Раздел. Атмосферные перенапряжения.

Раздел. Атмосферные перенапряжения.

Образование грозовых облаков.

Образование грозовых облаков

Условия:

1. высокая влажность воздуха (80 - 100 %)

2. сильные восходящие потоки (30 - 50 м/с)

Нет 1 — торнадо, смерч

Нет 2 — туман

Поднимаясь, теплый воздух охлаждается и пар начинает конденсироваться в капли воды. При движении капли заряжаются и дробятся, образуя мелкую водяную пыль. Заряд минус.Разносятся ветром на большие расстояния. Остатки поднимаются выше и при Т~-10¸ -15°С(высота~5 км) капли замерзают и дробятся. Заряд плюс

Структура грозового облака

 

Суммарный заряд облака до разрядов q=0 Низ ~+4 Кл, середина ~ -20 Кл, верх ~+16 Кл

Стадии развития грозового облака

1. зарождение с разрастанием облака (10 – 15мин); 2. Зрелая стадия с интенсивными осадками, сопровождаемыми холодными нисходящими потоками и резкими порывами ветра (15 – 30 мин); 3. распад облака при прекращении восходящих и нисходящих потоков воздуха и постепенном выпадении осадков (около 30 мин).

 

_______________________________________________________________

 

Стадии развития линейной молнии и типы молний.

Молния — электрический разряд в воздухе между: а) облаком и землёй, б) внутри облака между его отдельными частями Типы молний:

1. Линейная (99, 99%) 2. Шаровая (~0, 01%) – закапсулированная долгоживущая низкотемпературная плазма 3.Чёточная (крайне редкая) — чередование ярких и тёмных участков молнии. Природа молний типа 2, 3 неясна.

Процесс электризации облаков выглядит следующим образом. Капли воды, достигшие области отрицательных температур, замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается корочкой льда. Имеющиеся в воде положительные ионы под действием разности температур перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, в то время как жидкой сердцевине капли сообщается при этом избыточный отрицательный заряд. Когда замерзает сердцевина капли, то вследствие ее расширения ранее замерзший поверхностный слой лопается и его положительно заряженные осколки уносятся потоком воздуха в верхние части облака. Таким образом, нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а вершина — положительно.

Процесс развития линейной молнии

1. Возникновение первичного электронам (Е~30 кВ/см) 2. Лавина. 3. Стриммер. 4. Лидер (ступенчатый для первого разряда) На начальной стадии, называемой лидерной, молния представляет собой относительно медленно (со скоростью в среднем 1, 5·105 м/с) развивающийся слабо светящийся канал (лидер).. Ступени L~10-100 м, интервал между ступенями ~50 мкс, скорость развития ~200 км/с до высоты ориентировки (10-100 м до земли). Зона ионизации канала лидера r~2-20 м. Нагрев канала до 25000 °С. Высокое давление – интенсивно расширяется, образуя ударные звуковые волны - гром. 5. Встречный лидер. Пробой между 4 и 5 длится ~ 1-5 мкс, зона смещается к облаку 6. Основной разряд: ток до 400 кА, время 20-100 мкс. 7. Послесвечение ток: 100-1000 А, длительность до 10 мс. 8. Повторный разряд (стреловидный лидер, распространяется по каналу первого разряда), более крутой фронт, меньше ток. 1 разряд ~20%; 4-5 - 50% до 23 разрядов. В среднем t~0, 1 c, t=1, 3 c — самая длительная

_______________________________________________________________

Характеристики импульсов молнии.

1. Амплитуда тока молнии Iм (кА)

2. Крутизна фронта (кА/мкс) a = diм/ dt

Средняя крутизна фронта a =Iм/ τ _φ

3. Полярность разряда (отрицательная в 90%)

4. Число повторных разрядов

Распределение вероятности тока молнии

Характеристики грозовой активности

1.Число грозовых часов в году. Изменяется от 0 в полярных широтах до 700 в тропиках. Больше широта — меньше гроз. В Татарстане в среднем 45 гр.часов в году.

2. Число ударов молний в 1 кв.км поверхности за 1 гр.час. Изменяется в зависимости от типа местности. Больше в местности с хорошей проводимостью грунта, выходов подземных вод, около водоёмов, возвышенных участках. Для Татарстана 0, 067. За год в 1 кв.км ударяет в среднем 45*0, 067=3

_______________________________________________________________

4 Грозоупорность ЛЭП: общие положения и определения.

Воздушные линии электропередачи из-за большой протяженности поражаются наиболее часто. Поэтому нарушение работы энергосистем вызывается в основном нарушением изоляции ВЛ. При расчетах грозоупорности ВЛ вводится понятие об уровне грозоупорности. Уровень грозоупорности оценивается максимальной амплитудой тока молнии I0 и его крутизной а, при которых еще не происходит нарушения изоляции линии

Грозоупорность ЛЭП Определяется как число отключений ЛЭП в год. ЛЭП имеют разную протяжённость и в районахс разной грозовой активностью. Для сравнения вводят удельную грозоупорность ЛЭП длиной100 км при 100 гр.часах. ЛЭП 10-35 кВ 1-2 отключение в год ЛЭП 110 кВ 0, 1-0, 5 отключение в год ЛЭП 500 кВ 0, 01 отключение в год.

_______________________________________________________________

Прямой удар молнии в ЛЭП.

Прямой удар молнии в опору ЛЭП

ПУМ может произойти в провод (трос) или в опору. Можно считать, что вероятности ударов равны 0, 5. При ударе молнии в опору по ней протекает ток через заземлитель опоры в землю. На опоре наводится напряжение, которое имеет два основных слагаемых

Uоп   Iм   Rи   Ly   hTP   a

где — Rи импульсное сопротивление заземления опоры, Ly- удельная индуктивность опоры, hтр высота траверсы опоры, на которой подвешен провод, Iм и а – амплитуда тока молнии и крутизна фронта.

Удар молнии в середину пролёта.ЛЭП без тросовой защиты При ударе молнии в середину пролёта ЛЭП ток растекается в каждую сторону и на изоляторе ближейших опор возникнетперенапряжение U»Iм*Z/2; Z-волновое сопротивление провода Z=400¸ 450 Ом для проводов ВЛ Z=50¸ 100 Ом для кабельных линий При U> U50 — пробой провод — траверса Для ЛЭП 110 кВ U50 =700 кВ. Уже на фронте волны при токе ~ 3 кА произойдёт перекрытие по воздуху гирлянды изоляторов. Любой удар молнии в провод для ЛЭП с заземленной нейтралью приводит к импульсному перекрытию и отключению

Удар молнии в ЛЭП с тросовой защитой

 

______________________________________________________________

ЛЭП с тросовой защитой

Удар молнии в трос в середине пролёта. Трос заземлён на опорах (Rи< < Zтр). Напряжение на тросе изменяется по закону: Uтр(t)=U1+Uотр U1(t)=aм·t·(Zтр/2) — грозовой импульс (t £ T1) Uотр=-U1(t-t1) — отражённый от опоры импульсt1=Lпролёта/Vи — время распространенияимпульса до опоры и обратно (Vи @ 250 м/мкс) Uтр.max=aм·(Zтр/2)·t1

На фазном проводе индуцируется напряжение Uф=Uтр·Kэм Uтр-пр=aм·(Zтр/2)·t1·(1-Kэм) U50.тр-пр=Sтр-пр·Eср.тр-пр. ·Eср.тр-пр~750 кВ/м.

Удар молнии в трос в середине пролёта Если Uтр-пр ³ U50.тр-пр — пробой трос-провод Вероятность пробоя трос- провод Pтр-пр(aкр)=exp(-0.08·aкр) В расчётах грозоупорности ЛЭП часто считают, что Pтр-пр=0.

Пример. Пусть ЛЭП 110 кВ, Длина пролёта 150м, Vи=250 м/мкс, Zтр=450 Ом, Кэм=0.24, расстояние трос провод = 4м, Еср=750 кВ/м Тогда акр=(2*250*4*750)/(450*150*0, 76) =

1500000/51300=29, 24 кA P(aкр)=exp(-0, 08*29, 24)=exp(-2, 34)=0, 096 Вероятность поражения фазного провода.

______________________________________________________________

Заземление опор.

Заземление опор ВЛ выполняют с помощью забитых в грунт 2—10 стальных стержней из уголковой стали 50 х 50 х 5 мм2 длиной 2, 5 м и соединенных между собой стальными шинами 4 х 2, 5 мм2. Заземляющие спуски мачтовых подстанций выполняют стальным прутком диаметром не менее 10 мм. Для заземления опор ВЛ до 1 кв используют пруток диаметром не менее 6 мм. Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты, т. е. пространством вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает определенного достаточно малого значения. В настоящее время в связи с потребностями практики нормированы зоны защиты молниеотводов высотой до 150 м. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h ≤ 150 м представляет собой круговой конус (рис. 2.3) с вершиной на высоте h0 < h , сечение которого на высоте hx имеет радиус rx .

Зона защиты стержневого молниеотвода

Граница зоны защиты находится по формулам (все размеры — в метрах)

ho=h*0, 85

rx=(1, 1-0, 002h)(h-hx/0, 85)

При этом вероятность прорыва молнии через границу зоны не пре-

вышает 0, 005.

При 0, 05 ho=h*0, 92

Rx=1, 5(h-hx/0, 92)

Зона защиты тросового молниеотвода

 

а) при вероятности прорыва Pпр = 0, 005

ho=h*0, 85

rx=(1, 35-0, 0025h)(h-hx/0, 85)

б) при вероятности прорыва Pпр = 0, 05

ho=h*0, 92

rx=1, 7(h-hx/0, 92)

 

 

Типы грунтов

1.       Ом м (чернозём, глина, суглинки, торф)

               Ом м (лёсс, супесь, глина с

влажностью до 40%)

               Ом м (песок, песок с галькой)

                Ом м (сухой песок, песок с галькой

и валунами)

           Ом м (степные пески с толщиной слоя

более 10 м, грунты с толщиной слоя менее 1, 5 на

скальных основаниях

Гранит, базальт             Ом м

 

_______________________________________________________________

 

Принцип действия ОПН

Различия ОПН и РВ

Основным недостатком вентильного разрядника является сравнительно

невысокая нелинейность резисторов на основе карбида кремния. Значительно

большей нелинейностью обладают резисторы на основе окиси цинка. Вы-

полненные на их базе ОПН позволяют ограничивать коммутационные пере-

напряжения на уровне (1, 65..1, 8)Uф, а грозовых – на уровне (2, 2..2, 4)Uф.

Вентильные разрядники характеризуются:

1) номинальным напряжением;

2) наибольшим допустимым длительным напряженим на разряднике;

3) пробивным напряжением на частоте 50 Гц (обычно действующее значение);

4) остающимся напряжением на сопротивлении резистора при определенном импульсном токе (от 5 до 14 кА, в зависимости от типа разрядника), называемом током координации (рис. 5).

5) напряжением гашения – это наибольшее напряжение промышленной частоты на разряднике, при котором надежно обрывается сопровождающий ток (ток гашения).

6) пропускной способностью, то есть минимальным количеством нормированных импульсов тока, которые разрядник должен выдержать без существенного изменения его свойств. Это количество обычно равно 20.

Вентильные разрядники являются другой разновидностью искровых

промежутков, отличающихся слабой неоднородностью электрического поля

и нелинейным резистором для гашения дуги. Отключение возникшего короткого замыкания производится с помо-

щью нелинейного резистора, включенного последовательно с искровым

промежутком. Сопротивление этого резистора велико при рабочем напряже-

нии и резко снижается при повышенном напряжении. Нелинейные резисторы

выполняются в виде дисков, состоящих из карборундового порошка (SiC) и

связующего материала.

 

18 Назначение РТ в системе защиты подстанций.

Является устройством защиты от перенапряжений.

Некоторое улучшение характеристик может быть получено путем принудительного гашения дуги. Для этого искровые промежутки помещают в трубку из газогенерирующего материала. Такой защитный аппарат называется разрядником трубчатым (РТ). Основу разрядника составляет трубка из газогенерирующего материала. Один конец трубки заглушен металлической крышкой, на которой укреплен внутренний стержневой электрод. На открытом конце трубки расположен другой электрод в виде кольца. Промежуток между стержневым и кольцевым электродами называется внутренним, или дугогасящим, промежутком. Трубка отделяется от провода фазы внешним искровым промежутком, иначе газогенерирующий материал трубки постоянно разлагался бы под действием токов утечки.

Под действием высокой температуры дуги в трубке происходит интенсивное выделение газов и давление в ней нарастает до нескольких десятков атмосфер. Газы, выходя через открытый конец трубки, создают продольное дутье, и при первом же прохождении тока через нуль дуга гаснет.

 

В соответствии с выполняемыми функциями трубчатый разрядник характеризуется двумя группами параметров. К первой группе относится

номинальное напряжение, пробивное напряжение промышленной частоты,

импульсное пробивное напряжение и вольт-секундная характеристика. Ко второй

группе относятся нижний и верхний пределы отключаемых токов.

Основное применение трубчатых разрядников сводится к защите подходов к подстанциям, защите оборудования маломощных подстанций 3-10 кВ и защита контактной сети переменного тока.

 

_______________________________________________________________

 

Раздел. Атмосферные перенапряжения.

Образование грозовых облаков.

Образование грозовых облаков

Условия:

1. высокая влажность воздуха (80 - 100 %)

2. сильные восходящие потоки (30 - 50 м/с)

Нет 1 — торнадо, смерч

Нет 2 — туман

Поднимаясь, теплый воздух охлаждается и пар начинает конденсироваться в капли воды. При движении капли заряжаются и дробятся, образуя мелкую водяную пыль. Заряд минус.Разносятся ветром на большие расстояния. Остатки поднимаются выше и при Т~-10¸ -15°С(высота~5 км) капли замерзают и дробятся. Заряд плюс

Структура грозового облака

 

Суммарный заряд облака до разрядов q=0 Низ ~+4 Кл, середина ~ -20 Кл, верх ~+16 Кл

Стадии развития грозового облака

1. зарождение с разрастанием облака (10 – 15мин); 2. Зрелая стадия с интенсивными осадками, сопровождаемыми холодными нисходящими потоками и резкими порывами ветра (15 – 30 мин); 3. распад облака при прекращении восходящих и нисходящих потоков воздуха и постепенном выпадении осадков (около 30 мин).

 

_______________________________________________________________

 

1234Следующая ⇒

Поделиться: