Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ФГБОУ ВО «АМГУ»)
Факультет Энергетический Кафедра Энергетики
Направление подготовки 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника»
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
на тему «Анализ грозоупорности электроустановок и организация их молниезащиты» по дисциплине: «Техника высоких напряжений»
Исполнитель
студент группы 242-об2 |
|
|
К.Л. Начичко |
|
|
|
|
|
(подпись, дата) |
|
|
Руководитель |
|
|
Д.А. Дорожинский |
Преподаватель |
|
|
|
|
|
|
|
|
(подпись, дата) |
|
|
Благовещенск2025
1
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1 РАСЧЁТ ГРОЗОУПОРНОСТИ........................................................................... |
4 |
|
1.1 |
Выбор опор..................................................................................................... |
4 |
1.2 |
Выбор изоляторов.......................................................................................... |
6 |
1.3 |
Расчёт грозоупорности вл с тросами ........................................................... |
6 |
1.4 |
Удар молнии в провод при прорыве сквозь тросовую защиту............... |
12 |
2 ЗАЩИТА ПС ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ......................................... |
15 |
|
2.1 |
Выбор молниеотвода................................................................................... |
15 |
2.2 Определение импульсного сопротивления заземления........................... |
16 |
|
3 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ОПН ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ..................... |
21 |
|
3.1 |
Выбор номинального напряжения............................................................. |
22 |
3.2 |
Выбор номинального разрядного тока и класса пропускной |
|
способности........................................................................................................ |
22 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... |
25 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.................................................................................................. |
26 |
|
2
Задание
Вариант ?(утерян, но данные остались) Таблица 1 – Исходные данные
Напряжение |
220 кВ |
Тип грунта первого слоя |
Песок |
Тип грунта второго слоя |
Торф |
Количество цепей |
2 |
Сечение проводника |
120 |
Территория |
Хабаровский край |
Рисунок 1 – План РУ 220 кВ ПС
3
1 РАСЧЁТ ГРОЗОУПОРНОСТИ
1.1 Выбор опор
На заданное напряжение выбираем унифицированные металлические опоры типа марки 3П220-2- I.
Рисунок 1 – Эскиз опоры 3П220-2- I
4
Рисунок 2 – Схема 220-5Н. "Мостик" с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий
5
Рисунок 3 – Характеристика опоры 3П220-2- I
1.2 Выбор изоляторов
На заданное напряжение выбираем изоляторы марки ОСК 8-220-Б09-2 УХЛ1; Материал: полимер; Степень загрязнения (Хабаровский край): 2 (λн = 3,5 см/кВ);
Высота 1 изолятора Hиз = 2,09м;
Длина пути тока утечки (берём из характеристики подвесных линейных изоляторов): Lу= 570 мм=57 см;
Длина возможного пробоя:
L = λн Uн k =3,5 220 1= 770 см; |
(1) |
|||
Определяем количество изоляторов в гирлянде: |
|
|||
nиз = |
L |
= |
770 =1,35 шт |
(2) |
|
||||
|
Lу |
235 |
|
|
1.3Расчёт грозоупорности вл с тросами
1.Удар молнии в опору
1) Длина разрядного пути:
lразр = nиз Hиз =1 2,09 = 2,09м |
(3) |
|
6 |
Таблица 2 – Номинальные и наибольшие рабочие напряжения электрических систем
ном |
20 |
35 |
110 |
150 |
220 |
330 |
500 |
750 |
1150 |
23 |
40,5 |
126 |
172 |
252 |
363 |
525 |
787,5 |
1200 |
|
раб.нб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наибольшее длительно допустимое рабочее (линейное) напряжение:
Uдл.доп = 252кВ
2) Коэффициент перехода импульсного перекрытия в дугу тока промышленной частоты:
η = (0,92 |
Uдл.доп |
−6) 10−2 = (0,92 |
252 |
−6) 10−2 =1,049 = 0,9 |
(4) |
|
2,09 |
||||
|
lразр |
|
|
||
Время перекрытия изоляции t = 7 мкс
3) Коэффициент, учитывающий разницу в конструкции изоляторов:
Kкон = 2,2 |
(5) |
Коэффициент, учитывающий снижение градиента разрядного напряжения с увеличением длины гирлянды KЕ =1
4) 50 % разрядное напряжение линейной изоляции:
U50% = Kкон KЕ 340 lразр (1+ |
15 |
) = 2,2 1 340 2,09 (1+ |
15 |
) = 4031,718 |
(6) |
|
t +9,5 |
7+9,5 |
|||||
|
|
|
|
Импульсное сопротивление заземлителя Rи = 0,5Ом
Коэффициент, связывающий индуктивность пораженной опоры с импульсным сопротивлением заземлителя соседних опор и высотой опоры:
δ =0,15 для 2 троса
Высота опоры hоп = 45м
Коэффициент ответвления тока в опору (Kотв=0,85…0,95): Kотв=0,8 для
металлических опор
7
Коэффициент взаимной индукции между каналом молнии и телом опоры на
единицу высоты опоры: M0 = 0,2 мкГн/м
Индуктивность на единицу высоты опоры (L0=0,5…0,7мкГн/м):
L0=0,6 мкГн/м
Длительность фронта эквивалентной волны тока молнии: τϕ = 2 мкс 5) Критический ток молнии:
Iкр = |
|
|
|
|
U50% |
|
|
|
|
= |
|
|
4031,718 |
|
|
|
= 259,274 |
кА |
||
|
К |
|
2 |
l |
h |
|
M |
|
h |
|
0,95 |
2 |
0,6 45 |
|
0,2 |
45 |
||||
|
R + |
отв |
|
|
o |
10 + |
|
+ |
|
|
||||||||||
|
|
|
o |
оп + |
|
оп |
|
|
2 |
2 |
|
|
||||||||
|
и |
|
|
τф |
|
|
|
τф |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
l0 = 0,6; |
M0 = 0,2; |
Kотв = 0,8; τф = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Вероятность перекрытия линейной изоляции: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
pоп =e−0,04 Iкр =e−0,04 259,274 =3,133 10−5
Таблица 3 - Вероятность успешной работы АПВ
(7)
(8)
U, кВ |
3-10 |
|
20-35 |
|
110 |
|
|
|
220-500 |
||
АПВ |
0,5 |
|
|
0,7 |
|
0,75 |
|
|
|
0,8 |
|
PАПВ = 0,75для Uн = 220 кВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Высота подвеса троса hтр = 45 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
hГ = 7 м (по РД таблица П13.1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
hтр−пр = 7,5 (по РД рисунок П13.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Высота подвеса верхнего провода hВ |
= 37,41м |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота подвеса нижнего провода hпрН |
=23,98 |
м |
|
|
|
|
|
||||
Стрела провеса троса в середине пролета при условии |
h |
≥h |
−hВ |
||||||||
|
тр−пр |
|
тр |
пр |
|||||||
fтр =hтр −hГ −(hпрВ −hпрН )−hтр.пр =45−7−(37,41−23,28)−7,5=17,07м
(9)
Средняя высота подвеса троса
8
h |
= h − 2 |
f |
тр |
= 45 |
− 2 |
17,07 |
= 33,62м |
(10) |
|
ср.тр |
тр |
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Длина габаритного пролета lгаб = 450 м по справочнику (Электротехнический справочник В 4 т. / Под общ. ред. В.Г. Герасимов. Под общ. ред. А.Ф. Дьяков.)
Длина пролета Lпрол = 0,89 lгаб = 0,89 450 = 400,5м |
(11) |
Число грозовых часов Nг.ч. =35
Плотность разрядов молнии на землю:
p0 = 0,05 Nг.ч. = 0,05 35=1,75 |
|
(12) |
|||||||
dтр−тр = 0 1 трос |
|
|
|
|
|
|
|||
Общее число ударов молнии на 100 км длины линии при hср.тр ≤ 30 м : |
|
||||||||
N = 0,15 p ( |
dтр−тр |
+ h |
|
+90) |
= 0,15 1,75(0 +45+90) = 32,45 = 33 |
(13) |
|||
|
|
||||||||
0 |
|
2 |
ср.тр |
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Число ударов молнии в опору: |
|
||||||||
Nоп = 4N |
hтр |
= 4 32,45 |
|
45 |
|
=14,831 принимается Nоп =15 |
(14) |
||
lпрол |
400,5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
Удельное число грозовых отключений от обратных перекрытий линейной изоляции при ударе молнии в опору:
nоп = Nоп Pоп η (1−PАПВ ) =15 3,133 10−5 0,9 (1−0,75) =1,057 10−4 |
(15) |
2. Удар молнии в трос в середине пролета Волновое сопротивление коронирующей ВЛ
9
Рисунок 4 - Расстояние между проводами
Расчет взаимных волновых сопротивлений
d12 = 
7,592 +42 =8,58м
d'12 |
= |
(45+37,41)2 +42 |
=82,507м |
|
|
|
|
||||||||||
Z |
= 60 ln |
2 |
hср.тр |
|
= 60 |
ln |
2 33,62 |
|
= 559,456Ом; |
(16) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
11 |
|
|
|
r |
|
|
|
|
0,006 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Z12 |
= 60 ln |
d |
' |
|
= 60 |
ln |
82,507 |
|
135,81Ом; |
(17) |
|||||||
13 |
|
|
8,58 |
= |
|||||||||||||
|
|
|
d13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Волновое сопротивление троса, рассчитанное по геометрическим параметрам линии
Zтр.г = |
Z11 + Z13 |
= 559,456+135,81 = 347,633Ом; |
(18) |
|
|
||||
2 |
|
2 |
|
|
Волновое сопротивление коронируемой линии |
|
|||
Zтр.к = Zтр.г β = 347,633 0,9 = 271,961Ом. |
(19) |
|||
Скорость распространения волны |
|
|||
υ = β с = 0,9 3 108 |
= 2,7 108 м/с |
(20) |
||
Средняя напряженность поля (РД 153-34.3-35.125-99) Ерасч =750 кВ/м (См. рисунок 4)
10
Рисунок 5 - Средняя напряженность поля Геометрический коэффициент связи
kг |
= |
z13 |
= 135,81 =0,243 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(21) |
||||||||||||||||
z11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
559,456 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Коэффициент связи с учетом короны |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
k |
|
|
= k |
|
|
zтр.г |
|
= 0,243 |
347,633 |
= |
0,31 |
|
|
|
|
(22) |
||||||||||||||
k |
|
г |
zтр.к |
271,961 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Критическая крутизна фронта тока молнии, при котором происходит |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
перекрытие изоляции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
а |
|
= |
|
|
|
|
2 Ерасч ∆h υ |
|
= |
|
2 750 7,59 2,7 108 |
|
10−6 = 35,569кА/мкс. |
(23) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
кр |
|
|
|
|
zтр.к (1−kk ) lпрол |
|
271,961 (1−0,3) 400,5 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Критического значения тока молнии |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
I |
|
|
|
|
|
Uпринд |
|
αкр Zтр.к lпрол Kк |
|
|
35,569 271,961 400,5 0,3 |
= 92,567 кА |
(24) |
|||||||||||||||||
кр |
|
= |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 U Rи |
|
|
|
|
2 750 |
0,5 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Rи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Вероятность перекрытия линейной изоляции при ударе молнии в трос в |
||||||||||||||||||||||||||||||
середине пролета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ртр = е−0,04 акр = е−0,04 92,566 |
= 0,058 |
|
|
|
|
|
(25) |
|||||||||||||||||||||||
Число ударов молнии в трос в середине пролета на 100 км линии |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Nтр = N (1− |
4 hтр |
) = 33 (1− |
4 45 |
) =18,169 |
|
|
|
(26) |
||||||||||||||||||||||
|
400,5 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lпрол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Принимается Nтр = 19.
11