Материал: Защита открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции

Защита открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЭС

Расчетно-графическая работа

Вариант 10

«защита открытого распределительного устройства (ору) подстанции»

Выполнил:

Кальченко В.В.

Проверил:

Деркачев С.В.

Донецк 2016

. ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТ

1.1 Определить требуемое число и тип изоляторов гирлянд на промежуточных опорах ЛЭП, подходящих к ОРУ, и гирлянд на порталах ОРУ. Расчеты выполнить для обоих классов напряжения. Для всех выбранных гирлянд рассчитать импульсные напряжения перекрытия.

.2 Определить параметры контура заземления подстанции (длину и число вертикальных электродов, шаг сетки), обеспечивающие допустимую величину его стационарного заземления.

.3 Построить зависимость импульсного сопротивления контура заземления подстанции от тока молнии.

.4 Рассчитать зависимость максимального напряжения на силовом трансформаторе от крутизны фронта набегающей волны, определить длину опасной зоны и защищенного подхода. Определить ожидаемое число повреждений изоляции оборудования на подстанции (ОРУ-1 и ОРУ-2, рис. 1) от ударов молнии в ЛЭП в пределах защищенного подхода.

.5 Расставить на территории ОРУ молниеотводы для защиты электрооборудования от прямых ударов молнии, определив их минимально необходимое число и высоту.

.6 Определить число повреждений в год изоляции электрооборудования ОРУ от прямых ударов молнии в молниеотводы и прорывов молниезащиты подстанции.

.7 Определить показатель грозоупорности подстанции.

.8 Предложить методы повышения грозоупорности подстанции.

Исходные данные по варианту

Исходные данные зависящие от класса напряжения.

1. Расчет

Исходя из значений механических нагрузок на гирлянды изоляторов и степени загрязнения в районе расположения подстанции и воздушных линий, выбраны изоляторы для соответствующих классов напряжений

ПС210В-750 кВ

ПС160Д-500 кВ

Н - строительная высота изолятора; D -диаметр; Lу - длина пути утечки;

Нормированная удельная эффективная длина пути утечки для воздушной линии при номинальном напряжении 330-7750 кВ и степени загрязнения равной 1:

Рассчитываем наибольшее рабочее напряжение:

Необходимое число изоляторов:

Здесь коэффициент пропорциональности равен:

Коэффициент  учитывает высоту расположения изолятора над уровнем моря, и при высоте, меньше 1000 м., принимается равным 1.

Коэффициент  учитывает эффективность формы изолятора:

Для изолятора ПС 210 В

Для изолятора ПС 160 Д

Коэффициент  учитывает конструкцию использования изолятора и для простейшей из них принимается равной 1.

Таким образом:

Число изоляторов гирлянд на опорах ЛЭП:

nвл1=36 шт; nвл2=25 шт;

Число изоляторов гирлянд на порталах ОРУ:

ОРУ1= nвл1+2=36+2=38шт;

Длина гирлянды изоляторов на опорах ЛЭП:

Длина гирлянды изоляторов на порталах ОРУ

Рассчитываю импульсные напряжения перекрытия:

Определить параметры контура заземления подстанции (длину и число вертикальных электродов, шаг сетки), обеспечивающие допустимую величину его стационарного заземления.

Рис 1.- План подстанции( вид сверху).

Минимальный шаг сетки по сторонам a и b:

na=4.5 м nb=6 м

а длину вертикальных стержней .

Рассчитываем число вертикальных электродов:

Суммарная длина горизонтальных проводников:

Площадь подстанции:

;

Расчетное удельное сопротивление грунта:

Сезонный коэффициент принимаем равным .

Определим коэффициент, который в свою очередь зависит от соотношения , в нашем случае:

.

Рис.2-Зависимость .

Судя по графику, значению  соответствует .

Рассчитаем по эмпирической формуле стационарное сопротивление заземлителя подстанции:

Таким образом, стационарное заземление электростанций и подстанций зависит от его геометрических размеров и удельного сопротивления грунта.

Грунт в сухом состоянии имеет большое сопротивление растеканию тока. При увлажнении грунта имеющиеся в нем соли и кислоты образуют электролиты, которые и определяют в основном его электропроводность. Чем больше влагоемкость грунта, тем больше его электропроводность.

Расчетное сопротивление = 0,64 Ом не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сопротивлению заземления электростанций и подстанций. Поэтому заземляющее устройство электростанций и подстанций выполняется из большого количества вертикальных и горизонтальных электродов.

При близком расположении электродов друг от друга сопротивление каждого из них повышается, что объясняется взаимным экранированием электродов. Дело в том, что при стекании тока с одиночного электрода вокруг него образуются равномерно расположенные линии тока.

В сложном заземлителе эта равномерность нарушается, потому что линии тока одного электрода вытесняют линии тока соседнего электрода. В результате сопротивление каждого электрода возрастает с уменьшением расстояния между электродами.

Рис.3 - Линии тока в сложном заземлителе при малом расстоянии между электродами.

подстанция заземление контур напряжение

Построить зависимость импульсного сопротивления контура заземления подстанции от тока молнии.

При больших импульсных токах - токах молнии - плотность тока, проходящего через заземляющие электроды, велика, поэтому в земле у поверхности электродов создаются очень высокие напряженности поля , превосходящие пробивные напряженности грунта. Вокруг электродов образуются зоны искрения, увеличивающие их эффективные размеры, и сопротивление заземления уменьшается. Быстрое же нарастание тока молнии на фронте импульса создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивление, наоборот, увеличивается. В результате того или иного фактора (образование зоны искрения, падения напряжения на индуктивности) сопротивление заземлителя при прохождении тока молнии - так называемое импульсное сопротивление  - отличается от стационарного сопротивления, измеренного при переменном напряжении и сравнительно небольшом токе.

Рассчитаем импульсное сопротивление заземлителя . Оно зависит от импульсного коэффициента , который, в свою очередь, мы можем получить по приближенной формуле:

Так как значений тока Iм по условию задано от 10-100 кА, то расчет аи произведем с помощью программы MathCAD, полученные результаты снесем в таблицу.

Таблица 1.3- Результаты расчета Rи.

Строим График зависимости импульсного сопротивления контура заземления подстанции от тока молнии.

Согласно справочнику «Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А.Баумштейна» выбираем опоры, согласно номинальному напряжению.

Для Uн=750 кВ была выбрана опора типа ПБ750-3.

Промежуточная одноцепная свободностоящая опора ПБ750-3.

Провод: 5хАС 300/39 сечение стали провода Sпр1=40.5 мм2.

Трос: 2хАС70/72 сечение стали троса Sтр1= 72.2 мм2.

Для Uн=500 кВ была выбрана опора типа ПБ500-5Н.

Промежуточная одноцепная свободностоящая опора ПБ500-5Н.

Провод: 3хАС330/43 сечение стали провода Sпр2= 43.1 мм2.

Трос: 2хС70, сечение стали троса Sтр2= 76.4 мм2.

Для расчета максимального значения напряжения на оборудовании (силовом трансформаторе) воспользуемся схемой замещения:

опн - напряжение на ОПН;' и C ' - погонные индуктивность и емкость ошиновки;опн - длина ошиновки между ОПН и силовым трансформатором;

Стр - входная емкость силового трансформатора.

Допустимое напряжение для изоляции силового оборудования подстанции:

Для вычисления остающегося напряжения Uост необходимо воспользоваться следующим выражением:

При расчете погонных параметров L' и C ' ошиновки между ОПН и силовым трансформатором принимаем, что ее волновое сопротивление составляет Z = 400 Ом, а скорость распространения волны по ней u=3*108 м/с.

Погонные индуктивность и емкость ошиновки :

 мкГн/м,

 мкФ/м.

Период колебаний контура:

По рис.3 из методических указаний для разных значений  определяется соответствующее значение .

Крутизна фронта набегающей волны:

.

Максимальное напряжение на силовом трансформаторе:

.

Результаты расчетов крутизны фронта набегающей волны и максимальное напряжение на силовом трансформаторе для различных значений  приведены в таблице: