Расчетные кратности внутренних перенапряжений

для оборудования сетей 110–1150 кВ

Расчетное напряжение, воздействующее на изоляцию оборудования при внутренних перенапряжениях можно определить, исходя из их расчетной кратности k_п.р:

.                (3.6)

Грозовые перенапряжения подразделяются на перенапряжения прямого удара молнии в электрическую установку и индуктированные перенапряжения, возникающие при ударе молнии в землю или в заземленные объекты поблизости от электроустановки. При прямом ударе молнии элементы электроустановки приобретают весьма высокий потенциал, достигающий нескольких мегавольт. Индуцированные перенапряжения значительно ниже до 200—300 кВ.

В качестве основного защитного устройства еще в начале века было рекомендовано применение на линиях электропередачи заземленных тросов. Однако трос в то время рассматривался, в основном как средство для снижения индуктированных перенапряжений, значение которых весьма преувеличивалось. Защита от прямых ударов молнии считалась практически невыполнимой, да и сами удары молнии в линию редким явлением.

Для защиты трансформаторов за рубежом применялись катушки индуктивности, включаемые перед трансформатором с целью снижения крутизны фронта приходящих на подстанцию импульсов грозовых перенапряжений. В США применялись также алюминиевые и порошковые разрядники.

Результаты глубоких экспериментальных и теоретических исследований и обобщение опыта эксплуатации находили отражение в периодически выпускаемых «Публикациях МЭК». В СССР выпускались «Руководящие указания по защите от перенапряжений» (1935, 1941, 1946, 1954 гг., проекты РУ 1964, 1965 и 1975 гг., последние «Руководящие указания по защите от грозовых и внутренних перенапряжений электрических сетей 6—1150 кВ ЕЭС России», НИИПТ, 1994 г.) [1].

В настоящее время защита электрооборудования подстанций от набегающих с линий импульсов грозовых перенапряжений осуществляется с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) или вентильных разрядников (РВ). Оптимальная установка защитных аппаратов на территории подстанции рассчитывается с помощью анализаторов молниезащиты, разработанных впервые в ЛПИ, или с помощью ЭВМ.

При ударе молнии в провод линии электропередачи, или при ударе молнии в грозозащитный трос или опору и перекрытии гирлянды изоляторов (с тела опоры на провод)  по проводу начинает распространяться волна, набегающая на подстанцию.

Перенапряжение, воздействующее на оборудование, определяется остающимся напряжением на разряднике и превышением напряжения ΔU₁₂ на защищаемом объекте над оставшимся на разряднике. Значение ΔU₁₂ существенно зависит от расстояния   l₁₂ между разрядником и защищаемым объектом и крутизны набегающей волны – a:

,                                  (3.7)

где с – скорость света.

Расчетные значения напряжений, воздействующих на изоляцию оборудования при грозовых перенапряжениях:

,                        (3.8)

где U_{ост.разр} – остающееся напряжение на разряднике при токах координации (5 кА для U_ном =110-220 кВ  и 10 кА для U_ном ≥330 кВ); k_гроз – коэффициент, учитывающий перепад напряжения ΔU₁₂ между разрядником и защищаемым объектом.

При надлежащем ограничении крутизны набегающей волны и рациональном расположении разрядников на подстанции для силовых трансформаторов принимается k_гроз =1,3–1,4.

Нелинейные ограничители перенапряжений имеют существенно меньшее остающееся напряжение при токах координации. Поэтому применение этих ограничителей позволяет существенно снизить значения воздействующих не только внутренних, но и грозовых перенапряжений.