Басманов В.Г. Заземление и молниезащита. Часть 2 Молниезащита

Подождите немного. Документ загружается.

171

Рис. К8. Определение напряжения на емкости методом подкасательной

170

172

С учетом того, что время зарядки емкости составляет порядка 3T,

следовательно, необходимо будет произвести более 84 (28*3) расчетов,

чтобы напряжение U

, достигнув максимума начало снижаться. Для

уменьшения числа расчетов можно изменить величину расчетного интервала

– Δt.

При расчете напряжения на изоляции трансформатора U

(t) в пределах

фронта импульса используем расчетный интервал Δt

= 0,03 мкс (10 строчек

расчетной таблицы). Затем находим интервал Т -

= 0,84 – 0,3 = 0,54 мкс и

принимаем на этом интервале расчетный интервал Δt

= 0,06 мкс (девять

строчек расчетной таблицы). Далее предлагается увеличить расчетный

интервал ещё в два раза, т.е. Δt

= 0,12 мкс и расчет ведем до начала спада

напряжения U

(t).

При нахождении U

(t) графически методом подкасательной выбран

следующий масштаб по времени: Δt

= 0,03 мкс соответствует – 5 мм. Тогда

постоянная времени Т= 0,84 мкс соответствует – 140 мм.

При графическом расчете U

(t) на первых двух интервалах для

повышения точности изменен масштаб по оси ординат.

7. Составляется расчетная таблица, которая заполняется построчно

(табл. К3)

Строится U

(t) и на этот же график наносится допустимое напряжение

для внутренней и внешней изоляции трансформатора, а также исходная

(заданная) падающая волна.

173

Таблица К3

Расчет напряжения на изоляции силового трансформатора методом бегущих

волн с применением метода подкасательной

t U

A11U

э1

э2

t 3000А1 1,077А2 А11(t-

0,24)

0,923А4 А3+А5 1.U

=2U

э1

;

2.U

=0,33A6+105,3

3.U

=0,044A6+559,7

A7-A4 2A8 Граф.

расчет

А10-А8

А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10 А11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 0 - - - 0 0 0 0 0 0

0,03 90 96,9 - - 96,9 96,9 96,9 193,8 3 -93,9

0,06 180 193,8 - - 193,8 193,8 193,8 387,7 13 -180,8

0,09 270 290,8 - - 290,8 290,8 290,8 581,6 28 -262,8

0,12 360 387,7 - - 387,7 387,7 387,7 775,4 50 -337,7

0,15 450 484,7 - - 484,7 484,7 484,7 969,4 75 -409,7

0,18 540 581,6 - - 581,6 297,2 297,2 594,4 100 -197,2

0,21 630 678,5 - - 678,5 329,2 329,2 658,4 115 -214,2

0,24 720 775,4 0 0 775,4 361,2 361,2 772,4 140 -221,2

0,27 810 872,4 -93,9 -86,7 785,7 364,6 458,5 917 160 -298,5

0,30 900 969,3 -180,8 -166,9 802,4 370,1 551,0 1102 190 -361

0,36 900 969,3 -337,7 -311,7 657,6 322,3 660 1320 260 -400

0,42 900 969,3 -197,2 -182 787,3 365,1 562,3 1124,6 320 -242,3

173

174

Продолжение таблицы К3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0,48 900 969,3 -221,2 -204,2 765,1 357,8 579 1158 370 -209

0,54 900 969,3 -361 -333,2 636,1 315,2 676,2 1352,4 430 -246,2

0,60 900 969,3 -400 -369,2 600,1 303,3 703,3 1406,6 490 -213,3

0,66 900 969,3 -242,3 -223,6 745,7 351,4 593,7 1187,4 540 -53,7

0,72 900 969,3 -209 -193 776,3 361,5 570,5 1141 585 14,5

0,78 900 969,3 -246,2 -227,2 742,1 350,2 596,4 1193 625 28,6

0,84 900 969,3 -213,3 -196,9 772,4 360,2 573,5 1147 660 86,5

0,96 900 969,3 14,5 13,4 982,7 429,6 415,1 830,2 700 284,9

1,08 900 969,3 86,5 79,8 1049,1 451,5 365 730 705 340

1.20 900 969,3 284,9 263 1232,3 512 227 454 685 458

1,32 900 969,3 340 313,8 1283 528,7 188,7 377,5 640 451,3

1,44 900 969,3 458 422,7 1392 564,7 106,7 213,4 595 488,3

1,56 900 969,3 451,3 416,5 1385,8 562,6 113 222,7 540 427

1,68 900 969,3 488,3 450,7 1420 573,9 85,6 171,2 499 413,4

174

175

3. Расчет кривой опасных параметров (КОП)

Для реализации метода бегущих волн на персональном компьютере

необходимо входную емкость силового трансформатора заменить фиктивной

линией на холостом ходу длиной l

с волновым сопротивлением W

(рис. К9).

Рис. К9. Расчетная схема замещения

С целью повышения точности расчетов напряжений в узловых точках

подстанции необходимо изменить исходные данные:

2 0,12

0,01 0, 01 0,3 0,003 мкс; 80;

0,003

tМ

D==×= ===

100.

0,01

фф

===

Число шагов расчета Р рекомендуется принимать из условия Р≥3N.

Изменение Δt приводит к изменению параметров линии, которой

заменяется входная емкость трансформатора

0,01

0,01 0,3

= = 300 0, 45 м

222

D×

×= ×= ×=

0, 003 10

= = 1, 22 Ом;

2 2 1230 10

D×

××

0,003

0,0015 мкс; 300 м/мкс.

====

При этом изменяется также эквивалентное сопротивление W

э2

, W

э3

коэффициенты преломления α

, α

2 33

700 1, 22

1,22Ом; 1,22Ом;

700 1, 22

ээ

W WW

= = = ==

176

э2

2 1,22

0,0035 ;

700

===

э2

2 1, 22

1,22;

1, 22

===

Для расчета кривой опасных параметров подстанции необходимо выбрать

4-5 значений длительности фронта набегающих волн перенапряжений и для

каждого значения

определить Δt, М, W

, W

э2

, W

э3

, α

. После указанных

предварительных расчетов составляется таблица исходных данных,

необходимых для расчета кривой опасных параметров. В программу вводят

также параметры кривой допустимых импульсных перенапряжений для

внутренней изоляции трансформатора (рис. К10). Данные для построения этой

кривой приведены в табл. К4

Таблица К4

, кВ U

, кВ t

, мкс t

, мкс

35 112,5 225 225 160 1,5 3 10

110 165 550 550 382 1,5 3 10

150 219 730 730 530 1,5 2 8

220 300 1000 1000 750 1,5 2 8

330 400 1150 1150 1050 1,5 3 8

500 600 1650 1650 1360 1,5 2 8

Рис. К10. Кривая допустимых импульсных перенапряжений для внутренней

изоляции трансформатора

177

В программе используются те же уравнения, составленные ранее для

каждого узла. Падающая волна представляется дискретными значениями для

каждого расчетного шага:

= ,

U a tK

×D×

если (K-N)≤0, (К38)

= ,

nф

, если (K-N)>0, (К39)

где K-порядковый номер расчетного шага.

Уравнение (К25) в программе записано в виде:

1 11 21 21

2= ,

k k km

эn

UUU

×+×

(К40)

если (K-M)≤0, то

Напряжение в узле 1 находится по уравнениям (К26, К27, К28):

= 2,

если

1 пр

(К41)

11 11

= (2),

UbUd

×+

если

пр 1г

< 2;

U UU

(К42)

12 12

= (2),

UbUd

×+

если

1г

(К43)

По уравнению (К29) определяется волна напряжения U

12 1 21

= ,

k k km

U UU

если (K-M)≤0, то

(К44)

Для узла 2 используются уравнения (К31, К32, К33, К34):

2 2 2 22 12 32 32

= 2 , 2 = ,

kkkk

ээ

UUU UU

×+×

если (K-1)≤0, то

(К45)

21 2 12 23 2 32

= ,= ,

kkkkk

U UU U UU

если (K-1)≤0, то

(К46)

При расчете напряжения в узле 3 используются уравнения (К40, К41,

К42):

= 2,

3 33 23

2= ,

32 3 23

= .

k kk

U UU-

(К47)

Расчет КОП производится следующим образом. Вводится заданная

амплитуда падающей волны (U

) и длительность фронта (τ

), а также все

остальные параметры, приведенные в табл. К5. При этом (τ

) выбирается таким

образом, чтобы параметр М был целым числом.

На рис. К11 приведена кривая допустимых импульсных перенапряжений

для внутренней изоляции и напряжения в узловых точках 1 и 2 (U

и U

Если амплитуда U

невелика, то перенапряжение на трансформаторе (U

)

ниже импульсной прочности изоляции обмоток (кривая 1). Если амплитуда U

178

велика, то U

превысит импульсную прочность изоляции трансформатора

(кривая 3) и изоляция пробьется.

Таблица К5

Исходные данные к расчету КОП

Параметр U

П оп

Δt

Обозначение

в программе

U0 T2 T1 M W

A3 A4

Числовые

значения

Параметр N P α

Обозначение

в программе

N P A1 A2 B1 D1 B2 D2

Числовые

значения

Параметр U

ПР

Обозначение

в программе

C1 C2 C3 C4 T4 C5 T5 C6 T6

Числовые

значения

Примечание: звездочкой помечены исходные параметры, которые изменяются

в процессе расчета кривой опасных параметров.

Рис. К11. Напряжения в узловых точках подстанции и кривая импульсной

прочности изоляции трансформатора; U

показано для различных амплитуд

падающей волны – U

179

Для нахождения КОП необходимо добиться касания кривой

перенапряжения на трансформаторе U

с кривой импульсной прочности

изоляции трансформатора (кривая 2), изменяя значения U

П.оп

. Таким образом

будет найдена первая точка КОП - сочетание опасной амплитуды падающей

волны U

П.оп1

и опасной длительности фронта волны τ

Фоп1

Далее нужно изменить τ

и, изменяя амплитуду падающей волны, вновь

добиться касания U

кривой допустимых импульсных перенапряжений для

внутренней изоляции трансформатора. Таким образом находится следующая

точка КОП (U

П.оп2

; τ

Фоп2

) и т.д.

Значения опасных амплитуд заносятся в первую колонку (U

П оп

) табл. К5.

По данным табл. К5 строится кривая опасных параметров (рис. К12). На эту же

координатную плоскость наносится вольт-секундная характеристика линейной

изоляции, которую можно рассчитать по формуле

1,526

= 103,2 n 1 ,

××+

(К48)

где n – число изоляторов в гирлянде.

По рис. К12 определяются амплитуда наиболее опасной волны U

максимальное время смещения фронта волны под действием импульсной

короны Δt

макс

. Найденные параметры позволяют рассчитать длину защитного

подхода для конкретной подстанции.

Рис. К12. Кривая опасных параметров подстанции и вольт-секундная

характеристика линейной изоляции

180

з.п.

= ,

1,1511

макс

пр

×D

æö

×+-

ç÷

èø

(К49)

где l

з.п

– длина защитного подхода, м;

– амплитуда волны напряжения, МВ;

Δt

макс

– максимально необходимое смещение фронта волны, мкс;

пр

– средняя высота подвеса провода.

пр

= h

тр.ср

- h

т-п

, (К50)

где h

тр.ср

– средняя высота подвеса троса;

т-п

– нормированное расстояние по вертикали трос-провод в середине

пролета.

Средняя высота подвеса троса находится по формуле:

тр.ср

= h

оп

– 2/3 f

тр

, (К51)

где h

оп

– высота опоры, м;

тр

– стрела провеса троса, м;

тр

= h

оп

– [h

п-з

+ (h

- h

) + h

т-п

], (К52)

где h

п-з

– нормированное минимальное расстояние провод-земля в середине

пролета, м;

, h

– высоты крепления траверс на опоре (см. рис. К13, где приведен, в

качестве примера, эскиз одноцепной железобетонной опоры).

Рис. К13. Эскиз опоры