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………………………………………………………………………………………3

1. Вольт-секундные характеристики и их значение при координации изоляции. Координация изоляции по внутренним перенапряжениям и по рабочему напряжению. (вопрос 7)………………………………………………………..11
2. Заземление и конструктивное выполнение молниеотводов. (вопрос 17)…..16
3. Перенапряжения при отключении конденсаторных батарей. (вопрос 27)…21
4. Феррорезонансные напряжения.(вопрос 31)………………………………….26
5. Основные схемы измерения в высоковольтной технике.(вопрос 11)……….29
6. Трубчатые и вентильные разрядники.(вопрос 18)……………………………33
7. Технические мероприятия по молниезащите подстанций.      

 Молниезащита электрических машин.(вопрос21…………………………....37

8. Испытательные напряжения для изоляции линий электропередачи и

подстанционного оборудования.

 Координация изоляции  по атмосферным перенапряжениям (вопрос 6)…...47

Ответы на письма в редакцию…………………………………………………………..….51     Заключение………………………………………………………………………………..…55

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 видом  энергии, а также доля ее в мировом  энергобалансе, неуклонно растут. Предполагается, что к 2005 году мировая выработка  энергии превысит 32 тыс. ТВт×ч.

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                          активных элементов;

- обладать низкой температурой  сжижения;

- обладать большой электрической  прочностью и высокой теплопроводностью;

- иметь низкую стоимость.

В последнее время серьезное  внимание уделяется различным газам, имеющим электрическую прочность  значительно большую, чем у воздуха. Относительная электрическая прочность некоторых из этих газов приведена в табл. В. 1

 

Таблица 1- Относительная  прочность некоторых газов

Наименование газа	Химический состав	Электрическая прочность  по отношению к воздуху	Температура сжижения, С0
Воздух Водород Азот Элегаз (гексафторид серы) Фреон (дихлордифторметан) Трихлорфторметан Тетрахлорметан	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.