Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Кафедра высоковольтные электроэнергетика,

электроэнергетика и электрофизика

Расчет грозовых перенапряжений на изоляции высоковольтного электрооборудования волновым методом

Выполнил:

студент гр. 3-25^х

Гусев Н.А.

Проверил:

Тихов М.Е.

Иваново 2014

Данные к расчету:

Вариант 1

1. U_н=220 кВ;

2. l₁₂=45 м;

3. z₁=380 Ом;

4. z₂=420 Ом;

5. Вид трансформатора: автотрансформатор;

6. Тип защитного аппарата: РВС, ОПН 220 1;

7. Эквивалентная емкость трансформатора: С=2*10^-9 Ф

8. Скорость распространения волны: м/с

Рис.1 Исходная (а) и расчетные (б, в) схемы

Расчетная часть.

1. Принимаем: расчетный шаг Δt=0,02 мкс.

2. Время пробега волны между узлами 1 и 2: c

Вспомогательный коэффициент:

3. Время пробега волной участка l_c:

Волновое сопротивление участка линии l_c: Ом

4. До срабатывания разрядника коэффициенты α_а1 и α_1а равны:

Коэффициенты преломления и отражения в узле 2:

5. Эквивалентное сопротивление: Ом

Далее проводим расчет для разрядников на основании исходных данных и аппроксимированной ВАХ.

РВC:

1.Аппроксимация вольт - амперной характеристики РВC.

По табл. П4 определяем пробивное напряжение для разрядника.

Для РВC: U_пр=530кВ.

Для нахождения первой точки аппроксимации, нужно составить уравнение прямой, проходящей через точки с координатами (0, U_пр) и (U_пр/Z_э, 0).

Координаты первой точки:

U₁=440.2 кВ I₁=0.45 кA

Уравнение прямой, соединяющей точки 0 и 1: прямая задана двумя точками

Координаты второй точки:

U₂=540 кВ I₁=1 кА

Прямую задаем следующими двумя точками:

Координаты третьей точки:

U₃=615 кВ I₃=2.5 кА

Прямую задаем следующими двумя точками:

Координаты четвертой точки:

U₄=730 кВ I₄=10 кА

Прямую задаем следующими двумя точками:

Рис.3 Аппроксимация ВАХ разрядника РВC

2.Определение величин, недостающих для расчета на ЭВМ.

Ом

Ом

кВ

кВ

кВ

Ом

кВ

кВ

кB

Ом

кВ

кВ

3. Проверка правильности аппроксимации.

кВ

кВ

%

кВ

кВ

%

кВ

кВ

%

Считаем, что условия выполнены

4. Построение КОВ и ВСХ линейной изоляции.

ВСХ линейной изоляции определяется по формуле:

где U_50%-50%-ое разрядное напряжение гирлянды изоляторов, определяемая по табл.П5 (1); для класса напряжения 220 кВ U_50%=1200 кВ.

Рис.4 Графики: кривых опасных волн разрядника и ВСХ РВС

Данные для построения графиков получены путём расчета на ЭВМ

Рис.5 Расчет данных для построения КОВ РВС в программе «Relaxnew»

Результаты расчета опасных волн на ЭВМ

Фронт волны, tф ,мкс	Амплитуда падающей волны,Um,кВ
	РВС
0,5	654
0,8	705
1,2	936
1,6	1087
2,0	1330
2,4	1597
2,8	1883
3,2	2152
3,6	2394
4,0	2490

Область опасных волн образована пересечением кривой опасных волн разрядника и ВСХ линейной изоляции.

5.Определение минимальной крутизны набегающей волны и необходимой длины защищенного подхода.

Минимальные значения крутизны и амплитуды опасных волн, набегающих с линии, определяются по графику точкой пересечения кривых опасных волн с ВСХ линейной изоляции.

t_фо= 2,98 мкс, U_mо= 2000 кВ

Минимальная крутизна:

Необходимая длина защищенного подхода:

км

Где h_ср=14 средняя высота подвеса провода над землей, м (табл. П5);

К – коэффициент, учитывающий расщепление фазы. При числе проводов n, равном 1, значение коэффициента К равно 1.

ОПН:

1. Аппроксимация вольт - амперной характеристики ОПН.

Задаем по точкам ВАХ ОПН

U_пр=U₁+Z_эI₁= 385+199.5*0.1=404.95 кВ

I, кА	U, кВ
0	0
0.1	385
0.3	400
0.5	408.5
0.8	417
1	422
3	450
5	466
10	494
15	524
20	543

В качестве первой точки аппроксимации примем точку, с координатами I=0.1 кА U=385 кВ

Уравнение прямой, соединяющей точки 0 и 1: прямая задана двумя точками

Координаты второй точки:

_{U2=422 кВ I2=1 кА}

Прямую задаем следующими двумя точками:

Координаты третьей точки:

U₃=466 кВ I₃=5 кA

Прямую задаем следующими двумя точками:

Координаты четвертой точки:

U₄=495 кB I₄=10 кA

Прямую задаем следующими двумя точками:

Рис.7 Аппроксимация ВАХ ОПН

2.Определение величин, недостающих для расчета на ЭВМ.

Ом

Ом

кВ

кВ

кВ

Ом

кВ

кВ

кB

Ом

кВ

кВ

3. Проверка правильности аппроксимации.

кВ

кВ

%

кВ

кВ

%

кВ

кВ

%

4. Построение КОВ и ВСХ линейной изоляции.

ВСХ линейной изоляции определяется по формуле:

где U_50%-50%-ое разрядное напряжение гирлянды изоляторов, определяемая по табл.П5 (1); для класса напряжения 220 кВ U_50%=1200 кВ.

Рис.8 графики: кривых опасных волн ОПН и ВСХ изоляции

Данные для построения графиков получены путём расчета на ЭВМ

Рис. 9 Расчет данных для построения КОВ ОПН в программе «Relaxnew»

Результаты расчета опасных волн на ЭВМ

Фронт волны, tф ,мкс	Амплитуда падающей волны,Um,кВ
	ОПН
0,5	750
0,8	950
1,2	1400
1,6	1800
2,0	2300
2,4	2700
2,8	3200
3,2	3700
3,6	4000
4,0	4500

Область опасных волн образована пересечением кривой опасных волн разрядника и ВСХ линейной изоляции.

5.Определение минимальной крутизны набегающей волны и необходимой длины защищенного подхода.

Минимальные значения крутизны и амплитуды опасных волн, набегающих с линии, определяются по графику точкой пересечения кривых опасных волн с ВСХ линейной изоляции.

t_фo= 1.96 мкс, U_mo= 2244 кВ

Минимальная крутизна:

Необходимая длина защищенного подхода:

км

Где h_ср=14 средняя высота подвеса провода над землей, м (табл. П5);

К – коэффициент, учитывающий расщепление фазы. При числе проводов n, равном 1, значение коэффициента К равно 1.

Заключение.

Исходя из результатов, можно увидеть, что при подключении ОПН требуется меньшая длина защитного подхода. По графикам отчетливо видно, что зона опасных волн у ограничителя перенапряжений меньше, чем у разрядника РВС. Отсюда можно сделать вывод о том, что использование ограничителя перенапряжений предпочтительней.

Список литературы.

1. Расчёт грозовых перенапряжений на изоляции высоковольтного электрооборудования волновым методом. Методические указания к выполнению домашних работ по дисциплине «Молниезащита». Составитель: Горячкин С.Н. ИГЭУ 2009.