Методика преподавания темы: "Виды молниеотводов, применяющихся в энергосистемах"

При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12м -- четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12м --на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник -- токоотвод, токоотвод -- заземлитель) следует сваривать.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молниеотвод: 1 - молниеприемник; 2 - токоотвод; 3 - заземлитель; 4 - молниеприемник из трубы; 5 - сварка; 6 - молниеотвод; 7 - молниеприемник из уголка; 8 - молниеприемник из проволоки сечением 6-10мм

- Молниеприемник -- устройство, перехватывающее разряд молнии (громоотвод).

- Тоководы (спуски) это часть системы молниезащиты, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

- Заземлитель -- металлический проводник в заглубленный в почву, беспечивающий растекание тока молнии в землю.

Т.е. самый простой вариант молниезащиты - это укрепленный на крыше металлический штырь, соединенный тоководом с заземляющим устройством. Но просто штырь на крыше это неэстетично, хотя дешево, надежно и практично. Но, главное, не очень эффективно.

При всей внешней простоте этого устройства необходимо, чтобы все комплектующие были правипьно подобраны и соответствовали тем нагрузкам, которые, может быть, придется выдержать системе.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т. п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III...V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.

Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2.

Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.

2.5 Защитное действие молниеотводов

Защитная роль молниеотводов была впервые правильно оценена М. В. Ломоносовым, который указал, что молниеотвод предотвращает поражение защищаемых объектов, принимая на себя разряд молнии. Такое понятие вполне соответствует современной точке зрения. В наше время с установлением физических особенностей развития грозового разряда оказалось возможным найти инженерные основы защиты молниеотводами.

Защитное действие молниеотводов проявляется в лидерной стадии грозового разряда. Траектория лидера молнии, как и вообще длинной искры в воздухе, подчиняется статистическим закономерностям. Из всех вероятных направлений разряда преимущественное направление определяется максимальными напряженностями электрического поля. На больших высотах это направление устанавливается исключительно самим каналом лидера (рис. 4а). Поэтому на большей части пути лидера земные объекты практически не влияют на направление развития разряда. Однако на некоторой высоте H, называемой высотой ориентировки молнии, начинает сказываться искажение поля земными сооружениями. Направление максимальных напряженностей поля, а, следовательно, и развитие заряда устанавливаются по отношению к наиболее возвышающимся объектам - молниеотводам (рис. 4, б). Вероятность разряда в сооружение вблизи молниеотвода резко увеличивается. При некоторой высоте превышения молниеотвода над защищаемыми сооружениями практически ни один разряд не будет поражать эти сооружения. Пространство, защищенное от прямых ударов молнии, называется защитной зоной молниеотвода. Любое сооружение, целиком входящее в защитную зону молниеотвода, защищено от прямых ударов молнии. Зоны защиты молниеотводов определяются на моделях, в которых канал молнии имитируется стержнем, расположенным на высоте ориентировки молнии H. На стержень подается волна ГИН. Стержень располагается в местах, откуда вероятность поражения молнией объекта наибольшая.

Рис. 4. Эквипотенциальные линии поля и направление преимущественного развития разряда (пунктирная линия) на большой (а) и малой (б) высотах

Защитные зоны стержневых молниеотводов.

Молниеотводы характеризуются высотой Н, активной высотой h_a, т.е. превышением над защищаемым объектом, имеющим высоту h_x.

Общая высота молниеотвода составляет:

H = h_x + h_a , (4)

Канал лидера молнии начинает ориентироваться на вершину молниеотвода на высоте (10…20)H. Зоной поражения молнией молниеотвода является параболоид вращения, рис. 5.

Рис. 5. Зоны поражения 2-стержневого молниеотвода

Лидер молнии, вошедший в эту зону ориентации, неизбежно поражает молниеотвод. Зная зоны защиты молниеотвода, можно защитить объекты большой площади несколькими молниеотводами, чтобы зоны их защиты касались или даже пересекались.

Расстояние S (рис. 5) между молниеотводами для надежной защиты объектов не должно быть более 7h_a.

Зоной защиты стержневого молниеотвода (рис. 6) является прямой конус с криволинейной образующей, удовлетворяющий условию:

, (5)

где Р - вероятность поражения в зоне защиты молниеотвода, зависящей от высоты молниеотвода P = 5,5/ (H > 30 м); P = 1 (H ? 30 м).

Рис. 6. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода.

Защита объектов большой площади производится несколькими молниеотводами. Вертикальное и горизонтальное сечения зоны защиты 2-стержневых молниеотводов одинаковой высоты показаны на рис. 7.



Рис. 7. Зона защиты 2-стержневого молниеотвода

Нижняя точка 3 защитной зоны между двумя молниеотводами расположенные на уровне H₃ лежит на окружности радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку 3.

H₃ = H - S/7P . (6)

Ширина зоны защиты 2b_х на уровне защищаемого объекта (h_x) определяется по формуле:

. (7)

Для определения зоны защиты, образованной 3 или 4 стержневыми молниеотводами (рис. 8 а, б) достаточно, чтобы диаметр D окружности, проведенный через точки установки 3-х молниеотводов или большая диагональ D четырехугольника с молниеотводами в его вершине удовлетворяла условиям:

D ? 8h_a (H ? 30 м)

D ? 8h_a P (H > 30 м)

а) б)

Рис. 8. Защищенная площадь на уровне h_x :

а) тремя, б) четырьмя стержневыми молниеотводами

Зоны защиты тросовых молниеотводов.

Экранирующее действие тросов принято характеризовать углом защиты , образованным вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с проводом (рис. 9). Тросы тем надежнее экранируют (защищают) провода, чем меньше угол . Вероятность Р_а поражения проводов, защищенных тросами с защитным углом , или, как говорят, вероятность прорыва молнии через тросовую защиту определяется по формуле:

. (8)

Эта формула отражает основные закономерности защиты проводов тросовыми молниеотводами: вероятность прорыва молнии возрастает с увеличением угла и увеличением высоты опор H.

Защитный угол , указанный на рис. 9, относится к защите внешних проводов. Статистика поражений показала, что провод, находящийся между двумя тросовыми молниеотводами, находится в лучших условиях защиты. Внутренняя область ограничивается дугой окружности, проходящей через тросовые молниеотводы и среднюю точку 0, находящуюся на высоте:

 , (9)

где s - расстояние между тросами

Рис. 9. Защитный угол и защитная зона тросовых молниеотводов

Повышенный экранирующий эффект тросовых молниеотводов по отношению к среднему проводу используется для горизонтального разнесения тросов (рис. 9) в целях улучшения защиты крайних проводов (уменьшения защитного угла до 20°). Однако при разносе тросов и снижении расстояний «трос - внешние провода» по горизонтали возрастает опасность схлестывания проводов и тросов при пляске проводов во время гололеда и ветровых воздействий.

На деревянных опорах снижение углов защиты крайних проводов возможно путем подвески тросов на дополнительной траверсе. Однако значительный горизонтальный разнос тросов или высокая их подвеска ведет к существенному утяжелению опор. Оптимальные углы защиты для линий 35…110 кВ с деревянными опорами находятся в пределах 25…30°.

Защитным действием по отношению к нижерасположенным проводам обладают не только заземленные тросы, но и рабочие провода линии, «заземленные» через свои волновые сопротивления. Поэтому, например, на двух цепных линиях, имеющих вертикальное расположение проводов, верхние провода экранируют нижние.

Импульсное сопротивление заземления открытых распределительных устройств (ОРУ)

Сопротивление заземлителя подстанции в виде сетки, которая состоит из вертикальных электродов, объединенных горизонтальными полосами, рассчитывается по эмпирической формуле:

, (12)

где L - суммарная длина всех горизонтальных заземляющих электродов (полос);

n и l - число и длина вертикальных электродов;

S - площадь, занятая заземлителем; _рас - удельное сопротивление грунта; А - коэффициент, определяемый по значению :

	0	0,05	0,1	0,2	0,5
А	0,44	0,40	0,37	0,33	0,26

Ориентировочные значения коэффициента _и для заземлителей в виде сеток приведены на рис. 13. Для протяжных заземлителей ( 10 м) импульсный коэффициент можно оценить по приближенной формуле:

(13)

где S - площадь ОРУ, м²;

_р - расчетное значение удельного сопротивления грунта, Омм;

I_м - ток молнии, кА.

Расчетное значение _р определяется:

(14)

где к - коэффициент сезонности (к = 1,2…4,5), зависит от влаги в грунте;

_изм - измеренное значение удельного сопротивления грунта.

Рис. 13. Значения импульсного коэффициента для заземлителей в виде сеток р = 100…600 Омм: зона 1-2 : I_м = 10 кА; зона 3-4: I_м =100 кА

Условия безопасного прохождения тока молнии по молниеотводу

При прохождении тока молнии по молниеотводу создается падение напряжения на сопротивлении заземлителя молниеотвода и на индуктивности токоотвода. При косоугольной форме фронта тока молнии и крутизне фронта максимальный потенциал в точке молниеотвода, расположенной на расстоянии l от заземлителя, наступает в момент максимума тока молнии

 (15)

где L_o - индуктивность единицы длины токоотвода;

- крутизна тока молнии.

Для металлических молниеотводов решетчатой конструкции, а также для отдельно проложенных токоотводящих спусков L_o 1,7 мкГн/м.

Значение импульсного сопротивления ОРУ вычисляется по формуле и сравнивается с допустимым значением. В качестве расчетных значений принимают значения тока молнии I_м = 60 кА и = 30 кА/мкс.

Расстояние по воздуху l_B при расчетных параметрах тока молнии и допустимой напряженности электрического поля в воздухе Е_в = 500 кВ/м определяется по формуле:

. (16)

Расстояние в земле l_з между заземлителем отдельно стоящего молниеотвода и ближайшей к нему точкой защищаемого устройства в земле при допустимой напряженности поля в земле Е_з = 300 кВ/м рассчитывается как:

. (17)

При этом l_B должно быть не менее 5 м, а l_з - не менее 3 м.

На подстанциях при установке молниеотводов на порталах помимо соблюдения безопасных расстояний по воздуху и в земле необходимо согласовать импульсные разрядные напряжения изоляторов и напряжения, возникающие в точках их присоединения к порталу при ударах молнии в молниеотвод.

Другой характеристикой грозовой деятельности является среднее число ударов молнии n_уд в 1 км² поверхности земли за 100 грозовых часов.

Возвышающиеся над поверхности земли объекты вследствие развития с них встречных лидеров собирают удары молнии с площади, превышающей их территорию. Число ударов молнии за 100 грозовых часов в сооружение, например, в подстанцию (рис. 14), длиной А, шириной В и высотой Н (размеры в метрах), может быть рассчитано по формуле:

n = n_уд(А+7Н)(В+7Н)10^-6, где n_уд = 6,7 1/км²

Число ударов молнии в 100 км воздушной линии электропередачи за 100 грозовых часов

n = 6,71006h_ср10^-3 4h_ср,

где h_ср = h_оп -2/3f - средняя высота, м, подвеса троса или при отсутствии тросов - верхнего провода; h_оп - высота опоры; f - стрела провиса троса или провода. Годовое число ударов молнии в линию длиной l при числе грозовых ударов в году D_г определяется как

n_год = n_удl/100 D_г/100.

Рис. 14. Допустимые расстояния от молниеотвода до защищаемого объекта по воздуху l_B и в земле l_з

Глава III.Особенности методики изучения темы: «Виды молниеотводов применяющих в энергосистемах»

3.1 Цель и задачи предмета и ее значения в процессе подготовке специалиста

Учебная дисциплина «Изоляция и перенапряжения» является одной из основных обще профессиональных дисциплин при подготовке специалистов электроэнергетического направления и играет существенную роль в формировании у них инженерного мышления. В этой дисциплине комплексно рассматривается работа изоляционных конструкций в электрических системах при воздействии рабочего напряжения, грозовых и внутренних перенапряжений.

5140900-Профессионального образования (Электроэнергетика) предъявляются следующие требования к обязательному минимуму содержания по дисциплине «Изоляция и перенапряжения»:

виды электрической изоляции оборудования высокого напряжения;

изоляция воздушных линий электропередачи;

молниезащита воздушных линий;

молниезащита оборудования станций и подстанций;

защита изоляции электрооборудования от внутренних перенапряжений;

Научные положения дисциплины «Изоляция и перенапряжения» сформулированы на основе физики диэлектриков, физической химии, теории электромагнитных колебаний. При изучении дисциплины необходимо знание основ материаловедения, теоретических основ электротехники, электрических машин. Хорошее усвоение данного курса предполагает глубокое изучение теории, умение использовать полученные знания для анализа состояния электроустановок и режимов их работы и приобретение твердых навыков в решении задач.

При изучении внешней изоляции электроустановок и грозовых перенапряжений необходимо знать физику электрического разряда в газах, при изучении внутренней изоляции - теории пробоя жидких и твердых диэлектриков, электрофизические характеристики изоляционных материалов.

3.2 Традиционное обучение - фундамент инноваций

Традиционное обучение

Термин «традиционное обучение» подразумевает классно-урочную организацию обучения, сложившуюся в XVII веке на принципах дидактики, сформулированных Я.А.Коменским, и до сих пор являющуюся преобладающей в школах мира.Традиционное обучение- ориентир на коллективную и фронтальную работу учеников. Работа с группами различной успеваемости. Используется материал, рассчитанный на определённый объём знаний «среднего ученика».Устанавливается одинаковый для всех обучающихся объём знаний и подбирается связанный с ним учебный материал.Учебные задания следуют от простого к сложному и делятся на определённые группы сложности. Стимулируется активность класса (как группы).Учитель планирует индивидуальную или групповую работу учеников. Педагог задаёт для изучения общие для всех темы.

Положительные стороны:

упорядоченная, логически правильная подача учебного материала;

2. организационная четкость;

3. оптимальные затраты ресурсов при массовом обучении.

Отрицательные стороны:

1. шаблонное построение, однообразие;

2. отсутствие самостоятельности;

3. слабая речевая деятельность (2мин/день);

4. отсутствие индивидуального обучения.

Мы будем проводить лабораторную работу инновационными методами:

- Метод «мозгового штурма»

-Метод «Инсерт»

Метод «мозгового штурма»

Правила мозгового штурма:

1. Выдвигаются любые идеи

2. Идеи не критикуются, не комментируются

3. Все идеи записываются

4. Работа продолжается до тех пор, пока идеи не иссякнут

Данный метод, направленный на генерирование идей по решению проблемы, основан на процессе совместного разрешения поставленных в ходе организованной дискуссии проблемных задач. Задание может содержать профессионально значимый или междисциплинарный вопрос. При этом все идеи и предложения, высказываемые участниками группы, должны фиксироваться на доске (или на большом листе бумаги), чтобы затем их можно было проанализировать и обобщить. Последовательное фиксирование идей позволяет проследить, как одна идея порождает другие идеи. Дух соревновательности активизирует мыслительную деятельность обучающихся.

Рассмотрим пример, На проведение «мозгового штурма выделяется 5 минут. При рассмотрении темы «исследование грозозащиты подстанций» студентам может быть предложено задание: Назовите основные параметры молнии? В течение одной минуты студенты, например, на доске записывают варианты ответов.Ответы студентов: Полярность, токи молнии зарегистрированные в опорах, крутизна фронта импульса тока молнии, стержневые молниеотводы железобетонные, продолжительность разряда молнии, количество импульсов разряда, и др.По окончании «штурма» все предложенные идеи (решения) подвергаются анализу, в котором участвует вся группа.Студентам сообщается правильный ответ: Полярность, токи молнии, зарегистрированные в опорах, крутизна фронта импульса тока молнии, продолжительность разряда молнии, количество импульсов разряда.

Инсерт

Во время лабораторной работы надо начертить на доске таблицу и необходимо делать на ней пометки, а после лабораторной работы , заполнить таблицу, где значки станут заголовками граф таблицы:

«V» - уже знал;

«+» - новое;

«-» - думал иначе;

«?» - не понял, есть вопросы.

В таблицу кратко заносятся сведения из лабораторной работы.

Делаются пометки. Преподаватель предлагает несколько вариантов пометок: 2 значка «+» и «V», 3 значка «+», «V», «?» , или 4 значка «+» , «V», «-», «?». Ставьте значки в таблицу по ходу проведения лабораторной работы.

Прочитав один раз, студенты возвращается к своим первоначальным предположениям, вспоминая, что они знали или предполагали по данной теме раньше, возможно, количество значков увеличится.

Следующим шагом может стать заполнение таблицы («Инсерт»), количество граф которой соответствует числу значков маркировки.

V

Постаьте v (да) на полях, если то, что вы читаете, соответствует тому, что вы знаете, или думали, что знаете.

+

Поставьте +(плюс) на полях, если то, что вы читаете, является для вас новым.

-

Поставьте " -" (минус) на полях, если то, что вы читаете, противоречит тому, что вы уже знали, или думали, что знаете.

?

Поставьте «?» на полях, если то, что вы читаете, непонятно, или же вы хотели бы получить более подробные сведения по данному вопросу.

V	+	-	?
Параметры разрядов молнии. Трансформаторы тока. Выключатели воздушные. Силовые и автотрансформаторы.	Принципы защиты от прямых ударов молнии зданий. Механизм формирования разряда молнии. Характеристики зон поражаемости и зон защиты молниеотводовю	Виды молниеотводов. Определять грозоупорность ОРУ подстанции и удельное число отключений ЛЭП.	Как изменится грозоупорность подстанции при усилении изоляции ВЛ на подходе к подстанции. Каким физическим явлением объясняется деформация волны атмосферного происхождения при ее распространении по проводу ВЛ

Технологический прием «Инсерт» и таблица «Инсерт» сделают зримыми процесс накопления информации, путь от «старого» знания к «новому». Важным этапом работы станет обсуждение

Заключение

С моей стороны был выполнена выпускная квалификационная работа по теме «Виды молниеотводов применяющих в энергосистемах».

В ходе выполнения этой работы с моей стороны было изучена различная литература, относящая к предмету «Изоляция и перенапряжения».

Для эффективного обучения этому предмету со стороны преподаватель необходимо применить такие средства, которые бы позволили бы за короткий срок усвоить трудоемкий материал. В связи с этим в выпускной работе была рассмотрены активные и интерактивные методы обучения в преподавании общеобразовательных и обще профессиональных дисциплин технического профиля.

Современный учебный процесс сложно представить без использования компьютерных учебников, справочников, тестирующих и контролирующих систем и других компьютерных средств обучения. Для использования компьютерных средств обучения и информационных технологий в нашем институте имеются необходимые условия. Хочется отметить, что в последнее время, со стороны правительства уделяется большое внимание, на компьютеризацию и внедрения информационных технологий в учебный процесс. В связи с этим с моей стороны был рассмотрен и этот вопрос и подготовлен материал (презентация) для демонстрации материалов лекционного занятия с помощью электронного проектора.

В работе был произведен научно - методический анализ темы: «Виды молниеотводов применяющих в энергосистемах». Подробно освещено содержание лекционного материала, материалы которого были взяты из различных источников: учебники, интернет и научно-популярная литература.

Так же в выпускной работе была дана характеристика предмету и теме, указана методическое и техническое обеспечение темы, даны методические рекомендации по проведению лекционного занятия и лабораторной работы.

Практической стороной данной работы является технологическая карта, для проведение в ВУЗах лекционного занятия, с применением компьютерных средств обучения, а так же методические указания по проведению лабораторного занятия по данной теме.

В работе сделано заключение о том, что если при обучении данной темы будет применены интерактивные методы преподавания то она повысит эффективность занятия и послужит для крепкогоо усвоения метриала, повысить усвояемость среди учащихся.

Кроме этого в разделе безопасность жизнедеятельности были рассмотрены и изучены вопросы.

При подготовке выпускной работы мною была использована научно-методическая и учебная литература, различные статьи и материалы из интернет.

В заключении хочу сказать, что если при проведении всех учебных занятий в ВУЗах республики использовать интерактивные методы обучения, применять современные и компьютерные технологии то эффектиность обучения поднимется на более высокий уровень и послужит повышению качество образования.

В процессе подготовки этой работы я еще более укрепил зняния полученны в стенах института, получил навыки по разработке технологичеких карт, использования на занятиях компьютерных технолгий, подготовки к ним электронного материала. Вывражаю уверенность, что далнейщем полученные мною знания, умения и навыки в области педагогической деятельности использую для подготовки хороших специалистов в области энергетики.

Основная литература

1. Базуткин В.В. и др. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах / Под общ. ред. В.П.Ларионова. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Техника высоких напряжений / Под общ. ред. Д.В.Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1976.

3. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения /Н.М.Адоньев, В.В.Афанасьев, И.М.Бортник и др.; Под ред. В.В.Афанасьева. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.

4. Техника высоких напряжений /Г.Н.Александров,К.П.Кодомская, В.Л.Иванов и др / Под общ. ред. М.В.Костенко. -Высшая школа, 2006.

5.Электротехнический справочник: Т.З.Производство,передача и распределение электрической энергии./ Под общ.ред. профессоров МЭИ.-М., :Издательство МЭИ 2004.

Дополнительная

6. Ларионов В.П. Основы молниезащиты / Под ред. И.М.Бортника. М.: Знак, 1999.

7.Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения: Пер. с нем./ М.Бейер, В.Бёк, К.Мёллер, В.Цаенгль; Под ред. В.П.Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. М.: Энергия, 1968.

9. Ута кучланиш ва изоляция фанидан маъруза матнлари-/С.Д.Хайдаров/ -Ташкент ., ТошДТУ, 2001.

Размещено на Allbest.ru