Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях

Математическое ожидание числа грозовых волн напряжения на воздушной линии - Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях

Оглавление
Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях
Введение
Параметры импульсных волн напряжения в месте удара молнии
Функции распределения амплитуд грозовых волн напряжения в месте удара молнии
Математическое ожидание числа грозовых волн напряжения на воздушной линии
Затухание грозовых волн напряжения
Функции распределения амплитуд волн напряжения, набегающих на подстанцию
Математическое ожидание числа срабатываний вентильных разрядников
Импульсные токи в вентильных разрядниках
Методика анализа и примеры расчета
Классы напряжения 35 и 110 кВ
Классы напряжения 220-750 кВ
Регистрация числа срабатываний и измерение параметров импульсных волн тока
Характеристики высоконелинейных керамических резисторов и ОПН

Отмечалось выше, что на воздушных линиях электропередачи возникают грозовые волны напряжения: полные, срезанные и короткие с крутым фронтом. Математическое ожидание числа грозовых волн указанных видов зависит в первую очередь от интенсивности грозовой деятельности в районе ВЛ и от средней высоты линии.
Характеристикой интенсивности грозовой деятельности является среднегодовая продолжительность гроз в часах пг ч либо среднегодовое число дней с грозой пд. Карты среднегодовой продолжительности гроз в часах и среднегодового числа дней с грозой по территории Советского Союза, а также таблицы, содержащие данные о среднегодовом, максимальном и минимальном количестве грозочасов и грозодней примерно по 700 метеорологическим станциям за период около 20 лет приведены в [34]. Для большей части территории Советского Союза среднегодовая продолжительность гроз не превышает 40 ч. В отдельных областях Юго-Запада страны, Урала, Казахстана, Алтая и на значительной части территории Кавказа nг. x составляет время от 40 до 100 ч. В отдельных районах Кавказа и Карпат пг. ч превышает 100 ч. При изучении материалов наблюдений за грозами на одной и той же станции за ряд лет отмечена значительная изменчивость как числа дней с грозой, так и продолжительности гроз в часах. Так, например, в 1943 г. в Казани было зафиксировано 69 ч с грозой, тогда как в 1955 г.— всего 9 ч. Поэтому в [34] для каждой станции наблюдения приведены также данные продолжительности гроз в часах с заданной повторяемостью (5 и 10 лет). В зависимости от местности продолжительность гроз с вероятностью повторения 1 раз в 5 лет превышает среднегодовую продолжительность гроз в 1,2—1,8 раза, продолжительность гроз с вероятностью повторения 1 раз в 10 лет превышает среднегодовую продолжительность гроз в 1,3—2,2 раза.
Соотношение между среднегодовой продолжительностью гроз в часах и среднегодовым числом дней с грозой является характеристикой данной местности. Приводим средние значения пг.ч , соответствующие средним значениям пд по данным, заимствованным из [17]:

Число грозовых поражений ВЛ определяют, исходя из того, что линия, экранируя, или «защищая», расположенную под ней полосу земли, шириной в 8—10 раз превышающую высоту расположения верхнего провода над землей, принимает на себя те удары, которые поражали бы эту полосу земли при отсутствии ВЛ. При высоте провода над землей до 40 м математическое ожидание числа грозовых разрядов в ВЛ в течение года на 1 км линии определяется по формуле:
(4)
где h0 — средняя высота верхнего троса (или провода при отсутствии троса) над землей, м; h — высота верхнего троса (или провода при отсутствии троса) над землей у опоры, м; — высота того же троса или провода в середине пролета, м; f — коэффициент взаимного экранирования линий от прямых ударов молнии на подходе к подстанции (для тупиковых подстанций f = 1, для проходных подстанций по данным ЛПИ f принимается равным 0,8); К0 — коэффициент, лежащий по данным разных авторов в пределах от 4-10 4 до 6-10-4 [17]; в американской литературе, в частности, К0 принимается равным 4,6· 10-4 [59].

Как уже отмечалось, когда молния ударяет в трос на длине пролета между опорами, то при сопротивлении заземления опор не выше примерно 20 Ом обратное перекрытие с троса или опоры на провод не наблюдается. Согласно [16] расчетной длиной пролета при таком сопротивлении опор рекомендуется считать полную длину пролета за вычетом двух его участков, примыкающих к опорам, каждый длиной 2 hon.
В этом случае математическое ожидание числа обратных перекрытий с опоры на провод в течение года на 1 км линии определится по формуле:
(8)
в которой lп — длина пролета, м; Роп — вероятность обратного перекрытия гирлянды изоляторов с опоры на провод. Методика расчета Роп достаточно сложна и приводится в [13, 16, 31, 35, 36].
Коэффициент Роп зависит главным образом от высоты опоры, импульсного разрядного напряжения гирлянды изоляторов и сопротивления заземления опоры. По [4] эта зависимость для металлических опор классов напряжения 110—500 кВ приближенно выражается следующей формулой:
(9)
в которой hon — высота опоры, м; U —50%-ное импульсное разрядное напряжение гирлянды изоляторов при положительной полярности, кВ; R—сопротивление заземления, Ом; x1 и x2 — коэффициенты, которые при сопротивлении заземления 5—20 Ом равны соответственно = 0,4 и κ2 = 8,5.
В [35] приводятся уточненные значения x1 и x2 для опор разного исполнения.
Зависимости Роп от высоты опоры при разных значениях U приведены на рис. 9. При высоте опоры 30 м, R = 10 Ом и Uи= 1200 кВ Роп= 4%. При тех же значениях h0 и R, но при вдвое более длинной гирлянде изоляторов (Uи= 2400 кВ) Роп снижается более чем на порядок, до значения 0,2%. При уменьшении сопротивления R вдвое, до 5 Ом, Роп снижается еще более существенно (до 0,055%).
Таким образом, тросовая защита с малым углом а и низкое сопротивление заземления опор являются весьма эффективными средствами снижения грозопоражаемости проводов ВЛ. Рационально выполненная грозозащита ВЛ позволяет на два и более порядка снизить число импульсных волн напряжения, возникающих на проводах ВЛ.

Для расчета вероятности Роп могут быть применены и более точные методы [13, 16, 31, 36]. В качестве примера в табл. 3 для ряда линий классов напряжений 110—500 кВ, выполненных на типовых опорах, приведены значения Νоп и Νпр при R=10 Ом и nг. ч = 40.
При расчете Νпр и Νоп использованы данные, приведенные в [35]. Из таблицы видно, что по мере роста номинального напряжения сети уменьшается отношение Νоп к Nпр. Для класса напряжения 110 кВ Noп превышает Nпр более чем на порядок, для классов же напряжений 330 и 500 кВ Nоп и Nпр становятся числами одного порядка. Снижение Νоп с ростом номинального напряжения сети является следствием отмеченной выше зависимости Роп от импульсной прочности гирлянды изоляторов.
Исходные данные, необходимые для расчета математических ожиданий Νпр и Νоп для класса напряжения 750 кВ приняты следующие: h = 36 м, hon = 34 м; h0 = 24 м,  lп= 430 м, z = 260 Ом.
При этих исходных данных величины Νпр, Роп и Νоп, характерные для класса напряжения 750 кВ, для разных значений Рα

сведены в таблицу. В ней указаны значения защитного угла троса а, соответствующие принятым значениям Раα. В случаях, когда в таблице для угла а приведены два значения, первое соответствует (23), второе — [10]. Когда оба метода дают одно и то же значение угла а, оно и указано в соответствующем месте таблицы. В расчете принималось nг. ч= 40 и К0 = 6·10-4.

Из таблицы видно, что для класса напряжения 750 кВ Nnp превышает Νοп в 10 раз при Рα = 0,1% (α < 10°) и в 100 раз при Рα  = 1% (α = 25°). Поэтому для классов напряжения 750 кВ и выше практически достаточно учитывать грозовые волны, вызванные прорывами молнии на провода мимо тросовой защиты, и не принимать во внимание долю волн, вызванных обратными перекрытиями с опоры на провод.

Таким образом,
а)          для ВЛ, оборудованных тросовой защитой, математическое ожидание числа полных и срезанных волн напряжения определяется по формуле (6) с учетом коэффициентов К1 и К2 по табл. 2; математическое ожидание числа коротких волн напряжения с крутым фронтом, равное математическому ожиданию числа обратных перекрытий с опоры на провод, определяется по формуле (8);
б)          по мере увеличения номинального напряжения сети в общем балансе грозовых волн, возникающих на ВЛ с тросовой защитой, доля коротких волн с крутым фронтом уменьшается; для классов напряжения 750 кВ и выше этим видом волн в сравнении с грозовыми волнами остальных групп можно пренебречь;
в)          для ВЛ на металлических и деревянных опорах без тросовой защиты математическое ожидание числа полных волн напряжения рекомендуется определять по формуле (4).



 
« Разработка ВДК 10 кВ, 31,5 к А и номинальными токами 1600 и 3200 А   Ремонтные работы вблизи действующего оборудования »
электрические сети