Техника высоких напряжений
..pdf
При сравнивании рис. 4.3 и 4.4 видно, что два рядом стоящих молниеотвода имеют зону защиты большую, чем сумма зон защиты двух одиночных молниеотводов. В том случае, если нужно защитить точку, находящуюся посередине между молниеотводами на высоте h0, то должно выполняться соотношение a < 7(h – h0) (рис. 4.5). При известном расстоянии между молниеотводами (h – h0) = a/7.
Рис. 4.5. Зона защиты двух рядом стоящих стержневых молниеотводов
Построение зоны защиты для двух молниеотводов, имеющих разную высоту, показано на рис. 4.6. Сначала строится зона защиты более высокого молниеотвода h2, затем – зона защиты меньшего молниеотвода h1 только с внешней стороны. Через вершину молниеотвода меньшей высоты проводится горизонтальная линия до пересечения с зоной защиты большего молниеотвода. Точка пересечения защищена, поэтому можно предположить, что здесь находится молниеотвод высотой h1 (фиктивный), далее между молниеотводами равной высоты строится зона защиты обычным образом.
Рис. 4.6. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты
21
elib.pstu.ru
Отдельно стоящие молниеотводы высотой до 20 м выполняются из стальных труб, применение растяжек не допускается. Молниеотводы высотой более 20 м выполняются в виде решетчатых конструкций. В качестве несущих устройств могут использоваться конструкции защищаемых объектов.
Выполнение работы
1.Работа выполняется на компьютере в интерактивном режиме.
2.Открыть папку «Техника высоких напряжений».
3.Открыть папку «ТВН практические занятия».
4.Ознакомится с теоретической частью «Молниеотводы».
5.Запустить файл Molnieotvod.exe. На экране появится:
22
elib.pstu.ru
6. Нажать один из движков, на экране появится:
7.На экране изображены два молниеотвода и защищаемый объект.
8.Положение молниеотводов и их высоту можно изменять путем перемещения движков.
Задание
Путем изменения положение молниеотводов и их высоты добиться защиты объекта от поражения молнией.
Контрольные вопросы
1.Почему зона защиты двух рядом стоящих молниеотводов больше суммы зон двух одиночных молниеотводов?
2.Каким образом строится зона защиты одиночного молниеот-
вода?
23
elib.pstu.ru
3.Какую форму имеет зона защиты двух рядом стоящих равновысоких молниеотводов?
4.Каким образом строится зона защиты молниеотводов разной высоты?
5.Что такое «фиктивный» молниеотвод?
Работа № 5
КОРОНА НА ПРОВОДАХ ЛЭП ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ
Цель работы – исследование зависимости потерь на корону от напряжения для расщепленных проводов
На рис. 5.1 изображена кривая напряжения U и емкостный ток iС, опережающий напряжение на 90°. В момент времени t1 напряжение на проводе достигает критического значения Uк, возникает вспышка коронного разряда. Образующиеся в лавинах коронного разряда электроны поглощаются проводом, что ведет к резкому подъему тока короны. По мере роста напряжения стримеры удлиняются, и по ним непрерывно протекает ток, увеличивающий величину положительного объемного заряда. С момента t2 интенсивность ионизации начинает уменьшаться, так как возросший объемный положительный заряд уменьшает напряженность на проводе. Когда напряжение достигает максимума (t3), стримеры распадаются, корона гаснет. Положительный объемный заряд оказывается отрезанным от провода. От максимального значения напряжения (t3) до нуля (t4) ток поддерживается за счет отталкивания положительного объемного заряда от провода, имеющего также положительный заряд. После момента t4 напряжение на проводе становится отрицательным, положительный объемный заряд начинает перемещаться к проводу. В момент t5 происходит вспышка отрицательной короны, вынос электронов из области ионизации создает скачок отрицательного тока. При подходе напряжения к минимуму ионизация затухает, и ток поддерживается за счет движения отрицательных ионов.
24
elib.pstu.ru
Рис. 5.1. Корона на проводах при переменном напряжении
Заштрихованная область на рис. 5.1 – это потери на корону, которые можно вычислить по эмпирической формуле Майра:
P = nkfr02 Eэ (Eэ −Eк ) 2,31350fr −1 10−5 , кВт/км·фаза,
0
где n – число проводов в фазе; k – коэффициент погоды; f – частота 50 Гц; Ек – критическая напряженность, кВ/см; Eэ =(Еmax + Eср )/ 2 –
эквивалентная напряжённость, кВ/см.
Корону на проводах ЛЭП можно уменьшить, применяя провод большего диаметра или расщепляя фазы на 2, 3 или 4 провода. Эти мероприятия уменьшают максимальную напряженность на поверхности провода.
На линиях, включенных непосредственно после монтажа, наблюдаются повышенные потери на корону, которые в дальнейшем постепенно уменьшаются, стремясь к определенному установившемуся значению. Это явление связано с тем, что в процессе монтажа поверхность провода повреждается. После включения линии под напряжение корона горит на поврежденных местах, под действием озона происходит окисление неровностей, поверхность провода сглаживается, и потери на корону уменьшаются.
25
elib.pstu.ru
Большие потери на корону также наблюдаются при включении линии после длительного простоя, так как окисление провода без напряжения увеличивает шероховатость поверхности.
Выполнение работы
1.Работа выполняется на компьютере в интерактивном режиме.
2.Открыть папку «Техника высоких напряжений».
3.Открыть папку «ТВН практические занятия».
4.Ознакомиться с теоретической частью «Корона на проводах при переменном напряжении».
5.Запустить файл Korona.exe. На экране появится:
26
elib.pstu.ru
6. Нажать один из движков, на экране появится:
7.На экране изображены: 1) синусоида переменного напряжения частотой 50 Гц (коричневая кривая); 2) емкостный ток (зеленая кривая); 3) ток короны (красная кривая).
8.Положением движков можно изменять конструкцию расщепленного провода и напряжение на нем.
Задание
Путем изменения положения движков определить напряжение возникновения короны и потери на корону.
Контрольные вопросы
1.От чего зависит величина потерь на корону?
2.Провод какой конструкции имеет наименьшие потери на ко-
рону?
3.С какой целью применяют расщепленные провода?
4.Что такое «коэффициент погоды»?
27
elib.pstu.ru
Работа № 6
ЗАЗЕМЛИТЕЛИ
Цель работы – исследование зависимости сопротивления заземлителя от его геометрических размеров и удельного сопротивления грунта.
Заземление – электрическое соединение защищаемого объекта с землей. Заземление подразделяется на рабочее, защитное и грозозащитное. Рабочее заземление, например заземление нейтрали трансформаторов, предназначено для обеспечения нормальной ра-
|
|
боты |
электроустановки. |
Защитное |
|||
|
|
заземление, |
например заземление |
||||
|
|
корпуса установки, который может |
|||||
|
|
оказаться под напряжением при ко- |
|||||
|
|
ротком замыкании, |
предназначено |
||||
|
|
для |
безопасного |
обслуживания |
|||
|
|
электрических установок. Грозоза- |
|||||
|
|
щитное заземление служит для от- |
|||||
|
|
вода тока молнии. Для реализации |
|||||
Рис. 6.1. |
Заземление |
любого вида |
заземления |
требуется |
|||
заземляющее устройство, |
состоящее |
||||||
|
|
||||||
|
|
из |
заземлителя, |
расположенного |
|||
в земле, и заземляющего проводника, который соединяет заземляемый элемент установки с заземлителем (рис. 6.1).
Заземлитель принято характеризовать величиной его сопротивления, которое вычисляется как отношение падения напряжения на заземлителе к проходящему через него току. Сопротивление заземлителя зависит от его геометрических размеров и характеристик земли, в которой он находится. В качестве электродов заземлителя используются как вертикальные стержни длиной 2–3 м, так и горизонтальные полосы, уложенные на глубину 0,5–0,8 м (рис. 6.2).
28
elib.pstu.ru
Рис. 6.2. Заземлители
Сопротивление вертикального заземлителя
R = |
ρ |
ln |
4L |
, |
(6.1) |
|
2πL |
d |
|||||
|
|
|
|
где ρ – удельное объемное сопротивление грунта; L – длина электрода; d – диаметр электрода.
Сопротивление горизонтального заземлителя
R = |
ρ |
ln |
2L2 |
, |
(6.2) |
|
2πL |
hb |
|||||
|
|
|
|
где L – длина полосы; h – глубина укладки; b – ширина полосы. Заземлители, индуктивное сопротивление которых мало по от-
ношению к активному сопротивлению, называются сосредоточен-
ными. У протяженного заземлителя индуктивное сопротивление соизмеримо с активным сопротивлением. Название характеризует не длину, а соотношение активного и реактивного сопротивлений. При промышленной частоте все заземлители являются сосредоточенными. Индуктивность заземлителя начинает проявлять себя только при импульсах тока молнии.
При прохождении через заземлитель тока молнии в грунте возникает электрическое поле. У заземлителя напряженность электрического поля максимальна, во все стороны от заземлителя напряженность падает. Грунт относится к полупроводникам, поэтому его
29
elib.pstu.ru
сопротивление с возрастанием напряженности падает. В тот момент, когда по заземлителю протекает ток молнии, в грунте образуются зоны (рис. 6.3): 1) постоянной проводимости; 2) полупроводниковой проводимости, сопротивление грунта падает под воздействием напряженности электрического поля; 3) искровая, происходит пробой земли при напряженности 1,0–1,2 кВ/мм; 4) дуговая, в земле горит электрическая дуга. Образование всех этих зон ведет к уменьшению сопротивления заземлителя.
Рис. 6.3. Зоны в грунте вокруг заземлителя в момент прохождения тока молнии
Сопротивление заземлителя Rи в момент протекания импульса тока и сопротивление заземлителя R~ для промышленной частоты связаны следующим соотношением:
Rи = αиR~ ,
где αи – коэффициент импульса заземлителя.
У сосредоточенного заземлителя αи меньше единицы, у протяженного заземлителя αи может быть как больше, так и меньше единицы. Увеличение импульсного сопротивления протяженного за-
30
elib.pstu.ru