Совершенствование расчетных методов молниезащиты и заземляющих устройств в неоднородных грунтах

• Автор: Зубов, Кирилл Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Вологда
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПОСТРОЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭНЕРГООБЪЕКТОВ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Анализ нормативной документации и методов расчета параметров внешней молниезащиты энергообъектов
1.2 Обоснование роли заземляющего устройства в обеспечении требований электробезопасности
1.3 Основные требования к алгоритмам расчета электрических характеристик заземляющих устройств
1.4 Основные принципы расчета заземлителей в многослойных грунтах
1.5 Анализ существующих методов расчета заземлителей в неоднородных грунтах
1.6 Основные задачи исследования
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЗОН ЗАЩИТЫ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
2.1 Автоматизация существующих методов расчета
2.2 Модификация существующих методов расчета
2.3 Реализация метода защитного угла
2.4 Надежность молниезащиты и оценка рисков
2.5 Метод определения ширины смежной зоны защиты парных молниеотводов
2.6 Трехмерное моделирование внешней зоны защиты
Выводы
3 МЕТОД РАСЧЕТА СИСТЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ В НЕОДНОРОДНЫХ ГРУНТАХ
3.1 Граничные условия для определения постоянных коэффициентов ai; Ь] подынтегральной функции в уравнении Лапласа в общем виде
3.2 Потенциальные коэффициенты для двухслойной электрической структуры земли
3.3 Алгоритм расчета подынтегральной функции для n-слойной среды
3.4 Экспоненциальная аппроксимация подынтегральной функции-Ф(7.,го,-г).
3.5 Представление функции в виде суммы экспонент с неизвестными и предварительно выбранными показателями
3.6 Оценка эффективности использования методов экспоненциальной аппроксимации для расчета потенциальных коэффициентов точечных источников тока
3.8 Моделирование электрических полей заземлителей произвольной конфигурации. Организация расчетной модели
3.9 Исследование расчетной модели. Сравнение с результатами других
методов
Выводы
4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ
4.1 Программная реализация разработанных методов
4.2 Расчет параметров внешней молниезащиты электроустановок
4.4 Расчет сопротивления заземлителей опор ВЛ
Выводы
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Листинг функций расчета внешней молниезащиты в
программе «Щит-М»
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Частные решения постоянных а;, Ь,- для трехслойной модели
земли
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Листинг функций расчета потенциала точечного источника в программе «Erdung»
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Листинг функций загрузки данных из бхЕфайла
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акты об использовании результатов работы
АББРЕВИАТУР АгС ОКР АЩЕНИЙ
ЭС - электрическая станция ПС - подстанция
ОРУ - открытое распределительное устройство ОПУ - общеподстанционный пункт управления ЗУ - заземляющее устройство ЛЭП - линия электропередачи ВЛ - воздушная линия
НДТ - нормативно-техническая документация
МП - микропроцессорное
ЭМС — электромагнитная совместимость
ЭМО - электромагнитная обстановка
РЗА - системы релейной защиты и автоматики
ЭВМ - электронно-вычислительная машина
КЗ - короткое замыкание
ТТ - трансформатор тока
ТН - трансформатор напряжения
ОПН - ограничитель перенапряжения
DXF - Drawing Exchange Format (формат обмена графической информацией между CAD-системами)
RWE - Rheinisch-Westfalisches Elektrizitätswerk
FH - Fachhochschule (специальное высшее учебное заведение)
DAAD - Deutscher Akademischer Austausch Dienst (Германская служба академи-

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЗОН ЗАЩИТЫ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
Глава посвящена методам определения параметров внешней молниезащиты с учетом требований отечественной и международной нормативной документации. Реализована математическая модель в виде программы для ЭВМ «Щит-М» в СКМ МаЙгСАГ) для определения внешней зоны защиты системы молниеотводов на высоте защищаемого оборудования с учетом оценки рисков, соответствующих специфике объекта проектирования.
2.1 Автоматизация существующих методов расчета
Возросшие требования к расчету параметров молниезащиты нашли отражение сразу в нескольких документах [12,20,23, 27]. В соответствии с МЭК [27] зона защиты выполняется методом фиктивной сферы, радиус которой соответствует определенному уровню защиты электроустановки. Однако в документе не представлено ни одной формулы для определения радиуса Лх на высоте защищаемого оборудования Их. А задача построения смежной зоны защиты трех молниеотводов методом фиктивной сферы и вовсе не имеет аналитического решения и требует применение численных методов расчета. Поскольку отечественная нормативная документация распространяется на ограниченное количество объектов проектирования, а для использования стандарта МЭК [27] или УЕ)Е [28] отсутствуют соответствующие аналитические выражения, выполнить оптимальную систему молниезащиты при минимальном количестве молниеотводов весьма проблематично. С целью автоматизации процесса проектирования разработана быстродействующая тайюаб-программа «Щит-М» выполняющая расчеты для стержневых и тросовых молниеотводов, рассматриваемых как отдельно, так и совместно в различных комбинациях.