РГР ТВН. Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина

Скачать 455 Kb.

Название	Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина
Анкор	РГР ТВН.doc
Дата	13.05.2017
Размер	455 Kb.
Формат файла
Имя файла	РГР ТВН.doc
Тип	Документы #9342

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО “Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина”

Кафедра высоковольтные электроэнергетика, электротехника и электрофизика

Расчетно-графическая работа

по дисциплине техника высоких напряжений на тему:
“Изоляция установок высокого напряжения”

Выполнил: Двойненков М.В. 4-28^хх

Руководитель: Тихов М.Е.

Иваново 2015

Содержание

Исходные данные 3

1. Определение напряжений, воздействующих на изоляцию 3

2. Определение испытательных напряжений электрооборудования 4

3. Определение нормированных 50%-ных разрядных напряжений гирлянд изоляторов ВЛ 500 кВ в загрязненном и увлажненном состоянии 5

4. Выбор изолирующей подвески проводов на ЛЭП и натяжных гирлянд ошиновок ОРУ 5

5. Определение изоляционного промежутка: провод − стойка опоры, провод − транспорт, провод – земля 8

5.1 Определение минимального изоляционного расстояния по ПУЭ 8

5.2 Определение минимального изоляционного расстояния статистическим методом по разрядным характеристикам 10

Список литературы 14

Исходные данные

Вариант №15.

, кВ	, км	Марка провода	, м	, км	СЗА	Ветровой район	Район по гололёдности	Условия для испытания внешней изоляции
								Температура t,	Давление P, кПа
500	550	3хАС 240/39	350	1	3	2	3	19	99

1. Определение напряжений, воздействующих на изоляцию

Определяем напряжения, воздействующие на изоляцию ВЛ и оборудования ОРУ при рабочем напряжении, при внутренних и грозовых перенапряжениях.

Определяем наибольшее рабочее линейное напряжение и наибольшее рабочее фазное напряжение:

(кВ);

(кВ),

где

- номинальное напряжение;

- коэффициент, зависящий от класса напряжения, принят по табл.2 [1].
Для оборудования, предназначенного для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью (110-220 кВ) и глухо заземленной нейтралью (330 кВ и выше), при выборе изоляции за расчетное напряжение принимается наибольшее рабочее фазное напряжение сети, т.е. 303.1 кВ.
Определяем исходя из расчетной кратности перенапряжений (

) расчетное напряжение, воздействующее на изоляцию оборудования при коммутационных перенапряжениях:

(кВ),

где

- расчетная кратность внутренних перенапряжений принята для класса напряжения 500 кВ и с учетом наличия ОПН, ограничивающего внутренние перенапряжения, принята по табл.3 [1].
Грозовое перенапряжение, воздействующее на оборудование, определяется остающимся напряжением на разряднике или ОПН

и превышением напряжения

на защищаемом объекте над остающимся на разряднике (ОПН):

.
Примем, что защита от перенапряжений осуществляется с помощью ОПН-500-УХЛI (см. табл.5 [1]). Для него при токе координации 10 кА (для

кВ)

кВ (см. табл.5 [1]).

Коэффициент

, учитывающий перепад напряжения

между разрядником (ОПН) и защищаемым оборудованием принимается для силовых трансформаторов равным 1.2, а для остального оборудования подстанции 1.35.
В итоге:

для силовых трансформаторов -

(кВ);

для остального оборудования подстанции -

(кВ).

2. Определение испытательных напряжений электрооборудования

Испытательные напряжения для оборудования ОРУ определяем в соответствии с ГОСТ 1516.1-76 и ГОСТ 20690-75 (табл. П3 [1]). Привести испытательные напряжения внешней изоляции к заданным условиям можно следующим образом:

,

где

- испытательное напряжение при нормальных условиях (кВ);

- испытательное напряжение при заданных условиях;

- относительная плотность воздуха.

Относительная плотность воздуха определяется по следующей формуле:

,

где

- давление и температура при нормальных атмосферных условиях (

кПа,

К);

- давление и температура при заданных атмосферных условиях.

В итоге:

Оборудование	, кВ	, кВ
Силовые трансформаторы (относительно земли)	570	559.2
Силовые трансформаторы (между фазами)	800	784.8
Трансформаторы тока	630	618
Трансформаторы напряжения	630	618
Выключатели	815	799.52
Изоляторы	630	618

3. Определение нормированных 50%-ных разрядных напряжений гирлянд изоляторов ВЛ 500 кВ в загрязненном и увлажненном состоянии

Нормированное 50%-ное влагоразрядное напряжение промышленной частоты изоляции воздушных линий в загрязненном и увлажненном состоянии должно быть не ниже 460 кВ (см. табл. 6 [1]). Испытательные напряжения внешней изоляции оборудования ОРУ в загрязненном и увлажненном состоянии 303 кВ (наибольшее рабочее фазное) и 335 кВ (см. табл. 7 [1]) соответственно.

4. Выбор изолирующей подвески проводов на ЛЭП и натяжных гирлянд ошиновок ОРУ

Выбор типов изоляторов производится на основании требований ПУЭ, определяющих необходимую механическую и электрическую прочность изоляторов. Необходимыми исходными данными являются: напряжение линии, район прохождения линии (высота над уровнем моря, наличие или отсутствие участков с загрязненной атмосферой), нормативные механические нагрузки на изоляторы. Нормативные значения скоростного напора ветра и толщины стенки гололеда приведены в таблицах 8 и 9 [1].

По варианту ветровой район по ветру 2. По табл.8 [1] скоростной напор ветра

(Н/м²), скорость ветра

(м/с). По табл.9 [1] нормативная толщина стенки галоледа для третьего района по гололедности

(мм).

Коэффициенты запаса механической прочности изоляторов в нормальном режиме при наибольшей нагрузке должны не ниже 2.7, а при среднегодовой температуре, отсутствии ветра и гололеда – не ниже 5.

Поддерживающие гирлянды воспринимают нагрузку от веса провода и от собственного веса. Поэтому выбор типа изоляторов для поддерживающих гирлянд в нормальном режиме производится по коэффициентам запаса 2.7 при наибольшей нагрузке и 5 при отсутствии ветра и гололеда соответственно:

(1);

(2),

где

- минимальная электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора, даН (10Н);

- единичные нагрузки соответственно от веса провода, с гололедом при ветре и от собственного веса провода, даН (10Н);

- весовой пролет (расстояние между низшими точками кривых провисания провода в пролетах, примыкающих к рассматриваемой опоре) м (350 м, см. задание);

- вес гирлянды, даН (280 даН, см. табл. 13 [1]).

Полимерная изоляция выбирается по механической нагрузке так же, как и изоляторы тарельчатой формы и рассчитывается аналогично.

Так как точный вес гирлянды до выбора типа изоляторов неизвестен, принимаем среднее значение известное из практики (см. табл. 13 [1]). Если точный вес окажется значительно больше принятого, то производим повторную проверку.

Результирующие единичные нагрузки от веса провода с гололедом, действующие вертикально, и горизонтально действующее ветровое давление складываются геометрически и определяются по формуле:

,

где

- единичная нагрузка от веса провода, даН/м;

− единичная нагрузка от гололеда, даН/;

− единичная нагрузка от ветра на провод, покрытый гололедом, даН/м.

,

где

(кг/м) – масса провода на единицу длины;

(м/с²) – ускорение свободного падения.
Расчет:

(Н/м), т.е. 2.799 (даН/м).

,

где

(кг/м³) – плотность гололеда;

(м) – нормативная толщина стенки гололеда;

(м) – диаметр провода.
Расчет:

(Н/м), т.е. 6.916 (даН/м).

,

где

(Н/м²) – максимальный скоростной напор ветра;

- коэффициент, учитывающий неравномерность скорости ветра при скоростном напоре ветра по пролету (см. табл. 15 [1]);

- коэффициент лобового сопротивления, принимается равным 1.1 при отсутствии на проводах гололеда.
Расчет:

(Н/м), т.е. 1.906 (даН/м)
В итоге:

(даН/м).
Производим расчет по условиям (1) и (2):

(даН);

(даН).

Изолятор ПС160Д имеет минимальную электромеханическую разрушающую нагрузку 16000 (даН), что больше полученных значений. Условия (1) и (2) выполняются.
Выбор типа изоляторов для натяжных гирлянд, воспринимающих нагрузку и тяжения провода и собственного веса гирлянды, производится по формулам:

;

,

где

(мм²) - сечение провода (см. табл. 14 [1]);

(даН/ мм²) - напряжение в проводе при наибольшей нагрузке и низшей температуре (см. табл. 16 [1]);

(даН/ мм²) - напряжение в проводе при среднегодовой температуре (см. табл. 16 [1]).

Производим расчет:

(даН);

(даН).

Принимаем изолятор подвесной стеклянный тарельчатый для ВЛ 500 кВ типа ПС160Д. Характеристики изолятора приведены в таблице 10 [1].

Количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах высоковольтных линий электропередачи на металлических, железобетонных и деревянных опорах с заземленными креплениями гирлянд определяется по формуле:

,

где

(см/кВ) - удельная эффективная длина утечки поддерживающих гирлянд изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах в зависимости от СЗА и номинального напряжения на высоте до 1000 (м) над уровнем моря (см. табл. 18 [1]);

(кВ) - наибольшее рабочее линейное напряжение (см. 1 пункт работы);

1.05 – коэффициент, учитывающий, что ВЛ проходит на высоте 1000 (м) (см. задание) над уровнем моря;

(мм) - длина пути утечки одного изолятора (см. табл. 10 [1]);

- коэффициент эффективности изолятора, значение которого для изоляторов тарельчатого типа берется из табл. 17 [1] или рассчитывается по формуле:

, где

(мм) - диаметр изоляционной детали (см. табл. 10 [1]).

Определим коэффициент эффективности изолятора расчетом:

.
Определяем количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах:

.
Принимаем, что в гирлянде 32 изолятора ПС160Д.

В натяжных и поддерживающих гирляндах ОРУ и подстанций количество подвесных тарельчатых изоляторов увеличивают с добавлением в каждую цепь по 3 изолятора для 500 кВ (т.е. будет 32+3=35 изоляторов).
Определяем точный вес гирлянды изоляторов:

(Н), т.е. 188.2 (даН),
где

(кг) – масса одного изолятора ПС160Д (см. табл. 10 [1]).
Определяем строительную высоту гирлянды изоляторов:

(мм), т.е. 4.672 (м),

где

(мм) – строительная высота одного изолятора ПС160Д (см. табл. 10 [1]).

5. Определение изоляционного промежутка: провод − стойка опоры, провод − транспорт, провод – земля

Минимальное изоляционное расстояние

необходимо определить по ПУЭ и статистическим методом по разрядным характеристикам. На рис.1. указаны необходимые для расчета расстояния.

5.1 Определение минимального изоляционного расстояния по ПУЭ

По рассчитанной длине гирлянды (длине полимерного изолятора) изоляционное расстояние от оси провода до стойки опоры

(рис. 1) при отсутствии ветра определяется по формуле:

,

где

(м) – строительная длина гирлянды изоляторов;

(см) – длина сцепной арматуры;

(напряжение подставляется в кВ, получаем радиус в см) - радиус расщепления;

- угол наклона стойки опоры;

- наименьшие допустимые изоляционные расстояния по воздуху от провода до стойки опоры, принятые по ПУЭ (см. табл. 20 [1]);

- угол отклонения проводов на опоре при расчетной нормативной скорости ветра.

Угол отклонения проводов на опоре при расчетной нормативной скорости ветра определяем по формуле:

,

где

- коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по пролету ВЛ и динамику отклонения прохода (см. табл. 21 [1]);

- коэффициент лобового сопротивления, принимается равным 1.1 при отсутствии на проводах гололеда;

(м²) - площадь диаметрального сечения провода (АС240/39) при гололеде с учетом нормативной толщины стенки гололеда;

- угол между направлением ветра и осью ВЛ;

(Н) - нагрузка на гирлянду от веса проводов;

(Н) - вес гирлянды;

(Н/м²) – нормативный скоростной напор ветра.
Расчет:

;

.

Рассчитаем расстояние от провода до стойки опоры:

(см);

(м).
При внутренних перенапряжениях. Определяем угол

отклонения проводов на опоре при расчетной нормативной скорости ветра:

(Н/м²);

;

(м²);

;

(Н);

(Н).
Расчет:

;

.
Рассчитаем расстояние от провода до стойки опоры (

м):

(см);

(м).

При условиям безопасности подъема на опору для ВЛ 500кВ и ниже температура t = −15 °С, ветра и гололеда быть не должно, т. е. в этом случае определенное минимальное изоляционное расстояние по воздуху провод−стойка опоры при условии безопасности подъема на опору равно наименьшему допустимому изоляционному расстоянию

(см), т.е.

(м).

По результатам расчета для вышеуказанных сочетаний климатических условий изоляционного воздушного промежутка выбирается наибольшее из значений: при рабочем напряжении, при внутренних перенапряжениях и по условию безопасности подъема на опору. Наибольшее значение:

(м).

Воздушный промежуток провод-земля на ВЛ 110−500 кВ выбирается исходя из условия безопасного пересечения трассы ВЛ негабаритным транспортом высотой Н = 5,75 м при рабочем напряжении. Поэтому габарит провод − земля может быть определен как сумма Н = 5,75 м и наименьшего изоляционного расстояния по воздуху от токоведущих до заземленных частей ВЛ (см. табл. 20 [1])

(м).
Расчет:

(м).

5.2 Определение минимального изоляционного расстояния статистическим методом по разрядным характеристикам

Минимальное изоляционное расстояние провод−стойка опоры может быть определено также статистическим методом по разрядным характеристикам. При этом длина промежутка провод−стойка опоры должна быть такой, чтобы число перекрытий в год на ВЛ составляло Nпср < 0.1. Определяется при воздействии наибольшего рабочего напряжения и при коммутационных перенапряжениях. Пятидесятипроцентное разрядное напряжение единичного промежутка провод−стойка опоры с учетом возможного уменьшения среднегодового давления воздуха для ВЛ, трассы которых проходят на высоте более 1000 м, определяется по формуле:

,

где

- коэффициент вариации для разрядных напряжений воздушного промежутка провод−стойка опоры;

t(n) - коэффициент, зависящий от числа промежутков n, одновременно уменьшающихся на ВЛ под действием ветра (см. табл. 22 [1]);

, при n=5 по таблице 22 [1] принимаем, что t(n)=1.083;

- поправочный коэффициент, учитывающий изменение давления на высоте более 1000 м, рассчитывается по формуле:

, коэффициент m, зависящий от длины промежутка принят равным 0.4 (см. [1]).
В итоге:

(кВ).
По значению

(МВ) с помощью кривых рис. 2 определяем

, а далее по формуле (

) рассчитывается

По кривой 3 рис. 2 определяем

при напряжении промышленной частоты (при воздействии наибольшего рабочего напряжения).

В итоге

(м).
Расчет

(см).
Определяем длину промежутка провод−стойка опоры при коммутационных перенапряжениях. Пятидесятипроцентное разрядное напряжение единичного промежутка провод−стойка опоры с учетом возможного уменьшения среднегодового давления воздуха для ВЛ, трассы которых проходят на высоте более 1000 м, определяется по формуле:

,

где

- расчетная кратность коммутационных перенапряжений (см. табл. 3 [1]); остальные значения величин в формуле аналогичны расчету при воздействии наибольшего рабочего напряжения.
В итоге:

(кВ).
По кривой 4 рис. 2 определяем

при коммутационных перенапряжениях.

В итоге

(м).
Расчет

(см).
Воздушный промежуток провод-земля на ВЛ 110−500 кВ выбирается исходя из условия безопасного пересечения трассы ВЛ негабаритным транспортом высотой Н = 5,75 м при рабочем напряжении. Поэтому габарит провод − земля может быть определен как сумма Н = 5,75 м и наименьшего изоляционного расстояния по воздуху от токоведущих до заземленных частей ВЛ (см. табл. 20 [1])

(м).
Расчет:

(м).

6. Выбор внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ
Внешняя изоляция электрооборудования, тип и количество изоляторов как в натяжных и подвесных гирляндах, так и в опорных изоляционных конструкциях ОРУ подстанций выбирают по наибольшему рабочему линейному напряжению с учетом степени загрязнения атмосферы.

Необходимая длина пути утечки определяется по выражению:

,
где

(кВ) - наибольшее рабочее линейное напряжении (см. 1 пункт);

(см/кВ) - удельная эффективная длина пути утечки (см. табл. 23 [1]);

− коэффициент эффективности изоляторов при отношении длины пути утечки Lу к строительной высоте изоляционной части изолятора (колонки) h (см. табл. 24 [1]);

- коэффициент эффективности изоляционной конструкции (трехстоечная конструкция) (см. [1]).
Предварительно выбираем изолятор опорный наружной установки типа ИОС-110-600 для 500 кВ (см. табл. 26 [1]). Длина пути утечки

(см), высота изоляционной колонки

(мм).

Коэффициент эффективности изоляторов

при отношении длины пути утечки Lу к строительной высоте изоляционной части изолятора (колонки) h равном 2.4 принимается по табл. 24 [1] равным 1.2.
Расчет:

(см).
Из расчета видно, что необходимая длина пути утечки больше, чем у принятого опорного изолятора ИОС-110-600 на 500 кВ.

Следовательно, принимаем по табл. 26 [1] изоляционную колонку ИОС-110-600 для 750 кВ с

(см) и

(мм).

Список литературы

1. Филиппов Г.А., Степанова Ю.М. Изоляция установок высокого напряжения: методические указания к выполнению расчетно-графической работы. ГОУ ВПО «ИГЭУ», Иваново, 2010.