Методические указания и контрольные задания
по дисциплине «Техника высоких напряжений» для студентов специальности 311400 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства” заочной формы обучения
Воронеж 2010
Составители: Составители: доцент Ю.А. Перцев,
канд. тех. наук Ю.В. Писаревский,
канд. тех. наук А.Ю. Писаревский
УДК 621.3.048.015.3.
Методические указания и контрольные задания по дисциплине «Техника высоких напряжений» для студентов специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» заочной форм обучения / Воронеж. гос. тех. ун-т; сост. Ю.А. Перцев, Ю.В. Писаревский, А.Ю. Писаревский. Воронеж, 2007. 13 с.
Методические указания включают 3 задания, методические указания к ним и список литературы.
Предназначено для студентов 5 курса.
Рецензент канд. техн. наук Н.В. Ситников.
Ответственный за выпуск зав. кафедрой, канд. техн. наук
В.П. Шелякин.
Издаётся по решению редакционно-издательского совета воронежского государственного технического университета.
Ó Воронежский государственный технический университет, 2010
Задача 1
Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенной на расстоянии а от ВЛ с напряжением U. Высота подвеса проводов на опорах ВЛ – h, стрела подвеса проводов – b. Зарегистрированная величина тока молнии Iм.
Определить:
1) величину индуктированного напряжения Uинд на проводах высоковольтной линии;
2) кратность перенапряжения.
3) число случаев в год появления на линии без тросов индуктированных перенапряжений с максимальными значениями, превышающими Uинд.
Числовые значения заданных величин указаны в табл. 1 и 2.
Таблица 1
| Величины и единицы измерения | Номер варианта по предпоследней цифре шифра | |||||||||
| Вариант | ||||||||||
| U, кВ | ||||||||||
| Iм, кА | ||||||||||
| h, м |
Таблица 2
| Величины и единицы измерения | Номер варианта по последней цифре шифра | |||||||||
| Вариант | ||||||||||
| b, м | 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | ||||||
| а, м | 7,5 |
Методические указания к решению задачи 1
При поражении молнией элементов воздушных линий электропередачи возникающее перенапряжение складывается из индуцированного напряжения на проводах линии и из потенциала на пораженном элементе, обусловленного протеканием по нему тока прямого разряда.
При разряде в землю или соседний объект на проводах возникает только индуктированное перенапряжение Uинд. Его значение можно определить по формуле
Uинд = Ки . hср . Iм/ а.
Величина коэффициента Ки принимается равной 25 –30 Ом. Средняя высота подвеса проводов ВЛ в пролете определяется как
hср = h – 2 . b / 3
Определяя кратность перенапряжения, следует иметь в виду что индуктированное перенапряжение воздействует на изоляцию фазы и его можно считать одинаковым для трех фаз.
Полное число случаев в год появления на линии без тросов индуктированных перенапряжений с максимальными значениями, превышающими Uинд определяется по формуле
,
где n = 30 – число грозовых часов в гoду
Более подробно материал по данному вопросу изложен [3, с. 312 -314].
Задача № 2
Для защиты объекта шириной а, длиной b и высотой h от прямых ударов молнии установлен одиночный стержневой молниеотвод.
Удельное сопротивление грунта rз, Ом . м, ток молнии I, кА.
Требуется:
1. Начертить эскиз контура заземления молниеотвода, состоящий (в общем случае) из нескольких вертикальных и горизонтальных электродов.
2. Рассчитать:
а) импульсное сопротивление контура заземления молниеотвода Rи;
б) минимальное допустимое расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта lmin;
в) радиус защитной зоны r на высоте h;
г) высоту молниеотвода Н.
Числовые значения заданных величин указаны в табл. 3 и 4.
Таблица 3
| Величина и единица измерения | Номер варианта по последней цифре шифра | |||||||||
| а, м | 3.2 | 3.4 | 3,6 | 3.8 | 4.0 | 4.2 | 4.4 | 4.6 | 4.8 | |
| b, м | 3.2 | 3.4 | 3.6 | 3.8 | 4.0 | 4.2 | 4.4 | 4.6 | 4.8 | 5.0 |
| h, м | 11.5 | 11.0 | 10.5 | 10.0 | 9.5 | 9.0 | 8.5 | 8.0 | 7.5 |
Таблица 4
| Величина и единица измерения | Номер варианта по последней цифре шифра | |||||||||
| I, кА | ||||||||||
| rз, Ом .м |
Методические указания к решению задачи №2
Молниеотводы являются эффективным средством защиты от прямых ударов молнии. Заземление молниеотвода предназначено для безопасного отвода в землю токов молнии.
Для обеспечения грозоупорности линий электропередач и подстанций 6-500 кВ импульсные сопротивления заземляющих устройств молниеотводов не должны превышать 10-15 Ом. Величина импульсного сопротивления контура заземления Rи определяется как результирующая параллельно соединенных импульсных сопротивлений отдельных элементов контура с учетом их взаимного экранирования.
Значения импульсных коэффициентов приведены ai в табл. 5 и рекомендуемой литературе. Значения импульсных коэффициентов использования hи приведены в таблицах рекомендуемых книг.
Там же приведены расчетные формулы для вычисления сопротивления растеканию одиночных заземлителей при токах промышленной частоты.
Расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта определяется по формуле
lmin=0,3Rи+0,1h.
Следует иметь в виду, что не допускается принимать lmin менее 5 м. Зона защиты молниеотвода образует поверхности вращения с радиусом r. Радиус зоны защиты на высоте h может быть определен из выражения
.
Высота молниеотвода, обеспечивающая значение rh, может быть вычислена из выражения
,
где Н - высота молниеотвода (Н<30 м).
Откуда
.
Вероятность тока молнии определяется по кривым, приведенным в рекомендуемой литературе.
Подробно с защитой от прямых ударов молнии с помощью молниеотводов можно ознакомиться в рекомендуемой литературе [3, с. 227-235, 263-284; 5, c.463-476, 558-582].
Таблица 5
| Удельное сопротивление грунта rз, Ом .м | Тип заземлителей | Значения а i при токах молнии, кА (длина фронта тока молнии  )
| |
| Одиночный горизонтальный заземлитель длиной l, м: | 1.05 1.2 | 0.80 0.95 | |
| Одиночный вертикальный заземлитель длиной l=2¸3м | 0.90 | 0.6 | |
| Одиночный горизонтальный заземлитель длиной l, м | 0.80 0.90 | 0.45 0.60 | |
| Одиночный горизонтальный заземлитель длиной l, м | 0.60 0.80 1.2 | 0.35 0.50 0.95 | |
| Одиночный вертикальный заземлитель длиной l=2¸3м | 0.55 | - |
Задача №3
Волна перенапряжения U0 приходит с линии с волновым сопротивлением Z1 на высоковольтное оборудование с волновым сопротивлением z2 и минимальным разрядным наряжением Uм (рис. 1, а). Форма приходящей волны определяется уравнением
. (1)
Для защиты оборудования установлен вентильный разрядник РВ. Вольт-амперная характеристика разрядника определяется данными табл. 1, а. Импульсное пробивное напряжение разрядника Uимп=100 кВ. Постройте график волны 
. Определите 
этой волны.
Построить график изменения напряжения на разряднике и защищаемом им оборудовании и дайте заключение об эффективности применения разрядника с данной вольт-амперной характеристикой. Числовые значения заданных величин указаны в табл. 6 и 7..
Таблица 6
| Iр, кА | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.6 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 5.0 | |
| Uр, кВ |
Таблица 7
| Величина единицы измерения | Номер варианта по последней цифре шифра | |||||||||
| z 1,Ом | ||||||||||
| z2,Ом | ||||||||||
| Т1, мкс | 53.0 | 51.7 | 50.3 | 48.8 | 54.5 | 24.4 | 38.7 | 67.4 | 70.8 | 68.1 |
| Т2, мкс | 0.53 | 0.73 | 0.95 | 1.17 | 0.34 | 0.59 | 0.55 | 0.52 | 0.16 | 0.33 |
| U, кВ | ||||||||||
| Uм, кВ |
Рис. 1