13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / ТВН_практика / ещё пример стр 37

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Амурский государственный университет»

Методические указания подготовлены в рамках реализации проекта

оподготовке высококвалифицированных кадров для предприятий

иорганизаций регионов («Кадры для регионов»)

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Методические указания

К практическим занятиям

по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,

профили «Электрические станции», «Электроснабжение», «Электроэнергетические системы и сети»,

«Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

Благовещенск Издательство АмГУ

2015

Разработано в рамках реализации гранта «Подготовка высококвалифицированных кадров в сфере электроэнергетики и горно-металлургической отрасли для предприятий Амурской области» по заказу предприятия-партнера

МЭС Востока

Рецензенты:

Крутько Сергей Владимирович – начальник центральной диспетчерской информационно-аналитической службы АО «ДРСК»

Воякин Сергей Николаевич – к.т.н., доцент, декан энергетического факультета ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Савина Н.В., Проценко П.П.

Т38 Техника высоких напряжений. Методические указания к практическим занятиям / сост.: Савина Н.В., Проценко П.П.. - Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2015. – 106 с.

Методические указания к практическим занятиям предназначены для подготовки бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профили «Электрические станции», «Электроснабжение», «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».

Рассмотрены методы расчета устройств молниезащиты и заземления, приведены материалы для контроля уровня освоения дисциплины.

В авторской редакции.

Т38

©Амурский государственный университет, 2015 ©Савина Н.В., Проценко П.П. (составители), 2015

2

ВВЕДЕНИЕ

Целью изучения дисциплины «Техника высоких напряжений» является формирование знаний об электрофизических процессах в изоляции электро-

оборудования, о механизмах развития грозовых и внутренних перенапряже-

ний, о координации изоляции и её проектировании, о методах испытаний и контроля состояния изоляции.

Задача изучения дисциплины: освоение учащимися методов оценки элек-

трической прочности изоляции, надёжности молниезащиты, определения уровня перенапряжений в сетях высокого и сверхвысокого напряжения, выбо-

ра защитных устройств.

Изложение содержания дисциплины базируется на математической и об-

щей подготовке и знаниях, полученных при изучении дисциплин «Математиче-

ские задачи энергетики», «Физика», «Электротехническое и конструкционное материаловедение», «Общая энергетика», «Теоретические основы электротех-

ники», «Изоляция электроустановок».

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

– способностью в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, го-

товностью приобретать новые знания, использовать различные средства и тех-

нологии обучения (ОК-6);

– способность контролировать режимы работы оборудования объектов электроэнергетики (ПК-24);

-готовность осуществлять оперативные изменения схем, режимов работы энергообъектов (ПК-25);

-готовность участвовать в исследовании объектов и систем электроэнер-

гетики и электротехники (ПК-38);

- готовность планировать экспериментальные исследования (ПК-40);

3

- способность применять методы испытаний электрооборудования и объ-

ектов электроэнергетики и электротехники (ПК-43);

-способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44);

-готовность использовать технические средства испытаний технологиче-

ских процессов и изделий (ПК-45).

В результате изучения дисциплины обучающиеся должны:

знать требования Правил устройства электроустановок применительно к выбору изоляционных расстояний и устройств защиты от перенапряжений,

понимать требования Руководящего документа “Объём и нормы испытаний электрооборудования”;

- уметь выбирать изоляционные расстояния, оценивать надёжность мол-

ниезащиты открытых распределительных устройств и воздушных линий элек-

тропередачи, определять необходимые параметры нелинейных ограничителей перенапряжений и вентильных разрядников;

уметь выбирать изоляционные расстояния, оценивать надёжность мол-

ниезащиты открытых распределительных устройств и воздушных линий элек-

тропередачи, определять необходимые параметры нелинейных ограничителей перенапряжений и вентильных разрядников;

владеть навыками измерения и анализа диагностических параметров изоляции высоковольтного оборудования, решения задач техники высоких напряжений с помощью специализированного программного обеспечения.

Тематический план практических занятий

1.Расчет волновых процессов при перенапряжениях (4 часа).

2.Грозоупорность воздушных линий (4 часа).

3.Расчет молниезащиты подстанции (4 часа).

4.Расчет импульсного сопротивления и заземления в виде сетки подстан-

ции (4 часа).

5. Грозоупорность ОРУ (4 часа).

4

6.Защита подстанций, электрических станций, ВЛ от прямых ударов молнии (4 часа).

7.Определение импульсного сопротивления заземления РУ, молниеотво-

дов, опор (2 часа).

8. Выбор ОПН. Выбор места расположения ОПН на плане РУ, на схеме (2

часа).

9. Определение длины защищенного подхода к ПС, электростанции (2 ча-

са).

10. Оценка надежности молниезащиты РУ ПС и электрических станций

(4 часа).

Практические занятия целесообразно проводить согласно следующему плану.

План проведения практического занятия.

1.Цель занятия.

2.Краткие теоретические сведения.

3.Блиц-опрос студентов.

4.Решение задач.

5.Анализ качества выполнения индивидуальных домашних заданий и разбор типовых ошибок.

6.Выводы и обобщение результатов.

7.Домашнее задание и задание на самостоятельную проработку.

На первом занятии целесообразно устроить входной контроль, на послед-

нем – комплексную проверку качества знаний студентов.

При изложении кратких теоретических сведений рекомендуется система-

тизировать и обобщить материал, выделив при этом главные моменты. В про-

цессе изложения материала целесообразно вовлекать студентов в его анализ,

активизировать процесс мышления студентов за счет средств интенсивного обучения.

Блиц-опрос студентов или небольшая самостоятельная работа по теме практического занятия позволят лучше усвоить ход решения задач, понять их

5

сущность.

При решении задач можно использовать разные формы. Например, преподаватель, решая задачу на доске, поясняет ее и привлекает к работе всю группу путем вопросов, постоянно подводя студентов к правильному решению.

Другая форма решения задач - самостоятельная работа студентов под контролем преподавателя с пояснением наиболее трудных моментов. Возможно решение задачи на доске студентом, но в этом случае преподаватель руководить процессом решения и вовлекает в работу всю группу.

Как правило, защита индивидуальных домашних заданий должна проводиться во внеаудиторное время, а на практическом занятии следует показать типовые ошибки, проанализировать результаты выполнения и защиты индивидуальных заданий, отметить лучшие и худшие из них, предложить студентам в виде деловой игры принять решение по устранению замечаний.

Вконце практического занятия преподаватель называет тему следующего, указывает разделы теоретического материала, которые студент должен освоить для наиболее эффективного решения задач, выдает домашнее задание.

Впроцессе проведения практических занятий используются классические

исовременные педагогические технологии.

Целесообразно рассматривать примеры решения задач на простых схемах и только затем переходить к реальным схемам энергокомпаний.

Индивидуальные домашние задания по темам практических занятий № 2-7 нужно увязывать не только с типовыми схемами подстанций, но и со схемами существующих и проектируемых подстанций и линий электропередачи.

6

Тема 1. РАСЧЕТ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

ПРИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯХ

Цель занятия: освоить методы расчета волновых процессов при перена-

пряжениях, научиться определять коэффициенты связи, анализировать набега-

ние электромагнитных волн (ЭМП) на шины подстанций и электростанций.

В процессе проведения занятия рассматриваются три случая:

а) набегание ЭМП на шины подстанций;

б) прохождение ЭМП мимо емкости;

в) прохождение ЭМП через индуктивность.

Кроме этого решаются небольшие задачи по определению коэффициен-

тов геометрической связи в системе трос-привод и в системе два троса-провод.

Рассматриваются задачи, позволяющие проанализировать влияние им-

пульсной короны на волновой процесс при перенапряжении.

Краткие теоретические сведения

Оборудование подстанций и постов секционирования имеет гораздо бо-

лее низкий уровень изоляции по сравнению с изоляцией линий электропереда-

чи и контактной сети. Вместе с тем из-за большой протяженности линий основ-

ная доля грозовых перенапряжений возникает именно в них и, распространяясь вдоль проводов линии, достигает подстанции или поста секционирования. Пе-

ренапряжение в месте его возникновения может рассматриваться как источник,

исходя из которого можно определиться и с перенапряжениями, достигающими оборудования подстанций.

Наиболее распространенным механизмом для анализа процессов в элек-

трических цепях и предсказания их поведения являются законы Кирхгофа в со-

вокупности с законом Ома и производные от них методы (контурных токов, уз-

ловых потенциалов, узловых напряжений и другие). К сожалению, все эти ме-

тоды не учитывают запаздывание распространения электромагнитного поля и годятся только для электрически коротких цепей. Кроме того, все элементы

7

электрической цепи рассматриваются квантованно, то есть распределенность элементов никак не учитывается, что не позволяет говорить о распределении потенциала по элементу даже в случае электрически малой его длины.

Максимальная скорость распространения электромагнитного поля в про-

странстве составляет 300 м/мкс. Цепь будет электрически короткой, если время распространения поля вдоль нее много меньше времени существенного изме-

нения напряжения или тока в цепи; считается, что для синусоидальных напря-

жений и токов можно говорить о небольшой длине линии, если время распро-

странения поля вдоль нее не превышает одной десятой периода напряжения.

Для двухпроводной воздушной линии с расстоянием между проводами 3 м, вы-

соте расположения проводов над землей 30 м и длине линии 30 км время рас-

пространения поля между проводами составит 0.01 мкс, между проводами и землей - 0.1 мкс, вдоль линии - 100 мкс, так что для электромагнитных процес-

сов между проводами можно говорить о малых расстояниях между проводами до частот 10 МГц, между проводами и землей - до 1 МГц, а вдоль проводов - до частот не более 1 кГц, что соответствует частотам высших гармоник электро-

энергетических систем. Именно до таких частот можно предсказывать поведе-

ние двухпроводной системы с помощью законов Кирхгофа и производных от них методов; далее нужно использовать что-нибудь другое.

Для простейшего анализа процессов можно рассматривать один провод над поверхностью хорошо проводящей плоской земли, поскольку основную опасность для оборудования представляет перенапряжение на изоляции по от-

ношению к земле (рис. 1).

Z1

прямая ПС преломленная

Z2

отраженная

Рис.1. Распространение волны перенапряжения по проводу линии

8

От точки прямого удара молнии ЭМВ перенапряжений распространяются в обе стороны и набегают на шины станций и подстанций. При этом прямой ток каждой волны проходит по проводам, а обратный – по земле.

Распределение волн по линии определяется параметрами нулевой после-

довательности.

Закономерности распределения ЭМВ

1.При движении ЭМВ вдоль проводов без потерь скорость распро-

странения волны равна скорости света

параметров, так как волновые сопротивления участков не одинаковы.

Это изменение происходит из-за перераспределения электрического и

9

магнитного полей волны, то есть в узловой точке (шины подстанции или стан-

ции) происходит преломление волны.

Связь между параметрами прямой, преломленной и отраженной волн

Практические выводы:

1.Для одиночного провода ВЛ волновое сопротивление находится в пределах 350…450 Ом. Для КЛ 5…40 Ом в зависимости от конструкции.

2.Для разомкнутого провода .

Таким образом, при набегании ЭМВ на разомкнутый конец линии проис-

ходит удвоение напряжения в узловой точке.

3.При Z2 = 0 короткозамкнутый конец первого участка (линии)

напряжение в узловой точке = 0 (по преломленной волне).

10