Исследование индуктированных при последующих ударах молнии перенапряжений во вторичных КЛ на объектах электроэнергетики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.12, кандидат наук Косоруков, Антон Владимирович

• Косоруков, Антон Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Косоруков, Антон Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор проблемы

1.1. Классификация электромагнитной обстановки

1.2. Степени жесткости испытаний на помехоустойчивость

1.3. Перенапряжения, вызванные последующими ударами молнии, на объектах электроэнергетики

1.4. Импульс тока последующего удара молнии и степень жесткости испытаний микропроцессорных устройств

1.5. Общий подход к решению задачи расчета перенапряжений во вторичных К Л при последующих ударах молнии в условиях объекта электроэнергетики

1.6. Моделирование механизмов связи источника и приемника помех

1.7. Методы снижения помех, вызванных последующими ударами молнии

1.8. Учет экранирования при расчете индуктированных перенапряжений

1.9. Современные программные средства расчета индуктированных перенапряжений при последующих ударах молнии

1.10.Физические процессы, протекающие при ударе молнии

1.11 .Постановка задачи

2. Методика расчета импульсных полевых помех

2.1. Общая схема расчета

2.2. Расчет электромагнитного поля

2.2.1.БИТО метод: основы, применение в электроэнергетике

2.2.2.Устойчивость вычислений, выбор шага расчета по времени

2.2.3 .Моделирование проводников и задание параметров сред

2.2.4.Граничные условия - идеальный проводник

2.2.5.Граничные условия - открытая граница

2.2.6.Источник воздействия

2.2.7.Расчет токов и напряжений в схеме, расширенное применение программы65

2.3. Расчет переходного процесса в кабельной линии

2.4. Обеспечение взаимодействия подпрограмм расчета эм поля и переходного

процесса

2.5. Программная реализация

2.6. Заключение

3. Расчет индуктированных при последующих ударах молнии перенапряжений в КЛ вторичных цепей для мостовой схемы ОРУ 110 кВ

3.1. Актуальность задачи. Расчетная схема

3.2. Результаты расчетов

3.3. Анализ результатов

4. Оценка влияния горизонтальных заземлителей, проложенных вдоль трассы КЛ вторичных цепей, на уровень индуктированных перенапряжений при последующих ударах молнии

4.1. Актуальность задачи. Расчетная схема

4.2. Результаты расчетов

4.3. Анализ результатов

5. Оценка перенапряжений, связанных с подъемом потенциала заземляющего устройства при импульсных воздействиях, расчет зависимости сопротивления ЗУ от времени при подаче импульсов тока с малым фронтом

5.1. Актуальность задачи. Расчетная схема

5.2. Результаты расчетов

5.3. Анализ результатов

6. Проблемы и перспективы развития исследований перенапряжений в КЛ вторичных цепей, индуктированных при ударах молнии

7. Заключение

Список использованных сокращений

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование индуктированных при последующих ударах молнии перенапряжений во вторичных КЛ на объектах электроэнергетики»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящий момент в энергосистеме России активно внедряется микропроцессорная (МП) техника, заменяющая устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) на электромеханической базе. Новая аппаратура позволяет быстро реагировать на аварийные ситуации, предотвращать их, регистрировать переходные процессы, вести коммерческий учет электроэнергии и автоматизировать управление сложными системами электроснабжения. Однако, данные виды оборудования одновременно являются более чувствительными к воздействию электромагнитных помех, которые могут либо вывести из строя микропроцессорную технику, либо привести к сбою в ее работе (генерированию ложных команд, сбросу уставок и т.п.). Кроме того, в подавляющем большинстве случаев, МП оборудование релейной защиты и автоматики (РЗА) является неремонтопригодным, что приводит к росту убытков, связанных с заменой терминалов в случаи их повреждения.

Многолетний опыт измерений [1] показывает, что уровень электромагнитных помех, воздействующий на вторичные цепи объектов электроэнергетической системы высок, и для таких объектов характерна тяжелая электромагнитная обстановка. Иными словами, величины перенапряжений, напряженностей полей и других электромагнитных воздействий близки к допустимым (испытательным).

Можно выделить следующие каналы воздействия помех на МП аппаратуру:

- по системе электроснабжения (низкое качество показателей электроэнергии в системе, обеспечивающей питание микропроцессорного оборудования),

- через воздействия поля (поля токов молнии и силовых цепей, воздействующих на терминалы РЗА в месте их установки),

- через подходящие контрольные и сигнальные КЛ (воздействие токов КЗ, токов молнии, индуктированных перенапряжений при КЗ и ударах молнии)

Перенапряжения, развивающиеся в контрольных КЛ, приводят к наибольшему числу аварийных ситуаций. Это обстоятельство объясняется,

прежде всего, тем, что такие KJI имеют наибольшую длину и расположены ближе всего к источникам помех. По этим же причинам оценка подобных электромагнитных воздействий на стадии проектирования затруднена, так как требует анализа процессов в разветвленных сетях, а также учета их взаимодействия источника и приемника помех.

Перенапряжения, развивающиеся в контрольных KJI, условно можно разделить на две группы: связанные с увеличением потенциала ЗУ и индуктированные.

В теории расчета заземляющих устройств в последние годы сделан значительный шаг вперед, что отражается в большом количестве публикаций на данную тему и увеличении количества программ для расчета ЗУ. С оценкой индуктированных во вторичных цепях перенапряжений при ударах молнии такого развития не наблюдается.

Данный вид перенапряжений возникает во вторичных цепях довольно часто, а для открытых распределительных устройств (ОРУ) именно он зачастую определяет трассы прокладки KJI вторичных цепей.

Решением подобных задач в разные годы занимались Костенко М.В., Разевиг Д.В., Базелян Э.М., Колечицкий Е.С., Ефимов Б.В., Шишигин C.JL, Коровкин Н.В., Гайнуллин P.A., Потапов В.В., Садовская Е.Ю., и др.

Данная работа посвящена оценке индуктированных перенапряжений во вторичных KJI при последующих ударах молнии, которые подробно не рассматривались в работах упомянутых авторов или рассматривались с применением упрощенных моделей энергообъектов.

1. ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ

В начале данной главы изложены общие сведения о проблеме электромагнитной совместимости: приведены основные понятия, используемые в практике проектирования, указаны критерии обеспечения ЭМС и классификация ЭМО. В значительной степени эти сведения соответствуют работам [2] и [3], которые, на взгляд автора, дают наиболее полное представление о проблеме ЭМС в целом. Особое внимание уделено характерным проблемам ЭМС на объектах электроэнергетики и особенностям самих объектов. Далее речь идет о проблеме перенапряжений в К Л вторичных цепей при последующих ударах молнии: нормировании воздействия, основных факторах, которые необходимо учитывать при выполнении оценок перенапряжений такого вида, а также способах их ограничения. В завершении высказаны общие требования к алгоритму решения задачи оценки величины перенапряжений.

1.1. Классификация электромагнитной обстановки

Под электромагнитной обстановкой (ЭМО) согласно [4] следует понимать совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах. То есть ЭМО характеризует интенсивность электромагнитных воздействий различного происхождения на какой-либо объект. В электроэнергетике под такими объектами, как правило, понимают устройства РЗА [3]. В настоящее время из-за более низкой, чем у электромеханических устройств, стойкости микропроцессорного оборудования РЗА к величинам электромагнитных воздействий под устройствами РЗА, как правило, понимают именно микропроцессорную технику. Кроме того, именно с появлением подобного оборудования в состав проектной документации был включен том «Электромагнитная совместимость».

МП оборудование эксплуатируется в системах измерения, контроля и управления во многих отраслях промышленности. Естественно, что ЭМО из-за сильного различия в условиях их эксплуатации будет значительно отличаться на

разного рода объектах. Таким образом, обеспечение одинаковой стойкости МП оборудования к электромагнитным воздействиям экономически не целесообразно. Для того чтобы сформулировать требования, предъявляемые к различным устройствам по отношению к стойкости к электромагнитным воздействиям, была принята классификация ЭМО [2]: Класс 1. Легкая электромагнитная обстановка:

- осуществлены оптимизированные и скоординированные мероприятия по подавлению помех, защите от перенапряжений во всех цепях;

- электропитание отдельных элементов устройства резервировано, силовые и сигнальные цепи выполнены раздельно;

- имеются заземляющие устройства, прокладка кабелей, экранирование произведены в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости;

- климатические условия контролируются и приняты специальные меры по предотвращению разрядов статического электричества.

Класс 2. Электромагнитная обстановка средней жесткости:

- цепи питания и управления частично оборудованы помехозащитными устройствами и устройствами для защиты от перенапряжений;

- отсутствуют силовые выключатели, устройства для отключения конденсаторов, катушек индуктивности;

- электропитание устройств осуществляется от сетевых стабилизаторов;

- имеется тщательно выполненное заземляющее устройство;

- предусмотрено регулирование влажности воздуха, материалы, способные электризоваться трением, отсутствуют;

- применение радиопереговорных устройств, передатчиков, запрещено.

Такая ЭМО типична для диспетчерских помещений, промышленных предприятий, электростанций и подстанций. Класс 3. Жесткая электромагнитная обстановка:

- защита от перенапряжения в силовых цепях и цепях управления не предусмотрена;

- повторного зажигания дуги в коммутационных аппаратах не происходит;

- имеется заземляющее устройство;

- провода электропитания, управления и коммутационных цепей недостаточно разделены;

- кабели линий передачи данных, сигнализации, управления разделены;

- относительная влажность воздуха поддерживается в определенных пределах, нет материалов, электризуемых трением;

- использование переносных радиопереговорных устройств ограничено (установлены ограничения приближения к приборам на определенное расстояние);

Такая ЭМО характерна для индустриальных цехов, ЭС, помещения релейных панелей ПС.

Класс 4. Крайне жесткая электромагнитная обстановка:

- защита в цепях управления и силовых контурах от перенапряжения отсутствует;

- имеются коммутационные устройства, в аппаратах которых возможно повторное зажигание дуги;

- существует неопределенность в выполнении заземляющего устройства;

- нет пространственного разделения проводов электропитания, управления и коммутационных цепей;

- управление и сигнализация осуществляется по общим кабелям;

- допустимы любая влажность воздуха и наличие электризуемых трением материалов;

- возможно неограниченное использование переносных переговорных устройств;

- в непосредственной близости могут находиться мощные радиопередатчики;

- вблизи могут находиться дуговые технологические устройства (электропечи, сварочные машины и т.д.)

Типичными для этого класса являются территории вблизи промышленных предприятий, электростанций, распределительных устройств (РУ) среднего и

высокого классов напряжения, на которых не предусмотрены специальные меры по обеспечению электромагнитной совместимости.

Таким образом, для объектов электроэнергетики характерна ЭМО класса 3 и 4.

1.2. Степени жесткости испытаний на помехоустойчивость

Для того чтобы уменьшить возможный экономический ущерб от выхода из строя или неправильной работы МП его подвергают испытаниям на стойкость к воздействиям различного рода электромагнитных воздействий. Уровни помехоустойчивости соответствуют классам ЭМО и определяются степенью жесткости испытаний (по МЭК: классом стойкости) оборудования.

Уровни электромагнитных воздействий в условиях эксплуатации в общем случае являются случайными величинами с нормальным распределением вероятности появления. Действительно, уровень перенапряжений при последующих ударах молнии сильно зависит от формы импульса тока молнии, а она, в свою очередь, от большого числа случайных величин: заряда облака, проводимости канала, параметров первого удара и т.п.

С другой стороны, функция распределения вероятности нарушения помехоустойчивости (при испытаниях, фактически, нарушения работы или повреждения оборудования) начиная с некоторого уровня воздействия становится отличной от нуля и возрастает, пока не становится равной 1, то есть пока воздействие не становится абсолютно разрушительным для системы (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Кривая плотности вероятности уровня воздействия (1) и функция распределения помеховосприимчивости к нему (2)

Полная электромагнитная совместимость МП оборудования обеспечивается в случае, если кривые 1 и 2 на рис. 1.1 не пересекаются.

Уровни испытательных напряжений выбирают таким образом, чтобы они превышали соответствующие характерные уровни воздействий для каждого класса ЭМО, а с другой стороны были меньше заданного уровня восприимчивости МП устройств. Таким образом, формируются требования к испытательным воздействиям для каждой степени жесткости испытаний.

1.3. Перенапряжения, вызванные последующими ударами молнии, на объектах электроэнергетики

Как показывает опыт эксплуатации самыми опасными для МП аппаратуры, как правило, являются перенапряжения, возникающие в контрольном кабеле, проходящем по территории РУ. Причинами таких перенапряжений являются: переходные процессы в высоковольтной сети при коммутациях и коротких замыканиях, а также удары молнии в систему молниезащиты. Можно сказать, что для К Л, проходящей по РУ, характерны следующие условия: - близость к источникам помех большой энергии,

- наименьшее экранирование (нет массивных проводящих конструкций вдоль трассы).

В общем случае можно сказать, что количество коммутаций в высоковольтной сети больше, чем количество ударов молнии (для не горных районов). Помехи, вызванные коммутациями (КЗ), возникают из-за резкого изменения напряжения на шинах высокого напряжения, которое приводит к появлению колебательных затухающих импульсов тока (или серию импульсов в случае повторных зажиганий дуги). Амплитудное значение тока в переходном процессе пропорционально изменению напряжения А1/. Так как значительная часть коммутаций и все КЗ приводят к изменению напряжения на шинах РУ от номинального до величины близкой к нулю, то амплитуда тока в высоковольтной сети, и, следственно, величина индуктированных перенапряжений в контрольном кабеле пропорциональна классу напряжения электроустановки.

Из опыта эксплуатации известно, что при отсутствии дефектов монтажа нарушение требований ЭМС при коммутациях разъединителями характерны для ОРУ и КРУЭ 330 кВ и выше [5,6]. На небольших по размерам ОРУ 220 и 110 кВ (до 6 присоединений) случаи неправильной работы автоматики при коммутациях автору не известны. Напротив, для таких электроустановок особенно остро стоит проблема ограничения перенапряжений при ударах молнии. Это связано с тем, что площадь ОРУ 220 и 110 кВ мала. Так как количество ПС данного класса напряжения весьма велико, то при их строительстве уменьшение землеотвода -весьма актуальная задача. Таким образом, источники помех, молниеотводы, располагаются вблизи от кабельных трасс. Такая ситуация еще больше усугубляется при применении компактных схем с КРУЭ наружного исполнения. Стоит отметить также то, что стремясь уменьшить землеотвод, проектировщики зачастую прибегают к применению портальных молниеотводов, а так как конструкции ОРУ 220 и 110 кВ не позволяют нести большую механическую нагрузку, то высоты тросостоек и молниеприемников оказываются ограниченными, вследствие чего растет и количество молниеотводов.

Столь негативная ситуация для ОРУ 220 и 110 кВ смягчается за счет снижения вероятности попадания молнии в территорию РУ. Применение ЗРУ в большинстве случаев помогает избежать проблем с перенапряжениями при ударах молнии, однако, экономически выгодным данное решение оказывается только в городах и при негативных климатических или экологических условиях.

Несмотря на то, что перенапряжения при коммутациях являются основной причиной нарушения требований ЭМС в электроустановках 330 кВ и выше, оценка индуктированных перенапряжений при ударах молнии также является важной составляющей процесса проектирования и также оказывают влияние на расположение трасс кабельных линий. Дело в том, что редкие события ударов молнии в территорию РУ часто приводят не просто к ложной работе МП устройств, что характерно для перенапряжений из-за коммутаций, а к их полному разрушению, из-за того, что энергия помехи велика. Кроме того, из-за больших габаритов пролетов молниеотводы равномерно располагают вокруг высоковольтного оборудования, тем самым закрывая для КЛ подходы к нему и ставя перед проектировщиком сложную задачу - провести КЛ одновременно перпендикулярно или на удалении от ошиновки и молниеотводов.

Именно на ОРУ 330 кВ и выше воздействие тока молнии на КЛ происходит в основном не через заземляющее устройство (ЗУ - точка заземления жил или экранов КЛ - КЛ - МП оборудование), а через электромагнитное поле, то есть перенапряжения являются индуцированными. Это объясняется большей длиной кабельной трасс, при которой ситуация наличия близкого прохода трассы КЛ от молниеотвода встречается чаще, чем наличия молниеотвода в непосредственной близости у нагрузки КЛ. Характерным признаком повреждения оборудования РЗА из-за воздействия индуктированных перенапряжений при ударах молнии является его разрушение без повреждения изоляции КЛ (естественно, в сочетании с фактом удара молнии).

Следует отметить, что, несмотря на формальное деление каналов воздействий на КЛ на два типа: по ЗУ и через поле, даже при наличии

заземленных жил у концевых устройств и при близком расположении молниеотвода, оба эти механизма передачи воздействия всегда действуют одновременно.

1.4. Импульс тока последующего удара молнии и степень жесткости испытаний микропроцессорных устройств

На стадии проектирования при разработке тома «Электромагнитная совместимость» согласно [7] необходимо рассматривать вопрос об ограничении перенапряжений при последующих ударах молнии в систему молниезащиты ПС.

Параметры любого импульса тока молнии - случайные величины, то есть изменяются в широких пределах, а каждый диапазон характеризуется некоторой вероятностью появления.

В задачах оценки грозовых перенапряжений применяется вероятностный подход оценки надежности работоспособности системы. При расчетах принято варьировать одновременно время фронта и амплитуду тока молнии, получая кривую опасных токов. Далее, исходя из вероятности появления воздействий с данными параметрами, делается прогноз надежности работы системы в целом. При этом вероятность аварии остается не нулевой, а требования к надежности выдвигается на основе сравнения с опытом эксплуатации.

Данный подход лучше отражает особенности процесса, но при оценке индуцированных перенапряжений при последующих ударах молнии его применение в современных условиях нецелесообразно. Причина состоит в том, что увеличение числа моделируемых элементов электроустановки для повышения точности расчетов и так требует значительного увеличения расчетного времени (до суток и более). Если же такие расчеты необходимо будет многократно повторять, варьируя амплитуду и время фронта воздействия, то решить задачу в приемлемые сроки (срок проектирования объекта) станет невозможно.

В такой ситуации в [7] был отражен подход стандартизации воздействия, то есть фиксирования параметров импульса тока молнии. Этот подход находится в

согласии с мировыми тенденциями, в частности с подходами МЭК, и в целом, характерен для инженерного применения.

Параметры импульса тока молнии выбраны таким образом, чтобы быть близкими к максимально жесткими. Выбор такого уровня - результат договоренности экспертов. Он должен позволять при конкретных условиях технико-экономического развития произвести выбор приемлемых для применения на объектах электроэнергетики мер защиты от такого воздействия.

Так в качестве стандартного воздействия в [7] были приняты параметры последующего импульса тока молнии, приведенные в стандарте МЭК [8], которые зависят от класса молниезащиты объекта (фактически, назначения объекта капитального строительства). Параметры приведены в таблице 1.1 При этом форма импульса описывается уравнением вида:

I

У

-г

/ = -• Ч1/ 1П-е'2 (1.1)

к (г V0

1 +

У

В выражении (1.1), каждому классу молниезащиты соответствуют параметры из таблицы 1.2.

Для ПС энергосистемы в общем случае класс молниезащиты принимают равным IV. В некоторых случаях по решению заказчика требования к надежности молниезащиты мо1ут быть усилены. Для зданий ядерных островов на АЭС используют требования к I классу молниезащиты. На рис. 1.2 показана зависимость тока молнии от времени для Ш-1У классов молниезащиты.

Таблица 1.1 - Параметры последующего импульса тока молнии

Уровень защиты I II ИМУ

Амплитуда тока молнии, кА 50 37,5 25

Средняя крутизна, кА/мкс 200 150 100

Время фронта, мкс 0,25 0,25 0,25

Длительность импульса, мкс 100 100 100

Таблица 1.2- Параметры для расчета формы импульса тока последующего удара молнии

уровень защиты I II 111-1У

/, кА 50 37,5 25

к, 0,993 0,993 0,993

t^, мкс 0,454 0,454 0,454

¿2, МКС 143 143 143

МКС

Рис 1.2 Фронт импульса тока последующего удара молнии согласно МЭК 62305

По мнению некоторых представителей проектных организаций [9], параметры импульса тока молнии должны выбираться индивидуально для каждого объекта на основе ожидаемого количества ударов молнии в него за срок эксплуатации. То есть параметры импульса тока молнии - функция геометрических размеров объекта, чем больше объект - тем больше амплитуда импульса тока молнии. Предлагается использовать математическое ожидание амплитуды импульса тока молнии в случае, если ожидаемое число ударов молнии за срок эксплуатации равно 1. Однако такой подход автор считает не приемлемым по следующим причинам:

1. Требования ЭМС должны выполняться при любом числе ударов молнии в объект с некоторой, довольно высокой вероятностью. Вероятность появления импульса тока молнии с амплитудой большей, чем указано в стандарте МЭК -5%. При 1 ударе молнии за срок эксплуатации применение норм МЭК дает надежность равную 95%, а «альтернативного» подхода - 50%.

2. Число ударов молнии зависит от геометрических характеристик объекта, которые изменяются в процессе эксплуатации, а трассы КЛ и вторичное оборудование первых очередей при этом остаются в работе. Таким образом, при расширениях понадобится полностью перерабатывать проектную документацию по ЭМС. В случае если окажется, что старое оборудование при новых параметрах импульса тока молнии перестанет удовлетворять требованиям ЭМС, придется реконструировать кабельные сооружения существующей части ПС. Такие работы, проводимые в условиях действующей электроустановки и вблизи от КЛ автоматики под напряжением, потребуют значительных затрат и на некоторое время снизят надежность работы объекта.

3. Параметры импульса тока молнии не зависят от геометрических параметров объекта (случайная величина), таким образом, и расчетное воздействие при проектировании не может зависеть от компоновочных решений.

Воздействия со столь коротким фронтом является, в первую очередь, источником именно индуцированных перенапряжений (в ЗУ такой импульс тока

будет сильно затухать при распространении даже на небольшое расстояние), которые, в свою очередь, вызывают в KJI переходный процесс. Чаще всего такой процесс имеет характер либо затухающих колебаний, либо апериодического процесса с наложенными затухающими колебаниями. На рис. 1.3 показан результат расчета напряжения на конце KJI при ударе молнии вблизи от нее в программе Interference. Характер процесса зависит от особенностей трассы KJI и концевых нагрузок. Во многих случаях первый максимум оказывается большим по величине, чем последующие. В таблице 1.3 указаны величины испытательных напряжений [10] при воздействии на терминалы РЗиА затухающих колебаний напряжения. А в таблице 1.4 величины испытательных напряжений при испытаниях на устойчивость к импульсам большой энергии [11]. Как правило, при определении электромагнитной обстановки полученное амплитудное значение напряжения сравнивают с испытательными воздействиями импульсов большой энергии.

Вследствие того, что элементы системы молниезащиты для объекта электроэнергетики находятся вблизи от кабельных трас, как правило, требуется обеспечить ЭМО, которая позволила бы нормально эксплуатировать терминалы, прошедшие испытания по программе 4 степени жесткости.

Необходимо отметить, что, несмотря на то, что амплитуда испытательного импульса для четвертой степени жесткости (самые жесткие испытания) составляет 4 кВ, производители микропроцессорной аппаратуры иногда испытывают ее импульсами с амплитудой 5 кВ.

и, кВ

Рис 1.3 Расчетная зависимость напряжения от времени на конце КЛ при последующем ударе молнии вблизи от нее

Таблица 1.3 - Степени жесткости и нормируемые уровни испытаний при воздействии напряжением затухающих колебаний __

Степень жесткости Синфазное Противофазное

напряжение, кВ напряжение, кВ

1 0,5 0,25

2 1 0,5

3 2,5 1

Таблица 1.4 - Степени жесткости и нормируемые уровни испытаний при воздействиях импульсов большой энергии _

Степень жесткости Амплитуда импульса

напряжения (±10%), кВ

1 0,5

2 1,0

3 2,0

4 4,0

1.5. Общий подход к решению задачи расчета перенапряжений во вторичных КЛ при последующих ударах молнии в условиях объекта электроэнергетики

На стадии разработки компоновочных решений объекта необходимо определить места прокладки вторичных КЛ. Как было сказано выше, значительное влияние на конфигурацию трасс оказывает требование ограничить перенапряжения при последующих ударах молнии.

Как и во многих других задачах электромагнитной совместимости, задача расчета таких перенапряжений может быть разделена на две части. Первая часть -задача расчета воздействия на вторичную цепь источником, находящимся в произвольном положении относительно нее. В качестве источников выступают элементы электроустановки - проводящие коммуникации и канал молнии, по которым распространяется ток молнии. По сути, первая задача - задача расчета электромагнитного поля или, как часто ее называют, задача моделирования связи источника и приемника помех [12]. Результатом решения первой задачи становятся параметры источников воздействия для второй задачи - задачи расчета переходного процесса в самой КЛ. В данной работе результатом расчета электромагнитного поля является величина напряженности электрического поля, воздействующая на единицу длины КЛ, то есть величина ЭДС источника помехи. Причем напряженность поля рассчитывается без учета изменения параметров среды за счет самой КЛ.

Так как КЛ, в большинстве случаев, подвержена воздействию помех на значительной части своей длины, то источник ЭДС помехи во второй задаче оказывается распределенным по пространству (длине КЛ).

За счет эффекта экранирования жилы КЛ кабельным экраном и коммуникациями кабельных сооружений ЭДС, воздействующая на жилы КЛ, оказывается значительно меньшей, чем в случае одиночной К Л [13].

При характерной длине КЛ от 50 метров и более задача расчета переходного процесса в КЛ при столь малом фронте воздействия требует рассмотрения кабеля

как системы с распределенными параметрами. Для решения такой задачи используется теория длинных линий, основанная на следующих допущениях:

- диаметр проводников и расстояние между ними (или между проводником и землей) меньше длины волны;

- между токами, протекающими по различным элементам линии, отсутствует взаимное влияние, наведенные токи не влияют друг на друга посредством излучения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Косоруков, Антон Владимирович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борисов Р.К. и др Невнимание к проблеме ЭМС может обернуться катастрофой //Информационно-справочное издание «Новости Электротехники» №6(12), 2001. С.9-11.

2. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К., Кужекин И.П., Жуков A.B. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике./ Под ред. А.Ф. Дьякова.-М.: Энергоатомиздат, 2003.-768 с

3. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике/ пер. с нем. И.П. Кужекин./Под ред. Б.К. Максимова.-М.:Энергоиздат, 1995.-297 с.

4. ГОСТ 30372-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. — М. : ИПК Издательство стандартов, 2001. — 11 с.

5. Матвеев М., Кузнецов М., Власов Н. ЭМС систем пожарной автоматики// Информационно-справочное издание «Новости Электротехники» №1(73), 2012.

6. Информационное письмо ОАО «ЦИУС ЕЭС» ЦО/РВ/1225 от 28.12.2009 «О выполнении требований по ЭМС»

7. СТО ОАО «ФСК ЕЭС» 56947007-29.240.044-2010. Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых объектах ЕНЭС. — М. : 2010. — 147 с.

8. IEC 62305-1. Protection against lightning -Part l:General principles. - Geneva: IEC Central Office, 2006. - 144 c.

9. Матвеев M. и др. Выбор параметров импульса молнии для защиты микропроцессорной аппаратуры и ее цепей// Информационно-справочное издание «Новости Электротехники» №4(70), 2011.

10. ГОСТ Р 51317.4.12-99 (МЭК61000-4-12-96). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебательным затухающим помехам. Требования и методы испытаний. — М. : ИПК Издательство стандартов, 2000. — 34 с.

11. ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний. — М. : ИПК Издательство стандартов, 2000. — 31 с.

12. Н. В. Коровкин, Т. Г. Миневич, Ф. Теше, М. Яноз Математические методы анализа электромагнитной совместимости в энергетике и электротехнике - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - 279 с.

13. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования. - Д., Энергия, 1975.-112 с.

14. Шишигин C.JÏ. Разработка методов анализа и синтеза электромагнитных полей электротехнических устройств с сильными токами: диссертация доктора технических наук: 05.09.05 — СПб, 2010. — 220 с.

15. Нестеров C.B. Метод расчета заземляющих систем произвольной конфигурации в неоднородных грунтах : диссертация кандидата технических наук : 05.14.12 - Новосибирск, 2005. 128 с.

16. Матвеев М., Кузнецов М., Власов Н. Защита вторичных цепей на подстанциях и электростанциях// Информационно-справочное издание «Новости Электротехники». 2007. № 4(46).

17. Обеспечение электромагнитной совместимости при проектировании заземляющих устройств энергообъектов / Борисов Р.К., Смирнов М.Н., Тарасова Т.Н., Дворникова А.Б. // Третья Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского. - Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2008, с 103-110

18. Практические вопросы заземления экранов контрольных кабелей марки КВВГЭ /Прохоренко C.B., Обухов C.B., Панченко В.АЛ Третья Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского. - Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2008. с. 181190

19. Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издание. - СПб.: Издательство Диан,2008.- 1168 с.

20. СО 153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. - М.: ЦПТИ ОРГРЭС,2004. - 31 с.

21. Зоричев А. Зоновая концепция. Молниезащита // Информационно-справочное издание «Новости Электротехники» №27 и 28, 2004.

22. СО 34.35.311-2004 Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 69 с.

23. Петров С.Р. Расчет электромагнитных помех в линиях контроля и управления// «Технологии ЭМС» №1, 2006.

24. Косоруков А.В. Анализ влияния импульсного сопротивления заземления опор BJI и аппаратов ПС на грозозащищенность оборудования./ Сборник научных трудов. Моделирование переходных процессов и установившихся режимов высоковольтной сети. - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2009.

25. Богатенков М.И., Бочаров Ю.Н., Гумерова Н.И. и др. Техника высоких напряжений./ Под ред. Кучинского Г.С. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-ние, 2003. - 608 с

26. Allen Taflove and Susan С. Hagness. Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 2rd ed.-Boston: Artech House Publishers. ISBN 158053-076-1, 2000.- 852 стр

27. Куклин Д.В. Расчет переходного сопротивления заземлителей энергетических устройств. / Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН №3, 2011, с.116-119

28. Eduardo Т. Tuma, Ronaldo О. dos Santos and Carlos Leonidas da S.S. Sobrinho Transient analysis of parameters governing grounding systems by the FDTD Method

29. Grcev, L. Computer analysis of transient voltage in large grounding systems IEEE Trans, on Power Delivery, Vol. 11, № 2, p. 815-823, April 1996

30. Ricardo H. Т. Chamie Filho, Rodrigo M. S. de Oliveira, Carlos Leonidas da S. S. Sobrinho. Simulations of Lightning Strokes near Transmission Lines in Urban invironments by Using the Finite-Difference Time-Domain Method/ Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 8, No. 1, June 2009- 114 p

31. Закиров A.B., Левченко В.Д. Эффективный алгоритм для трехмерного моделирования распространения электромагнитных волн в фотонных кристаллах: Препринт / ИПМ. — М., 2008. — № 21. — 20 с.

32. К. Chamberlin and L. Gordon. Modeling Good Conductors Using the Finite Difference Time Domain Technique, IEEE Trans. EMC, vol 37, № 2, pp210-216, 1995

33. Y. Taniguchi, Y. Baba, N. Nagaoka, A. Ametani An Improved Arbitrary-Radius-Wire Representation for FDTD Electromagnetic and Surge Calculations IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 56, № 10, 2008

34. Белоедова И.П., Елисеев Ю.В., Колечицкий E.C. и др. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 2-е изд., перераб. и доп. - 248 с.

35. Y. Taniguchi, Y. Baba, N. Nagaoka, A. Ametani An improved arbitrary-radius-wire representation for FDTD Electromagnetic and Surge Calculations/ International Conference on Power Systems Transients (IPST2009) Kyoto, Japan

36. Зеленин А. Сравнение граничных условий [электронный ресурс]//Решение уравнений Максвелла методом FDTD. Режим доступа: http://zfdtd.narod.ru/method/abc.htm (дата обращения: 10.11.2011).

37. J. P. Berenger. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves/ Journal of computational physics, 1994

38. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике: учебник для вузов / А.Ф. Дьяков, Б.К. Максимов, Р.К. Борисов, И.П. Кужекин, А.Г. Темников, А.В. Жуков; под ред. чл.-кор РАН, дтн, проф. А.Ф.Дьякова. - 2 изд., испр. и дополн. -М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - 544 с.

39. Волновые процессы и перенапряжения в подземных линиях/ Ефимов Б.В. и др. - JL: Энергоатомиздат, 1991, 232 с.

40. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Под научной редакцией H.H. Тиходеева. - 2-е изд. - СПб: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. - 355 с.

41. Э.М. Базелян. Нормирование молниезащиты в России. Основные проблемы и пути совершенствования. // Третья Российская конференция по молниезащите: Сборник докладов / - СПб, 2012, с. 372-382

42. Разработка схем замещения заземлителей опор ЛЭП по результатам импульсных измерений. / Гумерова Н.И., Ефимов Б.В., Селиванов В.Н., Дроздова О.В., Малочка М.В. // Сборник докладов десятой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности ЭМС - 2008: Санкт-Петербург, 2008, с.70 - 74.

43. Борисов Р.К., Смирнов М.Н., Коломиец Е.В. Определение наведенных перенапряжений во вторичных цепях при ударах молнии в молниеотводы подстанций.// Третья Российская конференция по молниезащите: Сборник докладов / - СПб, 2012. с. 441- 442

44. Борисов Р.К., Колечицкий Е.С. Анализ погрешностей методов расчета и диагностики заземляющих устройств // Третья Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского. -Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2008.