Изоляция и перенапряжения (стр. 1 )

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ

КАФЕДРА ТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОФИЗИКИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан ФЭН

“___ ”______________200 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины

«ИЗОЛЯЦИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ»

ООП 140200 "Электроэнергетика" - бакалавр

Факультет энергетики

Курс 4, семестр 7

Лекции 34 часа

Лабораторные работы 34 часа

Курсовой проект – 7 семестр

Самостоятельная работа 51 час

Экзамен – 7 семестр

Гос. экзамен – 8 семестр

Всего 113 часов

Новосибирск

2006

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 551700 Электроэнергетика.

Регистрационный номер 215 тех/бак, дата утверждения 27 марта 2000 г.

Шифр дисциплины в ГОС – ОПД. Ф.08, федеральный компонент, шифр дисциплины по учебному плану – 3016.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Техники и электрофизики высоких напряжений – протокол № ­­_____ от __________________ 200 г.

Программу разработали

доцент, к. т.н. Н. Ф Петрова

доцент, к. т.н.

Заведующий кафедрой

доцент, к. т.н.

Ответственный за основную

образовательную программу

доцент, к. т.н.

1. Внешние требования

Таблица 1

Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины

Шифр дисциплины	Содержание учебной дисциплины	Часы
ОПД. Ф.08	Электроэнергетика (изоляция и перенапряжения) Основные понятия. Виды электрической изоляции оборудования высокого напряжения; изоляция воздушных линий электропередачи; молниезащита воздушных линий; изоляция электрооборудования станций и подстанций, закрытых и открытых распределительных устройств; элегазовая изоляция; молниезащита оборудования станций и подстанций; защита изоляции электрооборудования от внутренних перенапряжений; экологические аспекты электроустановок высокого напряжения.	113

Обобщенные задачи профессиональной деятельности

Бакалавр по направлению «Электроэнергетика» в зависимости от вида профессиональной деятельности подготовлен к решению следующих профессиональных задач:

а) Конструкторская и технологическая деятельность:

расчет схем и элементов основного оборудования; расчеты режимов работы электроэнергетических установок различного назначения, определение состава оборудования и его параметров, схем электроэнергетических объектов.

б) Научно-исследовательская деятельность:

выполнение экспериментальных исследований по заданной методике, обработка результатов экспериментов; участие в разработке новых методов и технических средств испытаний параметров технологических процессов и изделий под руководством инженера;

в) Организационно-управленческая деятельность:

обеспечение соблюдение производственной и трудовой дисциплины; контроль над соблюдением требований безопасности жизнедеятельности ; обеспечение соблюдения заданных параметров технологического процесса и качества вырабатываемой продукции;

г) Эксплуатационная деятельность:

контроль режимов работы оборудования объектов электроэнергетики; осуществление оперативных изменений схем, режимов работы энергообъектов; составление и оформление оперативной документации, предусмотренной правилами эксплуатации оборудования и организации работы; участие в наладочных, ремонтных и профилактических работах на объектах электроэнергетики.

Квалификационные требования

Для решения профессиональных задач бакалавр должен:

участвовать в работах по осуществлению исследований, в разработке и проведении необходимых мероприятий, связанных с испытаниями оборудования и внедрением его в эксплуатацию; изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщает и систематизирует их, проводит необходимые расчеты, используя современные технические средства; следить за соблюдением установленных требований, действующих норм, правил и стандартов; способствовать развитию творческой инициативы, рационализации, изобретательства, внедрению достижений отечественной и зарубежной науки, техники, использованию передового опыта, обеспечивающий эффективную работу подразделения, предприятия.

Возможности продолжения образования.

Бакалавр подготовлен к продолжению образования:

в магистратуре по направлению 551700 « Электроэнергетика»; освоению в сокращенные сроки основных образовательных программ по направлению подготовки дипломированного специалиста 650900 «Электроэнергетика».

2. Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.

Таблица 2

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)	Содержание
Основание для введения дисциплины в учебный план направления или специальности	Стандарт направления
Адресат дисциплины	Студенты направления: 551700 – Электроэнергетика
Главная цель дисциплины	Обеспечение базы инженерной подготовки, теоретическая и практическая подготовка в области высоковольтной изоляции, перенапряжений, воздействующих на изоляцию, необходимых для изучения последующих дисциплин
Ядро дисциплины	Задачи оценки перенапряжений, связанные с практическими задачами выбора изоляционных конструкций для элементов электроэнергетических систем, обеспечение надежности работы электрооборудования
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного освоения дисциплины	·  Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, получаемые из курсов Теоретические основы электротехники, Физико-математические основы электроэнергетики. ·  Опыт работы на высоковольтном испытательном оборудовании ·  Опыт работы на персональном компьютере, знание определенной прикладной программы (MatLab).

Уровень требований по сравнению со Стандартом	Соответствует требованиям Стандарта
Объем дисциплины в часах	34 часа лекций, 34 часа лабораторных работ, курсовой проект
Основные понятия дисциплины	Перенапряжения, коммутационные перенапряжения, грозовые перенапряжения, кратность перенапряжений, грозозащита, грозоупорность, внешняя изоляция, внутренняя изоляция, уровень изоляции, технические устройства для защиты от перенапряжений, координация изоляции, диагностика изоляции, стационарные и импульсные сопротивления заземления.
Обеспечение последующих дисциплин образовательной программы	Изоляция электротехнического оборудования и основы ее проектирования, эксплуатация электрооборудования высокого напряжения и его диагностика, технические средства диагностики, перенапряжения, молниезащита и координация изоляции, испытательные и электрофизические установки высокого напряжения
Практическая часть дисциплины	Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы. Студенты применяют теоретические знания для проведения высоковольтных испытаний изоляции, приобретения навыков работы на высоковольтном оборудовании. Часть заданий курсового проектирования меняется, имея нестандартный проблемный характер.
Области применения полученных знаний и умений	Полученные знания находят широкое применение как в практической, так и в научной деятельности выпускников.
Дисциплина и современные информационные технологии	Представление современных информационных технологий как инструмента, используемого в дисциплине (программные средства MatLab, ЕМТР и др. как средство выполнения расчетов, анализа; PowerPoint как средство для чтения лекций и др.).

3. Цели учебной дисциплины

Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.

Таблица 3

После изучения дисциплины студент будет

иметь представление:
1	о всех видах перенапряжений, возникающих в электроэнергетических системах, и их связи со способами заземления нейтрали в электрических сетях
2	о необходимости системного подхода к повышению экономичности и эксплуатационной надежности электрических сетей среднего и высокого классов напряжения
знать:
3	основные виды изоляции оборудования, требования к ней, ее конструктивное выполнение и способы ее оптимизации
4	основные требования, предъявляемые к современным высоковольтным изоляционным конструкциям
уметь:
5	формулировать требования к технико-экономической координации изоляции электроустановок с параметрами защитных устройств в соответствии с воздействующими перенапряжениями
6	применять инженерные методы оценки грозовых и коммутационных перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования ВН
7	определять необходимость проведения организационно-технические мероприятий по повышению экономичности и эксплуатационной надежности электрических сетей различного назначения
иметь опыт:
8	испытания изоляции на высоковольтных испытательных установках
9	применения конкретных теоретических знаний для решения конкретных практических задач по защите электрооборудования среднего и высокого классов напряжения от воздействующих перенапряжений

4. Содержание и структура учебной дисциплины

Таблица 4

Лекционные занятия (34 часа)

Блок, модуль, раздел, тема	Часы	Ссылки на цели
Введение. Назначение, виды и функции изоляции в электроустановках. Номинальные напряжения, наибольшие рабочие напряжения, перенапряжения. Перенапряжения, воздействующие на изоляцию в процессе эксплуатации, и их ограничения	1	1,2
Грозовые перенапряжения ·  Разряд молнии. Основные параметры молнии. Технические устройства для защиты от прямых ударов молнии и от волн перенапряжений, набегающих с линии: 1) стержневые и тросовые молниеотводы, их зоны защиты; 2) заземляющие устройства, их назначение, конструкции, стационарные и импульсные сопротивления заземления; 3) трубчатые и вентильные разрядники, их назначение, функции, характеристики и конструкции; 4) нелинейные ограничители перенапряжений. ·  Общие принципы грозозащиты ВЛ. Методика оценки грозоупорности ВЛ на металлических и деревянных опорах без тросов и ВЛ с тросами. Дополнительные функции грозозащитных тросов. ·  Грозозащита подстанций от волн, набегающих с линии. Зоны защиты вентильных разрядников. Функции защитного подхода к подстанциям. Методика оценки грозоупорности подстанций. Особенности грозозащиты вращающихся машин.	7	1,3,5
Влияние заземления нейтрали в сетях высокого напряжения на уровни возникающих перенапряжений ·  Процессы, определяющие режим заземления нейтрали электрической сети. ·  Ток однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью. Повышение напряжения на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю. Напряжение несимметрии в нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью. ·  Компенсация емкостного тока однофазного замыкания на землю дугогасящим реактором (ДГР) и резонансное смещение нейтрали вследствие несимметрии сети с ДГР в нормальном режиме работы. ·  Ток однофазного короткого замыкания и напряжения на неаварийных фазах в сетях с глухозаземленной нейтралью. Применение сопротивлений в нейтралях трансформаторов сети. ·  Преимущества, недостатки, область применения различных режимов заземления нейтрали.	3	1,2,3, 6,7,9
Внутренние перенапряжения ·  Перенапряжения в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. Дуговые перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью. Теории Петерса и Слепяна, Петерсена, Белякова. Влияние ДГР и резисторов в нейтрали на дуговые перенапряжения. Меры защиты от дуговых перенапряжений. Феррорезонансные перенапряжения. Перенапряжения при коммутациях электрических двигателей. ·  Квазистационарные перенапряжения в сетях с глухозаземленной нейтралью. Повышение напряжения при одностороннем симметричном включении линии, влияние мощности системы, мощности и места установки шунтирующих реакторов, коронирования проводов ВЛ на перенапряжения. Перенапряжения при неполнофазном включении ВЛ. ·  Коммутационные перенапряжения в сетях с эффективно заземленной нейтралью. Перенапряжения при плановом включении ЛЭП и включении в цикле ТАПВ. Общая характеристики процесса ликвидации аварии с точки зрения возникающих перенапряжений. Статистические характеристики перенапряжений на различных стадиях процесса ликвидации аварии. Перенапряжения при отключениях ВЛ. ·  Перенапряжения при отключениях ненагруженных трансформаторов и шунтирующих реакторов. ·  Инженерная методика оценки максимальных коммутационных перенапряжений. ·  Меры защиты от перенапряжений. Снижение вынужденных составляющих перенапряжений: регулирование возбуждения генераторов, отпаек трансформаторов, компенсация емкостей линии шунтирующими реакторами, применение реакторов с искровым присоединением. Применение выключателей с шунтирующим сопротивлением. Применение системной автоматики для ограничения коммутационных перенапряжений. Применение аппаратных мер защиты от перенапряжений.	10	1,2, 5,6, 7,9
Изоляция электроустановок высокого напряжения ·  Внешняя изоляция. Требования к изоляции. Вольт-секундные характеристики изоляции. Координация уровней изоляции с кратностью воздействующих перенапряжений и параметрами защитных аппаратов. Назначение и конструкция изоляции ВЛ и подстанций: штыревые, подвесные, опорные и проходные изоляторы. Выбор количества изоляторов в гирлянде и габаритов воздушных промежутков. Регулирование электрического поля во внешней изоляции. ·  Внутренняя изоляция. Функции, выполняемые внутренней изоляцией. Использование различных видов внутренней изоляции в электроустановках высокого напряжения: вводах, трансформаторов, крупных электрических машинах, кабелях, конденсаторах. ОРУ и ЗРУ. ·  Испытание изоляции. Испытание высоким напряжением, профилактические испытания (измерение тангенса дельта, сопротивления, емкости изоляции, измерение уровня частичных разрядов). Выбор диагностических параметров состояния изоляции различных установок высокого напряжения. Выбор величин испытательных напряжений, испытательные установки высокого напряжения, особенности измерений высокого напряжения.	12	1,3,4, 7,8,9
Заключительная лекция	1	1-9

Лабораторные работы (34 часа)

Название лабораторной работы	Учебная деятельность	Часы	Ссылки на цели	Оборудование
Исследование квазистационарных перенапряжений в дальних линиях электропередач	Экспериментально исследуют на физической модели перенапряжения, возникающие в симметричных и несимметричных режимах работы дальних электропередач. Рассчитывают аналитически кратности возникающих перенапряжений.	4	1, 2, 3, 5, 6, 7	Лабораторный стенд
Исследование режимов заземления нейтрали в электрических сетях 6…35 кВ	Изучают режимы заземления нейтрали в сетях средних классов напряжения с точки зрения величин токов однофазного замыкания на землю и перенапряжений, возникающих в нормальных и аварийных стационарных режимах.	4	1 – 7	Лабораторный стенд
Перенапряжения в обмотках трансформаторов	Исследуют перенапряжения в обмотке трансформатора при воздействии на нее импульса напряжения с крутым фронтом на схеме замещения и в реальной обмотке трансформатора. Выявляют опасные перенапряжения для главной и продольной изоляции. Рассматривают меры, ограничивающие эти перенапряжения.	4	1 – 7	Генератор сигналов, осциллограф, схема замещения
Исследование грозозащиты подстанций	Исследуют с помощью математической модели схемы защиты подстанции от волн атмосферного происхождения, набегающих на подстанцию с воздушной линии	4	1 – 7	ПЭВМ
Исследование характеристик защитных аппаратов	Экспериментально изучают основные характеристики нелинейных сопротивлений вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений. Знакомятся с конструкцией этих аппаратов на выставке электрооборудования.	4	1 – 9	ГИТ, осциллограф
Исследование распределения напряжения изоляторам гирлянды	Исследуют распределение напряжения по изоляторам с помощью электрической схемы замещения, программы на ПЭВМ и методом непосредственного измерения на гирлянде, находящейся под высоким напряжением.	4	1 – 9	повышающий трансформатор, схема замещения, ПЭВМ
Испытания наружной изоляции на импульсном и переменном напряжениях	Осваивают методику испытания наружной изоляции импульсным и переменным высоким напряжениями	4	1 – 9	ГИН-140, повышающий трансформатор
Перенапряжения при однофазных дуговых замыканиях на землю в сетях 6…35 кВ	Изучают переходные процессы в сетях средних классов напряжения, возникающих при горении перемежающейся дуги в различных режимах эксплуатации нейтрали сети	4	1 – 7	ПЭВМ

Структура учебной дисциплины