Защита вращающихся электрических машин от грозовых перенапряжений

При выпуске с завода изоляция электрических машин обладает прочностью, в несколько раз превышающей наибольшее рабочее напряжение, а коэффициент импульса ее составляет 1,3–1,6. Однако в процессе эксплуатации электрическая прочность изоляции резко снижается из-за вибрации и электродинамических воздействий при коротких замыканиях, а также испарения пропитывающих веществ. Коэффициент импульса снижается до 0,7–1. Допустимое напряжение на главной изоляции машин, бывших в эксплуатации, можно оценить как:

(6.106)

Только у разрядников I группы (см. прил. Ж) остающееся напряжение при токе до 3 кА ниже, чем допустимое импульсное напряжение на изоляции машин. Однако интервал между этими напряжениями очень мал, и это создает трудности в координации импульсной прочности изоляции машин с характеристиками вентильных разрядников.

Помимо ограничения напряжения на вводе машины схемой молниезащиты должно быть предусмотрено ограничение напряжения на нейтрали и ограничение крутизны падающего импульса с целью защиты продольной изоляции машины.

В настоящее время ПУЭ с учетом низкого уровня интервала координации ограничения возможной непосредственного присоединения генераторов к линейным шинам.

Воздушные линии на металлических и железобетонных опорах допускается непосредственно присоединять к генераторам (синхронным компенсаторам) мощностью до 50 МВт (до 50 МВ·А) и соответствующим РУ.

Воздушные линии на деревянных опорах допускается присоединять к генераторам (синхронным компенсаторам) мощностью до 25 МВт (до 25 МВ·А) и соответствующим РУ.

Присоединение воздушных линий к генераторам (синхронным компенсаторам) мощностью более 50 МВт (более 50 МВ·А) должно осуществляться только через трансформатор. В этом случае трансформатор существенно ограничивает амплитуду и крутизну импульсов грозовых перенапряжений на зажимах машины.

Для защиты блочных трансформаторов, связанных с генераторами мощностью 100 МВт и выше со стороны ВН должны быть установлены РВ не ниже II группы или соответствующие ОПН.

При применении открытых токопроводов для соединения генераторов (синхронных компенсаторов) с трансформаторами токопроводы должны входить в зоны защиты молниеотводов и сооружений ПС (электростанций). Место присоединения молниеотводов к заземляющему устройству ПС (электростанций) должно быть удалено от места присоединения к нему заземляемых элементов токопровода, считая по магистралям заземления, не менее чем на 20 м.

Если открытые токопроводы не входят в зоны защиты молниеотводов ОРУ, то они должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами или тросами, подвешенными на отдельных опорах с защитным углом не более 20°. Заземление отдельно стоящих молниеотводов и тросовых опор должно выполняться обособленными заземлителями, не имеющими соединения с заземляющими устройствами опор токопроводов, или путем присоединения к заземляющему устройству РУ в точках, удаленных от места присоединения к нему заземляемых элементов токопровода на расстояние не менее 20 м.

Расстояние от отдельно стоящих молниеотводов (тросовых опор) до токоведущих или заземленных элементов токопровода по воздуху должно быть не менее 5 м. Расстояние в земле от обособленного заземлителя и подземной части молниеотвода до заземлителей и подземной части токопровода должно быть не менее 5 м.

Для защиты генераторов и синхронных компенсаторов, а также электродвигателей мощностью более 3 МВт, присоединенных к общим шинам воздушными линиями или токопроводами, должны быть установлены РВ I группы или ОПН с соответствующим остающимся напряжением грозового импульса тока и емкости не менее 0,5 мкФ на фазу. При выборе РВ или ОПН с более низкими значениями остающихся напряжений допускается устанавливать емкости менее 0,5 мкФ на фазу. Кроме того, защита подходов ВЛ к РУ электростанций, ПС и токопроводов к машинам должна быть выполнена с уровнем грозоупорности не менее 50 кА. Разрядники вентильные или ОПН следует устанавливать для защиты: генераторов (синхронных компенсаторов) мощностью более 15 МВт (более 15 MB·А) – на присоединении каждого генератора (синхронного компенсатора); 15 МВт и менее (15 MB·А и менее) – на шинах (секциях шин) генераторного напряжения; электродвигателей мощностью более 3 МВт – на шинах РУ.

Схемы грозозащиты электрических машин, непосредственно связанных с воздушной сетью кроме установки ОПН и РВ и малоиндуктивного конденсатора на шинах предусматривают защиту подхода воздушной линии от ПУМ, ОПН или РВ на подходе, токоограничивающий реактор и кабельную вставку.

Для защиты подхода от прямых ударов молнии используются грозозащитные тросы. Вентильный разрядник РВ1, установленный по ходу движения волн грозовых перенапряжений, предназначены для отвода части тока волны в землю и ограничения тока в ОПН или вентильном разряднике, установленном на электрической машине. Их эффективность зависимость от величины сопротивления заземления, достаточная для практикт надежность работы схемы обеспечивается при R_з≤10 Ом.

Реактор Р в схеме сглаживает фронт импульса перенапряжений на шинах, а также облегчает условия срабатывания разрядника.

Емкость С на шинах предназначена для ликвидации колебательной составляющей напряжения на зажимах машины. Обычно длительность фронта импульса τ_ф грозовых перенапряжений на зажимах машины за счет малоиндуктивной емкости С увеличивается до 20-50 мкс.

Кабельная вставка, отделяющая воздушную линию от шин с электрической машиной. Ее защитная роль не ограничивается добавлением дополнительной емкости, сглаживающей волну. Кабельная вставка служит для отвода значительной доли тока волны в землю помимо шинного разрядника. Это достигается следующим образом. При срабатывании разрядника на входе кабельной вставки жила кабеля оказывается соединенной параллельно с его оболочкой (через динамическое сопротивление РВ). Вследствие большой скорости изменения напряжения волны ее движение по кабелю сопровождается проявлением поверхностного эффекта. Ток волны вытесняется из жилы на оболочку кабеля, имеющую контакт с землей, и уходит в землю, минуя шины подстанции.

Если вращающиеся машины и ВЛ присоединены к общим шинам РУ электростанций или ПС, то подходы этих ВЛ должны быть защищены от грозовых воздействий с соблюдением следующих требований:

1) подход ВЛ с металлическими и железобетонными опорами должен быть защищен тросом на протяжении не менее 300 м, в начале подхода должен быть установлен комплект РВ IV группы (рис. 6.27, а) или соответствующих ОПН. Рекомендуется использование деревянных траверс с расстоянием не менее 1 м по дереву от точки крепления гирлянды изоляторов до стойки опоры.

На подходах ВЛ с деревянными опорами дополнительно к средствам защиты, применяемым на ВЛ с железобетонными опорами, следует