Оборудовании, удаленном от вентильного разрядника

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

U_пад = at.                                  (6.96)

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

.                           (6.97)

Напряжение в точке 2 будет повышаться еще в течение времени l/υ и достигнет

U_2max = 2at_p.                                             (6.98)

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

. (6.99)

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 ΔU_к 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.

Даже в простейших схемах расчет напряжения на изоляции электрооборудования подстанции весьма громоздок. Поэтому исследования молниезащиты подстанций проводятся на ЭВМ.

При воздействии набегающих с ВЛ волн атмосферных перенапряжений схема РУ ведет себя, как сложный колебательный контур, в котором подстанционное оборудование участвует своими входными емкостями, а ошиновка ‒ отрезками длинной линии с распределенными параметрами. Значения входных емкостей подстанционного оборудования и рекомендации по составлению расчетной схемы замещения распределительного устройства приведены в [1]. В отдельных случаях, например, при расчете грозоупорности схем с вращающимися машинами, последние более правильно представлять не только входной емкостью, но и моделировать обмотку машины входным сопротивлением или отрезком длинной линии с распределенными параметрами. Волновые сопротивления обмоток, особенно мощных вращающихся машин, невелики (50-100 Ом), что существенно снижает воздействующие перенапряжения. Силовые трансформаторы представляются входной емкостью и отрезком длинной линии, замещающим обмотку. Однако волновое сопротивление обмотки обычно составляет несколько тысяч Ом и поэтому слабо снижает амплитуду колебательного импульса. Представление силового трансформатора входной емкостью, несколько увеличивает расчетные грозовые перенапряжения на нем. При анализе схем грозозащиты мощных силовых трансформаторов должны быть учтены волновые свойства обмотки путем использования частотно-зависимых характеристик обмоток, предварительно полученных расчетным или экспериментальным путем.

Надежность грозозащиты ПС оценивается средним числом случаев появления опасных для подстанционной изоляции грозовых импульсов в год. Опасность могут представлять только грозовые импульсы, возникающие при ударе молнии в ВЛ в пределах опасной зоны l _о.з. Часть этих импульсов небольшой амплитуды или с малой крутизной фронта и небольшой длительности не вызывают повреждения или перекрытия изоляции оборудования подстанций. При оценке надежности грозозащиты ПС от набегающих с ВЛ грозовых импульсов используются методы, учитывающие статистические распределения амплитуды, крутизны и длительности первого и последующих импульсов тока многократного разряда, а также рабочее напряжение и удаленность грозового разряда. Анализируются перенапряжения, создаваемые на изоляции подстанционного оборудования полными и срезанными грозовыми импульсами.

Оценка надежности грозозащиты РУ станций и подстанций состоит в определении доли опасных импульсов среди поражающих ВЛ в пределах опасной зоны. Среднее число опасных грозовых перенапряжений от набегающих волн на каком-то аппарате или на подстанции в целом (т.е. перенапряжений, превышающих допустимые значения) за год может быть определено по формуле:

,   (6.100)

где N _н.в ‒ среднее число опасных перенапряжений, возникающих на защищаемом аппарате или на ПС в целом в течение года; N ‒ число грозовых ударов в ВЛ длиной 100 км при 100 грозовых часах в год; N _г.ч ‒ число грозовых часов в год; l _о.з ‒ длина опасной зоны, км; n_ВЛ, k_э ‒ число отходящих ВЛ и коэффициент их взаимного экранирования; P _α ‒ вероятность прорыва молнии на провода; δ_оп ‒ доля грозовых ударов в опоры и прилегающие участки троса, отн. ед.; P_оп ‒ вероятность обратного перекрытия линейной изоляции; ψ_пр, ψ_оп ‒ доли опасных для изоляции ПС импульсов, соответственно, при прорыве молнии на провода и при обратных перекрытиях изоляции ВЛ, возникающих в пределах опасной зоны, отн. ед.

При определении ψ_пр и ψ_оп необходимо учитывать более 10 статистически изменяющихся параметров, что может быть реализовано при использовании ЭВМ. В настоящее время разработано и апробировано несколько версий программ расчета вероятности возникновения опасных перенапряжений на оборудовании ПС. Программы, основаны на построении и интегрировании объема опасных волн с координатами - амплитуда, крутизна тока молнии и удаленность точки удара от шин ПС.

Величина, обратная N _н.в, характеризует среднюю повторяемость опасных перенапряжений, возникающих на защищаемом аппарате или на ПС в целом, (в годах):

.                                   (6.101)

Для установления критерия достаточности надежности грозозащиты подстанционного оборудования использован многолетний опыт эксплуатации ПС 35-220 кВ с высокими показателями надежности. Показатели надежности грозозащиты ПС более высокого класса номинального напряжения получены экстраполяцией имеющихся значений по ПС 35-220 кВ с учетом большей стоимости и ответственности ПС высших классов напряжения. Рекомендуемые показатели надежности грозозащиты наиболее дорогого и ответственного подстанционного оборудования (силовых трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов) в зависимости от класса номинального напряжения ПС оцениваются следующими значениями (табл. 6.3):

Таблица 6.3.

Средняя повторяемость опасных перенапряжений