13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / ТВН_практика / ещё пример стр 37
.pdf
2. Удар молнии в трос в середине пролета
d12
d’12
Рис. 12. Расстояние между проводами
Рассчитывается волновое сопротивление коронирующей ВЛ с учетом за-
тухания и деформации ЭМВ
|
|
1,5 hтр |
Eср |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1,5 2500 21 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|||||
1,16 |
|
|
|
|
|
|
1,16 |
|
|
|
|
|
1, 048 . |
||||||
|
|
|
2 h |
|
|
|
|
|
2 2500 |
|
|
||||||||
|
|
ln |
|
тр |
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
0, 016 |
|
|
|
|||
Расчет взаимных волновых сопротивлений (в соответствии с рис. 11)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
3,172 2,12 3,8 |
м; |
|
||||||
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d12 |
(25 21,83) |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
2,1 46,88 м; |
|
||||||||||||
|
|
2 hср.тр |
|
|
|
2 17,107 |
|
||||||||
Z11 |
60 ln |
|
|
|
|
|
60 ln |
|
|
|
|
460, 067 |
Ом; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
0, 016 |
|
|
||||
|
|
d |
|
|
|
|
46,88 |
|
|
||||||
|
Z12 60 ln |
12 |
|
60 ln |
|
|
|
150, 712 Ом. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
d12 |
|
|
|
3,8 |
|
|
|||||||
Волновое сопротивление троса, рассчитанное по геометрическим пара-
метрам линии
Zтр.г |
|
Z11 Z12 |
|
460, 067 150, 712 |
305,309 |
Ом; |
|
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
Zтр.К Zтр.Г |
305,39 1, 048 320,177 Ом; |
||||||
Скорость распространения волны
41
с 1 3 108 3 108 м/с.
Средняя напряженность поля (РД 153-34.3-20.524-00) Ерасч.ср 750 кВ/м.
Геометрический коэффициент связи
|
kг |
|
Z12 |
|
150, 712 |
0,328 . |
||||
|
Z11 |
460, 067 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Коэффициент связи с учетом короны |
|
|
|
|||||||
Kk |
kг |
|
Zтр.г |
|
0,328 |
305,309 |
0,312 . |
|||
|
Zтр.к |
320,177 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Критическая крутизна фронта тока молнии, при котором происходит пе-
рекрытие изоляции
а |
2 Ерасч.ср |
h |
|
2 750 |
3,17 3 108 |
10 6 16,548 |
кА/мкс. |
|
|
1 Кк Lпрол |
320,177 1 |
0,312 391, 6 |
|||||
кр |
Zтр.к |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
Вероятность перекрытия линейной изоляции при ударе молнии в трос в середине пролета
Ртр е 0,08 акр е 0,08 16,548 0, 266 .
Число ударов молнии в трос в середине пролета на 100 км линии
|
|
|
|
|
|
|
4 hтр |
|
|
|
|
|
4 25 |
|
|
|
|
N |
тр |
N 1 |
|
|
|
25, 749 |
|
1 |
|
|
|
19,174 |
. |
||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Lпрол |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
391, 6 |
|
|
|
|
Принимается |
Nтр |
20 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ожидаемое удельное число грозовых отключений ВЛ из-за ударов мол-
нии в трос в середине пролета
nтр Nтр Pтр 20 0, 266 0,9 4, 79 .
42
3. Удар молнии в провод при прорыве сквозь тросовую защиту
d14
4
1 
2
3
d'
14
12 d'
d' |
13 |
|
|
|
|
19 |
|
|
|
23 |
|
4` |
|
|
|
|
25 |
|
S |
|
|
|
|
2' |
3' |
|
|
|
|
|
|
1' |
|
|
|
2.1 |
|
|
Рис. 13. Расстояние между проводами
Расстояние между тросом и проводом
d |
|
3,172 2,12 |
3,8 м; |
|
|||
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d12 |
(25 21,83) |
2 |
|
2 |
46,88 |
м; |
|
|
2,1 |
||||||
d13 
(7,17)2 4, 22 8,31 м;
d14 
(7,17)2 2,12 7, 471 м;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d13 |
(25 19 1,17) |
2 |
7, 2 |
2 |
|
43, 035 м; |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d14 |
(25 19 1,17) |
2 |
|
2 |
|
42,881 м. |
||
|
2,1 |
|
||||||
Средняя стрела провеса провода в середине пролета
fпр hН пр lразр hГ 19 1,17 6 11,83 м.
Средняя высота подвеса провода в середине пролета
43
|
hср.пр |
hН пр |
2 |
|
fпр |
19 |
2 |
11.83 9,943 |
м. |
||||
|
3 |
3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Расчет взаимных волновых сопротивлений |
|
|
|
||||||||||
|
|
2 hср.пр |
|
|
|
|
2 9, 43 |
|
|
||||
Z11 |
60 ln |
|
|
|
60 ln |
|
|
|
|
431,385 |
Ом; |
||
r |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0, 016 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
46,877 |
|
|
|
||||||||||||
|
Z12 60 ln |
12 |
|
60 ln |
|
|
|
|
|
150, 712 |
Ом; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
d12 |
|
|
|
|
|
3,802 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
43, 035 |
|
|
|
||||||||
|
Z13 |
60 ln |
13 |
|
|
60 ln |
|
|
|
|
|
|
|
98, 677 |
Ом; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
d13 |
|
|
|
|
|
|
|
8,31 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
42,881 |
|
|
|
||||||||||
|
Z14 60 ln |
14 |
60 ln |
|
|
|
|
|
|
|
104,843 Ом. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
d14 |
|
|
|
|
|
|
7, 471 |
|
|
|
||||||||||
Волновое сопротивление провода, рассчитанное по геометрическим па- |
||||||||||||||||||||||||
раметрам линии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zпр.г |
Z11 Z12 Z13 |
Z14 |
|
431,385 150, 712 98, 677 104,843 |
196, 404 Ом. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Волновое сопротивление коронируемой линии |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
Zпр.к |
Zпр.г 196, 404 1, 048 205,915 Ом. |
||||||||||||||||||||||
Разрядное напряжение для импульса отрицательной полярности |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U50% 625 кВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
U50% U50% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,74 0,06 Lразр Lразр 3 |
||||||||
|
0,92 0, 012 Lразр |
|
|
, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,74 0,06 1,17 1,17 3 |
566, 991кВ . |
|||||||||
U50% 625 0, 92 0, 012 1,17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Крутизна тока молнии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Iкр |
2 U50% |
|
|
2 566,991 |
5,507 кА. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Zпр.к |
205,915 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Вероятность значения тока молнии, превышающего критическое для уда-
ра молнии в провод
Рпр е 0,04 Iкр е 0,04 5,507 0,802 .
Горизонтальное смещение провода относительно троса S 4,8 м.
44
Расстояние между тросом и верхним проводом
h hтр hпр.верх lразр 25 23 1,17 3,17 м.
Угол тросовой защиты
|
arctg( S ) arctg( |
2.1 |
) 33.5 . |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
3.17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 117 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
hтр |
|
|
|
|
|
|
Uном |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Д 1 Uном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
||||||||||||||
h |
|
|
|
|
|
|
2 hпр |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h S ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rпр |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 10 |
3 |
2 |
117 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Д 1 110 10 3 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 23 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
3,17 |
|
|
|
3,17 2,1 ln |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0, 015 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Вероятность прорыва молнии на провод при положительных углах ( ) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
защиты троса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0.55 |
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
1 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
h |
hтр S |
|
|
|
е1 |
3,17 |
33,5 25 2,1 |
1 |
|
||||||||||||||||||||
P e Д |
Д |
|
0,179 . |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число ударов молнии в провод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Nпр |
N p 25, 75 0,179 4, 606 . |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Удельное число грозовых отключений ВЛ от прорыва молнии через тро-
совую защиту на провод
nпр Nпр Pпр 4,606 0,802 0,9 3,326 .
Общее удельное число грозовых отключений линии
nГ nоп nтр nпр 0,378 4,79 3,326 8,5 .
Задачи для самостоятельной проработки
Задача 1
Определить число отключений ВЛ 220 кВ длиной 80 км из-за прямо-
го удара молнии. Тип опоры П-220-3, провода принять марки АС-300.
Линия проходит по территории Амурской области. Импульсное сопротив-
45
ление заземлителя опоры 15 Ом. Коэффициент электромагнитной связи ра-
вен 0,3.
Задача 2
Рассчитать грозоупорность ПС размером (142х74) м напряжением
220/110/10 кВ, к которой подходит 5 ВЛ с сечением проводов АС-300. Им-
пульсное сопротивление заземлителя опор 20 Ом, на защищенном подходе длиной 2,7 км - 10 Ом. Молниеотвод выше линейного портала на 9,5 м. ПС расположена в Амурской области.
Задача 3
Определить грозоупорность ВЛ напряжением 110 кВ с проводами АС-50
длиной 20 км, предварительно рассчитав заземлитель опоры по принятой конструкции. Исходные данные принять по справочнику.
Задача 4
Определить показатель грозоупорности подстанции размером (100х50)
м. К подстанции подходят 4 ВЛ 220 кВ. Шифр опоры П 220-2. Длина защи-
щённого подхода 3 км. Импульсное сопротивление заземлителя опоры 7 Ом.
Подстанция расположена в районе Хабаровска. Марка проводов АС-400.
Задача 5
Определить число отключений ВЛ 500 кВ длиной 150 км в год из-за прямого удара молнии, если = 0,85 . Тип промежуточной опоры выбрать самостоятельно.
Задача 6
Определить грозоупорность ВЛ 110 кВ длиной 70 км. На линии рас-
положены 2 троса. ВЛ проходит по территории Тамбовского района Амур-
ской области. Тип опоры с учётом количества тросов и необходимые ис-
ходные данные принять по справочнику.
Задача 7
Рассчитать грозоупорность подстанции размером (160х80х42) м
напряжением 220/35/10 кВ, к которой подходят 4 ВЛ сечением АС-300 .
Длина защищённого подхода 2 км. Импульсное сопротивление заземлителя
46
опор 25 Ом, на защищённом подходе 10 Ом. Подстанция расположена в Амурской области .
Задача 8
Определить потери на корону для ВЛ-500 кВ с проводами 3хАСО-
500 , у которых радиус провода 1,51 см, расстояние между соседними про-
водами фаз 10,5 м. Эквивалентная высота подвеса проводов 13 м. Диаметр фазы 306 мм. Продолжительность видов погоды : дождя – 720 ч ; снег сухой –
1061 ч ; изморозь – 381 ч.
Задача 9
Определить, допустим ли уровень радиопомех от короны на ВЛ с проводами 3хАСО-185 с радиусом провода 0,92 см, с расстоянием между соседними фазами 8,5 м, диаметром фазы 188 мм. Напряжение ВЛ 330 кВ
Задача 10
Определить, допустим ли уровень радиопомех от короны на ВЛ с проводами 3хАСО-500 с радиусом 1,51 см, с расстоянием между соседни-
ми фазами 10,5 м, диаметром фазы 306 мм. Напряжением ВЛ 330 кВ.
Задача 11
Определить потери на корону для ВЛ-500 кВ с проводами 4хАСО-
400, у которых радиус провода 1,36 см расстояние между соседними про-
водами фаз 10,5 м. Высота подвеса проводов 13 м. Продолжительность ви-
дов погоды: дождь - 800 ч; сухой снег - 830 ч; изморозь - 582 ч. Диаметр фазы 22,5 м.
Контрольные вопросы по теме занятия
1.Понятие грозопоражаемости и грозоупорности.
2.Методы повышения грозоупорности линий электропередач различного класса напряжения.
3.Понятие угла тросовой защиты.
4.Что характеризуют коэффициенты затухания и преломления?
47
Тема 3. ЗАЩИТА ПОДСТАНЦИЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ,
ВЛ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
Цель занятия: научиться расставлять молниеотводы на планах HE стан-
ций и подстанций и определять их зоны молниезащиты, а также определять зо-
ны молниезащиты ВЛ.
В процессе проведения практического занятия на примерах планов типо-
вых РУ изучается как правильно расставлять молниеотводы, затем анализиру-
ются планы реальных подстанций с расстановкой молниеотводов, выполнен-
ной проектными организациями. На примере одного из планов РУ показывает-
ся, как рассчитать зоны молниезащиты. Предлагается студентам выполнить аналогичный расчет самостоятельно и рассмотреть расчет зон молниезащиты ВЛ.
В начале практического занятия рекомендуется отметить, что защита от прямых ударов молнии выполняется в комплексе с заземление и защитой от набегания волн перенапряжений, поэтому целесообразно рассматривать ее как элемент комплексной задачи. Пример решения такой задачи показан в расчет-
ном задании.
Краткие теоретические сведения
Молниезащита – это защита от прямых ударов молнии и защита от набе-
гающих волн перенапряжения.
Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте - молниеотвод,
молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его зазем-
литель.
Допустимая вероятность прорыва молнии - предельно допустимая веро-
ятность Р удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами.
Надежность защиты определяется как 1 - Р.
48
Принцип действия молниеотвода: молниеотвод принимает подавляющее число ударов молнии на себя в пределах защищаемой территории, и отводит ток в землю.
Основан на том, что во время лидерной стадии молнии на вершине мол-
ниеотвода скапливаются заряды и наибольшая напряженность электрического поля создается по пути между развивающимся лидером и вершиной молниеот-
вода. Возникающие с молниеотводов встречные лидеры еще более усиливают напряженность электрического поля на этом пути, что и приводит к удару мол-
нии в молниеотвод.
Высота над поверхностью земли, при которой лидер начинает ориенти-
роваться по направлению к наиболее высокому наземному объекту – высота ориентировки молнии.
Если головка лидера на высоте ориентировки находится в точке, распо-
ложенной над молниеотводом, то разряд поразит молниеотвод.
По мере удаления точки ориентировки от молниеотвода вероятность уда-
ра молнии в него снижается и на определенном расстоянии от него становится равной нулю.
Если вблизи молниеотвода поместить более низкий защищаемый объект,
то при определенном расстоянии между молниеотводом и объектом разрядное напряжение промежутка «лидер - объект» будет всегда больше разрядного промежутка «лидер - молниеотвод». Тем самым объект будет защищен от пря-
мого удара молнии.
Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты – пространства вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает определенного достаточно малого значения.
Защита ЭС и ПС от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов: стержневые, тросовые, сеточные.
Стержневые молниеотводы Стержневой молниеотвод состоит из молниеприемника, токоотвода, за-
землителя.
49
Молниеприемник выполняется в виде металлического стержня, диаметр которого определяется по условиям термической стойкости
Iкр |
|
U50% |
. |
(74) |
|
||||
|
|
ZВ м/о |
|
|
Длина молниеприемника выбирается таким образом, чтобы обеспечить эффективную защиту с нормируемыми параметрами (вероятность) наимень-
шим количеством молниеотводов.
Согласно ПУЭ высота молниеприемника не должна превышать 10 м.
В качестве токоотвода могут использоваться мачты, линейные и шинные порталы, крыши зданий, либо тросы-прутки.
Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 14)
а) на уровне земли;
б) на высоте защищаемого объекта hi.
Рис. 14. Одиночный стержневой молниеотвод
50