Принципы защиты электрооборудования подстанции от набегающих импульсов грозовых перенапряжении

Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанций от набегающих импульсов служат вентильные разрядники и ограничители перенапряжений.

Для того чтобы вентильный разрядник обеспечивал за­щиту оборудования, импульсный ток через разрядник не должен превышать тока координации. Если он превысит ток координации, то напряжение на разряднике окажется выше нормированного, что может представить опасность для изо­ляции оборудования. В отдельных случаях при больших токах (десятки кило ампер) и многократных воздействиях защитный аппарат может выйти из строя и даже разру­шиться.

При близких от подстанции ударах в провод ток мол­нии распределяется обратно пропорционально сопротивле­ниям заземления опоры R и вентильного разрядника при этом ток через разрядник

На практике: сопротивление разрядника РВМГ-110 при токе коорди­нации = 10 кА и = 295 кВ составляет

= 29,5 Ом.

Тогда при токе молнии = 60 к А (с вероятностью появления Р=0,1) и сопротив­лении заземления опоры R = 10 Ом ток в разряднике будет равен кА, что недопустимо, т.к. с ростом тока от 10 до 15 кА растёт → изоляция может пробиться + разрядник разрушится из-за большого тока.

Таким образом, прямые удары молнии в провода линии вблизи подстанции необходимо исключить. Для этого уча­стки линии длиной 1–3 км, примыкающие к подстанциям во всех случаях защищаются тросовыми молниеотводами. Такие участки линии получили название защищенных под­ходов к подстанциям.

Удаленные удары молнии в провод могут привести к появлению в разряднике тока, не превы­шающего ( – 50 %-ное импульсное разряд­ное напряжение линейной изоляции; – волновое сопро­тивление провода).

Например, в системе 110 кВ

А, что меньше тока координации.

Т.е. удалённые удары молнии менее опасны.

Схема защищенного подхода, ког­да подходящая к подстанции линия выполнена на деревян­ных опорах.

Трос подвешивается только в пределах защи­щенного подхода. Так как на деревянных опорах от тросов к заземлителям прокладываются по стойкам токоотводящие спуски, прочность изоляции опоры относительно земля су­щественно снижается. В этом случае первая подтросовая опора является местом с ослабленной изоляцией и для то­го чтобы не ухудшить грозоупорность линии, в начале за­щищенного подхода на каждой фазе устанавливают труб­чатые разрядники PT1. В конце подхода иногда устанав­ливают второй комплект трубчатых разрядников РТ2, ко­торые служат для защиты разомкнутого линейного выключателя. (В настоящее время запрещено применять трубчатые и вентильные разрядники. Вместо них используются ОПН, в которых нет искровых промежутков).

Если линия выполнена на металлических или желе­зобетонных опорах и защи­щена тросами по всей дли­не, то трубчатые разрядники на подходе не устанавлива­ются. Однако на примыка­ющих к подстанции участ­ках линии особенно тщательно выполняются требования молниезащиты: сни­жаются сопротивления заземления опор и уменьшают­ся углы защиты тросов. Целью этих мероприятий яв­ляется уменьшение вероятностей прорыва молнии через тросовую защиту и обратных перекрытии при ударах в опоры в пределах защищенного подхода к подстан­ции.

Защищенный подход выполняет еще одну важную фун­кцию. При прохождении импульса напряжения по защи­щенному подходу вследствие действия импульсной короны происходит удлинение его фронта, т. е. снижение крутизны фронта импульса, набегающего на подстанцию. Длина защищенного подхода должна быть до­статочной для того, чтобы крутизна фронта импульса сни­зилась до значения, безопасного для оборудования под­станции.

На подстанциях вентильный разрядник и защищаемое оборудование находятся друг от друга на некотором расстояния по ошиновке, поэтому на оборудовании напряже­ние будет несколько выше, чем на разряднике. Оценим эту разницу напряжений.

При грозовых импульсах частота переходного процесса В оборудовании подстанции очень велика, поэтому при анализе перенапряжений в расчетных схемах оборудование представляется входными емкостями по отношению к земле.

Пусть набегающий на подстанцию импульс имеет косо­угольный фронт с крутизной а:

Тогда падающее напряжение

Для упрощения анализа примем, что = 0, тогда через время, равное , импульс напряжения придет в точку 2 и отразится от нее с тем же знаком. Отраженный импульс еще через время вернется в точку 1 и наложится на па­дающий импульс. Под действием суммарного напряжения в момент времени в соответствии с вольт-секундной харак­теристикой произойдет пробой искровых промежут­ков РВ и напряжение в точке 1 снизится. Наибольшее на­пряжение на разряднике перед пробоем

Напряжение в точке 2 будет повышаться еще в течение времени и достигнет

Лишь после этого напряжение в точке 2 снизится вслед­ствие подключения в точке 1 нелинейного сопротивления РВ и, следовательно, изменения коэффициентов прелом­ления и отражения в точке 1.

Разница напряжений на защищаемом оборудовании и на разряднике составляет

Таким образом, максимальное напряжение на защищае­мом оборудовании тем больше превышает пробивное на­пряжение разрядника, чем дальше оно удалено от раз­рядника и чем выше крутизна фронта падающего импульса.

Разность допустимого напряжения на трансформа­торе и пробивного напряжения разрядника называется ин­тервалом координации изоляции. Экономически приемле­мый интервал координации достигается за счет снижения крутизны набегающего импульса на защищенном под­ходе.

Поскольку пробивное напряжение разрядника пример­но равно остающемуся напряжению при токе координации, задача практически сводится к выбору интервала между остающимся напряжением разрядника или ограничителя перенапряжений и допустимым напряжением на изоляции электрооборудования подстанции.