Методическая разработка урока теоретического обучения по теме: "Молниезащита воздушных линий электропередач".

ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ № 46

ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

Методическая разработка
урока теоретического обучения по МДК.03.01.Организация технического обслуживания электрооборудования промышленных организаций. Профессия

13.01.10 «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования (по отраслям)»

по теме: Молниезащита воздушных линий электропередач

2024 г.

Содержание

1.Введение

2.Методическое обоснование темы урока

3.Методические рекомендации к проведению урока

4.План урока.

5. Объяснение нового материала.

6.Список литературы.

Введение

Методическая разработка посвящена обучению специалистов по профессии «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования» -теме монтажа и ремонта воздушных линий электропередач.

Цель данной методической разработки – оказать методическую помощь преподавателю спец.дисциплин по проведению урока теоретического обучения по темам связанными с электрическими воздушными линиями.

Чтобы обучающиеся смогли быстрее усвоить, что представляют собой молниезащита воздушных линий мною разработан и предложен урок теоретического обучения по теме: «Молниезащита воздушных линий электропередач».

Предложенный урок позволяет обучающимся не только быстрее понять данную тему, но и в дальнейшем помогает легче и быстрее переходить на новый уровень обучения.

Методическое обоснование темы урока.

В ходе уроков теоретического обучения обучающимся бывает сложно разобраться с устройствами защиты воздушных линий электропередач.

Преподавателю необходимо как можно доходчивее донести до обучающих эти моменты. Задачей данного урока теоретического обучения является сформировать понятие о молниезащите воздушных линий электропередач.

Сформировать умения анализировать и мыслить.

Способствовать формированию ответственности за результаты качественного выполнению учебного задания, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности.

Для ускорения понимания этой темы, мною разработан урок теоретического обучения.

В процессе начале урока теоретического обучения создаются условия для развития познавательной активности, умения самостоятельно находить решения создавшийся проблемы.

Данная методическая разработка может быть полезна мастерам производственного обучения учреждений профессионального образования ФСИН России, осуществляющим подготовку специалистов по профессии

«Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования».

Методические рекомендации по проведению урока

Планируя урок, я исхожу из того, что определенные знания о устройстве воздушных линий электропередач у обучающихся уже есть. Ведение урока позволяет обучающимся лучше понять данную тему и поможет быстрее перейти к изучению монтажа воздушных ЛЭП.

В начале урока повторяем и закрепляем предыдущий материал о устройстве изоляторов воздушных линий.

Акцентирую внимание обучающихся на том, что при помощи линий электропередач электроэнергия поступает потребителям. Причиной 75-80% аварийных отключений ЛЭП весной и летом это грозы, при ударе молнии в проводах возникает индуктированное перенапряжение, вызывающее перегрузку энергетического оборудования, его преждевременный износ и выход из строя. Чтобы бороться с такими явлениями устанавливается молниезащита. После чего перехожу к объяснению нового материала.

Для более глубокого формирования теоретических взглядов я демонстрирую видеофильм о молниезащите воздушных линий электропередач. Останавливаю просмотр на непродолжительное время для объяснения показанного материала.

Интересуюсь, есть ли вопросы, что не поняли? Провожу фронтальный опрос для закрепления полученных знаний. Оцениваю работу обучающихся и выставляю оценки. Даю оценку занятию и благодарю за работу на уроке.

Выдаю домашнее задание.

План урока теоретического обучения

по предмету: МДК 03.01 «Организация технического обслуживания электрооборудования промышленных организаций»

Проводит преподаватель Ведехин А.А.

Тема 2: Монтаж и ремонт воздушных линий электропередач.

Урок 3: Молниезащита.

Количество часов:2

Цели урока:  
1. Обучающая – сформировать понятие о молниезащите воздушных линий электропередач.

2.Развивающая - содействовать в ходе урока развитию навыков работы с учебной литературой, анализировать и делать выводы.

3.Воспитательная - способствовать формированию ответственности за результаты качественного выполнению учебного задания, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности, волевых качеств, интуиции, сообразительности, 
Тип, вид урока: Урок освоения новых знаний, лекция.

Методы обучения:

Объяснительно-иллюстрированный; наглядный (демонстрация видео); диалогово-словесный(беседа, устное объяснение)

Межпредметная связь:

предмет ОП-02 Электротехника. Тема 6. Урок 22. Получение, передача на расстояние, распределение и использование электроэнергии.

Материально-техническое оснащение урока:

Стенды с электрооборудованием.

Плакаты, схемы.

Телевизор.

Тетради для конспектов, ручки, карандаши.

Дидактический материал: видеофильм (Молниезащита воздушных линий электропередач).

Ход урока:

Объяснение нового материала

Воздушная линия (ВЛ) электропередачи напряжением до 1000 В является самым распространённым и наиболее уязвимым элементом распределительной энергетической системы, особенно в сельской местности, а также среди малых городов и пригородных зон мегаполисов. Если внимательно изучить статистику аварий в энергосистемах, то можно заметить тот факт, что причина 75-80% аварийных отключений линий электропередач (ЛЭП) весной и летом — это грозы. Любая воздушная линия электропередачи является потенциальной мишенью для удара молнии. За сезон на каждые 30 километров ЛЭП приходится один удар молнии, вызывающей перегрузку энергетического оборудования, его преждевременный износ и выход из строя. Экономические потери от ударов молнии намного превышают затраты, которые требует молниезащита воздушных линий электропередачи. Если поблизости от линии электропередачи находятся более высокие объекты – деревья, вышки, здания, они становятся объектом удара молнии. Но при этом в проводах ЛЭП возникают индуктированные перенапряжения, которые также способны вызвать неприятные последствия. Чтобы бороться с таким явлением, на изоляторах, удерживающих провода, устанавливается молниезащита в виде разрядника, который позволяет электричеству пробить воздушный промежуток и уйти по опоре в землю. Чтобы защитить ЛЭП от прямого удара молнии, на каждой опоре и на каждом проводе устанавливаются разрядники, позволяющие избыточному заряду пробить зазор и уйти в землю через материал опоры. Это гарантирует целостность как самих проводов, так и прочего оборудования электросети, исключает аварийное отключение подачи электроэнергии через ЛЭП и связанные с этим эксплуатационные расходы.

Линии электропередач (ЛЭП)

Основные понятия и определения

Исходя из «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ, издание 6) под термином «ВЛ» понимается воздушная линия, изготовленная с использованием неизолированных проводов. Исходя из написанного в ПУЭ (издание 7), ЛЭП может быть выполнена, как с использованием изолированных (ВЛИ), так и неизолированных проводов.

В седьмом издании ПУЭ термин «ВЛИ» разъясняют таким образом — это линии с применением самонесущих изолированных проводов (СИП). Рассмотрим, как организовать молниезащиту воздушных линий на практике. В этом случае надо дать ответ на достаточно простой вопрос, а что именно является объектом внешней защиты воздушных линий от молнии? В конечном итоге, объектом внешней грозозащиты воздушных линий, выполненных неизолированными проводами, являются электроустановки потребителя электричества. Неизолированные провода вообще не являются объектом защиты, на ВЛ до 1000 В средства защиты проводов от прямого удара молнии, как правило не используются. Чтобы значительно снизить статистику замыканий, возникающих между проводами, используют ВЛИ и СИП.

При использовании изолированных проводов при построении ЛЭП, полностью исключены риски, связанные с замыканиями из-за схлестывания и электрическим контактом проводов с деревьями; снижены риски замыканий на землю из-за падения проводов. Использование ВЛИ значительно уменьшает площадь контура для наведенного электромагнитным импульсом молнии перенапряжения, что приближает безопасность таких линий к безопасности подземного кабеля. Также нужно отметить электробезопасность при проведении работ на линии, так как значительно уменьшается вероятность поражения электрическим током. Кроме того, использование изолированных проводов значительно снижает воздействие разрядов и уменьшает вероятность дуговых замыканий.

Какие же процессы происходят в ЛЭП с неизолированными проводами, если на них пришелся прямой удар молнии? Сначала можно увидеть разряды типа «фаза-земля», которые возникают между самим проводом и траверсой опоры, затем под воздействием электромагнитных сил самой дуги происходит перемещение этих разрядов вдоль самих линий. Перегорание неизолированных проводов не возникает по причине смещения концов дуги по линиям.

Рисунок 3. Процессы на ЛЭП с неизолированными проводами, вызванные прямым ударом молнии

При возникновении такого физического явления, как короткое замыкание на ВЛИ, процессы, сопровождающие его, происходят совершенно по другому алгоритму: возгорание дуги наблюдается только между каждым отдельно взятым проводником и конструкцией, удерживающей провода на опоре. Слой изоляции является естественным препятствием на пути свободно перемещающейся дуги, и дуга поэтому горит только в конкретной точке, вследствие чего провод оказывается пережжен.

Рисунок 4. Короткое замыкание на ВЛИ

Замыкания на ВЛ вызывают срабатывание автоматики и приводят к отключению линии. Существуют и другие угрозы — это распространяющиеся по линии перенапряжения. Для защиты от них используются ограничители перенапряжений (ОПН) и устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Мероприятия по применению внешней молниезащиты ВЛ

В качестве объектов защиты ВЛ (напряжение до 1000 В) можно рассматривать:

• аппаратуру, монтируемую на опорах ЛЭП, даже если она имеет, например, оборудование систем связи или сигнализации;

• ответвления от магистралей к вводам в здания;

• ответвления от магистралей к вводам в здания;

• изоляцию проводов ЛЭП.

 Для того чтобы снизить величину заносимых грозовых перенапряжений и защитить ответвления от магистрали к вводам в сооружения, требуется установить УЗИП. При этом происходит следующее: токи молнии отводятся, как правило, через заземляющийся спуск, он монтируется на опоре ЛЭП в ЗУ. К заземляющему устройству подсоединяют PEN-проводник, а также крюки проводов фазы и других проводов, которые могут быть подвешены на опорах ЛЭП и арматуру железобетонных опор воздушных линий.

Нужно соблюдать требования и к заземлению. Не более 30 Ом — таким должно быть сопротивление заземляющего устройства, согласно указаниям нормативных документов.

Для того чтобы вычислить правильное расстояние между опорами с ЗУ, нужно знать средние статистические данные по активности гроз в конкретном регионе. Если за целый год среднее время гроз было продолжительностью до 40 часов включительно (регион 1), то берется значение 200 м. А вот при средней продолжительности грозовых явлений более 40 часов в год (регион 2), применяется значение 100 м. Дополнительное оборудование для ЗУ используют для следующих объектов: – на опорах ЛЭП с ответвлениями в постройки, в которых возможны скопления больших масс людей (больницы, культурные и спортивные объекты, учреждения образования и т.д.) или для объектов с большой материальной ценностью. Дополнительное оборудование ЗУ применяется на концевых опорах ЛЭП с ответвлениями. Здесь берется в расчет расстояние до ближайшего ЗУ. Для региона 1 эта цифра не более 100 м, а для региона 2 она не должна быть больше 50 м. Низковольтные вентильные разрядники или искровые промежутки также применяются в качестве дополнительных мер защиты на вводах в строения или же на концевых опорах ЛЭП.

Защита ВЛ до 1000 В от прямых ударов молнии не требуется. Однако сами линии, будучи соединены с электрооборудованием внутри зданий, могут служить каналом для заноса высоких потенциалов при прямых ударах молнии в линию, а также наводимых в проводах вследствие электростатической и электромагнитной индукции при близких грозовых разрядах.

Перенапряжения могут достигать сотен тысяч вольт и вызывают пробой изоляции проводов и электрооборудования и пожары. Они опасны для жизни людей, находящихся в зданиях и сооружениях, которые питаются электроэнергией по воздушной линии.

Подводка воздушных линий наружного освещения, силовой сети напряжением до 1000 В, радиотрансляционных линий и сигнализации к прожекторным мачтам, дымовым трубам, градирням и другим высокогабаритным зданиям и сооружениям не допускается. Здесь следует использовать кабели.

Для защиты от грозовых перенапряжений воздушные линии в населенной местности с одно- и двухэтажной застройкой, не экранированные дымовыми трубами котельных, высокими деревьями, зданиями и т. п., должны иметь заземляющие устройства. Сопротивление заземлений — не более 30 Ом. Расстояния между заземлениями для районов со среднегодовым числом часов гроз до 40 принимают 200 м.

Для районов, где среднегодовое количество часов гроз более 40, заземления устраивают через каждые 100 м. Кроме того, заземляющие устройства выполняют:

• на опорах — с ответвлениями к вводам в общественные здания, и помещения, где может находиться большое количество людей (школы, клубы, ясли, больницы, столовые, спальные корпуса пионерлагерей и т. п.) или представляющие большую хозяйственную ценность (животноводческие помещения, склады, мастерские и пр.);

• на конечных опорах линий, имеющих ответвления к вводам в здания любого назначения. К указанным заземляющим устройствам необходимо присоединить крюки и штыри деревянных и железобетонных опор, а также арматуру последних.

И в том и в другом случае на опорах рекомендуется также устанавливать вентильные разрядники.

В сетях с заземленной нейтралью для заземления от атмосферных перенапряжений следует использовать заземляющие устройства повторных заземлений нулевого провода.

Рис. 2. Вентильный разрядник РВН-0,5: 1 — хомут для крепления; 2 — изолятор; 3 — пружина; 4 — одиночный искровой промежуток; 5 — бумажно-бакелитовый цилиндр; 6 — диск рабочего резистора; 7 — герметизирующее резиновое кольцо

Вентильные разрядники

Для снижения перенапряжений в проводах воздушных линий применяют низковольтные вентильные разрядники типа РВН-0,5 отечественного производства и аналогичные импортные (например GZ а-0,66). Разрядники — очень эффективное средство снижения перенапряжений. Набегающая с линии импульсная волна перенапряжения отводится в землю, остающееся напряжение не превышает 3—3,5 кВ, что практически безопасно для электрооборудования.

Разрядник РВН-0,5 для наружной и внутренней установки (рис. 2) состоит из единичного искрового промежутка и последовательно соединенного с ним рабочего сопротивления (резистора), закрытых фарфоровой герметической покрышкой и сжатых цилиндрической пружиной. Герметизация осуществлена с помощью озоностойкого резинового кольца.

Разрядник присоединяется к фазному проводу и заземленному спуску. Защитное действие его заключается в том, что при появлении перенапряжения происходит пробой искрового промежутка, протекающий через разрядник импульсный ток вследствие нелинейной характеристики рабочего сопротивления снижает величину волны перенапряжения до безопасного для оборудования значения 3—5 кВ. Искровой промежуток подобран таким образом, что пробивается всякий раз, как только напряжение на защищаемом участке превысит допустимую величину.

Следующий за пробоем искрового промежутка разрядника ток, протекающий под действием напряжения промышленной частоты (так называемый сопровождающий ток), прерывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение. На этом работа разрядника закончена, и он снова готов к действию.

Меры по внутренней молниезащите воздушных линий

Рассмотрим на практике, как проектируется внутренняя молниезащита ЛЭП. В качестве такого оборудования применяются УЗИП, системы уравнивания потенциалов или же, выравнивания потенциалов (по необходимости) и заземляющие устройства.

Внутренняя молниезащита (защита от перенапряжений) на ЛЭП

Существует классификация УЗИП по категориям, в зависимости от методики испытаний и установки:

УЗИП типа №1 монтируют при воздушном вводе в cтроение. Если же установлена система внешней молниезащиты ЛЭП, то устройства защиты от импульсных перенапряжений в данном варианте могут быть использованы для отвода значительной части прямого тoка мoлнии.

Наведенные импульсы тока тоже оказывают негативные воздействия на систему, для предотвращения их и применяют второй тип устройств защиты от импульсных перенапряжений. Эти устройства монтируются после первого типа УЗИП или же на вводе в сооружение.

Назначение УЗИП третьего типа — это защита важного электрического оборудования, такого как, медицинские приборы, системы обработки данных и пр. Третий тип устройств защиты от импульсных перенапряжений располагается, как правило, не более чем в 5 м по кабелю от приборов, которые подлежат защите. Третий тип УЗИП на практике монтируется в виде скрытого монтажа, например, устройства могут быть расположены прямо за розеткой или же в корпусе прибора. Назначение линии задержки – оптимально распределить мощность импульса между всеми уровнями защитной системы. На практике применяется дроссель (15 мкГн индуктивность). При отсутствии дросселя можно взять кусок кабеля (15 м и более длиной), с такой же индуктивностью.

Первоначально срабатывает УЗИП первого класса, большая часть энергии импульса уходит на него. Затем УЗИП (класс 2) уже понижает напряжение до величины, которая признана безопасной.

Нормативная база

При проектировании, монтаже, эксплуатации и ремонте ВЛ напряжением до 1000 В следует руководствоваться следующими документами:

 Правила устройства электроустановок (ПУЭ), издание 6 и 7.

1. ГОСТ Р 51992–2011. Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. (МЭК 61643 – 1:2005).

2. СТО 56947007–29.240.02.001–2008. Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4–10 кВ от грозовых перенапряжений. Стандарт ОАО «ФСК ЕЭС».

3. Технический циркуляр ассоциации «Росэлектромонтаж» № 30/2012 «О выполнении молниезащиты и заземления ВЛ и ВЛИ до 1 кВ».

При выборе нормативных документов приоритет должен отдаваться ГОСТам РФ (или международным стандартам, если они находятся в ранге прямого применения), далее следуют Руководящие материалы (РД), ведомственные инструкции и руководства, носящие, как правило, справочный либо рекомендательный характер, расширяющие и дополняющие стандарты применительно к конкретным условиям отрасли.

Проектирование, монтаж, эксплуатацию и ремонт ВЛ следует поручать только специализированным организациям имеющим соответствующие лицензии (специальные разрешения) или отдельным физическим лицам (индивидуальным предпринимателям) имеющим соответствующие сертификаты (дипломы) с правом допуска для работы с соответствующими электроустановкам.

Список литературы

1. В.М. Прошин, Электротехника, учебник, М., Академия, 2014 г.

2. П. А. Бутырин, Электротехника, учебник, М., Академия, 2017 г.

3. Б.И. Иванов, Электромонтер по обслуживанию и ремонту электрооборудования, 3-издание Ростов ООО Феникс 2011г.

4. Ю.Д. Сибикин, Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий-книга-2, М., Академия, 2010 г