Грозозащита подстанции на напряжение 110 кВ (стр. 1 из 6)
Министерство образования Российской Федерации
Томский Политехнический Университет
Факультет АЭЭ
Кафедра ТЭВН
Курсовой проект
по курсу: Перенапряжения и грозозащита
на тему:
Расчет и проектирование грозозащиты подстанции Uн=110 кВ.
Выполнил:
студент группы 9А94
Пятков В.А.
Проверил преподаватель
Кузнецов Ю.И.
Томск 2003
Содержание
Задание 2
1.Назначение элементов схемы подстанции,
их параметры и принцип работы. 4
2. Расчет напряжения на изоляции силового
трансформатора при заданной волне перенапряжения. 6
2.1 Расчет напряжений в узловых точках подстанции
методом бегущих волн. 7
3. Расчет кривой опасных параметров (КОП). 13
4.Расчет волнового сопротивления ЛЭП и напряжения на
РВ для заданной волны напряжения. 18
5. Выбор мест установки и расчет зон защиты
стержневых молниеотводов для заданной подстанции. 19
6. Определение импульсного разрядного напряжения
U50% гирлянд изоляторов для заданной линии. 20
7. Выбор конструкции заземления опор, обеспечивающей
нормированное значение сопротивления заземления. 21
8. Эффективность грозозащиты подстанции от волн
перенапряжений, набегающих с линии. 22
9. Расчет среднегодового числа грозовых
отключений воздушной линии. 24
Заключение 27
Список использованных источников 28
1.Назначение элементов схемы подстанции, их параметры и принцип работы
Электрическая подстанция – это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии. Подстанция состоит из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов и защитных аппаратов. Подстанция предназначена для связи генераторов и потребителей с линиями электропередач, а также для связи отдельных частей электрической системы.
Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанции от волн перенапряжения, набегающих с линии, являются вентильные разрядники (РВ) (Рисунок 1.1). вентильные разрядники снижают амплитуду набегающих волн до величин безопасной для изоляции электрооборудования. При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через РВ проходит импульсный ток, который создает падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) материала, из которого выполнено сопротивление РВ падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника Uост, т.е. напряжение при определенном токе, который называется током координации. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Этот ток называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжениях, сопровождающий ток существенно ограничивается и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Второй характеристикой РВ является напряжение гашения Uгаш – это наибольшее напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надежно обрывается проходящий через него ток.
Рисунок 1.1 Вентильный разрядник: 1 - многократный искровой промежуток; 2 - кожух искровых промежутков; 3 - общий кожух разрядника; 4 - диск общего сопротивления.
Трубчатые разрядники (РТ) (Рисунок 1.2) служат вспомогательным элементом в схемах защиты подстанций. При воздействии на РТ импульса грозового перенапряжения искровые промежутки S1 и S2 пробиваются.
Рисунок 1.2 Трубчатый разрядник: 1 - газогенерирующая трубка;
2- стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; S1 – внешний искровой промежуток;S2 – внутренний искровой промежуток.
При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка S1 и S2 пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и, искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение.
Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит.
Установленные на подстанции силовые трансформаторы, предназначены для преобразования электрической энергии с одного напряжения на другое.Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот магнитный поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС Е1 и Е2. При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки под действием ЭДС Е2 в цепи этой обмотки создается ток I2, а на выводах этой обмотки устанавливается напряжение U2 (Рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 Электрическая схема трансформатора:1 - первичная обмотка;
2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка.
В качестве коммутационных аппаратов на подстанциях используют выключатели и разъединители. Выключатели служат для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Разъединители предназначены для отключения и включения цепи без тока. Разъединитель для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.
2. Расчет напряжения на изоляции силового трансформатора при заданной волне перенапряжения
Расчет производим по правилу эквивалентной волны. Данный метод заключается в следующем: пусть в узле xсходятся n линий, по которым в узел х набегают волны перенапряжения Umx. К узлу х подключено сопротивление нагрузки Zх. Каждая линия обладает собственным волновым сопротивлением Wm(Рисунок 2.1.).
Рисунок 2.1 Схема с распределенными параметрами.
В соответствии с правилом эквивалентной волны (Рисунок 2.2.) схема с распределенными параметрами приводится к схеме с сосредоточенными параметрами.
Рисунок 2.2 Эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами.
Эквивалентное волновое сопротивление Wэкв находится параллельным сложением всех волновых сопротивлений линий, сходящихся в узле х:
(1)Падающие волны заменены включением ЭДС
, равной сумме преломленных в узле х волн, т.е. 
, (2)где
- коэффициент преломления в узле х, проходящей по линии m.Ток через сопротивление zх будет равен:
, (3)тогда напряжение в узле х найдется из уравнения:
(4)При этом в выражении (2) необходимо учитывать запаздывание волн, приходящих в узел х относительно друг друга.
2.1 Расчет напряжений в узловых точках подстанции методом бегущих волн
Метод бегущих волн, включая в себя правило эквивалентной волны, позволяет производить расчет схем содержащих ряд узлов. Для этого определяют по правилу эквивалентной волны суммарное напряжение Ux(t) в каждом из узлов, возникающее вследствии прихода в узел волн Umx(t) по всем линиям. Далее вычисляют для каждой из линий волну, распространяющуюся от данного узла к соседнему:
. Каждая из этих условных отраженных волн Uxm будет для соседнего узла m приходящей волной. Для расчета напряжений в узловых точках подстанции выбрана простейшая схема (Рисунок 2.3). 