Xreferat.com » Рефераты по физике » Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Министерство образования и науки Российской Федерации

Агентство по образованию

ГОУ ВПО Новосибирский Государственный Технический Университет

Факультет: энергетики


Курсовая работа

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Студент: Яворский В.П.

Проверила: Цуркан Н.В.


Новосибирск 2010


Содержание


Введение

1. Выбор изоляции воздушной линии электропередачи

1.1 Изолирующая подвеска проводов

1.2 Выбор изоляции линий по нормативным документам

1.3 Расчет напряженности электрического поля под проводами ВЛ

2. Определение параметров расчетной схемы

2.1 Определение параметров воздушной линии электропередачи

2.2 Определение параметров примыкающих систем

3. Грозоупорность воздушных линий электропередачи

3.1 Определение числа отключений ВЛ при ударах молнии в провода

3.2 Определение числа отключений при ударе молнии в опору

3.3 Определение числа отключений при обратных перекрытиях с троса на провод

4. Расчет коммутационных перенапряжений при повторном включении линии в цикле АПВ

4.1 Расчет установившихся режимов одностороннее включение ВЛ

4.2 Определение закона распределения максимальных перенапряжений при включении ВЛ и выбор мер ограничения перенапряжений

4.3 Определение вероятности перекрытия изоляции воздушной линии при включении в цикле АПВ

5. Определение показателя надежности изоляции ВЛ

Заключение

Список литературных источников


Введение


Выбор изоляции высоковольтных линий электропередачи является неотъемлемой частью комплексного проектирование сложных электрических систем. Так эти линии используются для передачи большого объема электрической энергии, именно посредством них соединяются электрические системы в огромный энергетический комплекс.

Изоляция линий электропередачи в процессе эксплуатации подвергается как длительному воздействию рабочего напряжения, так и кратковременному воздействию грозовых и коммутационных перенапряжений. Задачей данной курсовой работы является выбор изоляции воздушных линий электропередачи с глухозаземленной нейтралью путем анализа всех видов электрических воздействий, а также выбор системы мер защиты от перенапряжений, отвечающих допустимому значению отключений ВЛ в год.


1. Выбор изоляции воздушной линии электропередачи


1.1 Изолирующая подвеска проводов


При разработке изолирующей подвески в первую очередь необходимо учитывать механическую нагрузку, действующую на гирлянду изоляторов. В нормальном эксплуатационном режиме как на анкерные, так и на промежуточные опоры в основном действуют вертикальные силы, обусловленные массой проводов, гололеда и изоляторов, и горизонтальные силы, возникающие при ветровой нагрузке, направленной перпендикулярно трассе.

Разрушающая нагрузка, действующая на изолирующую подвеску зависит от класса напряжения ВЛ. Для ВЛЭП 750 кВ [3, с.11]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Учитывая разрушающую нагрузку выбираем тип изолятора [2, с. 469] ПСК 300-К.


Таблица 1.

Характеристики изолятора ПСК 300-К

Строительная

высота H, мм

Диаметр

изолятора D, мм

Диаметр стержня d,

мм

Длинна пути утечки, мм Разрушающая электромеханическая нагрузка, кН, не менее Масса изолятора, кг, не более
175 450 24 457 300 14,02

Для разряда по загрязненной поверхности и увлажненной поверхности изолятора важным параметром является длина пути утечки изолятора – кратчайшее расстояние вдоль поверхности изолирующей детали между металлическими частями, находящимися под различными потенциалами. Длина пути, по которому развивается разряд по загрязненной и увлажненной поверхности изолятора, называется эффективной длиной пути утечки и определяется по формуле [3, с. 9]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


где Изоляция высоковольтных линий электропередач - длина пути утечки геометрическая;

Изоляция высоковольтных линий электропередач - коэффициент эффективности, который зависит от отношения длины пути утечки к диаметру изолятора.

Для выбранного типа изолятора:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим эффективную длину утечки:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


1.2 Выбор изоляции линий по нормативным документам


Следующим этапом в расчете изоляции ВЛ является выбор длины гирлянды изоляторов по рабочему напряжению. Число и тип изоляторов выбирают в зависимости от степени загрязненности атмосферы, которая имеет семь градаций.

В данной курсовой работе, согласно с заданием, принята I степень загрязненности атмосферы. В это множество относятся такие регионы как: лес, тундра, лесотундра, луга, пастбища.

В зависимости от степени загрязненности атмосферы нормируется удельная эффективная длина пути утечки (отношение эффективной длины пути утечки гирлянды, при которой обеспечивается их надежная работа, к наибольшему линейному, длительно допустимому рабочему напряжению). Нормированная удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд 750 кВ, для заданной степени загрязненности составляет [3, с. 12]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Количество изоляторов в гирлянде рассчитываем по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Результаты расчета округляем в меньшую сторону, так как количество десятых не превышает 3, так как ВЛ имеет номинальное напряжение 750 кВ, то количество изоляторов увеличиваем на 4 [2, с. 466]. Окончательно принимаем количество изоляторов: Изоляция высоковольтных линий электропередач

Выберем сцепную арматуру [2, с. 477-507], необходимые для расчета данные занесем в таблицу.


Таблица 2.

Характеристики сцепной арматуры

Наименование Тип Строитель ная высота, мм Масса, кг Разрушающая электромеханическая нагрузка, кН, не менее
Узел крепления КГ-30-1 140 6,84 300
Серьга СР-30-24 100 1,35 300
Зажим поддерживающий 5ПНГ-5-8 530 46 300
Ушко двухлапчатое У2-30-24 150 6,42 300
Распорка дистанционная 5РГН-4-400

680(Изоляция высоковольтных линий электропередач)

6,6 -

Определим высоту гирлянды с учетом сцепной арматуры:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Проверку линейной изоляции определяют сравнением наименьшего допустимого расстояния по воздуху от провода до опоры при соответствующем виде воздействующего напряжения и расстояния, на которое может отклониться провод при нормативных метеорологических условиях.


Таблица 3.

Наименьшие допустимые изоляционные расстояния от провода до заземленной опоры 750 кВ.


Изоляция высоковольтных линий электропередач

По грозовым перенапряжениям 4,2
По внутренним перенапряжениям 3,9
По рабочему напряжению 1,5
По условию безопасности 5,85

Изоляционные расстояния выбраны по опыту эксплуатации и по разрядным характеристикам с определенным запасом, который обеспечивает малую вероятность пробоя совокупности многих элементов при рабочем напряжении, коммутационных и грозовых перенапряжениях, а также безопасность подъема обслуживающего персонала на опору линии электропередачи, находящейся под напряжением.

При расчете отклонения гирлянды принимаем следующие сочетания климатических условий:

- при рабочем напряжении принимается максимальный нормативный скоростной напор ветра Изоляция высоковольтных линий электропередач при T=-50;

- при грозовых и внутренних перенапряжениях T=150, скоростной напор ветра Изоляция высоковольтных линий электропередач но не менее Изоляция высоковольтных линий электропередач Н/м2;

- по условию безопасности подъема на опору T=-150 ветер и гололед отсутствуют, так как при сильном ветре, гололеде, грозе запрещен подъем на опору.

Угол отклонения проводов на опоре определяется по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Нормативный максимальный напор ветра на высоте до 15 м при двухминутном осреднении для ВЛ 750 кВ, расположенной в III [1, с. 151] районе по ветру [2, с. 351]: Изоляция высоковольтных линий электропередач.

Произведем пересчет напора ветра с учетом высоты расположения приведенного центра тяжести [2, с. 351]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Для данного значения Изоляция высоковольтных линий электропередач K=0,61 [2, с. 351]. Нормативная толщин стенки гололеда на высоте 10 м от земли, для ВЛ 750 кВ, проходящей в III районе по гололеду[1, с. 168]: dгл =15 мм. Так как приведенный центр тяжести расположен на высоте менее 25 метров, то поправку на толщину стенки гололеда в зависимости от высоты подвеса и диаметра провода допускается не производить [2, с. 352]. Вычислим вес гирлянды и проводов:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Изоляция высоковольтных линий электропередач

где Изоляция высоковольтных линий электропередач - количество проводов в фазе,

Изоляция высоковольтных линий электропередач - удельный вес провода АС 300/39 кг/км [2, с. 441],

Изоляция высоковольтных линий электропередач – весовой пролет, согласно району по гололеду [2, с. 403].

Для того чтобы узнать вес гололеда необходимо найти объем гололедной стенки. Так как данные по толщине стенки гололеда приведены к цилиндрической форме используем следующую формулу:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Плотность льда ρ=900 кг/м3, следовательно вес гололеда на проводах:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Рассчитаем площадь поверхности провода:


Изоляция высоковольтных линий электропередач ,


с учетом гололеда:


Изоляция высоковольтных линий электропередач .


Выполним расчет отклонения гирлянды по первому условию:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Расстояние между проводом и стойкой опоры будет составлять:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Рассчитаем отклонение гирлянды по второму условию:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Расстояние между проводом и стойкой опоры будет составлять:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


По третьему условию считать отклонение гирлянды изоляторов не имеет смысла, так как подъем на гирлянду при наличии ветра запрещен. Расстояние от провод до опоры будет составлять 7 м, что меньше нормированного (5,85 м).

Проверим расстояние подвеса между проводами по условию пляски. Минимальное расстояние S по условию сближения между проводами при ВЛ с горизонтальным расположением и свободной подвеской проводов определяется по формуле [3, с. 15]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Все рассчитанные промежутки удовлетворяют нормативным, следовательно изоляция ВЛ выбрана правильно.


1.3 Расчет напряженности электрического поля под проводами ВЛ


Для ВЛ 750 кВ и выше высота провода выбирается по условию устранения вредного влияния электрического поля на живые организмы, в первую очередь на людей, т. е. такой, чтобы напряженность электрического поля на расстоянии 1,8 м от земли (высота роста человека) не превышала E = 15 кВ/м в населенной местности.

Для оценки уровня напряженности воспользуемся методом зеркальных отображений [4, с. 329].


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Коэффициенты k имеют следующие значения:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Отрезки m и n являются гипотенузами соответствующих прямоугольных треугольников (рис. 1) и определяются следующими уравнениями, м:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Рис. 1. К определению напряженности электрического поля.


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Емкость провода относительно земли определяется выражением:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим расчетный и эквивалентный радиус провода:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Построим кривую напряженности электрического поля на высоте человеческого роста.


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Рис. 2. Кривая распределения напряженности на высоте 1,8 м над землей.


Как видно из графика напряженность в любой точке под ВЛ на высоте 1,8 м меньше, чем нормированная, следовательно высота подвеса провода выбрана правильно.


2. Определение параметров расчетной схемы


2.1 Определение параметров воздушной линии электропередачи


Для проведения дальнейших расчетов необходимо рассчитать следующие параметры ВЛ: индуктивности, емкости, волновое сопротивление и волновую длину линии прямой последовательности.

Погонные индуктивности и емкости линии прямой последовательности могут быть определены по выражениям:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


δ – коэффициент, учитывающий влияние магнитного потока в проводе на величину индуктивности, для провода АС принимаем δ = 0,81.

Вычислим среднегеометрическое расстояние между фазами:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Волновое сопротивление линии и ее волновая длина для прямой последовательности фаз определяется как:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


2.2 Определение параметров примыкающих систем


Суммарные реактивности систем могут быть определены по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


3. Грозоупорность воздушных линий электропередачи


3.1 Определение числа отключений ВЛ при ударах молнии в провода


Число прямых ударов молнии в линию электропередачи [3, с. 19]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


где Изоляция высоковольтных линий электропередач - удельное число ударов молнии на 100 км длины и 100 грозовых часов. Определим Изоляция высоковольтных линий электропередач :


Изоляция высоковольтных линий электропередач


hтр – высота подвеса троса с учетом сцепной арматуры (0,5 м).


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вероятность прорыва молнии на фазные провода зависит от угла защиты тросов Изоляция высоковольтных линий электропередач и высоты подвеса троса на опоре и определяется по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Рис. 3 К определению Изоляция высоковольтных линий электропередач.


Определим Изоляция высоковольтных линий электропередач используя размеры опоры и длину гирлянды изоляторов:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим вероятность прорыва молнии на фазу:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Количество ударов молнии в провод:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Импульсное разрядное напряжение гирлянды при отрицательной полярности импульса [3, с. 10]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Среднегеометрическое волновое сопротивление фазы:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Определим значение функции Изоляция высоковольтных линий электропередач:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


где Eср – средняя напряженность поля на поверхности коронного чехла, принимаемая для отрицательной волны 2100 кВ/м. По [3, с. 21] Изоляция высоковольтных линий электропередач

Волновое сопротивление коронирующего провода определяется по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим уровень грозоупорности ВЛ [3, с. 21]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вероятность перекрытия изоляции определяется из выражения [3, с. 21]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач.


Число перекрытий изоляции[3, с. 20]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу вычисляется по формуле:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


принимаем Изоляция высоковольтных линий электропередач.

Число отключений линии:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


3.2 Определение числа отключений при ударе молнии в опору


Для линий с грозозащитными тросами существенное значение имеет вероятность обратного перекрытия изоляции при ударе молнии в опору.

Вероятность попадания молнии в опору или в трос вблизи опоры[3, с. 22]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вероятность обратного перекрытия [3, с. 23]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


где Изоляция высоковольтных линий электропередач – импульсная прочность гирлянды при положительной полярности;

q и p –коэффициенты, зависящие от конструкции опоры.

По справочным данным [3, с. 23]:


p = 0,82 q = 23,2 Изоляция высоковольтных линий электропередач


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Число отключений вследствие обратных перекрытий:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


3.3 Определение числа отключений при обратных перекрытиях с троса на провод


Опыт эксплуатации показал, что число перекрытий изоляции на опоре при ударе молнии в трос в середине пролета на два-три порядка меньше, чем в случае попадания молнии в опору, а вероятность пробоя с троса на провод также пренебрежительно мала, если расстояние «трос-провод» на вертикали составляет не менее 2% от длины пролета.


Изоляция высоковольтных линий электропередач


следовательно: Изоляция высоковольтных линий электропередач


Число грозовых отключений в год:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


4. Расчет коммутационных перенапряжений при повторном включении линии в цикле АПВ


4.1 Расчет установившихся режимов одностороннее включение ВЛ.


Режим одностороннего питания возникает при плановом включении линии. В этом случае необходимо проверить возможность синхронизации электропередачи. При синхронизации – процессе, длительность которого может составить секунды и минуты, - напряжение на изоляции не должно превышать Umax синхр, что составляет 1,1Uф – для Uном = 750 кВ.

Для снижения уровня напряжения на линии в режиме синхронизации можно подключить к ней в этом режиме дополнительные шунтирующие реакторы.

Суммарная мощность и количество реакторов выбираются по условию обеспечения допустимого уровня напряжения в режиме передачи минимальной мощности по линии.

Располагаемую мощность реакторов выбираем исходя из требования компенсации определенной доли реактивной емкостной мощности, генерируемой ВЛ в этом режиме. Необходимая степень компенсации Kр = 0,7 для ВЛ 750 кВ.

Суммарная реактивная мощность, генерируемая линией, может быть определена по формуле [3, с. 26]:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


При этом требуемая мощность реакторов определяется как:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Единичная мощность реактора для ВЛ 750 кВ составляет 300 Мвар, требуемое количество реакторов:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


принимаем количество реакторов равным 4, устанавливаем по 2 реактора с каждой стороны линии. Расчетная схема электропередачи приведена на рис. 4.

Вычислим сопротивление реактора:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим вынужденную составляющую при включении линии со стороны системы 1:


Изоляция высоковольтных линий электропередач


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Рис. 4 расчетная схема электропередачи.


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач


Вычислим вынужденную составляющую при включении линии со стороны системы 2:


Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: