Расчет грозовых перенапряжений на высоковольтных линиях электропередач.
Высоковольтная линия электропередач (ВЛ) с номинальным напряжением U=10 кВ и волновым сопротивлением Zпр=300 Ом расположена в зоне грозовой деятельности.
Импульсная прочность изоляции ВЛ равна Uи=120 кВ, высота металлической опоры и высота подвеса провода равна h=10 м, стрела подвеса провода равна f=1,8 м, индуктивность единицы длины опоры L0=0,5*10-6 Гнм, импульсное сопротивление заземления опоры Rз=10 Ом.
Требуется определить величину перенапряжения на ВЛ, кратность перенапряжения и вероятность перекрытия изоляции во время разряда молнии с амплитудой Iм=45 кА и длительностью нарастания (фронта) косоугольной волны тока равной τф=10-6 с:
- при ударе молнии в опору;
- при ударе молнии в провод;
- при ударе молнии на расстоянии a=19 м от ВЛ.
Решение
При расчетах перенапряжений для удобства используют среднюю крутизну:
αср=Iмτф=45*10310-6=45 кАмкс.
Величина перенапряжения на вершине опоры при прямом ударе молнии в опору равна сумме падений напряжения на импульсном сопротивлении заземления и индуктивности опоры:
Uоп=Rз*Iм+L0*h*αср=10*45*103+0,5*10-6*10*4,5*1010=
=675*103 В=675 кВ.
Под таким же напряжением окажется и изоляция проводов линии электропередачи.
При ударе молнии в провод линии электропередач ток молнии растекается по пораженному проводу в обе стороны, поэтому амплитуда волны перенапряжения на проводах определяется по формуле:
Uпр=Iм*Zпр2=45*103*3002=6750*103 В=6750 кВ.
Удары молнии вблизи ВЛ вызывают так называемые индуктированные перенапряжения. Индуктированные перенапряжения Uинд на фазных проводах имеют электрическую Uиэ и магнитную Uим составляющие.
Средняя высота подвеса провода на опорах ВЛ определяется по формуле:
hср=h-2*f3=10-2*1,83=8,8 м.
Максимальное значения Uиэ прямо пропорционально амплитуде тока и средней высоте подвеса провода (hср) и обратно пропорционально кратчайшему расстоянию «а» от провода до точки удара молнии:
Uиэ=kэ*hср*Iмa,
где kэ – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность сопротивления и уменьшающийся при возрастании скорости главного разряда молнии.
Максимальное значение Uим также прямо пропорционально амплитуде тока и средней высоте подвеса провода и обратно пропорционально кратчайшему расстоянию а от провода до точки удара молнии, но имеет свой коэффициент пропорциональности kм :
Uим=kм*hср*Iмa.
Максимальное значение индуктированного напряжения равно:
Uинд =Uиэ+Uим=kэ+kм*hср*Iмa≈30*hср*Iмa=
=30*8,8*45*10319=625*103 В=625 кВ.
Кратность перенапряжения изоляции линии определяется как отношение величины перенапряжения к амплитудному значению фазного напряжения линии:
UпUф=Uп*3U*2,
где Uп – максимальное значение перенапряжения в зависимости от места удара молнии; U – действующее (эффективное) значение номинального (междуфазного) напряжения ВЛ.
В нашем случае соответствующие значения равны:
UпUф=Uоп*3U*2=675*1,7310*1,41=83; UпUф=Uпр*3U*2=6750*1,7310*1,41=828;
UпUф=Uинд*3U*2=625*1,7310*1,41=77.
Для оценки вероятности перекрытия изоляции необходимо сравнивать рассчитанные значения перенапряжения Uоп, Uпр, Uинд с заданной импульсной прочностью изоляции Uи.
Перекрытие изоляции произойдет, если:
Uоп=Rз*Iм+L0*h*αср≥Uи;
Uпр=Iм*Zпр2≥Uи;
Uинд =30*hср*Iмa≥Uи.
В нашем случае:
Uоп=655 кВ>Uи=120 кВ-произойдет;
Uпр=6750 кВ>Uи=120 кВ-произойдет;
Uинд =625 кВ>Uи=120 кВ-произойдет.
Минимальная амплитуда молнии Iз, при которой происходит перекрытие изоляции, при ударе молнии:
- в опору
Iз=UиRз=120*10310=12 кА;
- в провод
Iз=Uи0,5*Zпр=120*1030,5*300=0,8 кА;
- на расстоянии а
Iз=a*Uи30*hср=19*120*10330*8,8=8,6 кА.
Вероятность перекрытия изоляции Pпер равна вероятности удара молнии с I≥Iз
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
