перенапряжение электрическое поле изоляция
Задача 2
Недалеко от воздушной ЛЭП, Uном произошел грозовой разряд при токе молнии Iм. воздушная волна перенапряжения перешла на кабель с волновым сопротивлением Zкаб. Средняя высота подвеса проводов воздушной линии ЛЭП hср, диаметр проводов d.
- Определить амплитуды волн напряжения и тока, перешедших на кабель. Во сколько раз кабельная вставка снижает амплитуду волн перенапряжений, набегающих с линий.
- Определить переломное напряжение, действующее на изоляцию кабельной воронки, если в точке перехода воздушной ЛЭП на кабель включен разрядник. Сопротивление заземления разрядника R.
- Сравнить величины преломленного напряжения в обоих случаях и сделать вывод, во сколько раз остаточное напряжение, созданное разрядником, меньше преломленного.
Дано: ном = 6 кВ.м = 40 кА.каб = 25 Ом.ср = 7 м.= 8 мм.= 17 ом.
Решение
- Случай с одной кабельной вставкой:
Определим волновое сопротивление ВЛ по формуле:
- ZЛЭП = 138 ;ЛЭП = 138 х = 489,081 Ом.
Определяем амплитуду индуктированного перенапряжения, возникающего в ВЛ при ударе молнии вблизи ЛЭП
инд = 5,3 х Iм = 5,3 х 40 = 212 кВ.
Амплитуда индуктированного перенапряжения соответствует амплитуде падающей волны, которая набегает с воздушной ЛЭП на кабель.
инд = Uпад = 212 кВ.;
- Амплитуда переломленной волны напряжения, т. е. перешедшей на кабель будет:
Uпрелом 1 = Uпад ∙ α1, где α1 = = = 0,097.прелом 1= 212 ∙ 0,097 = 20,564 кВ.
Амплитуда преломленной волны тока определяется по закону Ома для волны:
прелом 1 = Uпрелом 1 / ZЛЭП = 20,564 / 489,081 = 0,042 кА = 42 А.
Кабельная вставка, таким образом, снижает амплитуду перенапряжения в 40 000 / 42 = 952,381 раза в 1000 раз.
2. Случай с установкой разрядника
Изобразим схему набегания волны перенапряжения на узловую точку, к которой присоединен кабель Zкаб и разрядник R:
Рис.1. Схема набегания волны перенапряжения.
Составим схему замещения, в которой волновые сопротивления ZЛЭП и Zкаб заменим равными им активными сопротивлениями, а сопротивление разрядника R оставим без изменений.
Рис. 2. Схема замещения.
Амплитуда преломленной волны напряжения будет:
Защита электрических сетей от перенапряжения (2)
... нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН) и схемными решениями (реакторы, конденсаторы, сопротивления актив-ные и др.). Грозозащита воздушных линий электропередач и подстанций Основной количественной характеристикой разряда молнии является амплитуда тока молнии. Воздушные линии электропередач (ВЛ) ...
- Uпрелом 2 = Uпад ∙ α2, где α2 = и Zэкв = ;экв = = 425/ 42 = 10,119 Ом;
- α2 = = 20,238 / 499,2 = 0,0405;прелом 2 = 212 х 0,0405 = 8,595 кВ.
3.В результате проведенных расчетов мы получили:
прелом 1= 20,564 кВ.прелом 2 = 8,595 кВ.
Таким образом, преломленное напряжение оказывается меньше в 20,564/8,595 = 2,4 раза при применении разрядников.
Вопрос 12.
Классификация перенапряжений в электроустановках. Распространение электромагнитных волн в линиях. Фронт волны. От чего зависит скорость перемещения фронта волны?
Ответ
Перенапряжениями называются любые повышения напряжения в электрической системе выше длительно допустимых.. Перенапряжения в электрических системах можно классифицировать как:
- Внутренние.)Коммутационные перенапряжения.
Коммутации могут быть оперативными, например: включение и отключение ненагруженных линий; отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации; отключение конденсаторных батарей. Чаще такие перенапряжения возникают при аварийной коммутации в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики. К аварийным коммутациям относят: отключение выключателями короткого замыкания (КЗ); автоматическое повторное включение (АПВ) линии; внезапный сброс нагрузки; разрыв передачи при выпадении из синхронизма и др.)Перенапряжения при однофазных дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированную нейтралью.
Возникновение дуговых перенапряжений обычно связано с перемежающимся характером дуги КЗ.)Феррорезонансные перенапряжения при неполнофазных режимах.
При включении или отключении линии или трансформатора возможны случаи отказа одной из фаз выключателя. Тогда возникают неполнофазные режимы, которые могут привести к значительным перенапряжениям резонансного характера.
В сетях 35 = 110 кВ отмечены случаи появления такого перенапряжения при обрывах проводов, часто сопровождающихся падением на землю и заземлением одного из концов; перегоранием плавких вставок в одной или двух фазах и т. п.)Резонансные перенапряжения в системах сверхвысокого напряжения.
Такие перенапряжения возможны при симметричном трехфазном режиме, особенно в конце линии, обусловленные прохождением емкостного тока через сосредоточенную индуктивность источника и распределенную индуктивность линии.
- Внешние (атмосферные)
Грозовые перенапряжения. Они в свою очередь подразделяются на перенапряжения от прямого попадания молнии и индуцированные (удар молнии вблизи электрооборудования).
. Распространение электромагнитных волн в линии
Внезапное изменение напряжения в одной точке линии передается в соседние точки не мгновенно, а в виде электромагнитной волны, распространяющейся в воздухе (диэлектрике) вдоль проводов линии со скоростью:
= ,м/мкс., где с = 300 м/мкс — скорость света
Скорость распространения зависит от электрических (диэлектрическая проницаемость среды) и магнитных (магнитная проницаемость) свойств среды (в нашем случае это чаще всего медь и алюминий).
Волна характеризуется фронтом волны (или волновой поверхностью ) — геометрическое место точек , колеблющихся в одинаковых фазах. Обычно в линия рассматриваются фронты волны в виде прямоугольных или косоугольных импульсов.
Высоковольтные кабельные линии постоянного тока
... кабельных линий постоянного тока. В настоящее время создан кабель на напряжение 400 кВ и ток 1,25 кА. Наружный диаметр его равен 128 мм. Поскольку кабельные линии на постоянном токе применяются ... что наиболее тяжелым режимом для изоляции является наложение импульсов, возникающих при перенапряжениях, на постоянное напряжение. Толщина изоляции была выбрана по импульсному уровню (1250 кВ) и составляла ...
Волны возникают при включении и отключении источника энергии (коммутации), КЗ в линии, ударе молнии в линию или вблизи нее и т. п.
Для удобства рассмотрения волновых процессов единую электромагнитную волну представляют в виде двух составляющих:
волны напряжения, несущей в себе запас электрической энергии:
- Wэ = ;
- волны тока, несущей запас магнитной энергии:м = ;
— В точке перехода с одного волнового сопротивления на другое электромагнитная волна испытывает деформацию, что приводит к перераспределению между величинами электрической и магнитной энергии, следовательно, изменяется соотношение между напряжением и током волны. Этот процесс условно получил название падения (набегания) волны, ее отражения и преломления. Соответственно и волны называются падающей, отраженной и преломленной. Ток и напряжение волны связаны с законом Ома.
Используем для вывода коэффициентов преломления и отражения уравнения разложения действительного напряжения u и тока i на прямые и обратные волны u и u:
- u = u + u;
- i = .
Эти уравнения показывают, что, зная напряжение и ток в какой-либо точке линии с волновым сопротивлением z, можно получить прямую и обратную волну:
Если ток i = 0, то напряжение u образовано двумя волнами — u / 2. Если нет напряжения u = 0, но имеется ток i, то разложение дает две одинаковые по величине iz / 2 и разные по знаку волны напряжения.
Связь напряжения и тока слагающих волн определяются соотношениями:
Здесь токи — токи прямой и обратной слагающих.
При набегании по z1 волны u на провод с волновым сопротивлением z2, проникающую в этот провод волну u можно рассматривать как результат наложения прямой и обратной волн. При этом, u = iz2.
Следовательно,
α — коэффициент преломления волны.
β — коэффициент отражения волны.
Очевидно, что α всегда положителен и может изменяться от 0 до 2, а коэффициент /β/ 1 и может быть как положительным, так и отрицательным.
Отметим, что коэффициенты α и β относятся к преломлению и отражению волн напряжения , а не тока.
Положительной величине β (z2 z1) соответствует повышение напряжения , т. е. отражение напряжения с тем же знаком и понижение тока, т. е. его отражение с обратным знаком.
Рассмотрим случай: разомкнутого на конце кабеля
Предполагаем, что переход с относительно большого волнового сопротивления линии на малое сопротивление кабеля происходит без переходных процессов, имеющих место в действительности. Классическая теория волновых процессов в линиях исходит из предположения, что сопротивление, емкость и проводимость утечки постоянны и не зависят от тока и напряжения. Падает прямоугольная волна.
Волновое сопротивление кабеля является сопротивление, обусловленное только электромагнитным полем между жилой и оболочкой. Вне оболочки поля нет, и весь обратный ток течет через оболочку.
Волновое сопротивление кабеля примерно в 10 — 30 раз меньше сопротивления ЛЭП и сильно зависит от номинального напряжения и сечения жилы. С повышением номинального напряжения увеличивается индуктивность и уменьшается емкость кабеля. Увеличение сечения повышает емкость и уменьшает индуктивность.
Техника высоких напряжений (2)
... пФ. 1. Определим напряжение конденсаторных ступеней. Предварительно зададимся коэффициентом использования схемы з 1 =0,75. Коэффициент использования волны з2 =0,96. Общий коэффициент использования Следовательно, кВ ... рассчитать их параметры при токе молнии, вероятность амплитуды которого . Спроектировать заземляющее устройство с импульсным сопротивлением растекания тока . Найти минимально допустимое ...
Коэффициент преломления при z1 = 15 z2 равен αn = 2 / (1 + 15) = 0,125. Единичная волна напряжением U0, вступая в кабель, снижает свое напряжение до 0,125 U0 и с этим напряжением проходит на кабель, затем полностью отражается от разомкн
