Контрольная работа по "Физике"

 

Задача №3

Рассчитать напряжение для испытания заданного объекта  грозовыми, коммутационными импульсами и напряжением промышленной частоты.

 

Дано: трансформатор напряжением 110кВ; ввод аппаратуры напряжением 330кВ.

 

Решение:

Остающееся напряжение вентильных разрядников группы 1:

для U_н =110кВ  ------   U_ост = 195кВ

для U_н =330кВ  ------   U_ост = 555кВ

Расчётное значение грозового  перенапряжения:

для U_н =110кВ  ------   U_расч.п = 1,1* U_ост+15 = 1,1*195+15= 229,5кВ

для U_н =330кВ  ------   U_расч.п = 1,2* U_ост = 1,2*555= 666кВ

Расчётное значение перенапряжение срезанного импульса:

для U_н =110кВ  ------   U_{расч.ср} = 1,25* U_расч.п = 1,25*229,5= 286,88кВ

для U_н =330кВ  ------   U_{расч.ср} = 1,25* U_расч.п = 1,25*666= 832,5кВ

Испытательное напряжение грозовых импульсов:

для трансформаторов   U_исп = 1,1* U_{расч.ср} = 1,1*286,88= 315,56кВ

для ввода аппаратуры   U_исп = U_{расч.ср}/0,84 = 832,5/0,84= 991,07кВ

Пробивное напряжение разрядника:

для U_н =110кВ  ------   U_пр = 170кВ

для U_н =330кВ  ------   U_пр = 500кВ

Испытательное напряжение коммутационными импульсами:

для U_н =110кВ  ------   U_имп = 1,15* U_пр = 1,15*170= 195,5кВ

для U_н =330кВ  ------   U_имп = 1,15* U_пр = 1,15*500= 575кВ

Расчётная кратность внутренних перенапряжений:

для U_н =110кВ  ------   к_р = 3кВ

для U_н =330кВ  ------   к_р = 2,7кВ

Расчётное значение внутренних перенапряжений:

для U_н =110кВ  ------   U_{расч.внут.} = к_р * U_{наиб.раб.} = 3*126= 378кВ

для U_н =330кВ  ------ U_{расч.внут.} = к_р * U_{наиб.раб.}  = 2,7*363= 980,1кВ

Испытательное напряжение:

для трансформаторов   U_исп = U_{расч.внут}*(к_кум/к_исп) = 378*(1,15/1,35)= 322кВ

для ввода аппаратуры   U_исп = U_{расч.внут}/0,84 = 980,1/0,84= 1166,78кВ

где к_кум-коэффициент, учитывающий кумулятивный эффект и старение изоляции; к_исп.- коэффициент импульса;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №5

Защита от прямых ударов молнии здания длиной а-12м., шириной  в-6м. и высотой h-10м осуществляется отдельностоящим молниеотводом. Удельное сопротивление грунта ρ = 10⁴ Ом.м. Коэффициент сезонности для труб к_т = 1,3, для полос к_п = 1,7.

Выбрать молниеотводы и  расчитать их параметры при токе молнии, вероятность амплитуды которого v=80%.

Спроектировать заземляющее  устройство с импульсным сопротивлением растеканию тока Z_i =30Ом.

Найти минимально допустимое расстояние от молниеотводов до защищаемого  объекта по воздуху и по земле. Определить значение шагового напряжения между точками, удалёнными на расстояние Х=4м. и Х+а =16м. от заземлителя.

Решение:

По кривым вероятностей токов молнии I_м = 8кА при v=80%, по кривым вероятности крутизны фронта токов молнии α_м = 3кА/мкс при v=80%.

Для защиты объекта принимается  заземлитель состоящий из 4 труб длиной 5м. и диаметром 50мм. Концы труб на глубине 0,7м. объединены стальной полосой шириной 40мм. и толщиной 4мм. расстояние между трубами 6м.

Определяем сопротивление  растеканию тока промышленной частоты  для труб:

= *1494,16 Ом

Сопротивление растеканию тока промышленной частоты  для стальной полосы длиной 24м.:

= * =1601,4Ом

Коэффициент использования трубчатого заземлителя η_тр = 0,8

Коэффициент использования стальной полосы η_п = 0,89.

Сопротивление растеканию тока промышленной частоты всего заземлителя

= = = 370,72

С каждого вертикального электрода (трубы) стекает ток:

I_з= = = 2kA

С горизонтального  электрода (полосы) стекает ток:

I_з= = = 8kA

При амплитуде стекающего в землю  тока импульсный коэффициент для  трубы 

α_н = 0,95; для полосы α_н = 0,55

Сопротивление  растеканию импульсного  тока:

для трубы 

R_ит = R_т*α_н =1494,16*0,95=1419,45 Ом

для стальной полосы

R_ип = R_т*α_н =1601,4*0,55=880,77

Сопротивление растеканию импульсного  тока всего заземлителя (при η_и = 0,75)

 

= ₌ *= 337,27

 

Определяем напряжение шага:

Площадь на расстоянии х=4м. от заземлителя:

S= = = 100,48м²

Площадь на расстоянии Х+а =16м:

S= = =1607,68м²

Плотность тока на расстоянии х=4м  от заземлителя:

J = = = 0,08кА/м²

Плотность тока на расстоянии х+а=16м от заземлителя:

J = = = 0,01кА/м²

Напряжённость поля при х =4м:

Е₂ = ρ*J = 10⁴ * 0,08= 800кВ/м

Напряжённость поля при х +а=16м:

Е = ρ*J = 10⁴ * 0,01= 100кВ/м

Напряжение шага:

U_ш = E₂*x-E*(x+a)=800*4-100*16=1600kB

Максимальный потенциал в высшей точке малниеотвода:

U_м = L_a*α_м+I_м*R_з= * α_м+ I_м*R_з = *3+ 8*370,72=2995,76кВ

Допустимое расстояние от молниеотвода до объекта по воздуху:

L₀ = = = 6м

Допустимое расстояние от молниеотвода до объекта по земле:

L₀ = = = 10м

Радиус защиты молниеотвода на высоте 10м:

r_x = = 18,25м.

Высота молниеотвода:

h_м = + =

= + = 22,2м

 

 

Контрольные вопросы.

 

1. Опишите методы регулирования электрического поля внешней изоляции.

При резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд у электродов с малым радиусом кривизны. Появление короны вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи. В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить возможность возникновения короны, а также несколько увеличить разрядные напряжения внешней изоляции.

Регулирование электрических  полей во внешней изоляции осуществляется с помощью экранов на арматуре изоляторов, которые увеличивают  радиус кривизны электродов, что и  повышает разрядные напряжения воздушных  промежутков. На воздушных ЛЭП высоких классов напряжений используются расщепленные провода.

2. Опишите схему компенсации ёмкостного тока замыкания на землю.

Компенсация емкостного тока замыкания  на землю в сетях 6-35 кВ применяется для уменьшения тока замыкания на землю, снижения скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги, уменьшения перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и создания условий для ее самопогасания.

Компенсация должна применяться при  следующих значениях емкостного тока замыкания на землю сети в  нормальных режимах ее работы:

- в воздушных сетях 6-20 кВ на железобетонных или металлических опорах и во всех сетях 35 кВ - при токе более 10 А;

- в воздушных сетях, не имеющих  железобетонных или металлических  опор: при напряжении 6 кВ - при токе более 30 А, при напряжении 10 кВ - более 20 А, при напряжении 15-20 кВ - более 15 А.

Компенсацию допускается применять  также в воздушных сетях 6-10 кВ при емкостном токе менее 10 А.

 Для компенсации емкостного  тока замыкания на землю должны  применяться дугогасящие заземляющие  реакторы с плавным или ступенчатым  регулированием индуктивности.

Рисунок 2.1

3. Рассчитайте индуктивное перенапряжение на проводах линии со средней высотой подвеса проводов 10м., если разряд молнии с током 130кА произойдёт на расстоянии 75м от линии.

Индукционное перенапряжение на проводах линии:

,

Где I_M – ток молнии, h_cp – средняя высота подвеса, b – расстояние до провода от точки удара молнии, К_э – коэффициент пропорциональности

,

4. Опишите схемы защиты генераторов, соединённых непосредственно с воздушными линиями.

Для защиты генераторов и синхронных компенсаторов, а также электродвигателей  мощностью более 3 МВт, присоединенных к общим шинам воздушными линиями  или токопроводами, должны быть установлены РВ I группы или ОПН с соответствующим остающимся напряжением грозового импульса тока и емкости не менее 0,5 мкФ на фазу. При выборе РВ или ОПН с более низкими значениями остающихся напряжений допускается устанавливать емкости менее 0,5 мкФ на фазу. Кроме того, защита подходов ВЛ к РУ электростанций, ПС и токопроводов к машинам должна быть выполнена с уровнем грозоупорности не менее 50 кА. Разрядники вентильные или ОПН следует устанавливать для

защиты: генераторов (синхронных компенсаторов) мощностью более 15 МВт (более 15 МВ·А) - на присоединении каждого генератора (синхронного компенсатора); 15 МВт  и менее 

(15 МВ·А и менее) - на шинах  (секциях шин) генераторного напряжения; электродвигателей мощностью более 3 МВт - на шинах РУ. При защите генераторов (синхронных компенсаторов) с выведенной нейтралью, не имеющих витковой изоляции (машины со стержневой обмоткой) мощностью 25 МВт и более (25 МВ·А и более), вместо емкостей 0,5 мкФ на фазу может быть применен РВ или ОПН в нейтрали генератора (синхронного компенсатора) на номинальное напряжение машины. Установка защитных емкостей не требуется, если суммарная емкость присоединенных к генераторам (синхронных компенсаторам) участков кабелей длиной до 100 м составляет 0,5 мкФ и более на фазу.

 Если вращающиеся машины  и ВЛ присоединены к общим шинам РУ электростанций или ПС, то подходы этих ВЛ должны быть защищены от грозовых воздействий с соблюдением следующих требований:

1.1 подход ВЛ с металлическими и железобетонными опорами должен быть защищен

тросом на протяжении не менее 300 м, в начале подхода должен быть установлен комплект  РВ IV группы (рис.4.2.20, ) или соответствующих ОПН. Сопротивление заземления РВ или  ОПН не должно превышать 3 Ом, а сопротивление заземления опор на тросовом участке - 10 Ом. Рекомендуется использование деревянных траверс с расстоянием не менее 1 м по дереву от точки крепления гирлянды изоляторов до стойки опоры.

На подходах ВЛ с деревянными опорами дополнительно к средствам защиты, применяемым на ВЛ с железобетонными опорами, следует устанавливать комплект РВ IV

группы  или соответствующих ОПН на расстоянии 150 м от начала тросового подхода  в сторону линии (рис.4.2.20, ). Сопротивление заземления разрядников должно быть не более 3 Ом. Допускается установка РТ в начале подхода. Сопротивление заземления таких разрядников не должно превышать 5 Ом;

1.2 на ВЛ, присоединенных к электростанциям и ПС кабельными вставками длиной до 0,5 км, защита подхода должна быть выполнена так же, как на ВЛ без кабельных вставок (см. п.1) и дополнительно должен быть установлен комплект РВ2 IV группы или соответствующих ОПН в месте присоединения ВЛ к кабелю. Заземляемый вывод защитного аппарата

 

 

кратчайшим путем следует присоединить к броне, металлической оболочке кабеля и к заземлителю. Сопротивление заземления аппарата не должно превышать 5 Ом;

1.3 если подход ВЛ на длине не менее 300 м защищен от прямых ударов молнии зданиями, деревьями или другими высокими предметами и находится в их зоне защиты, то подвеска троса на подходе ВЛ не требуется. При этом в начале защищенного участка ВЛ (со стороны линии) должен быть установлен комплект РВ1 IV группы или соответствующих ОПН. Сопротивление заземления разрядника не должно превышать 3 Ом.

Спуски заземления РВ1 кратчайшим путем должны быть соединены с контуром заземления ПС (электростанции);

1.4 при наличии токоограничивающего реактора на присоединении ВЛ подход на длине 100-150 м должен быть защищен от прямых ударов молнии тросовым молниеотводом. В начале подхода, защищенного молниеотводом, а также у реактора должны быть установлены комплекты РВ1 и РВ2 IV группы или соответствующих ОПН. Сопротивление заземления аппарата, установленного в начале подхода со стороны линии, должно быть не более 3 Ом;

1.5 при присоединении ВЛ к шинам РУ с вращающимися машинами через токоограничивающий реактор и кабельную вставку длиной более 50 м защита подхода ВЛ от

прямых ударов молнии не требуется. В месте присоединения ВЛ к кабелю и перед реактором должны быть установлены комплекты РВ1 и РВ2 IV группы или ОПН с сопротивлением заземления не более 3 Ом;

5. Приведите схему каскадного соединения испытательных трансформаторов.

При создании каскадов одной из проблем  является питание первичных обмоток  второго и последующих трансформаторов  в каскадной схеме.

Это связано с тем, что потенциалы корпусов в зависимости от места  расположения трансформаторов в  схеме каскада значительно превышают  уровень изоляции вторичной и  первичной обмоток относительно друг друга и корпуса трансформатора. Поэтому получить высокое напряжение с помощью каскадного включения  трансформаторов возможно только при использовании специальных схем. При этом внутренняя изоляция выхода каскада относительно земли не сосредоточена в одном элементе, а распределена между изоляционными промежутками входящих в него трансформаторов.