Порядок выполнения расчета

1. Выбирается конструкция промежуточной опоры линии, удовлетворяющая заданным величинам напряжения, материалу опоры, числу цепей и тросов.[3] Задается длина пролета l_пр, и определяются геометрические параметры линии. Стрелы провеса проводов и тросов рекомендуется брать в соответствии с таблицей 1.1.

Рис. 1.1. Распределение вероятностей амплитуд и кривизны тока молнии

Таблица 1.1. Среднее значение стрелы провеса грозозащитных тросов и проводов ЛЭП

Uн,кВ	Матер. опор	lпр,м	Nсер	Ntr	Стрела провеса lпр,м lтр,м
	Сталь					13,5
	Сталь
	Сталь
	Сталь
	Сталь,ж/б
	Сталь,ж/б
	Сталь, ж/б					6,5
	Дерево			-	-
	Сталь, ж/б				5,5
	Ж/б			-	-
	Дерево			-	-

2. Выбираются изоляция проводов линии, тип изоляторов, их число в гирлянде [3], подвесная арматура гирлянды, а так же строительная длина гирлянды и величина импульсного разрядного напряжения в таблице 1.2.

3. Находится величина защитного угла на опоре a = arctg(b/h) из рисунка 1.2.

Таблица 1.2. Импульсные напряжения и длина пути перекрытия изоляции линии электропередачи

4.Определяется средняя высота проводов и тросов над поверхностью земли h_ср как высота центра тяжести дуги параболы:

,

где h_оп – высота подвеса провода (троса) на опоре; f – стрела провеса по таблице 1.1.

5.Вычисляются коэффициенты связи между тросом 1 и ближайшим к нему крайним проводом 2 по рис.1.3.по выражению:

.

С учетом влияния импульсной короны можно приближенно считать

,

где l_к = 1,34 для расщепленных проводов, 1,3 для расщепленных на два провода и 1,25 для расщепленных на три провода.

В случае двух тросов

,

где К₂₁ и К₂₃ – коэффициенты связи без учета короны между проводом и тросом, а К₁₂ – коэффициент связи между тросами, вычисляются так же, как К₂₁.

6. Определяется вероятное число ударов молнии за год в трос, в провод и в опору ЛЭП. Удельное число ударов молнии за год на 100 км линии и на 100 грозовых часов находится:

,

где h_ср – средняя высота подвеса троса, м; b – расстояние между двумя тросами или двумя крайними фазами, м (при одном тросе b = 0).

Среднее число ударов молнии по линии в год

.

Среднегодовое число ударов молнии в середину троса

.

Среднегодовое число ударов молнии в вершину опоры

,

Среднегодовое число ударов молнии в провод при наличии

,

где Р_пр - вероятность прорыва молнии сквозь тросовую защиту, ; h_оп – высота опоры, м; a - защитный угол троса, град.

7. Рассматриваются последствия удара молнии в трос в середине пролета.

8. Отрицательным последствием удара молнии в трос в средней части пролета может быть перекрытие воздушного промежутка между тросом и проводом вблизи точки удара вследствие повышения напряжения на тросе, вызванного движением волны тока молнии. Чтобы оценить величину перенапряжения на промежутке трос-провод, можно использовать приближенную эквивалентную схему (рис. 1.4). По каналу молнии, представленному как длинная линия с волновым сопротивлением z_м, набегает волна тока молнии с косоугольным фронтом длительностью t_ф и крутизной I_м^//2. Крутизна волны . Преломленные волны добегают до ближайших опор, где испытывают отражение и, спустя время двойного пробега от точки удара молнии до опоры, возвращаются к точке удара. Коэффициент отражения от опоры для пологой части волны близок к -1, поскольку сопротивление заземления опоры намного меньше волнового сопротивления троса. Поэтому отражения от ближайших опор сокращают время напряжения на тросе до 2-3 мкс, т.е. до времени, ненамного превышающего длительность фронта волны тока t_ф. При столь кратковременных воздействиях прочность промежутка трос – провод оказывается существенно выше, чем при приложении полной волны грозового напряжения. Кроме того, при повышении потенциала троса на фазном проводе индуктируется потенциал той же полярности, что затрудняет развитие разряда между ними. Поэтому вероятность разряда на фазный провод при ударе молнии в среднюю часть троса оказывается невелика. По данным опыта эксплуатации, ею можно пренебречь в расчетах грозозащиты при условии, если расстояние между проводом и тросом в средней части пролета составляет не менее 2% длины пролета. В обычных линиях это соотношение выполняется.

9. Определяется вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в провод. Удар молнии сопровождается образованием в точке удара волн перенапряжений, распространяющихся вправо и влево от точки удара. При набегании этой волны на точку подвеса провода на опоре возможно перекрытие гирлянды изоляторов. Вероятность перекрытия определяется вероятностью того события, что 50 % - ное импульсное разрядное напряжение гирлянды окажется меньше амплитуды волны:

.

При заданном токе молнии I_м напряжение на проводе при прямом ударе в провод. Причем с использованием схемы замещения

,

где , причем z_м = 600 Ом – расчетное волновое сопротивление канала молнии; z_п – волновое сопротивление провода.

Отсюда получаем выражение для уровня грозоупорности при ударе молнии в провод; согласно правилу эквивалентной волны

,

где u_0,5пр – 50 % -ное разрядное напряжение гирлянды изоляторов в табл.1.2.

По кривой 1 рисунка 1.1 определяем вероятность превышения . равную вероятности перекрытия гирлянды при ударе в провод .

10. Для линии на деревянных опорах перенапряжения на проводе, пораженном молнией, рассчитываются так же, но для создания пути разряда молния должна перекрыть не только поддерживающую гирлянду, но и изолирующую деревянную траверсу, а также другие изолирующие конструкции. Расчетным случаем является перекрытие на соседний фазный провод. В этом случае нужно брать в расчет напряжение перекрытия по пути: гирлянда пораженной фазы – деревянная траверса – гирлянда соседней фазы (размеры в табл.1.2). При этом учитывается напряжение на соседней фазе, возникающее за счет влияния пораженной фазы,

,

где u_пп – напряжение на пораженном проводе; К_ип – коэффициент связи между фазными проводами.

Уровень грозоупорности в этом случае определится

.

11. Определяется вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в вершину опоры по рисунку 1.5. В этом случае или при ударе в трос вблизи опоры основная часть тока стекает по телу проводящей опоры в землю. При этом на вершине опоры создается потенциал, вызванный падением напряжения на сопротивлении заземления, индуктивным падением напряжения на теле опоры, а также наведением электромагнитной составляющей за счет взаимной индуктивности между телом опоры и каналом молнии.

В результате появления этого потенциала происходит обратное перекрытие с тела опоры на фазный провод. Вероятность этого перекрытия зависит вообще от законов распределения амплитуд токов молнии, крутизн токов молнии, а также от вида корреляционной связи между ними.

Два варианта расчета:

первый – позволяет учесть лишь распределение амплитуд токов молнии и получить характеристику грозоупорности линии в виде уровня грозоупорности;

второй – учитывает законы распределения и амплитуд, и крутизн

токов молнии и характеризует линию кривой опасных волн, т.е. кривой разделяющей области опасных и неопасных сочетаний амплитуды и крутизны токов молнии, ударившей в опору.

Первый вариант расчета. Предположим, что все волны тока молнии имеют форму косоугольного импульса с одной и той же длительностью фронта (например, t_ф = 2 мкс). При этом оказывается, что крутизна фронта тока однозначно определяется его амплитудой:

.

Напряжение на вершине опоры:

,

где I_оп – ток, протекающий по опоре, : ; R_{а и} – импульсное сопротивление заземления опоры; - крутизна тока в опоре;

- индуктивное сопротивление тела опоры, удельная индуктивность приближенно равная 0,7 мкГ/м для деревянных опор, 0,6 мкГ/м для одностоечных металлических опор и 0,5 мкГ/м для двустоечных металлических опор; - коэффициент взаимоиндукции между каналом молнии и телом опоры, приближенно = 0,2 мкГ/м.

Напряжение на фазном проводе складывается из влияния троса, принимающего потенциал вершины опоры, рабочего напряжения и влияния молнии:

где Е_ср – средняя величина напряженности электрического поля молнии над поверхностью земли, Е_ср» 10 кВ/м; h_ср – средняя высота подвеса фазного провода, u_раб принимают равной амплитуде номинального фазного напряжения для металлических опор и линейного – для деревянных опор с полным использованием импульсной прочности дерева.

Приравнивая разность напряжений между опорой и проводом импульсному напряжению перекрытия гирлянды при длительности воздействия, равной t_ф, получаем выражение для определения уровня грозоупорности

, (1.1)

где u_t - импульсное напряжение перекрытия гирлянды изоляторов при длительности приложения напряжения t = t_ф из табл.1.2. По кривой распределения амплитуд токов молнии находим вероятность превышения уровня грозоупорности P(I_м⁰).

Второй вариант расчета. По-прежнему предполагаем, что волны тока молнии имеют косоугольную форму, однако амплитуда и крутизна волн статистически независимы друг от друга и подчиняются заданным законам распределения рисунок 1.1.

Построим сначала кривую опасных токов, используя приближенное соотношение (1.1). Для этого, задавшись рядом значений длины фронта волны (например, t_ф = 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10 мкс) вычислим соответствующие значения I_м⁰, подставляя в (1.1) значения напряжения перекрытия гирлянды при заданной длительности воздействия u_t.

Величина ut определяется либо непосредственно по вольт-секундной характеристике гирлянды изоляторов, либо, при отсутствии последней, по ее расчетной кривой, вычисляемой по формуле

,

где

, причем ,

где u(t₁) и u(t₂) – импульсные разрядные напряжения при предразрядных временах, равных соответственно t₁и t₂.

При построении расчетной вольт-секундной характеристики можно принять t₁ = 2 мкс, а t₂ = 20 мкс, причем u(t₂) считать равным 50 %-ному импульсному разрядному напряжению гирлянды отрицательной полярности.

Для каждого найденного значения I_м^о(t) определяем соответствующее значение и по рассчитанным точкам строим кривую опасных волн в координатах (I_м⁰, .

Для определения вероятности перекрытия изоляции при прямом ударе молнии в опору требуется вычислить двойной интеграл

,

где ¦₁(I_м) – плотность вероятности амплитуды токов молнии; ¦₂() - плотность вероятности крутизны токов молнии; с – область интегрирования, ограниченная слева и снизу кривой опасных волн по рисунку 1.6.

Для инженерного расчета желательно иметь простую формулу для приближенной оценки вероятностей перекрытия гирлянды изоляторов при ударе молнии в опору. Такую формулу можно получить, если аппроксимировать реальную кривую опасных волн равнобочной гиперболой, уравнение которой записывается в виде:

,

где - асимптоты гиперболы, представляющие собой наименьшие значения амплитуды и крутизны фронта тока молнии, при которых еще возможны перекрытия.

Для ЛЭП 110 кВ и более высоких классов напряжений такая аппроксимация часто оказывается достаточно хорошей. Параметры и А могут найдены, если известны координаты трех любых точек кривой опасных волн, желательно в области больших I_м, больших I_м^’ и средних значений I_м и I_м^’.

Обозначим для компактности записей Взяв на кривой опасных волн три точки: (x₁ и y₁), (x₂ и y₂) и (x₃ и y₃) и решив полученные уравнения относительно неизвестных, получим

где

Если из этих формул получается то из физических соображений, принимается в этом случае для определения остальных параметров достаточно координат двух точек: (x₁, y₁) и (x₂, y₂). Тогда

При принятых предложениях величина двумерного интеграла с достаточной точностью может быть определена из следующего выражения:

где a = 0,038 1/кА, b = 0,08 мкс/кА – параметры экспоненциальной аппроксимации статического закона распределения

12. Определяется годовое число перекрытий изоляции ЛЭП:

а) при ударе молнии в середину пролета троса

б) при прорыве молнии мимо тросов на провода

,

в) при ударе молнии в вершину опоры

г) суммарное число перекрытий

13. Определяется годовое число отключений ЛЭП вследствие грозовых воздействий

,

где - вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу короткого замыкания; - эффективное значение рабочего (линейного или фазного) напряжения вдоль пути перекрытия, кВ; - суммарная длина импульсного перекрытия (вдоль строительной длины гирлянды, по дереву и по воздуху), см. Если по формуле, получается , принимаем вероятность перехода импульсного перекрытия в дугу равной единице, если - принимаем ее равной 0,1.

14. Определяется среднегодовое число аварий на линии, вызванных грозовой деятельностью,

где - коэффициент успешного действия АПВ.

15. Находится среднегодовое число лет безаварийной работы

16. Определяется удельное число лет безаварийной работы ЛЭП (на 100 км и 100 грозовых часов)

Если в расчете окажется менее допустимого, следует проанализировать причину снижения грозоупорности и сформулировать рекомендации по ее повышению.

Таблица 7.3. Варианты задания для расчета надежности грозозащиты ЛЭП

№ вариан.	Номин. напряж.,кВ	Число цепей	Число тросов	Сопрот. зазем.,Ом	Коэфф. успеш.АПВ	Длина ЛЭП,км
					0,85
					0,8
					0,8
					0,75
					0,8
	110*		-	-	0,8
					0,8
					0,75
					0,8
					0,85
					0,8
					0,8
					0,75
					0,8
			-		0,75
					0,9
					0,9
					0,8
					0,9
					0.75
					0,8
			-		0,9
					0,85
					0,85
					0,8
					0,75
					0,75
			-		0,75
					0,8
					0,8
	35*		-	-	0,7
					0,7
					0,7
					0,7

П р и м е ч а н и е: 1. Звездочкой помечены линии на деревянных опорах.

2. Число грозовых часов в году .

Дата добавления: 2014-12-23