ТРЕТО СОВЕТУВАЊЕ
Охрид 3-6 октомври 2001
Ристо Миновски МК0300041 Воислав Јанков, Електротехнички факултет, Скопје,
СТЕПЕН НА ДОВЕРЛИВОСТ НА ИЗОЛАЦИЈАТА НА 400 КУ ВОД "СКОПЈЕ IV- БИТОЛА II" ОД
АТМОСФЕРСКИ ПРЕНАПОНИ ПРИ
"РЕДУЦИРАНА" ЗАШТИТА НА ВОДОТ СОДРЖИНА
Во трудот се изнесени резултатите од истражувањата на доверливоста на водот
"Скопје IV- Битола П" поради атмосферски празнења за услови кога водот требало еден период да работи без едно земјоводно јаже односно со "редуцирана" заштита
Клучни зборови: Вод, изолација, доверливост, земјоводно јаже АВЅТКАСТ
ТМѕ рарег ргеѕеп1ѕ Ље геѕиИѕ оѓ Ше Н§Н1пт§ регѓогтапсе ѕигуеу оѓ 1Не 400 М {гапѕпиѕѕшп Нпе ЅЈсорје 4 - В^оЈа 2. ТНе ѕшду соуегѕ Ље репоЈ \^Неп Ае 1ше шаѕ рш т1о орега11оп тИл оп!у опе тѕ1еас! оѓ Мо ѕМеЈШп^ \у!геѕ.
: Тгапѕт!ѕѕ1оп 1ше, геПа^ИИу ап<1 ѕН1еШ1п§
1 ВОВБД
Стандардиге ШС 71-1, 71-2 за координација на изолацијата во потполност го при- фаќаат статистичкиот приод на координација на изолацијата. Истите поаѓаат од принципот дека пренапоните и прескоците на изолацијата се случајни величини Прена- поните се претставуваат со нивните закони на распределба, односно со нивните бројни параметри. Прескоците на изолацијата се дефинирани со кривите на веројатност за прес- кок, односно со кривите на ефект.
За таа цел, како во [1], се усвојува прифатлив годишен број на прескоци од атмо- сферски празнења на 100 1оп од водот како мерило за доверлива работа на водот, а потоа се проверува така усвоениот коефициент на доверливост. Притоа може да се прифати усвоеното решение за изолацијата на водот (ако е бројот на испади еднаков или помал од усвоениот) или се вршат некои корекции, ако е тој број поголем.
Водот "Скопје IV- Битола П" во погон е пуштен во ноември 1996 година Првите неколку месеци од работата, поради ненавремена испорака на едното земјоводно Јаже опремено со оптички кабел за пренос на информации водот требало да работи само со едно земјоводно јаже.
Се постави прашан>ето:
"КоЈ ќе биде степенот на доверливост на водот како резултат на деЈството на атмосферските празнења, ако истиот работи со едно земЈоводно јаже, односно со "ре- дуцирана" заштита од атмосферски опразнења?" ([2]).
РЗЗ-02
2.1 Дефиниција на проблемот
Статистичкиот приод генерално бара решавање според следниот математички мо- дел
- дефинирање на бројот на прескоците на изолациониот систем во тек на определен временски период како резултат на дејствување на пренапоните врз целиот изолационен систем на водот;
- осознавање на влијателните множества пренапони дефинирани со помош на нив- ниот закон на распределба, и
- дефинирање на карактеристиките на изолациониот систем за соодветни напонски напрегања.
Ако прескокот на изолациЈата под дејство на пренапон со случаЈна вредност и на- станува со веројатност Р(и) а густината на веројатност за да се појави пренапон на изола- циониот систем со Ди), тогаш веројатноста за прескок на изолацијата, односно ризикот ќе биде.
К=]/(и)Р(и)<1и. (1) Ако ризикот /? е однапред дефинирана величина, тогаш на неговата вредност може да се влијае со промена на Ди) односно Р(и)
2.2 Параметри на атмосферското празнење
Основен параметар на атмосферското празнење релевантен за анализа на прена- поните при удар на молња врз електроенергетските објекти е амплитудата на струјата на молњата / [1сА] и нејзината стрмина Ѕ [1сА/// ѕ]. Тоа се статистички величини кои се мену- ваат според нормално-логаритамскиот закон на распределба, со густина.
(2) со следните параметри-
х = |7 = 25 1сА; 5 = 12,5 ст = {<7, =0,72; <75=0,58?}
Меѓу сите празнења најголемо значење за избор на заштитата од атмосферски пра- знења имаат ударите од облакот на земјата ТраекторИЈата на каналот на молњата се отк- лонува од вертикалата меѓутоа во отсуство на валиден закон за распределба на аголот на отклон, во ваквите анализи се работи само со вертикални удари.
За ударното растојание се нудат повеќе изрази, меѓутоа во трудот е усвоен изразот (4), КОЈ е препорачан од работната група на ШЕЕ ([3])
/? = 8 /°'65, [т, 1сА]. (4)
23 Моделирање на карактерисгиките на изолацијата
При моделирање на изолацијата на водот е користена У-Ѕ карактеристика на изолацијата, дадена со (5), ([3]):
(5) За носечките I синџири, како и за носечките V синџири е К{ = 0,893 и К2 = 1,575 Врбдностите дадени со (5) се средни вредности на прескочните напони, додека се- која вре,тк>ст на прескочниот напон е статистичка величина која подлегнува на нор- малниот закон на распределба со дадено отстапување (табела 3).
Во средината на распонот, прескочниот напон помеѓу фазните спроводници и заш- титното јаже (јажиња) зависи од нивното меѓусебно растојание. Според [3], 50% вредност на прескочниот напон 1,2/50, за вообичаените растојанија меѓу спроводниците и заштит- ните јажиња може да се пресмета според изразот
Во (6) со О е означено растојанието помеѓу фазниот спроводник и заштитното Јаже во средината од распонот.
2.4 Ризик за прескок на изолацијата на водот поради директен удар на молња
Број на удари на молња на надземните водови. Во трудов е користен електроге- ометрискиот метод за определување на бројот на директните удари на водот Моделот е прилагоден така што може да се селектираат ударите во поедините негови дело^ч (земјоводно јаже, фазен спроводник или столб, [4]).
Мерка за изложеност на објектот р на атмосферски празнења е неговата експони- рана површина. Експонираната површина, согласно со основните постулати на електроге- ометрискиот модел, зависи само од амплитудата на струјата на празнењето но не и од неговата стрмнина. Следствено, бројот на директните празнења во објектот С! може да се определи со
(7) каде што:
//{ - срвден бро) на атмосферски празнења на единица површина и единица врвме и се однесува на регионот каде што објектот се наоѓа;
Ае(/)- изложена површина од објектот за амплитуда на струјата на празнењето /.
Вкупниот број на директни празнења што водот ќе ги прими на себе е определен со сумата:
(8)
Прескоци на изолацијата на водот поради директен удар на молња. Кога се збо- рува за прескоци поради директни удари на молња во елементите на водот, треба да се води сметка дека прескокот на мора да настане на изолаторскиот синџир, туку и на воз- душното растојание во внатрешноста на распонот. Тоа посебно се однесува на празнењата што ќе завршат во заштитното јаже, подалеку од столбот И покрај тоа што највисокиот напон притоа ќе бвде индуциран на местото на празнењето, диелектричната цврстина во внатрешноста од распонот ја надминува диелектричната цврстина на изолаторот на столбот. Затоа, иако можни, прескоците на воздушното растојание кај распонот по зачестеност се занемарливо малку во однос на прескоците кај столбот ([5]) и во понатаЈпОпгаата анализа ќе бидат занемарвни.
Бројот на прескоците (набљудувано на еден изолаторски синџир), што ќе настанат како резузлтат на директното празнење во објектот <2 се дадени со (9)
каде што /^ (5) е најмалата амплитуда на празнењето со стрмина 5 КОЈЗ предизвикува нре- скок на изолацијата на водот.
Парцијалниот ризик за прескок поради директно празнење во обЈектот <3 е однос помеѓу бројот на прескоци (9) и бројот на директни празнења (7) во објектот (}
(10)
Парцијалниот ризик се однесува само на прескоците на еден изолаторски синџир Во зоната на дејствување на пренапоните на 400 1сУ вод се наоѓаат изолаторите на само еден столб. Поради тоа еквивалентните парцијални ризици може да се претстават со (11) Притоа, двофазните и трифазните прескоци се занемарени како неверојатни за ово напонско ниво, што всушност се покажа и од досегашната експлоатација на ПОСТОЈНИТС 400 1сУ водови
Очекуваниот број на прескоци поради директно празнење во обЈектот ^ (фазнк спроводници, столб или заштитни јажиња), знаејќи го еквивалентниот парциЈален ризик. е определен со (12).
Согласно со тоа, вкупниот број на прескоци поради директен удар во било КОЈ епе- мент од водот е даден со (13)
р = р'«- + р"о* + р>™ (13) Еквивалентниот ризик за прескок поради директен удар на молња во било КОЈ еле- мент од водот е.
Р р/«»
(14) Индуциран напон на изолаци/ата на водот. За да се определи најмалата амплитуда на празнењето КОЈЗ ќе предизвика прескок, потребно е да се определи индуцираниот напон на изолацијата на водот Притоа е користена стандардната методологија, препорачана и детално опишана во [5], а базирана на методот на карактеристики. При определување на индуцираниот напон на изолацијата, земено е во предвид и влијанието на работниот напон со очекувана вредност од 210 1сУ со спротивен поларитет За секоја стрмина на струЈата на празнењето, се определува минималната амплитуда /^ со која е исполнет условот за прескок на изолацијата:
^««)>{/у-,(0. (15)
Ризик за испад на водот, Применувајќи ја гореизнесената методолгија може да се определи бројот на испади на водот (16)
= Л N.. 1слру, [испади/година] (16) каде се
К- ризик (веројатност) за прескок на изолацијата (14);
МЉг- број на удари на молњата во водот со должина 100 1ст во хек на една година
(8);
1сАРУ- коефициент кој води сметка за успешноста на функционирањето на АПВ (во конкретниот случај- 1АПВ).
3 ДОВЕРЛИВОСТНА ВОДОТ "СКОГОЕ1У-БИТОЛАП" ОД АТМОСФЕРСКИ ПРАЗНБЊА
3.1 Подлоги и влезни податоци
Профилот на столбот е прикажан на сл.1. Водот е изграден со осум типови столбо- ви, по четири носечки и аголно- затезни. Димензиите на столбовите, согласно означувања- та на сл.1 се дадени во табелата 1.
Водот има 305 столбови. Застапеноста на поедините типови на столбови е прика- жан во табела 2. Средната висина на стобовите е 25,1 т, со средно квадратно отстапување од околу 6 т.
Согласно податоциге од столбната листа, водот е долг 113,31ст. Просечниот распоц.
е долг 370 т со средно квадратно отстапување од околу 100 т.
Околу 22% од должината на водот поминува низ пошумен предел Приближно ист процент на столбови се поставени во шума.
Синџирот на средната фаза е во V изведба
Слнка 1. Профил на столбовите на далиоводот
Тип на столб N1 N2 N3 N4 А21 А22 А23 А24
а, т
16,96 16,96 16,96 17,54 17,2 18,8 19,2 20
&, т
10,14 10,14 10,14 10,37 11,1 12,5 12,5 13
с, т 3,4 3,4 3,4 3,4 3,3 3,9 3,9 4,2
Л, т
. 7,24 7,24 7,24 7,24 7,6 7,6 7,6 7,6
е, т 3,5 3,5 3,5 3,5 6,5 6,5 6,5 6,5
/, т 7,26 7,26 7,26 7,26 7,94 8,26 8,55 9,14 Табела 2. Застапеност на столбовите по типови
Тип на столб N1 N2 N3 N4 А21 А22 А23 А24
Број на столбови 36
115 90 23 15 13 7 6
^проводниците се во сноп од по 2 јажиња, со пресек А1Ре 490/65. Пречникот на еден спроводник изнесува 30,6 тт. Зашгигните јажиња се од типот А\УО 19/9 126,1 тт~ со пречник од 14,5 тт.
Податоците за изолаторските синџири се дадени во табелата 3.
Врз основа на овие податоци се пресметани величините неопходни за пресметка на пренапоните, и тоа.
- бранови импеданси: 2ѓ, =288 ф 2; =423 П; 2,, =200 Л, - брзини на простирање: ург = у„ = 300 /п/ џѕ.
Табела 3. Податоци за применетите изолаторски синџири *)
рбр
1 2 3 4 5
Ознака ЕН ЕИР
О2 О2Р 02Р1
Тип
единичен
НОСИВ
двоен затезен
Број на изолатори
1x17 1x19 2x17 2x19 2x20
Растојание меѓу рогови
(тт) 2505 2845 2590 2930 3100
Вкупна должина
(тт) 3444 3784 4223 4563 4733
Импулсни напони 1,2/50 (КУ) на суво, позитивен поларитет
^10%
1439 1592 1460 1640 1747
^•50%
1468 1615 1480 4665 1766
^90«
1497 1638 1500 1690 1785
М за V- синџирите не се располагало со податоци за прескочните напони 3.2 Резултати од пресметките
Пресметките се извршени за поголем број варијанти. Варијантите се дефинирани во однос на:
- просечната височина на столбовите за кои се усвоени 25, 31 односно 40 т;
- просечниот распон, кој е усвоен 370 односно 450 т;
- видог на столбот: N2 односно А24;
- бројот на јажињата: 2 или 1;
- околината низ кој минува водот:
- без истакнати делови од релјефот;
- коридорот минува низ шума на растојание 30 т од оската на водот и просечна височина 10 т.
Горните варијанти се анализирани при следните импулсни отпори на заземјување на столбовите: 10, 15, 17 (реална вредност, добиена од мерењата), 20, 30, 40 и 50 П
На тој начин реализирани се поголем број варијанти, а со варијација на отпорноста на заземјувањето тој број на варијанти е зголемен за седум пати.
За секоја од споменатите варијанти, при еден случаен удар на надолна молња со случајни параметри, кој потекнува од територија 1 1ст низ кој минува водот со должина
100 1ст, анализирани се:
- бројот на удари на столбовите- Л^?*;
- бројот на удари на фазниот спроводник- М$? ;
- бројот на удари во земјоводното јаже во распонот- Л^* ; - вкупниот број на удари на водот на 100 1оп (8),
- веројатноста да настане прескок при удар на столбовите- />*'"*;
- веројатноста да настане прескок при удар во фазниот спроводник- - вероатноста да настане прескок при удар во земоводните ажиња- - веројатноста да настане прескок при удар во било кој дел од водот (13);
- парцѕдалните еквивалентни ризици да настане прескок при удар во столбовите, фазните спроводници и земјоводните јажиња, според (12);
- еквивалентниот ризик за да настане прескок при удар во било кој изложен-дел од водот (14).
Од мноштвото варијанти подолу ги презентираме резултатите од варијантата за следните карактеристики на водот:
А« = 40 т, / = 450 т.сголб- N2; терен низ кој минува- без шума или други испакна- ти делови; К{ = 20 Ф.
Пресметките ги даваат следните резултати:
а) ако се применуваат две земјоводни јажиња, е:
-ЛС* = 1,0738 -#,; А^ =0,0671-^; ЛГј^ =5,1351 Мѕ; #Лг = 6,276 ЛГ,, односно вкупниот број на удари на водот со наведенитв карактеристики и должина 100 1ст изнесува 6,276- М
изнесуваО,8189 N •К
- еквивалентните парцијални ризици за прескок на столбот, фазниот спроводник и земјоводното јаже се 33,5%, 33,6% и 8,5%, соодветно. Ризикот за да настане прескок на фазната изолација, при еден удар во водот со должина 100 1ст, изнесува 13,0%
б) за едно земјоводно Јаже е:
= 1,5559 А; 1,2248-^; А^ =4,1388-^; #Лг = 6,9195- Л
= 0,5609- N • Р}а" = 0,9408 N.. РЈаи = 0,4445 N • Р = 1,9461 N.
О О О О
36,0%; /?/;*„ =76,8%; К^р = 10,7%; Д = 2 Интересни за споредба се:
како и
= = 1,2248 = ЦЕТО = 4.1388 = А/Дг(1) = 6.9195 =
' ' ' ' ' * "
1,0738 ' 'N$42) 0,0671 ' 'ЛГЧ2) 5,1351 ' *ЛГА,(2) 6,2760
/>""№(1) = 0,5609 = />*"(!) = 0,9404 = Ј»*"(|) = 0,4445 = />(1) = 1,9461
Р""'*(2) 0,3597 ' 'Р'вг'(2) 0,0226 ' ' РЈак(2) 0,4376 ' ' Р(2) 0,8189 '
Споредувајќи ги резултатите на парцијалната анализа се приметува дека отсуство- то на едното земјоводно јаже наполно ЈЗ менува сликата за атмосферските празнења на водот, како и веројатноста за настанување на прескок. Во услови без едно ЗСМЈОВОДНО јаже, ударите, пред се се насочуваат спрема фазниот спроводник, со што и веројатноста да настане прескок на таа изолација е значително зголемена
Од мноштвото резултати добиени со пресметките, а кои не се приложени во трудов поради недостиг на простор, може да се изведат и следните заклучоци.
1 Најголемиот број на удари се насочува на земјоводните јажиња
2. Бројот на ударите на фазните спроводници при проектираната заштита, за поеди- ните варијанти варира во граници од 0,21% до 2,22% од вкупниот број на удари на слемсн- тите од водот. ТОЈ број во услови на "редуцирана" заштита се зголемува во граници од 12,1 до 25,5% од вкупниот број на удари.
3 Споредбата на ризиците за прескок при директен удар во фазниот спроводник во услови на проектирана и "редуцирана" заштита не ја дава правата слика на појавата Така во услови на проектирана заштита тој ризик варира во граници од 2,4% до 51,8%, додека во услови на "редуцирана" заштита ИСТИОТТОЈ ризик варира во граници од 72,4% до 80,5%
4. Многу поголема тежина има разгледувањето на учеството на ризиците врз екви- валентниот ризик. Така, за проектираната заштита тоа учество варира во граници од 0,3%
до 2,7%, додека за "редуцирана" заштита тоа учество варира во граници од 9,3 до 22,0%
Споредувајќи го тој тежински фактор за двете разгледувани варијанти, при исти други услови се приметува дека истиот се менува во граници од 6,8 до 37,6 пати, односно ако во- дот остане со "редуцирана" заштита, ризикот за да настане прескок на изолацијата на водот како последица на атмосферски празнења, може да се зголеми за 37,6 пати.
Заради проценка на апсолутниот број на прескоци на изолацијата на разгледуван- иот вод, да наведеме еден пример. Така, за среден импулсен отпор на заземјување од 17 П, висина на столбот од 3 1 т и распон 370 т, се добива-
- за вод со проектирана заштита Р = 0,5731 • Л/^;
- за вод со редуцирана заштита Р = 1,9656 • Л/^ .
За нашево поднебје може да се очекуваат Л^ = (2 -ѕ- 3) удари/(1ст2год) Очекуваниот апсолутен број на прескоци за целиот вод би бил:
- со проектирана заштита Р = 0,573 1 • (2 + 3) -- =1,3-5-1,94 прескоци/год,113 - со "редуцирана" заштита Р = 1,9656 • (2 •*- 3) -- = 4,44 -ѕ- 6,66 прескоци/год113
100
Според тоа на водот со "редуцирана" заштита ќе има 3,4 пати поголем бро) на прес- коци од водот со комплетна заштита. Реално е да се очекува дека АПВ ќе дејствува помал- ку успешно на водот со некомплетна заштита. Затоа односот на бројот на испадите ќе биде поголем од односот на бројот на прескоците
5. Анализиран е и случајот, кога коридирот на водот минува низ шума со височина на дрвјата од 10 га на растојание 30 т од водог. Споредувајќи ги тие резултати со соодвет- ните при исти други услови се заклучува дека бројот на ударите врз водот се намалува во услови на постоење пошумен коридор.
4 ЗАКЛУЧОК
Во трудот е анализирана доверливоста на 400 КУ вод "Скоје IV- Битола II" атмо- сферски празнења, кој е пуштен во работа во ноември 1996 година и определено време требало да работи без едно земјоводно јаже. Направена е споредбена анализа на доверливоста кога водотработи со проектирана и "редуцирана" заштита
5 ЛИТЕРАТУРА
[1] Р. Миновски, 3. Здравковиќ, Р. Наумов, П. Вукелја. За доверливоста на работата на изолацијата на објектите за висок напон при дејство на пренапони. П советување на МАКО СИГРЕ, Струга 1998
[2] Р.Миновски, В Јанков. Степен на доверливост на изолацијата на 4001сУ вод "Скопјв IV- Битола П" и на постројките "Скопје IV" и "Битола П" од атмосферски пренапони при редуцирана заштита на водот. Студија, ЕТФ, Скопје, 1996
[3] ШЕБ СотпиИее КероП. А ѕ1тр11Ѓ!ес1 МеЉод ѓог Еѕ11та1т§ 1л§Нштѕ Регѓогтапсе оѓ Тгапѕпиѕѕшп 1лпеѕ", ШЕЕ ТгапѕасНоп оп Рошег АрагаШѕ апЈ Ѕуѕгетѕ, РАЅ-104,1985 [4] Јапќоу V. Мос1е1т§ оѓ Ље О6јес1ѕ 1п ^1§НСп1п§ 1пс1(1впсе Са1си1а11оп. 9' 1п(егаа(1опа1 Ѕут-
роѕшт оп Њ§Н Уо1ш§е Еп§епеепп§. Огаг, АиѕСпа, Еигоре, Аи§иѕ128- Ѕер1ет1>ег 1995 [5] СКЖЕ \Уог1апѕ Огоир 01 оѓ Ѕ1и<1у СопигаПее 33. ОиИе 1о РгосеЈигеѕ Гог ЕѕПтаИпѕ (Не
П§НШт§ Регѓогтапсе оѓТгапѕпиѕѕЈоп Упеѕ. С1ОКЕ Рапѕ, Ос1о1>ег 1991
