Исходные данные

Размещено на http://www.allbest.ru/Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЭВН


ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ЗАЩИТА ОТКРЫТОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА (ОРУ) ПОДСТАНЦИИ
Вариант: 11
Группа: Э – 4 – 01
Студент: Карпов В.Н.
Преподаватель: Калугина И.Е.

Москва
2004

Исходные данные

U_ном=500 кВ - номинальное напряжение ОРУ;

a=80 м - длина ОРУ;
b=40 м - ширина ОРУ;
l_рв=12 м - расстояние от разрядника до защищаемого объекта – трансформатора;
n_вл=2 - число воздушных ЛЭП, подходящих к ОРУ
r_ç=250 Ом·м -измеренное при средней влажности почвы удельное сопротивление грунта в районе расположения ОРУ;
II - степень загрязнения атмосферы;
n_ч=40 ч/год - число грозовых часов за год в районе расположения подстанции;
120 кН - механическая нагрузка на изоляторы;
l_пр = 200 м - длина пролёта линии;
C_об=1300 пФ - эквивалентная ёмкость защищаемого объекта.
1. Определение требуемого числа и типа изоляторов в гирляндах ЛЭП, подходящих к ОРУ и гирлянд на опорах в ОРУ, принимая, что одна ЛЭП имеет тоже напряжение, что и ОРУ, а остальные на класс ниже

Из табл. 8.17 и 8.18 с.399-401 справочника по электрическим установкам высокого напряжения выбираем железобетонные опоры: типа ПБ330-7Н (промежуточная одно-цепная свободностоящая портальная) – для ЛЭП с U_ном=330 кВ и типа ПБ500-1 (про-межуточная одноцепная на оттяжках) – для ЛЭП с U_ном=500 кВ.

Провод: 2×АС 300/39 Провод: 3×АС 330/43
Трос: С 70 Трос: С 70

1.1 Выбор числа изоляторов по рабочему режиму

Поскольку в условии задана механическая нагрузка, действующая на изоляторы, в 120 кН, то из табл.31.1 с. 395 учебника «ТВН» В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь (далее БЛП) выбираем изолятор типа ПС12-А со следующими параметрами:

H=140 мм – строительная высота;
D=260 мм – диаметр;
L_у1=325 мм – длина пути утечки;
K=1.2 – коэффициент эффективности;
E_мр=2.3 кВ/см – расчётная средняя мокроразрядная напряжённость.
K_H0 – коэффициент, учитывающий высоту над уровнем моря, при H₀  1 км K_H0=1.0
K_K – коэффициент эффективности составной конструкции, K_K =1.0
По табл.17.1 БЛП с.174 определяем удельную эффективную длину пути утечки для ОРУ и обеих линий (поскольку значение для ОРУ совпадает со значением для ВЛ 500, то здесь и далее при расчёте параметров ВЛ 500, предполагаем аналогичное и для ОРУ):
l_{эф (500)}=1.5 см/кВ l_{эф (330)}=1.5 см/кВ
По табл.15.1 БЛП с. 154 определяем наибольшие рабочие напряжения:
U_{раб. наиб. (500)}=1.05·U_ном=1.05·500=525 кВ;
U_{раб. наиб. (330)}=1.1·U_ном=1.1·330=363 кВ;


Округляя до большего, получаем: n_{рр (500)} =30
n_{рр (330)} =21

1.2 Выбор числа изоляторов по внутренним перенапряжениям

Расчётная кратность внутренних перенапряжений БЛП с. 384:

K_{р (500)}=2.5 K_{р (330)}=2.7


Округляя до большего, получаем:n_{вп (500)} =24
n_{вп (330)} =18

1.3 Окончательный выбор числа изоляторов в гирлянде

n_{г (500)}=max(n_{рр (500)} , n_{вп (500)}) +2

n_{г (330)}=max(n_{рр (330)} , n_{вп (330)}) +2
Получаем:n_{г (500)}=32
n_{г (330)}=23
Длина гирлянды изоляторов: H_{г (500)}= H· n_{г (500)}=0.14·32=4.48 м
H_{г (330)}= H· n_{г (330)}=0.14·23=3.22 м
2. Определение параметров контура заземления (длины и числа вертикальных электродов, шага сетки), обеспечивающих допустимую величину его стационарного сопротивления заземления

Для устройства заземлителей применяются вертикальные и горизонтальные электроды. Выполним заземляющий контур в виде сетки из горизонтальных полос с вертикальными электродами в узлах сетки по её периметру. Шаг сетки обычно лежит в диапазоне 3-10 м, а длина вертикальных электродов в пределах 2-10 м.

Возьмём шаг сетки 4 м, а длину вертикальных электродов l_в=10 м.



Количество полос:

по ширине: 40/4+1=11
по длине: 80/4+1=21
Длина полос:
по ширине: 11·80=880 м,
по длине: 21·40=840 м.
Суммарная длина всех горизонтальных полос: L = 880+840= 1720 м.
Количество вертикальных электродов: n_в=(11+19)·2=60
Площадь подстанции: S= a·b = 80·40 = 3200 м²,
По отношению: путём интерполяции выбираем по БЛП с. 227 коэффициент:
А≈ 0.34
Сезонный коэффициент при средней влажности грунта: k_с=1.4
Удельное расчётное сопротивление грунта: ρ= k_с·_з1.4·=350 Ом·м
Стационарное сопротивление заземления:

Достичь сопротивления R_с≤0.5 Ом невозможно, так как по значению L достигнут предел диапазона (к тому же оно вносит незначительный вклад), а при максимальном количестве вертикальных стержней, равном 231 (под каждым узлом сетки) и их максимально возможной длине (из учёта ограничения данных на А), равной (при этом А=0.26) получаем значение R_с=1.651 Ом.
Альтернативным вариантом уменьшения сопротивления заземления является увеличение площади подстанции, но данный шаг должен быть экономически оправдан, а расчёт данного характера не входит в исходное задание.
3. Подсчёт импульсного сопротивления контура заземления для периода грозового сезона

В большинстве случаев молнии бывают отрицательными, то есть переносят на землю отрицательный заряд.

Статистическое распределение токов молнии

первые компоненты отрицательных и положительных молний;

первые компоненты отрицательных молний;
последующие компоненты отрицательных молний.
Амплитуда токов первых компонентов отрицательных молний соответствующих 50%- ной вероятности, составляет 30 кА, а последующих компонентов – только 13 кА. Разница в распределениях 1 и 2 указывает на то, что при положительных разрядах то-ки молнии бывают больше, чем при отрицательных.
Выберем I_М=60 кА (P=0,1).
Импульсный коэффициент для протяжённых заземлителей ( ):

Импульсное сопротивление заземления: R_и =a_и·R_с=1.098·1.651=1.813 Ом

4. Определение длины защитного подхода к подстанции (опасной зоны) и ожидаемого числа повреждений изоляции на подстанции от ударов молнии в ЛЭП на длине защитного подхода, используя упрощённую расчётную схему замещения подстанции (разрядник – ОПН, соединительная шина, защищаемый объект – силовой трансформатор).

По следующему графику (БЛП с. 84) определяем значение 50%-ного разрядного напряжения в зависимости от длин гирлянд изоляторов (используем зависимость при отрицательном разряде, так как в 90 % случаев молнии являются отрицательными).

при положительном разряде грозовых импульсов

U_{50% (500)}≈ 2600 кВ

U_{50% (330)}≈ 1900 кВ
Коэффициент, учитывающий количество проводов в фазе (БЛП с. 272):K₍₅₀₀₎=1.45
K₍₃₃₀₎=1.1
Стрела провеса провода:


Средняя высота подвеса проводов:


Стилизованная расчётная волна имеет максимальное значение U_max, равное 50%-ному разрядному напряжению U_50%.
Удлинение фронта полного импульса (на 1 км) под действием импульсной короны (БЛП с. 271):


По БЛП с. 278 определяем допустимые напряжения силовых трансформаторов по условию работы внутренней изоляции:
U_доп(500)=1430 кВ
U_доп(330)=975 кВ
Для защиты подстанционного оборудования из справочника по электрическим установкам высокого напряжения табл. 10.23 с. 580 выбираем следующие ограничители перенапряжений: типа ОПН-330 – для ЛЭП с U_ном=330кВ и типа ОПН-500 – для ЛЭП с U_ном=500кВ с соответствующими параметрами:
Остающееся напряжение, кВ, не более, при импульсном токе с фронтом 8 мкс с амплитудой:

I, кА	3	5	7	10	15
ОПН-330	620	650	–	700	–
ОПН-500	825	860	865	920	980

Приняв скорость распространения грозового импульса v=300 м/мкс (линия без потерь) и Z_в=400 Ом получаем уравнение на основе эквивалентной схемы замещения: U_P=2∙U_50%- I_P∙Z_в, решая которое графически совместно с ВАХ ОПН, получаем значе-ния остающихся напряжений:

U_ост(500)≈ 941 кВU_ост(330)≈ 688 кВ

Определяем критические крутизны импульса напряжения:


Определяем длины защитных подходов (БЛП с. 279):


Стрела провеса троса:

Средняя высота подвеса тросов:


Для линий с двумя тросами (БЛП с. 264) δ=0.15
Примем импульсное сопротивление заземление опоры, равным R_и=15 Ом (на основании условия R_и≤20 Ом (БЛП с. 260)), тогда критический ток перекрытия при ударе в опору (БЛП с. 263):


Вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору (БЛП с. 213):


Учитываем только влияние каждого троса на ближайший крайний провод (пренебрегаем влиянием троса на провод посередине, так как считаем, что вероятность прорыва молнии через тросовую защиту стремится к нулю, а влияние троса на противоположный провод считаем незначительным).
Таким образом, угол защиты, образованный вертикалью, проходящей через трос, и прямой, соединяющей трос с проводом определим, по параметрам опор как:







Вероятность прорыва молнии через тросовую защиту (БЛП с. 264):


Критический ток перекрытия при ударе молнии в провод (БЛП с. 254):


Вероятность перекрытия изоляции на опоре при ударе молнии в провод:


Наименьшее расстояние между тросом и проводом:


Напряжение между тросом и проводом:
U_{тр-пр (500)}=500·L₍₅₀₀₎=500·10.093=5046.5 кВU_{тр-пр (330)}=500·L₍₃₃₀₎=500·8.522=4261 кВ
Коэффициент связи между проводами с учётом импульсной короны (БЛП с. 254):
k=0.25
Крутизна фронта тока молнии (БЛП с. 258):


Вероятность пробоя промежутка трос-провод при ударе молнии в трос в середине пролёта (БЛП с. 213):


Вероятность возникновения устойчивой дуги при перекрытии изоляции опоры (БЛП с. 251):

Вероятность возникновения устойчивой дуги при пробое воздушной изоляции в пролёте:

Удельное число отключений линий с тросами (БЛП с. 265):

Ожидаемое число повреждений изоляции на подстанции от ударов молнии в ЛЭП на длине защитного подхода (БЛП с. 217):


5. Размещение на территории ОРУ молниеотводов для защиты электрооборудования ОРУ от прямых ударов молнии, определение их минимально необходимого числа и высоты

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤150 м представляет собой круговой конус с вершиной на высоте h₀x имеет радиус r_x.

Примем в качестве максимальной высоты защищаемого оборудования наибольшую из высот подвеса провода на подходящих к подстанции линиях, то есть: h_x=18.072 м

Обычно молниеотвод выбирается на 10-15 м выше защищаемого объекта, тогда примем высоту молниеотвода равной: h=31 м
При заданной вероятности прорыва молнии через границу зоны защиты P_пр=0.005, определим параметры одиночного молниеотвода (БЛП с. 221):

Радиуса r_x явно недостаточно для защиты всей территории ОРУ, поэтому попробуем обеспечить защиту с помощью нескольких молниеотводов. изолятор подстанция грозоупорность заземление

Для защиты территории ОРУ наиболее целесообразно установить 8 стержневых молниеотводов со следующими параметрами и размещением на территории: