- •Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения. Учеб. Пособие для студентов заочной формы образования. Казань: Казан. Гос. Энерг. Ун-т, 2012. - с.: ил.
- •1. Изоляция и перенапряжения или техника высоких напряжений
- •1.1. Применение высоких напряжений для передачи электрической энергии
- •1.2. Изоляция электрических установок
- •1.3. Перенапряжения, воздействующие на электроустановки
- •1.4. Работа изоляции в условиях длительного воздействия рабочего напряжения
- •2. Внешняя изоляция высоковольтного электрооборудования электроэнергетических систем
- •2.1. Общая характеристика внешней изоляции
- •2.2. Регулирование электрических полей во внешней изоляции
- •2.3. Диэлектрики, используемые во внешней изоляции
- •2.4. Назначение и типы изоляторов.
- •2.5. Электрофизические процессы в газах
- •2.6. Лавина электронов и условие самостоятельности разряда
- •2.7. Время разряда и вольт-секундные характеристики воздушных промежутков
- •2.8. Разряд в длинных воздушных промежутках
- •3. Разряд вдоль поверхности твердого диэлектрика
- •3.1. Механизм перекрытия изолятора в сухом состоянии
- •3.2. Механизм перекрытия изолятора при загрязненной поверхности и под дождем
- •3.3. Выбор изоляторов воздушных лэп и ру
- •4. Основные виды и электрические характеристики внутренней изоляции электроустановок
- •4.1. Общие свойства внутренней изоляции
- •4.2. Виды внутренней изоляции и материалы, используемые для их изготовления
- •4.3. Зависимость электрической прочности внутренней изоляции от длительности воздействия напряжения.
- •5. Кратковременная и длительная электрическая прочность внутренней изоляции электроустановок
- •5.1. Понятие “кратковременная электрическая прочность” внутренней изоляции и поведение изоляции при воздействии перенапряжений
- •5.2. Длительная электрическая прочность внутренней изоляции
- •5.3. Срок службы изоляции
- •5.4. Старение изоляции под воздействием частичных разрядов
- •5.5. Тепловое старение внутренней изоляции
- •5.6. Старение изоляции при механических нагрузках
- •5.7. Увлажнение как форма старения изоляции
- •5.8. Допустимые рабочие нагрузки на внутреннюю изоляцию
- •6. Система контроля и диагностика внутренней изоляции
- •6.1. Системы контроля качества изоляционных конструкций
- •6.2. Испытания изоляции повышенным напряжением
- •6.3. Испытания напряжением промышленной частоты
- •6.4. Измерения характеристик и испытания изоляции при повышенном напряжении
- •6.5. Профилактические испытания и диагностика изоляции оборудования высокого напряжения
- •7. Молния как источник грозовых перенапряжений, защита от прямых ударов молнии, молниеотводы
- •7.1. Физика разряда молнии
- •Общая характеристика молний
- •Электризация частиц и разделение зарядов в грозовых облаках
- •Процесс развития молнии
- •Основные электрические характеристики молнии
- •7.2. Принцип действия молниеотводов
- •7.13. Зона защиты двухстержневого молниеотвода
- •7.16. Крепление тросов на двухцепных металлических опорах вл 500 кВ
- •7.17. Двухцепные одностоечные опоры с двумя тросами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Защитные аппараты
- •Защитные промежутки.
- •Трубчатые разрядники.
- •Вентильные разрядники.
- •Длинно-искровые разрядники.
- •Вопросы для самопроверки:
- •Молниезащита зданий и различных сооружений
- •7.6. Молниезащита в электроэнергетических системах
- •Общее и допустимое число отключений воздушных линий.
- •Применение защитных аппаратов для защиты воздушных линий.
- •Молниезащита подстанций от прямых ударов молнии.
- •Параметры импульсов грозовых перенапряжений, набегающих на подстанцию.
- •Зависимость максимального напряжения на электрооборудовании подстанций от крутизны набегающего импульса перенапряжения и от расстояния до защитного аппарата. Интервал координации изоляции.
- •Эффективность грозозащиты подстанции
- •Особенности молниезащиты подстанций и станций различного номинального напряжения
- •Вопросы для самопроверки:
- •8. Внутренние перенапряжения
- •8.1 Общая характеристика внутренних перенапряжений
- •8.2. Коммутационные перенапряжения
- •8.3. Квазистационарные перенапряжения на линиях электропередачи в симметричных режимах
- •8.4. Феррорезонансные перенапряжения при неполнофазных режимах
- •9. Влияние режима нейтрали сети на уровень перенапряжений
- •9.1. Режимы нейтрали электрических сетей
- •9.2. Резистивное заземление нейтрали
- •10. Способы защиты от перенапряжений
- •10.1. Система защиты от перенапряжений
- •10.2. Ограничители перенапряжений
- •10.3. Выбор ограничителей перенапряжений (опн) Условия надежной защиты с помощью опн
7.13. Зона защиты двухстержневого молниеотвода
Рис. 7.14. Зона защиты тросового молниеотвода
Тросовый
молниеотвод на одностоечной, одноцРиепной
опоре
Рис.7.15. Молниезащитный
трос на одностоечной, одноцепной опоре
7.16. Крепление тросов на двухцепных металлических опорах вл 500 кВ
7.17. Двухцепные одностоечные опоры с двумя тросами
В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.
П
Рис. 7.18.
Определение
положительного и отрицательного угла
защиты тросового молниеотвода; А
заземленный трос, В
фазный провод, С
гирлянда изоляторов
На практике широкое распространение получила эмпирическая формула, которая связывает вероятность прорыва молнии к проводам с защитным углом :
, (7.8)
где А = 90 и В = 4 из анализа опыта эксплуатации линий 110–220 кВ; А = 75 и В = 3,95 из опыта эксплуатации линий 500 кВ; – угол защиты, градусы; hоп – высота опоры, м. С ошибкой до 300 % она дает подтвержденные опытом эксплуатации значения вероятности прорыва. К формуле следует относиться с осторожностью, когда дело касается опор выше 50 м при малых положительных и особенно при отрицательных углах защиты. Это связано с тем, что подавляющее большинство эксплуатационных данных относится к линиям высотой до 40 м с положительными углами защиты 20–30°. К тому же лишь малая часть данных, положенных в основу эмпирических формул, является результатом непосредственных измерений. Большинство данных получено из регистрируемого числа грозовых отключений за вычетом расчетного числа обратных перекрытий.
В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта возможно определение зон защиты согласно стандарту МЭК при условии, что расчетные требования МЭК оказываются более жесткими, чем требования действующей во время расчетов Инструкции.
Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенные в стандарте МЭК (IEC 61024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях: метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений; метод фиктивной сферы (на основе электрогеометрического метода) подходит для сооружений сложной формы; применение защитной сетки в качестве молниеприемника целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.
В табл. 7.1 для уровней надежности защиты I–IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.
Таблица 7.1
Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК
Уровень защиты |
Надежность защиты Рз |
Радиус фиктивной сферы R, м |
Защитный угол при вершине молниеотвода для зданий различной высоты h, м |
Шаг ячейки сетки, м |
|||
20 |
30 |
45 |
60 |
||||
I |
0,99 |
20 |
25 |
* |
* |
* |
5 |
II |
0,98 |
30 |
35 |
25 |
* |
* |
10 |
III |
0,95 |
45 |
45 |
35 |
25 |
* |
10 |
IV |
0,85 |
60 |
55 |
45 |
35 |
25 |
20 |
* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.
С
Рис. 7.19.
Стержневой молниеотвод на металлической
опоре для защиты электростанций и
подстанций:
1
–
стальная несущая конструкция (токоотвод);
2
–
тросостойка; 3
–
молниеприемник; 4
–
прожекторная площадка; 5
– ограждение площадки; 6
–
крепежный
элемент лестницы 7
Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы для соответствующего уровня защиты.
Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда исключено определение зоны защиты по защитному углу.
Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с защищаемым объектом.
Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:
проводники сетки проходят по краю крыши, если крыша выходит за габаритные размеры здания;
проводник сетки проходит по коньку крыши, если наклон крыши превышает 1/10;
боковые поверхности сооружения на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 7.1), защищены молниеотводами или сеткой;
размеры ячейки сетки не больше приведенных в табл. 7.1;
сетка выполнена таким способом, чтобы ток молнии имел всегда, по крайней мере, два различных пути к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.
Возвышающиеся над поверхностью земли объекты вследствие развития с них встречных лидеров собирают удары молнии с площади, превышающей занимаемую ими территорию. Эта площадь определяется линейными размерами объекта и его высотой. Поражаемость таких объектов характеризуется среднегодовым числом ударов молнии в них. Среднегодовое число ударов молнии в сооружение длиной А, шириной В и высотой h (размеры в метрах), размещенной на ровной поверхности земли с однородным грунтом, можно оценить по эмпирической формуле, предложенной с учетом рекомендаций CIGRE В.П. Ларионовым:
, (7.9)
где эквивалентная площадь сооружения .
Поражаемость воздушных линий электропередачи обычно характеризуется числом ударов молнии за 100 грозовых часов в линию длиной 100 км, определяемым по эмпирической формуле
, (7.10)
где W – эффективная ширина воздушной линии, равная расстоянию между двумя тросами или между крайними проводами на бестросовых линиях в метрах.
В (7.9) и (7.10) Rэкв – эквивалентное расстояние «стягивания» молний в сооружение или воздушную линию вдоль поверхности земли, м. Зависимость Rэкв от высоты h до максимального значения 60 м задана у В.П. Ларионова в табличном виде. В то же время она очень хорошо описывается аналитическим выражением
, (7.11)
где – среднее расстояние ориентировки (средняя дистанция поражения) молнии.
Для воздушной линии электропередачи – средняя высота подвеса троса или, при отсутствии тросов, верхнего провода; hтр – высота подвеса троса или провода на опоре; f – стрела провеса троса или провода, все в метрах.
Значение можно оценить также по упрощенной формуле
. (7.12)
Годовое число ударов молнии в линию электропередачи длиной l, км, при Dг грозовых часов в году определяется как
. (7.13)
______________________