Перенапряжение и молниезащита
ФБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»
Кафедра « Электроэнергетические системы и электротехника (ЭСЭ) »
Дисциплина «Перенапряжение и молниезащита»
РЕФЕРАТ
на тему
«Перенапряжение и молниезащита»
Вариант 7
Факультет: Заочный
Группа: ЭМ – 08
Шифр: 08-105
Выполнил:
Синицкий А.
Преподаватель:
д-р техн.наук, профессор
Горелов Валерий Павлович
Новосибирск - 201
Содержание
С.
Введение…………………………………………………………
- Вольт-секундные характеристики и их значение при координации изоляции. Координация изоляции по внутренним перенапряжениям и по рабочему напряжению. (вопрос 7)………………………………………………………..11
- Заземление и конструктивное выполнение молниеотводов. (вопрос 17)…..16
- Перенапряжения при отключении конденсаторных батарей. (вопрос 27)…21
- Феррорезонансные напряжения.(вопрос 31)………………………………….26
- Основные схемы измерения в высоковольтной технике.(вопрос 11)……….29
- Трубчатые и вентильные разрядники.(вопрос 18)……………………………33
- Технические мероприятия по молниезащите подстанций.
Молниезащита электрических
машин.(вопрос21…………………………....
- Испытательные напряжения для изоляции линий электропередачи и
подстанционного оборудования.
Координация изоляции по атмосферным перенапряжениям (вопрос 6)…...47
Ответы на письма в редакцию……………………………………………………
Список реферативно использованной литературы…………………………………….…57
Введение
Техический прогресс в современную эпоху измеряется не только достижениями в области космоса и электроники, но и ростом производства электроэнергии. Развитие электроэнергетики опережает развитие всех других отраслей промышленности и, следовательно, служит показателем общего роста индустриальной мощи страны. С ростом производства электроэнергии растут потоки мощности в электрических сетях и расстояния, на которые эти мощности передаются. Соответственно растут и напряжения электрических сетей и отдельных электропередач. Экономисты отмечают прямую связь между энергообеспеченностью, т.е. ежедневным потреблением всех видов энергоресурсов, и национальным доходом, приходящимся на душу населения. Так, например, первобытный человек, имевший в своем распоряжении только энергию собственных мускулов W0, ежедневно расходовал около 107 Дж (2500 ккал); в 1920 г средняя энергообеспеченность составляла 3 W0; в 1967 г - 12 W0. В передовых странах мира, в больших масштабах использующих энергию угля, нефти и газа, рек, атомную энергию, энергообеспеченность превысила 40 W0. В настоящее время в США она превышает 80 W0 и есть все основания ожидать, что в 2005 году в ряде стран энергообеспеченность превысит 200 W0.
Достигнутая энергообеспеченность послужила фундаментом для создания современной цивилизации. Причиной зависимости человека от энергии могут послужить последствия крупной аварии в энергосистеме на Севере СШАв ноябре 1965 г, парализовавшей на значительное время жизнь 15% населения страны, и жестокие энергетические кризисы 70-х и 90-х годов настоящего столетия.
Потребление и выработка
электроэнергии, являющейся наиболее
совершенным промежуточным
Огромные возможности решения энергетической проблемы открыла ядерная физика. Вклад ядерной энергетики в 2000 году оценивается в 1000 ГВт. Так как применение ядерных реакторов на тепловых нейтронах не обеспечивает решения энергетической проблемы из-за ограниченности разведанных запасов рентабельных урановых руд, то более перспективными являются применение реакторов-размножителей, работы по созданию и совершенствованию которых проводятся в России, США, Англии и Франции. Работая на быстрых нейтронах, такие реакторы позволяют не только получать энергию, но и перерабатывать уран-238 в плутоний-239, а торий-232 - в уран-233, которые используются в качестве ядерного топлива. Это позволяет эффективно использовать природные урановые и ториевые руды. Ожидается, что в XXI веке на помощь традиционным и атомным станциям придут электростанции, использующие термоядерный синтез.
Энергетика России имеет прочную базу для своего развития. Однако сравнительно низкий коэффициент полезного действия современных электростанций, различная стоимость добычи и неравномерность распределения энергоресурсов по территории страны, неравноценные технико-экономические возможности и рентабельность транспортировки угля, нефти, газа и линий электропередачи (по этому показателю на первом месте - нефтепроводы, а на последнем - линии электропередачи) диктуют развитие энергетики при компромиссе между максимальной экономией энергоресурсов и минимуме затрат. В 1959 - 1961 гг. на территории СССР началась эксплуатация двухцепной линии 500 кВ Волжская ГЭС - Москва и одноцепной линии этого же класса напряжения Волжская ГЭС - Златоуст. Включена под напряжение опытно-промышленная электропередача 750 кВ Конаково - Москва и проведена подготовка к освоению линии электропередачи 1150 кВ. Принимая во внимание удвоение выработки электроэнергии примерно за 10 лет, есть все основания полагать, что к 2005 году суммарная мощность некоторых объединенных энергосистем (ОЭС) приблизится к 100 ГВт. Для передачи больших мощностей на значительные расстояния увеличивают номинальное напряжение линий электропередачи (П) переменного тока, что является основным фактором по удешевлению ЛЭП и улучшению их основных характеристик. Однако, опыт проектирования и исследования последних лет привели к выводу, что безграничный рост номинального напряжения у воздушных ЛЭП переменного тока, для которых воздух достаточно надежно служил изолирующей средой, невозможен. Поэтому в настоящее время проводится анализ современных и перспективных возможностей кабелей и ЛЭП постоянного тока; оцениваются техническая осуществимость и возможные характеристики линий электропередачи новых типов (газовых, криогенных и СВЧ), которые сравнительно мало известны.
Создание энергетических систем высокого и сверхвысокого напряжения требует решения сложных научно-технических проблем, среди которых можно выделить комплекс вопросов, касающихся электрической изоляции. Этот комплекс вопросов, объединенных единой целью – обеспечить безаварийную работу изоляции всех элементов системы, связан с изучением весьма разнородных физических процессов и относится к электрофизике высоких напряжений.
Рассмотрим основные вопросы, решаемые в Технике высоких напряжений (ТВН) и задачи, стоящие перед ней. В нормальных рабочих режимах на изоляцию воздействует фазное напряжение. В переходных режимах, возникающих при включении и отключении элементов сети и коротких замыканиях в установившихся режимах, возникают так называемые внутренние перенапряжения. При грозовых разрядах в сетях возникают атмосферные перенапряжения. Так как возможность нарушения изоляции зависит от состояния самой изоляции, то нельзя указать определенной нижней границы, при которой повышение напряжения становится перенапряжением и, следовательно, термин «перенапряжение» имеет качественный характер.
Величины перенапряжений характеризуются их кратностью по отношению к фазному напряжению Uф
(1.1)
Чем выше номинальное напряжение сети, тем меньшая кратность «k» нормируется для изоляции. Это объясняется тем, что с ростом «k» растет и доля стоимости изоляции в общей стоимости оборудования и линий, а для их удешевления необходимо снижение уровня допустимых перенапряжений. Для обеспечения нормальной работы электрических систем необходимо применять определенные средства грозозащиты, предотвращающие повреждения изоляции. Известными средствами грозозащиты являются молниеотводы надежно заземленные металлические провода или стержни, расположенные вблизи защищаемого объекта. На линии очень высокого напряжения в качестве молниеотводов применяются заземленные провода (тросы), подвешиваемые на опорах выше фазовых проводов. Несмотря на то, что защита тросами резко уменьшает вероятность появления на изоляции перенапряжений, но полностью ее не устраняет. Поэтому, помимо молниеотводов в целях грозозащиты применяются специальные защитные аппараты - разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН).
В переходных режимах возникают так называемые внутренние перенапряжения. Закон изменения во времени внутренних перенапряжений может быть самым разнообразным, а длительность их изменяется от сотых долей секунды до нескольких секунд.
Прочность электрической изоляции, как правило, уменьшается при увеличении длительности воздействия напряжения. Поэтому, одинаковые по амплитуде грозовые и внутренние перенапряжения представляют неодинаковую опасность для изоляции. Таким образом, уровень изоляции нельзя характеризовать одной величиной выдерживаемого напряжения, т.е. другими словами, выбор необходимого уровня изоляции невозможен без тщательного анализа возникающих в системах перенапряжений и наоборот: оценка опасности данного перенапряжения не может быть выяснена без знания основных электрических характеристик изоляции.
Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации естественно изоляция стареет. Это вызывает снижение уровня изоляции, и она может быть пробита, вызвав тем самым аварию. Для своевременного обнаружения дефектов в изоляции должна быть разработана система эксплуатационных испытаний изоляции, которые называются профилактическими испытаниями.
Фактическая электрическая прочность многих изоляционных конструкций определяется электрической прочностью воздуха, знание которой приобретает принципиальное значение. Основным недостатком газовой изоляции является ее низкая электрическая прочность.
Электрическая прочность возрастает с увеличением давления и при глубоком вакууме.
С точки зрения изоляции газ должен удовлетворять следующим требованиям:
- быть химически инертным
и при ионизации не должен
выделять химически
- обладать низкой температурой сжижения;
- обладать большой
- иметь низкую стоимость.
В последнее время серьезное
внимание уделяется различным газам,
имеющим электрическую
Таблица 1- Относительная прочность некоторых газов
Наименование газа |
Химический состав |
Электрическая прочность по отношению к воздуху |
Температура сжижения, С0 |
|
H2 N2 SF6 CClF2 CCl3F CCl4 |
1,0 0,6 1,0 2,9 2,5 4.5 6,3 |
Широкое применение в качестве изолирующей среды получили фреон и элегаз, недостатком которых является выделение при ионизации химических веществ, вызывающих коррозию металлических деталей конструкции и большая стоимость. Идеальный газ абсолютно не проводит электрического тока, так как состоит из нейтральных молекул. В реальных газах за счет внешних воздействий (космические лучи, ультрафиолетовое излучение солнца, радиоактивное излучение почвы и т.п.) имеется определенное количество ионов и электронов, сообщающих газу проводимость.
Рисунок 1.1 - Зависимость тока в газе от приложенного напряжения
При приложении к газовому промежутку с плоскими электродами постоянного напряжения обеспечивается направленное движение ионов
вдоль силовых линий поля, создающих ток в цепи (рисунок 1).
На участке 0-1 при повышении напряжения ток возрастает за счет ионов, большая часть которых достигает электродов не рекомбинировав в промежутке. При возрастании напряжения наступает режим насыщения (участок 1 - 2), когда ионы в промежутке не рекомбинируют. Участок 2-3 свидетельствует о начавшемся процессе ионизации в газе под действием электрического поля и характеризуется увеличением тока. Скачкообразное увеличение тока при некотором напряжении (U0), называемом разрядным напряжением, свидетельствует о качественном изменении состояния газа, и он из диэлектрика превращается в проводник.
Известно, что высокую проводимость газ может приобретать только в особом состоянии, называемом плазмой. Плазма это квазинейтральный газ (четвертое состояние вещества), когда значительная часть молекул газа ионизирована. Количество положительных и отрицательных зарядов в единице объема плазмы практически одинаково, причем носителями положительных зарядов являются ионы, а носителями отрицательных зарядов ионы и электроны.
Таким образом, разряд в газе сопровождается переходом в состояние плазмы всего пространства между электродами или его части. Устанавливающийся при этом в промежутке режим может приобретать различные качества в зависимости от вида электродов, мощности источника и давления газа. Можно назвать следующие основные виды разряда:
Тлеющий разряд возникает в промежутке при малых давлениях газа, когда плазма даже при высокой степени ионизации не может приобрести большую проводимость из-за недостаточного числа молекул газа в единице объема. Тлеющий разряд обычно занимает все пространство между электродами (газосветные трубки, лампы дневного света).
Искровой разряд образуется в промежутке при достаточно больших давлениях газа р и расстояниях между электродами (pS> 1000 см Ч мм рт.ст.) в случае, если мощность источника питания невелика или, если напряжение приложено к промежутку на очень короткое время. Дуговой разряд является последующей стадией искрового разряда при большой мощности источника. Проходящий через промежуток большой ток способствует разогреву канала проводящей плазмы и дальнейшему возрастанию его проводимости. Процесс дугового разряда достаточно длительный и характеризуется высокой температурой и значительной степенью ионизации газа.
Коронный разряд является
своеобразной формой разряда, характерной
для резко неоднородных полей, когда
ионизация возникает только в
небольшой области возле
1. Вольт-секундные характеристики и их значение при координации изоляции. Координация изоляции по внутренним перенапряжениям и по рабочему напряжению. (вопрос 7)
При снижении уровня изоляции влияние рабочего напряжения повышается не только с точки зрения его взаимосвязи с воздействиями грозовых импульсов, но и с точки зрения обеспечения надежности изоляции при длительном воздействии рабочего напряжения.
В связи с этим возникают следующие вопросы:
Каким может быть предельно допустимое значение рабочей напряженности в изоляции.
Может ли влиять достаточно
высокая рабочая напряженность
на электрическую прочность
Как обеспечить проверку изоляции относительно длительного воздействия рабочего напряжения при выпуске трансформатора на заводе - изготовителе.
Для решения первого вопроса
были проведены специальные
Рисунок 2.1 Вольт-секундная характеристика маслобарьерной изоляции
Результаты этих исследований показаны на рис. 7, где дана вольт-секундная
характеристика
Исследования при воздействии напряжения длительностью до 1000 ч показали, что электрическая прочность главной изоляции в этом диапазоне длительностей определяется, как и при кратковременных воздействиях, электрической прочностью прилегающего к обмотке масляного канала, которая, в свою очередь, зависит от величины средней напряженности в канале, его ширины и конструкции дистанцирующих изоляционных деталей. Нарушение электрической прочности при всех исследованных длительностях происходит в виде пробоя канала, регистрирующегося как мощный частичный разряд (ЧР), интенсивность которого равна (1 - 5)-10-7 Кл.
Перед пробоем канала не наблюдается постепенного роста интенсивности ЧР выше уровня помех, равного (2,5 • 10-11 - 5 • 10-10) Кл.
Отсюда следует сделать
вывод, что при указанном
Экстраполируя вольт-
Известно, что при длительном
воздействии электрического
В масле работающего
трансформатора всегда имеется
определенное количество
Растворенный в масле
и абсорбированный различными
примесями газ может стать
причиной снижения
При длительном воздействии рабочей напряженности на изоляцию необходимо выполнение условий, при которых объемная концентрация газа в масле не должна превышать концентрации газа, соответствующей насыщенному маслу.
Для изучения процессов газовыделения при длительном воздействии электрического поля с напряженностью, близкой к допустимой, рассчитанной по вольт-секундной характеристике, были проведены специальные исследования.
Исследования показали, что в качестве допустимой напряженности в ближайшем к обмотке масляном канале, в средней части между обмотками, может быть принято значение, равное 50 кВ/см. При больших значениях напряженности были выявлены процессы газообразования с нарастанием в течение времени концентрации.
Исследования с наложением
коммутационных импульсов на
напряжение промышленной
Исследования показали,
что в маслобарьерной изоляции,
не имеющей случайных (
Изоляция должна
На основании отечественных
исследований, с учетом зарубежных
публикаций, следует считать, что
при длительном воздействии
Испытание изоляции
для выявления дефектов, способных
при рабочем напряжении
По данным наших
исследований возможное в
Полученные данные могут быть следующим образом учтены при выборе кпов. Для трансформаторов с силикагелевым осушителем и термосифонным фильтром
Где
1,3 и 2,3 — коэффициенты,
соответствующие (при
0,08 и 0,1 —коэффициенты
вариации напряжения
0,95 — коэффициент, учитывающий
снижение в эксплуатации
Для трансформаторов
с более совершенными
Таким образом, рассмотренные
выше особенности координации
изоляции силовых
2. Заземление и конструктивное выполнение молниеотводов. (вопрос 17)
Токоотвод присоединяют к контуру заземления сваркой или болтами.
Если несколько молниеотводов,
имеющих свои контуры заземления,
связаны между собой (например, устанавливаемые
на крыше), токоотводы присоединяют к
контурам заземления через болтовые
соединения, чтобы иметь возможность
проверить сопротивление
Если верхние слои грунта
имеют значительно меньшее
Если заземление молниеотвода
выполняется несколькими
Монтажная организация представляет: акты на выполнение скрытых работ (заземления и фундаменты, труднодоступные для осмотра элементы молниезащиты — токоотводы, молниеприемники, опоры).
При приеме в эксплуатацию после ремонта (или испытания) устройств молниезащиты представляется следующая документация: ведомость выборочной проверки на прочность соединений заземляющего контура с токоотводящими спусками и проверки на степень поражения коррозией молниеприемников, токоотводов и заземлений; ведомости выполненных ремонтных работ по восстановлению необходимых параметров молниезащиты; протоколы замеров сопротивления растеканию тока промышленной частоты всех заземлителей.
При капитальном ремонте сооружений молниезащиты производят следующий работы: проверку состояния элементов заземляющего устройства путем выборочного осмотра находящихся в земле и полностью всех остальных элементов в пределах их доступности к осмотру; проверку цепи между контуром заземления и заземляемыми элементами; проверку надежности соединений заземлителей с заземляющими устройствами; измерение переходного сопротивления заземляющего устройства.
При текущем ремонте проверяют
состояние элементов
Проверка работоспособности схем управления, сигнализации, приборов электроавтоматики и системы возбуждения, крепления деталей и узлов агрегата, исправности заземления.
Текущий ремонт — выполняется объем работ осмотра и, кроме того: проверка крепления электродвигателя, проверка крепления обмотки статора, исправности заземления, исправности работы охлаждения и вентиляции, чистка и частичная разборка электродвигателя со снятием крышек, продувка его сжатым воздухом, проверка крепления и ремонт вентилятора, подтяжка контактных соединений ошиновки в коробе и кабелей 6 кВ, чистка изоляторов в коробе и проходных изоляторов в нише кабельных вводов.
При текущем ремонте —
проверка крепления электродвигателей,
подшипников, исправности заземления,
степени нагрева и состояние
корпуса и подшипников, правильности
выбора плавких вставок

- Перенос звука косвенным путем
- Перенос и контр-перенос
- Переноска и транспортировка раненых и пораженных
- Переноска пораженных без носилок
- Переносные значения цветообозначений в английском и русском языках
- Переносные и карманные компьютеры
- Переносные огнетушители
- Перемещение товаров через таможенную границу отдельных категорий иностранных лиц. Перемещение дипломатической почты или консульской д
- Перемещение транспортных средств через таможенную границу Российской Федерации
- Перемещение через границу культурных ценностей
- Перемещение через таможенную границу алкогольной продукции
- Переміщення нафтопродуктів через кордон
- Переміщення та пропуск товарів через митний кордон України
- Переміщення через митний кордон України і транспортрних засобів