Тема 11. Координация изоляции электрооборудования по уровню грозовых перенапряжений

Литература. [3], гл. 25, с. 287 – 294; [4], гл. 10, с. 163 – 170.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы параметры стандартного грозового импульса?

2. Как определяется расчетное значение грозовых перенапряжений?

3. Каков принцип действия генераторов импульсных напряжений?

4. Какова принципиальная схема генератора импульсных напряжений?

5. В каких случаях применяется и в чем заключается метод испытания изоляции грозовыми импульсами?

Должен знать:параметры стандартного грозового импульса; принцип действия генераторов импульсных напряжений; сущность метода испытания изоляции грозовыми импульсами.

Должен уметь:определить расчетное значение грозовых перенапряжений.

Тема 12. Координация изоляции электрооборудования по уровню внутренних перенапряжений

Литература. [3], гл. 30, с. 383 – 392; [4], гл.10, § 10.2, 10.3, с. 167 – 175.

Вопросы для самопроверки

1. Какие установлены испытательные напряжения коммутационных импульсов?

2. С какой целью установлены и как определяются испытательные напряжения промышленной частоты?

3. Каковы особенности испытательных трансформаторов по сравнению с силовыми?

4. Для каких целей применяется каскадное включение испытательных трансформаторов?

5. Как осуществляется генерирование коммутационных импульсов?

Должен знать:принципы координации изоляции электрооборудования по уровню внутренних перенапряжений; принципы определения испытательных напряжений коммутационных импульсов и промышленной частоты; схемы испытания изоляции напряжением промышленной частоты и генерирования коммутационных импульсов.

Должен уметь:определить расчетное значение внутренних перенапряжений и испытательное напряжение внутренней и внешней изоляции.

Тема 13. Диагностика состояния изоляции в процессе ее эксплуатации

Литература. [3], гл. 19, с. 198 – 207; [4], гл. 6, § 6.7, с. 103; гл. 10, с. 175 –

189.

Вопросы для самопроверки

1. Какие физические явления используются в целях диагностики состояния изоляции?

2. В какой изоляции возникают абсорбционные явления?

3. Какие дефекты позволяет выявить метод измерения тангенса угла диэлектрических потерь?

4. Как осуществляется контроль состояния изоляции по интенсивности частичных разрядов?

Должен знать:схему замещения неоднородной изоляции и происходящие в ней под действием рабочего напряжения процессы; принципиальные схемы измерения тангенса угла диэлектрических потерь изоляции; способы контроля изоляции по уровню интенсивности частичных разрядов.

Должен уметь:оценить состояние изоляции по абсорбционным характеристикам, тангенсу угла диэлектрических потерь, интенсивности частичных разрядов.

Тема 14.Экологическое влияние электроустановок высокого напряжения

Литература. [3], § 16.4, с. 167 – 170.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключаются экологические проблемы использования высоких и сверхвысоких напряжений для передачи электроэнергии?

2. Каковы предельно допустимые уровни напряженности электри-ческого поля при использовании переменного и постоянного напряжения?

3. В чем состоит экологическое влияние коронного разряда на проводах ЛЭП?

4. Как осуществляется охрана окружающей среды от воздействия сильных электрических полей?

Должен знать:экологические аспекты применения высоких и сверхвысоких напряжений; экологическое влияние коронного разряда, санитарный уровень громкости акустического шума от короны.

Должен уметь:определить допустимую напряженность поля на поверхности проводов, при которой обеспечивается нормированный уровень радиопомех, оценить уровень громкости короны при дожде.

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

При выполнении контрольного задания необходимо придерживаться указанных ниже правил.

1. Задание оформляется аккуратно в отдельной тетради в клетку синей, фиолетовой или черной пастой; страницы тетради нумеруются. Необходимо оставить поля шириной 5 см для пометок и замечаний преподавателя.

2. На обложке указываются: название дисциплины, фамилия и инициалы студента, учебный шифр, факультет, специальность, дата отсылки работы в университет и адрес. На первой странице тетради записываются номера решаемых задач и год издания контрольных заданий. В конце работы следует проставить дату ее выполнения и расписаться.

3. В работу должны быть включены все задачи, указанные в задании по соответствующему варианту. Контрольные работы, содержащие не все задачи, а также задачи не своего варианта, не зачитываются.

4. Решения задач надо располагать в порядке номеров задания, сохраняя номера задач.

5. Перед решением задачи надо полностью выписать ее условие.

6. Решения задач следует приводить, подробно с обоснованием всех действий по ходу решения и необходимыми рисунками.

7. После решения задачи приводится полученный ответ с обязательным указанием размерности величин.

При выполнении заданий ход решения задач нужно комментировать пояснениями, какие применяются формулы, уравнения или теоремы. Все необходимые расчеты должны быть выполнены полностью.

Работы, не отвечающие всем перечисленным требованиям, проверяться не будут и будут возвращаться для переделки.

Если проверяющий преподаватель предлагает внести в решения задач те или иные исправления или дополнения и прислать их для повторной проверки, то это следует сделать в короткий срок. Рекомендуется при выполнении контрольной работы оставлять в конце тетради несколько чистых листов для всех дополнений и исправлений в соответствии с указаниями преподавателя. Вносить изменения в первоначальный текст работы после ее проверки запрещается. К работе, высылаемой на повторную проверку (если она выполнена в другой тетради), должна обязательно прилагаться незачтенная работа.

В случае незачета работы и отсутствия прямого указания преподавателя на то, что студент может ограничиться представлением решений только неверно выполненных задач, вся работа должна быть выполнена и переоформлена заново.

На экзамене необходимо представить зачтенную по данному курсу работу, в которой все отмеченные преподавателем погрешности должны быть исправлены.

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Каждый студент выполняет вариант задания, состоящий из 15 задач по темам дисциплины, номер которого соответствует списочному номеру в журнале. Варианты заданий представлены в таблице в конце методических указаний.

Задачи контрольного задания

1. Воздух, находящийся в открытом объеме при нормальных атмосферных условиях, нагрели до температуры 100 С. Как при этом изменилась средняя длина свободного пробега молекул азота?

2. Найти эффективную длину свободного пробега электронов вдоль однородного электрического поля с напряженностью 25 кВ/см, необходимую для ионизации молекул азота. Потенциал ионизации молекул азота равен 15,8 В.

3. Определить кинетическую энергию электрона при свободном пробеге расстояния 10 мкм в электрическом поле напряженностью 20 кВ/см. Заряд электрона е = 1,6^.10^-19 Кл.

4. Определить минимальные длины волн электромагнитного излучения, необходимые для ионизации и возбуждения молекул азота. Потенциалы ионизации и возбуждения при этом соответственно равны U_и = = 15,8 В, U_в = 6,1 В. Постоянная Планка h = 6,626·10^-34 Дж·с; скорость света с = 3·10⁸ м/с; заряд электрона е = 1,6·10^-19 Кл.

5. Определить напряжение пробоя воздушного промежутка с однородным электрическим полем и расстоянием между электродами 2 см при температуре 20 С и давлении 93 кПа.

6. В искровом промежутке с однородным электрическим полем при нормальных условиях разряд происходит при расстоянии между электродами 4 см. Как нужно изменить расстояние между электродами, чтобы при температуре 100 С и давлении 80 кПа разрядное напряжение промежутка осталось без изменения?

7. Вычислить напряжение пробоя воздушного промежутка с одно-родным полем на участке 2 см при давлении 300 кПа и температуре 70 С.

8. В процессе экспериментального исследования электрической прочности газового промежутка в десяти опытах были измерены следующие значения разрядных напряжений: 40; 40,5; 37; 40; 42; 41; 43; 40; 39; 39,5 кВ. Оценить 50 %-ное значение разрядного напряжения и его среднее квадрати-ческое отклонение.

9. Определить расчетное напряжение промышленной частоты при нормальных атмосферных условиях для воздушного промежутка игла - заземленная плоскость с расстоянием между электродами 27 см.

10. Найти допустимое расстояние в воздушном промежутке между электродами в виде двух игл при нормальных атмосферных условиях и расчетном напряжении 100 кВ частотой 50 Гц.

11. Определить расчетное напряжение полного грозового импульса отрицательной полярности при нормальных атмосферных условиях для воздушного промежутка стержень - заземленная плоскость. Длина изоляци-онного промежутка равна 70 см.

12. Между пластинами плоскопараллельного конденсатора находится диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε = 4. Расстояние между пластинами конденсатора s = 0,5 см. К конденсатору приложено напряжение 1000 В. Найти величину электрического смещения D в диэлектрике. Электрическая постоянная ε_о = 8,85·10^-12 Кл²/(Н·м²).

13. Оценить величину tgδ для промышленного трансформаторного масла на частоте переменного электрического поля 50 Гц при температуре 40 С. Удельное сопротивление масла в нормальных условиях равно 10¹³ Ом·см; действительная относительная диэлектрическая проницаемость - 2,2; температурный коэффициент для проводимости - 0,02; электрическая постоянная ε_о = 8,85·10^-12 Кл²/(Н·м²).

14. Оценить мощность диэлектрических потерь переменного электрического поля частотой 50 Гц с напряженностью 100 кВ/см в 1 см³ промышленного трансформаторного масла. Для масла tgδ = 1,6·10^-3, относительная диэлектрическая проницаемость - 2,2.

15. Как изменится удельная проводимость трансформаторного масла при увеличении температуры от 20 до 50 С?

16. Определить, во сколько раз отличается напряженность электрического поля в промышленном трансформаторном масле от напряженности поля в газовом пузыре. Относительную диэлектрическую проницаемость для промышленного трансформаторного масла принять равной 2,2, для газа - 1.

17. Найти допустимое расстояние в промежутке игла-плоскость, заполненным трансформаторным маслом, при расчетном напряжении 100 кВ частотой 50 Гц.

18. Определить расчетное напряжение частотой 50 Гц для промежутка между двумя коаксиальными цилиндрами с наружным и внутренним радиусами, равными соответственно 10 и 1 см.

19. Определить расчетное напряжение полного грозового импульса отрицательной полярности для масляного промежутка игла - плоскость. Длина изоляционного промежутка равна 33 см.

20. В твердом диэлектрике с относительной диэлектрической проницаемостью ε_Д = 4, расположенном между электродами плоского конденсатора, имеются газовые включения. Расстояние между электродами s=0,5 см. Относительная диэлектрическая проницаемость газа включения ε_Г=1. Известно, что самостоятельные разряды в данных включениях возникают при достижении напряженности электрического поля величины кВ/см. Определить напряжение между электродами, при котором в конденсаторе начнут возникать частичные разряды.

21. Между плоскопараллельными металлическими пластинами конденсатора помещен диэлектрик толщиной 4 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε_Д = 4. Оставшаяся часть межэлектродного пространства толщиной 6 мм заполнена при нормальных условиях воздухом. Определить величину постоянного напряжения между пластинами конденсатора, при котором в его воздушном слое начнет возникать самостоятельный разряд.

22. К конденсатору, между пластинами которого находится твердый диэлектрик, приложено напряжение 5 кВ. Определить величину энергии, рассеиваемой в газовом включении твердого диэлектрика при частичном разряде с кажущимся зарядом 10^-15 Кл.

23. Между пластинами плоского конденсатора площадью 100 см² расположена двухслойная изоляция толщиной по 1 мм каждый слой. Относительные диэлектрические проницаемости изоляции каждого слоя равны ε₁= 2,5; ε₂= 4,5, а их проводимости - соответственно σ₁ = 10^-16 См/см; σ₂ = 10^-17 См/см. К конденсатору приложили постоянное напряжение 1 кВ. Определить величину заряда на пластинах конденсатора и величину заряда абсорбции на границе слоев изоляции через 30 мин после приложения напряжения. Внутренним сопротивлением источника напряжения пренебречь. Электрическая постоянная ε_о = 8,85·10^-12 Кл²/(Н^.м²).

24. На сколько увеличится пробивная напряженность электрического поля для фарфорового изолятора при увеличении его толщины с 5 до 60 мм?

25. Определить допустимую (активную) высоту опорного изолятора внутренней установки при расчетном напряжении 30 кВ.

26. Найти действующее значение расчетного напряжения перекрытия для фарфорового опорного изолятора высотой 6 см, находящегося в трансформаторном масле.

27. Определить значение разрядного напряжения промышленной частоты при скользящем разряде вдоль фарфорового проходного изолятора в трансформаторном масле. Расстояние между электродами изолятора, находящимися в масле, равно 6 см, его диаметр - 8 см.

28. Рассчитать сопротивление и импульсный коэффициент заземлителя подстанции в виде сетки из горизонтальных полос, по периметру которой в узлах сетки установлены вертикальные электроды длиной 10 м. Размер подстанции – 2525 м, размер ячейки сетки - 55 м; удельное сопротивление грунта 100 Омм; ток молнии 50 кА.

29. Рассчитать и построить зону защиты двухстержневого молниеотвода при вероятности прорыва молнии через границу зоны, равной 0,05. Высота каждого молниеотвода – 30 м, расстояние между молниеотводами – 100 м.

30. Рассчитать вероятность прорыва молнии через тросовую защиту линии электропередачи 220 кВ. Высота стальной опоры П220-3 – 36 м; высота расположения троса относительно верхней траверсы – 4 м; длина верхней траверсы – 3,5 м; длина поддерживающей гирлянды – 2,4 м.

31. Рассчитать вероятность перекрытия изоляции линии электропередачи 220 кВ на металлических опорах при ударе молнии в фазный провод в середине пролета. Волновое сопротивление провода принять равным 300 Ом. Длина поддерживающей гирлянды – 2,4 м.

32. Оценить минимальную длину защищенного подхода к подстанции 110 кВ. 50 %-ное импульсное разрядное напряжение линейной изоляции – 660 кВ; критическая крутизна фронта волны перенапряжения – 300 кВ/мкс; средняя высота подвеса проводов – 12 м.

33. Оценить вероятность импульсного перекрытия трос-провод ЛЭП в сети с заземленной нейтралью при ударе молнии в трос, если длина пролета 200 м, высота опоры 20 м, импульсное сопротивление опор – 10 Ом, расстояние между проводом и тросом – 6 м.

34. Определить число отключений в год для ЛЭП напряжением 35 кВ в сети с изолированной нейтралью на железобетонных опорах, если длина линии 20 км, длина пролета 150 м, высота опоры 16 м, импульсное сопротивление опор – 10 Ом, для гирлянд изоляторов U_50% = 360 кВ, индуктивность единицы длины опоры равна 0,7 мкГн/м, число грозовых часов в году – 50.

35. Определить необходимое число подвесных изоляторов ПС-12-А в гирлянде и 50%-ное разрядное напряжение гирлянды для воздушной ЛЭП напряжением 220 кВ на металлических опорах, эксплуатирующейся в условиях III степени загрязненности атмосферы. Допустимая удельная эффективная длина пути утечки в данных условиях – 1,9 см/кВ; геометрическая длина пути утечки изолятора ПС-12-А – 325 мм, его строительная высота – 140 мм, диаметр – 260 мм; расчетная кратность внутренних перенапряжений – 2,5; расчетная мокроразрядная напряженность – 2,2 кВ/см.

36. Выбрать тип и определить необходимое число изоляторов в гирлянде для воздушной ЛЭП напряжением 110 кВ на железобетонных опорах. Линия эксплуатируется в условиях II степени загрязненности атмосферы. Механическая нагрузка на гирлянду составляет 80 кН.

37. Определить распределение напряжения по изоляторам одноцепной поддерживающей гирлянды воздушной ЛЭП на железобетонных опорах с номинальным напряжением 35 кВ. Гирлянда состоит из двух изоляторов с собственными емкостями изоляторов 50 и 70 пФ соответственно, считая от траверсы опоры. Емкостями изоляторов по отношению к проводу ЛЭП и заземленным элементам опоры, а также их активными сопротивлениями пренебречь.

38. Найти величины напряжения на изоляторах поддерживающей гирлянды одноцепной воздушной линии электропередачи с номинальным напряжением 35 кВ. Гирлянда состоит из двух изоляторов с собственными емкостями изоляторов 50 и 70 пФ соответственно, считая от траверсы опоры. Емкости изоляторов по отношению к заземленным элементам опоры равны 5 пФ; емкости изоляторов по отношению к проводу – 0,5 пФ. Активными сопротивлениями изоляторов пренебречь.

39. Определить минимальное напряжение для одиночного провода, расположенного над землей на высоте 8 м, при котором в сухую погоду при температуре –10 ^оС и давлении 107 кПа на проводе возникает корона. Диаметр провода – 1,2 см, его коэффициент гладкости – 0,9.

40. Определить максимальное значение междуфазного напряжения трехфазной ЛЭП, при котором в сухую погоду при температуре –20 ^оС и давлении 105 кПа еще исключается коронирование проводов. Средняя высота подвеса проводов – 23 м; диаметр проводов – 1,2 см; их коэффициент гладкости – 0,9; расстояние между проводами – 2,5 м.

41. Определить оптимальный радиус расщепления проводов фаз ЛЭП с номинальным напряжением 500 кВ. Число проводов в фазе – 3; диаметр каждого провода - 2,5 см; расстояние между проводами фаз – 12 м.

42. Оценить максимальное значение междуфазного напряжения трехфазной ЛЭП с расщепленными фазами, при котором в сухую погоду при температуре 15 ^оС и давлении 103 кПа еще исключается коронирование проводов. Число проводов в фазе – 3; диаметр каждого провода – 2,5 см; радиус расщепления – 20 см; расстояние между проводами фаз – 12 м, коэффициент гладкости проводов 0,9; средняя высота подвески проводов – 26 м.

_____________

ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Вариант	Номера задач
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	1	11	12	24	25	26	27	28	29	31	32	34	35	39	20
2	2	17	13	24	25	26	27	28	30	33	32	34	36	40	21
3	3	18	14	24	25	26	27	28	29	31	32	34	37	41	22
4	4	19	15	24	25	26	27	28	30	33	32	34	38	42	23
5	5	11	16	24	25	26	27	28	29	31	32	34	35	39	12
6	6	17	20	24	25	26	27	28	30	33	32	34	36	40	13
7	7	18	21	24	25	26	27	28	29	31	32	34	37	41	14
8	8	19	22	24	25	26	27	28	30	33	32	34	38	42	15
9	9	11	23	24	25	26	27	28	29	31	32	34	35	39	16
10	10	17	12	24	25	26	27	28	30	33	32	34	36	40	20
11	1	18	19	24	25	26	27	28	29	31	32	34	37	41	21
12	2	19	14	24	25	26	27	28	30	33	32	34	38	42	22
13	3	11	15	24	25	26	27	28	29	31	32	34	35	39	23
14	4	17	16	24	25	26	27	28	30	33	32	34	36	40	12