От грозовых перенапряжений

устанавливать комплект РВ IV группы или соответствующих ОПН на расстоянии 150 м от начала тросового подхода в сторону линии (рис. 6,27, б). Допускается установка РТ в начале подхода. Сопротивление заземления таких разрядников не должно превышать 5 Ом;

2) на ВЛ, присоединенных к электростанциям и ПС кабельными вставками длиной до 0,5 км, защита подхода должна быть выполнена так же, как на ВЛ без кабельных вставок (см. п. 1) и дополнительно должен быть установлен комплект РВ2 IV группы или соответствующих ОПН в месте присоединения ВЛ к кабелю. Заземляемый вывод защитного аппарата кратчайшим путем следует присоединить к броне, металлической оболочке кабеля и к заземлителю (рис. 6.27, в, г).

3) если подход ВЛ на длине не менее 300 м защищен от прямых ударов молнии зданиями, деревьями или другими высокими предметами и находится в их зоне защиты, то подвеска троса на подходе ВЛ не требуется. При этом в начале защищенного участка ВЛ (со стороны линии) дол-

 

жен быть установлен комплект РВ1 IV группы (рис. 6.27, д) или соответствующих ОПН.

Спуски заземления РВ1 кратчайшим путем должны быть соединены с контуром заземления ПС (электростанции);

4) при наличии токоограничивающего реактора на присоединении ВЛ подход на длине 100–150 м должен быть защищен от прямых ударов молнии тросовым молниеотводом (рис. 6.27, е). В начале подхода, защищенного молниеотводом, а также у реактора должны быть установлены комплекты РВ1 и РВ2 (рис. 6.27, а) или соответствующих ОПН. При этом защита подхода ВЛ тросом не требуется.

5) при присоединении ВЛ к шинам РУ с вращающимися машинами через токоограничивающий реактор и кабельную вставку длиной более 50 м защита подхода ВЛ от прямых ударов молнии не требуется. В месте присоединения ВЛ к кабелю и перед реактором должны быть установлены комплекты РВ1 и РВ2 или ОПН с сопротивлением заземления не более 3 Ом (рис. 6.27, ж).

6) на ВЛ, присоединенных к шинам РУ с вращающимися машинами мощностью менее 3 МВт, подходы которых на длине не менее 0,5 км выполнены на железобетонных или металлических опорах с сопротивлением заземления не более 5 Ом, должен быть установлен комплект РВ IV группы или соответствующих ОПН на расстоянии 100–150 м от ПС (электростанции) (рис. 6.27, з).

 

 6.5. Защитные аппараты и устройства

Ранее и в настоящее время в электроустановках применяются следующие средства защиты от перенапряжений:

‒  защитные промежутки (ПЗ);

‒  трубчатые разрядники (РТ);

‒  вентильные разрядники (РВ);

‒  нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН);

‒  длинно-искровые разрядники (РДИ);

‒  мультикамерные изоляторы-разрядники.

Принцип действия защитного аппарата состоит в том, что он предотвращает появление на электроустановке импульсов перенапряжений, опасных для ее изоляции и не препятствует работе электроустановки при рабочем напряжении.

Простейшим защитным устройством является искровой промежуток, включенный параллельно изоляционной конструкции. Для предупреждения перекрытия или пробоя изоляции вольт-секундная характеристика защитного искрового промежутка ПЗ с учетом разброса должна в идеальном случае лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции (рис. 6.28). При выполнения этого требования появление опасных для изоляции электроустановок перенапряжений невозможно, так как при набегании импульса напряжения U_пад происходит пробой ПЗ с последующим резким падением («срезом») напряжения. Вслед за импульсным током через защитный промежуток по ионизированному пути устремляется ток, обусловленный напряжением промышленной частоты, ‒ сопровождающий ток. Если электроустановка работает в сети с заземленной нейтралью или если пробой ПЗ произошел в двух или трех фазах, то дуга сопровождающего тока может не погаснуть и импульсный пробой переходит в устойчивое короткое замыкание, которое вызывает аварийное отключение электроустановки.  

Рис. 6.28. Принцип действия защитного устройства:

а ‒ схема включения защитного промежутка (ПЗ); б ‒ согласование вольт-секундных характеристик защищаемой изоляции (1) и ПЗ (2)

Чтобы этого избежать, следует обеспечить гашение дуги сопровождающего тока.

Защитные аппараты, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени меньшего, чем время действия релейной защиты, получили название защитных разрядников.

Имеются два различных способа гашения дуги: в трубчатых разрядниках гашение происходит в результате интенсивного продольного дутья, в вентильных разрядниках ‒ благодаря снижению значения сопровождающего тока с помощью сопротивления, включенного последовательно с искровым промежутком.

В ограничителях перенапряжений в силу очень большой нелинейности характеристики резистора сопровождающий ток при рабочем напряжении имеет значение долей миллиампера, что безопасно для защитного аппарата и не создает заметных потерь энергии. Поэтому ОПН выполняются без искровых промежутков.

Защитные промежутки

Наиболее древним, простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений первоначально являлись искровые промежутки. В сетях 3...35 кВ искровой промежуток обычно выполнялся в виде «рогов». При такой форме электродов электродинамические силы и тепловые потоки воздуха перемещают возникшую после перекрытия дугу вверх по «рогам». Это приводит к ее растягиванию и в некоторых случаях успешному гашению.

Искровые промежутки обладают рядом недостатков, которые ограничивают их применение:

1) Пробивное напряжение искровых промежутков имеет большой статистический разброс, что сильно затрудняет координацию пробивных напряжений защитных промежутков с характеристиками защищаемой изоляции. Вследствие резкой неоднородности электрического поля между электродами имеет место существенное повышение разрядного напряжения промежутка при крутых фронтах волн воздействующих перенапряжений. В области малых предразрядных времен (t ₁ < 2мкс) вольт-секундная характеристика изоляции (с учетом статистического разброса) может проходить ниже вольт-секундной характеристики искрового промежутка (рис.6.29). Таким образом, при малых предразрядных временах изоляция остается незащищенной и может быть повреждена.

 

Рис. 6.29. Вольт-секундные характеристики изоляции (1) и искрового промежутка с резко неоднородным полем (2)

 

2) Любое срабатывание искровых промежутков вызывает образование дуги тока короткого замыкания, которая в сетях с глухим заземлением нейтрали, а в ряде случаев и в сетях с изолированной нейтралью, самопроизвольно погаснуть не может. Каждое такое короткое замыкание вызывает нежелательные электродинамические воздействия в обмотках трансформаторов и генераторов, ускоренный износ и внеочередные ревизии выключателей, допускающих ограниченное количество отключений токов короткого замыкания.

Срабатывание искровых промежутков, установленных параллельно защищаемой изоляции, вызывает резкий срез напряжения на ней. Это приводит к возникновению переходных процессов и опасных перенапряжений на продольной изоляции между витками и катушками обмоток трансформаторов, реакторов и электрических машин.

В настоящее время открытые искровые промежутки в качестве специальных защитных устройств применяются в исключительных случаях лишь в сетях с номинальным напряжением не выше 10 кВ.

Трубчатые разрядники

Некоторое улучшение характеристик может быть получено путем принудительного гашения дуги. Для этого искровые промежутки помещают в трубку из газогенерирующего материала. Такой защитный аппарат называется трубчатым разрядником (рис. 6.30). Разрядник имеет внешний искровой промежуток S1 и внутренний S2, размещенный внутри трубки 1 из изолирующего газогенерирующего материала винипласт (РТВ) или фибра (РТФ). Дугогашение обеспечивает промежуток S2, образованный между стержневым 2 и кольцевым 3 электродами. Промежуток S1 служит для отделения газогенерирующей трубки от сети. Это позволяет избежать разложения материала трубки под влиянием тока утечки при длительном воздействии рабочего напряжения.

Искровые промежутки S1 и S2 пробиваются при появлении перенапряжений на фазном проводе. Через них протекает импульсный ток молнии и ток короткого замыкания рабочей частоты. Под действием высокой температуры дуги в трубке происходит интенсивное газовыделение и давление в ней нарастает до нескольких десятков атмосфер. Газы, выходя через открытый конец трубки, создают продольное дутье дуга растягивается, сопротивление ее растет и при первом же прохождении тока через нуль дуга гаснет.

Рис. 6.30. Схема устройства и включения трубчатого разрядника

Однако другие недостатки защитных промежутков (нестабильность вольт-секундных характеристик, наличие срезов напряжения) имеются и у трубчатых разрядников. Эти недостатки, а также наличие зоны выхлопа исключают возможность применения трубчатых разрядников в качестве основного аппарата для защиты подстанционного оборудования.

Учитывая перечисленные недостатки, а также большие эксплуатационные расходы на обслуживание трубчатых разрядников, в настоящее время их установка во вновь сооружаемых сетях не предусматривается.