Есть ли необходимость в расчёте токов нагрузки УЗИП?

1. Есть ли необходимость в расчёте?

Первая часть статьи "Методика расчёта токов нагрузки УЗИП"

Действительно, есть ли такая необходимость? Оснований для сомнений вполне достаточно. Пожалуйста, взгляните на схему рис. 1. Она заимствована из Интернета. Все токи строго определены раз и навсегда. Половина тока молнии отбирается заземлителем здания, в которое ударила молния, а остальной ток равными долями делится между его металлическими коммуникациями (линия электропередачи, телефон, водопровод и т.п.).

Рис. 1. Схема замещения для оценки доли тока молнии в УЗИП, защищающие электрическую сеть 380/220 В

Схемы подобного рода можно найти и для других условий. Например, в случае прямого удара молнии в ВЛ 380/220 В. Ток предлагается делить поровну: 50% направо от точки удара, 50% налево, а затем в равных долях между проводами. И никаких расчётов! В этой последней ситуации хотя бы можно понять логику авторов предложения. Они помнили, что начальное распределение тока будет продиктовано равными волновыми сопротивлениями участков линии по разную сторону от места удара. Ток молнии действительно разделится поровну, правда, до момента прихода к месту удара волн, отраженных от концов ВЛ. Они движутся со скоростью света, поэтому равенство продлится 1 – 2 мкс. После этого все изменится, потому что величины отраженных токов будут зависеть от нагрузки на концах ВЛ. В нашем случае это будут сопротивления заземления, поскольку низковольтная изоляция линии не выдержит перенапряжения прямого удара молнии и все её провода замкнутся на землю. Вполне реально, что сопротивление заземления со стороны подстанции (ПС) будет сильно отличаться от сопротивления заземления объекта, который она питает. Тогда никакого равенства токов не получится.

А вот почему ток в заземлителе на схеме рис. 1 составляет 50% от тока молнии, представить совершенно невозможно. Самое досадное, что методика распределения тока в системе с протяжёнными проводами детально разработана больше века назад. Сегодня компьютерная техника снимает все проблемы решения волновых уравнений в частных производных, которыми описывается процесс. Достаточно знать погонные значения ёмкости С и индуктивности L воздушной линии, её продольное погонное сопротивление R и сопротивления заземления на концах R_об, R_пс, чтобы найти долю тока в сопротивлении заземления объекта и в самой линии.

Выбирая схему замещения для своей задачи, нужно помнить, что расчёт по схеме с сосредоточенными параметрами обязывает отследить изменения токов и напряжений лишь во времени, тогда как по схеме с распределёнными параметрами помимо временной зависимости приходится контролировать ещё и динамику процесса по длине линии. Это очень сильно увеличивает объём счёта, примерно в N раз для линии, разбитой на N пространственных отрезков.

Желание инженера избежать сложных расчётов при проектировании понятно и вполне объяснимо. Но хотя решение уравнений длинной линий – процесс далеко не самый простой, начинать всё-таки лучше с него, чтобы иметь эталонные решения, с которыми можно будет сравнивать то, что дают упрощённые расчётные схемы. Только так можно рассортировать задачи, выделив те, что поддаются простым оценкам, и сосредоточив внимание на наиболее трудоёмких, необходимо требующих полноценных схем замещения с распределёнными параметрами.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Читайте далее "2. Использование схемы замещения с распределенными параметрами при прямом ударе в объект."

Смотрите также:

Смотрите также: