Физико-математические основы. Электроэнергетики

 

 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ

 

КАФЕДРА ТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОФИЗИКИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

 

 

 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Расчетно-графическое задание

 для бакалавров 3 курса факультета энергетики

 

 

 

        На проводах линий электропередачи может возникать коронный разряд. Это один из видов самостоятельного разряда, который существует в электрических полях с большой степенью неравномерности только вблизи электрода с малым радиусом вследствие высокой напряженности электрического у его поверхности и относительно низкой напряженности в остальной части промежутка. Корона на проводах при рабочем напряжении приводит к большим потерям энергии и радиопомехам, поэтому наличие короны по всей длине провода (общей короны) недопустимо.

Основной характеристикой общей короны является напряжение начала короны (U_к), которое определяется напряженностью на поверхности провода, которую можно определить по формуле

                                         (4.1)

где Q=С_ф×U_ф – заряд на проводе,

U_ф – фазное напряжение,

С_ф – фазная емкость,

  r₀-    радиус провода,

  m – коэффициент негладкости провода (для витого сталеалюминиевого провода принимается равным 0,82).

 

Значение напряженности начала короны (критической напряженности) при напряжении промышленной частоты определяется по формуле

 

            (4.2)

где Е_к – действующее значение напряженности начала короны, кВ/см;

относительная плотность воздуха (принимаем равной 1).

Приравнивая максимальную напряженность поля на поверхности провода (4.1) критической напряженности короны Е_к (4.2), получаем выражение для определения напряжения начала короны на проводе:

 

                        (4.3)

    Из формул 4.1 и 4.3 видно, что увеличение радиуса провода приводит к уменьшению напряженности на его поверхности, повышению напряжения начала короны и снижению потерь энергии на корону. На ВЛ минимальный радиус провода (сечение) выбирают такой величины, чтобы потери энергии на общую корону были равны нулю. Для этого напряжение начала короны должно быть больше максимального рабочего напряжения на рассматриваемом классе напряжения на 15-20%.

 

На линиях высших классов напряжения (в России начиная с U_ном= 330 кВ) для уменьшения напряженности на проводе и уменьшения потерь энергии на общую корону применяются расщепленные провода. Расщепленная фаза представляет собой пучок проводов малого радиуса, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, обычно в вершинах правильного многоугольника. При таком расположении заряды на составляющих одинаковы (по знаку и величине), но взаимное электростатическое влияние приводит к неравномерному распределению напряженности по поверхности составляющих. Наибольшая напряженность E_max возникает на внешней стороне составляющих.

Основными параметрами расщепленного провода являются число составляющих  n, их радиус  r₀, радиус расщепления  r_р (радиус окружности, проведенной через центры составляющих), шаг расщепления  d (рис.4.1). Эти параметры связаны выражением

                                (4.4)

 

                                                

                                                                                   

Рис.4.1 Провод, расщепленный на три составляющие (n=3)

 

       Максимальная напряженность на поверхности расщепленного провода можно определить по формуле

(4.5)

 

    где Q=С_ф×U_ф – заряд на расщепленном проводе.

    Рабочая емкость провода зависит от параметров расщепленного провода и средней в пролете высоты подвеса провода h

 

                             (4.6)

r_э  - эквивалентный радиус расщепленного провода (радиус такого одиночного провода, который при том же потенциале имеет заряд Q), который определяется по формуле:

 

                      (4.7)

 

    Напряжение начала короны на расщепленных проводах определится по формуле

          (4.8)

 

Как отмечалось ранее, одним из условий выбора конструкции фазы ВЛ является отсутствие общей короны в нормальном эксплуатационном режиме, следовательно напряжение начала короны должно быть больше максимального рабочего напряжения линии.

Потери напряжения на корону в линиях при этом связывают с «местной короной», существующей не по всей длине провода, а только на отдельных участках провода, например, в местах повреждения провода при монтаже, при рабочем напряжении.

 

ПРАКТИКА 1

 

1. Рассчитать напряжение начала короны U_к на проводах ВЛ СВН заданного класса напряжения для нерасщепленного провода суммарного сечения.

2. Рассчитать напряжение начала короны U_к на проводах ВЛ СВН заданного класса напряжения для расщепленного провода (исходные данные приведены в таблице 1) при варьировании шага расщепления d от 10 до 80 см (Δd=10 см). Построить зависимости E_max=f(d), С=f(d), U_к=f(d), и выбрать оптимальный шаг расщепления.

 

Таблица 1

 

Вариант

U_ном,

кВ

Провод 

n

Диаметр провода, мм

Среднегеометрическая высота

 подвеса проводов,

м

2*АС-300/39

24,0

18,0

2*АС-400/51

27,5

19,0

2*АС-300/48

24,1

19,5

2*АС-400/64

27,7

17,5

3*АС-330/43

25,2

18,0

3*АС-400/51

27,5

18,5

3*АС-500/64

30,6

17,5

3*АС-300/57

24,5

17,0

3*АС-400/64

27,7

16,5

3*АС-500/26

30,0

16,0

4*АС-240/39

21,6

15,5

4*АС-240/56

22,4

15,0

5*АС-300/48

25,2

18,2

5*АС-240/56

22,4

30,0

5*АС-300/57

24,5

29,5

5*АС-240/39

21,6

29,0

5*АС-300/48

24,1

28,5

4*АС-600/72

33,2

28,0

4*АС-400/93

29,1

27,5

4*АС-240/56

21,6

27,0

4*АС-500/64

30,6

26,5

4*АС-450/56

28,8

26,0

8*АС-240/56

22,4

25,0

8*АС-330/43

25,2

24,0

8*АС-300/39

24,0

24,5

8*АС-400/51

27,5

23,0

8*АС-240/56

21,6

23,5

8*АС-400/51

27,5

22,0

8*АС-330/43

25,2

22,5

8*АС-300/39

24,0

26,5

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Основная

 

1. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах/ В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; Под общей ред. В.П. Ларионова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.

2. Техника высоких напряжений/ Под ред. Д.В. Разевига. – М.: Энергия, 1976. – 474 с.

3. Техника высоких напряжений/ Под ред. В.П. Ларионова. – М.: Энергоиздат, 1982. – 296 с.

4. Техника высоких напряжений Учебное пособие для вузов, Под ред. Г.С.Кучинского.-СПб:Изд.ПЭИПК 1998.-700 с.

5. Долгинов А.В. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. – М.: Высшая школа, 1968. – 423 с.

 

Дополнительная

6. А.А. Клейн, Н.В. Щеглов. Электрофизические основы электроэнергетики: Учеб. Пособие. / Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. ─ 94 с.

7. Е. Куффель, В. Цоенгль, Дж. Куффель. Техника и электрофизика высоких напряжений. Пер. с англ.: Учебно-справочное руководство/ Е. Куффель, В. Цоенгль, Дж. Куффель-Долгопрудный:Издательский Дом «Интеллект», 2011.-520