Грозозащита станций и подстанций

Дополнительно по теме

ГРОЗОЗАЩИТА СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Защита от прямых ударов молнии

Здания и сооружения, имеющие металлические конструкции или металлическую кровлю, защищаются от прямых ударов молнии путем надежного заземления (импульсное сопротивление заземления не более 10 Ом). Все остальные здания и сооружения, а также территории открытого РУ защищаются стержневыми молниеотводами. На открытых РУ 110 кВ и выше молниеотводы могут устанавливаться непосредственно на конструкциях РУ, стойки которых присоединяются к заземляющему контуру подстанции. РУ 35 кВ, как правило, защищаются отдельно стоящими молниеотводами, имеющими обособленные заземлители.

Защита подстанций от волн грозовых перенапряжений, набегающих с линии

Основным аппаратом защиты оборудования подстанций является вентильный разрядник типа РВС или РВМ. Остаточное напряжение на разряднике является основной величиной, по которой производится координация подстанционной изоляции. Амплитуда расчетной волны грозового перенапряжения, равная гарантированной импульсной прочности изоляции, определяется приближенным равенством

где коэффициент 1,1 учитывает падение напряжения в индуктивности соединительных проводов между разрядником и защищаемым оборудованием. Испытательное напряжение оборудования подстанций (за исключением изоляции силовых трансформаторов) на 10- 15% выше . Импульсное испытательное напряжение изоляции силовых трансформаторов на 25% выше .

Максимальное напряжение на изоляции оборудования подстанции тем больше чем больше крутизна падающей волны и расстояние между РВ и защищаемой изоляцией. Для уменьшения крутизны волны линии электропередачи на подходе к подстанциям 35 кВ и выше защищаются тросовыми молниеотводами на длине 1-2 км. Если линия защищена тросами по всей длине, то на подходе к подстанции применяются уменьшенные сопротивления заземления опор. В линиях на деревянных опорах без тросов в начале подхода устанавливается трубчатый разрядник РТ1 (рис. 40-34).

Рис. 40-34. Нормальная схема защиты РУ 35-110 кВ. РТ2 предназначен для защиты изоляции разомкнутого выключателя или разъединителя; РТ2 может быть заменен защитным промежутком ПЗ.

Рис 40-35. Нормальная схема защиты РУ 3-10 кВ. а - воздушный подход; б - воздушный подход с кабельной вставкой. Трубчатый разрядник РТ1 устанавливается на расстоянии 100-200 м от РТ2. Разрядники РТ2 и РВ2 защищают изоляцию разомкнутого выключателя или разъединителя. При длине кабельной вставки менее 50 м РВ2 не ставится. Импульсное сопротивление заземления РТ1 не более 10 Ом.

Подходы к подстанциям 3-10 кВ молниеотводами не защищаются (рис. 40-35). При наличии кабельных вводов используются защитные действия кабельной оболочки (рис. 40-35, б).

При отсутствии трубчатых разрядников, удовлетворительных с точки зрения диапазона отключаемых токов, возможна установка вместо них защитных промежутков (табл. 40-13) при обязательном наличии АПВ.

Таблица 40-13 Рекомендуемые расстояния между электродами защитного промежутка

Номинальное напряжение сети, кВ	220	150	110	35	10	6
Величина промежутка, мм	1250	850	600	200	50	40

Примечания:

1. Для 110 кВ в качестве защитных промежутков обычно используется защитная арматура на натяжной гирлянде.

2. Для 35 кВ защитным промежуткам в сетях с изолированной нейтралью или резонансным заземлением нейтрали целесообразно придавать форму рогов.

Для каждой подстанции существует "опасная зона" длиной , т. е. длина прилегающего к подстанции участка линии, за пределами которого удары молнии в линию практически безопасны для оборудования подстанций, так как после пробега пути по линии крутизна волны под действием короны снижается до безопасной величины , где определяется по разделу при , a - минимальное импульсное разрядное напряжение изоляции линии относительно земли на подходе к подстанции.

Число возможных повреждений изоляции оборудования подстанции в год, для линий, у которых трос на подходе к подстанции подвешен на длине , определяется по формуле

а для линий, у которых трос подвешен на длине , - по формуле

Величина M=1/N называется показателем грозоупорности подстанции и представляет собой число лет безаварийной работы.

Для того чтобы грозоупорность подстанций была удовлетворительной, расстояние между разрядником и трансформатором не должно превышать ориентировочных величин, указанных на рис. 40-36. Расстояние между разрядником и другим оборудованием может быть на 25-35% больше.

На гидростанциях часто трансформаторы устанавливаются на плотинах, а открытое РУ находится на расстоянии нескольких сотен метров. При соединении трансформатора с РУ воздушной линией она должна надежно защищаться от прямых ударов молнии стержневыми или тросовыми молниеотводами, а вентильные разрядники должны устанавливаться как на шинах подстанции, так и в непосредственной близости от трансформатора. При соединении трансформатора с РУ кабельной линией, разрядник у трансформатора может не устанавливаться, но, помимо разрядника, на шинах подстанции должен быть установлен разрядник в начале кабеля.

Если на подстанциях 150 кВ и выше возможно разземление нейтралей некоторых трансформаторов, то в нейтралях должны устанавливаться вентильные разрядники с номинальным напряжением на класс ниже, чем номинальное напряжение трансформатора.

Рис. 40-36. Ориентировочные значения допустимых расстоянии между трансформатором и разрядником для тупиковых (а) и проходных (б) подстанций в зависимости от крутизны а набегающей на подстанцию волны, кВ/м (1 кВ/м = 300 кВ/мксек). Нижние кривые - подстанции 35 кВ; средние - подстанции 110 кВ; верхние - подстанции 220 кВ.

Защита вращающихся машин от волн грозовых перенапряжений, набегающих с линии

Вращающиеся машины мощностью более 15 000 кВА запрещается включать непосредственно на воздушные линии (без разделяющего трансформатора). Вращающиеся машины, работающие на воздушные линии через трансформаторы, как правило, специальной защиты не требуют.

Основным средством защиты вращающихся машин, работающих непосредственно на воздушные линии, являются магнитно-вентильные разрядники типа РВМ. Вентильные разрядники устанавливаются возможно ближе к машине либо непосредственно на выводах машины (если число машин не превышает двух), либо каждой системе шин. Если к станции подходит только одна воздушная линия, то разрядники можно устанавливать на вводе линии. Разрядники можно не устанавливать, если от станции отходит восемь или более кабельных линий длиной не менее 2 км каждая.

Для ограничения крутизны напряжения на шинах станции и защиты витковой изоляции устанавливается защитная емкость (обычно в одной ячейке с разрядником). Для одновитковых машин установка емкости не требуется. При изолированной нейтрали генератора в нейтрали устанавливается магнитно-вентильный разрядник типа РВМ параллельно с емкостью порядка 0,25-0,5 мкФ.

Схемы защиты вращающихся машин (рис. 40-37) должны обеспечивать напряжения на главной и продольной изоляции машины, не превышающие допустимого при защитном уровне не менее 50 кА. Это требование обеспечивается, если импульсные сопротивления трубчатых разрядников, установленных на подходе к станции, не превышают указанных на схемах рис. 40-37 величин и на шинах установлена емкость 0,5-0,25 мкФ на фазу. Наилучшие показатели грозоупорности имеет схема с кабельной вставкой и фидерным реактором.

Рис. 40-37. Основные схемы грозозащиты вращающихся машин. а - схема с фидерным реактором и кабельной вставкой обеспечивает показатель грозоупорности М порядка 100 лет; б - схема с кабельной вставкой и защитой подхода тросами имеет М от 15 лет при длине кабеля 100 м до 100 лет при длине кабеля 300 м; в - схема с воздушным подходом, защищенным стержневыми молниеотводами, имеет М около 10 лет.