые результаты наблюдений за перенапряжениями на линиях электропередач.

Кратности перенапряжений, превышаемые в среднем 1 раз за T лет на разомкнутом конце линий 500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения и с выключателями с повторными зажиганиями дуги.

47. Молниевые перенапряжения. Основные характеристики молнии и интенсивности грозовой деятельности.

Молния –электрический разряд в атмосфере в промежутках облако-земля, облако-облако.

Данный вид перенапряжений относится к внешнему типу, когда источник электромагнитного воздействия на линии подстанции высокого напряжений возникает в результате грозовой деятельности в атмосфере Земли. Поэтому эти перенапряжения также называют атмосферными или грозовыми. Непосредственно молниевые перенапряжения возникают вследствие разрядов молнии в элементы конструкции воздушных линий электропередачи или в землю вблизи них. При этом главными характеристиками интенсивности воздействия молнии является параметры импульса тока молнии (рис.1): амплитуда тока и скорость нарастания –отношение амплитуды к времени её достижения током молнии. (τ_ф – длительность фронта; τ_в – время полуспада)

Наиболее часто грозовые облака имеют отрицательный заряд относительно земли, поэтому отрицательные токи молнии на землю преобладают над положительными. Длина разрядного канала молнии достигает 2-3 км, при этом большая часть канала располагается внутри грозового облака. Наибольшее значение амплитуды тока молнии имеет порядок 100 кА, характерное время нарастания тока до амплитуды около 10мкс.

После описанного здесь первого токового импульса молнии всегда в течение 0.3 - 0.5 с следуют повторные разряды, отличающиеся меньшими амплитудами, но существенно более короткими фронтами (доли мкс) и длительностью импульса.

П олярность: отрицательные токи молнии преобладают.

Статистические характеристики параметров молниевого разряда

Выше приведены результаты статистических исследований молниевых импульсов тока. В частности, из второго рисунка справа легко видно, что примерно половина отрицательных импульсов тока молнии имеют фронт около 10 мкс. В то время как половина повторных импульсов тока молнии того же знака имеют фронт 1 мкс.

Интенсивность грозовой деятельности

Выше приведена таблица интенсивности грозовой деятельности в ряде территорий РФ. Из приведенных данных видим, что центр и юг европейской части России отличаются наибольшей частотой гроз – числом ударов на 1 кв. км в год.

Приближенные оценки грозовой интенсивности (число ударов молнии на 1 кв. км земной поверхности)

Ниже приведены приближенные формулы для оценки среднего числа грозовых часов в году и среднего числа грозовых дней в году. Эти значения позволяют оценить соответствующее число прямых ударов молнии в объект заданной площади. Площадь, входящая в данную расчётную формулу Sр-площадь стягивания зависит от конфигурации и высоты объекта. Здесь представлены формулы для оценки площади стягивания для уединенного высотного объекта и для подстанции, оборудованной молниеотводами. (В расчете площади «стягивания» молнии на объект r_э – радиус стягивания стержневого молниеотвода).

П ротяжённые объекты - линии электропередачи

В случае протяжённых объектов, таких как линии электропередачи число прямых ударов молнии прямых ударов рассчитывается на 100 км длины и на 100 грозовых часов. При этом высота объекта оценивается по высоте опор с учётом наличия стрелы провеса проводов.

Для изложения дальнейшего материала нам следует вспомнить элементы теории волновых процессов в линиях, известные из курса ТОЭ.

На рисунке изображена схема преломления волны напряжения, при ее переходе из линии с волновым сопротивлением Z1 в линию с волновым сопротивлением Z2. В точке контакта линий происходит частичное отражение и преломление волны напряжения амплитуды преломленной и отраженной волн даны приведенными формулами. Рассмотрим два предельных случая. В первом из них будем предполагать, что первая линия на конце разомкнута. Это означает, что Z2 = бесконечности и из формулы (2) для отраженной волны следует, что ее амплитуда равна амплитуде падающей волны, т. е. напряжение на холостом конце линии будучи суммой, падающей и отраженной волн, удваивается. Если конец линии, коротко замкнут, отраженная волна противоположна по знаку падающей и имеет ту же амплитуду. Поэтому в этом случае напряжение на конце линии равно. При выполнении практических расчетов волновых процессов с использование стандартных уравнений Кирхгоффа можно использовать схему замещения, которая автоматически учитывает отмеченные здесь особенности. Она представляет собой схему с источником питания удвоенной величины и последовательным соединением волновых сопротивлений линий. Данный способ учета волновых процессов на конце линии называется правилом Петерсена.