4. Грозозахист повітряних ліній електропередач і підстанцій

Основною кількісною характеристикою розряду блискавки є амплітуда струму блискавки. Повітряні лінії електропередач (ПЛ) в районах із середньою тривалістю грозової діяльності (20-30 годин в рік) уражаються розрядом блискавки 15-20 разів у рік на 100 км довжини. Струми блискавки змінюються в широких межах від одиниць до сотень кілоампер. Середній розрахунковий струм блискавки складає 15 кА. При розряді хвилі в землю можуть уражатися різноманітні об’єкти, а саме, повітряні лінії електропередач, підстанції, станції. Протіканні струму блискавки через об’єкт викликає виникнення хвилі напруги блискавки, котра може пробити і зруйнувати ізоляцію електротехнічних пристроїв. При розрахунках імпульсної електричної міцності користуються стандартною хвилею напруги.

1. Захист від прямих ударів блискавки

Для захисту об’єктів від ураження блискавкою використовують громозводи. Залежно від захищуваного об’єкта застосовують стрижневі (підстанції) чи линвові (ПЛ) громозводи. Необхідною умовою ефективної роботи громозводів є їх добре заземлення. Найбільші грозові перенапруги виникають при прямому ударі блискавки (ПУБ) в лінію і підстанцію. В місці удару блискавки виникає короткочасна (імпульсна) напруга приблизно мільйони вольт, тобто вища за імпульсної електричної міцності ізоляції електрообладнання та електропередачі. Для забезпечення надійної роботи електричної мережі необхідно здійснити її ефективний і економічний грозозахист. Щоб бути захищеним від ПУБ, об’єкт повинен повністю бути всередині простору, котрий являє собою зону захисту громозводу.

Зоною захисту громозводів називається простір навкруги громозводу, попадання в котрий розрядів блискавки малоймовірно.

3. Зони захисту стрижневого громозводу

Поверхня, що обмежує зону захисту стрижневого громозводу, може бути представлена ломаною лінією (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Побудова зони захисту стрижневого громозводу

Відрізок ав – частина прямої, що з’єднує вершину громозводу з точкою поверхні землі, віддаленої на від осі громозводу. Відрізок вс – частина прямої, що з’єднує точку громозводу на висоті з точкою поверхні землі, віддаленої на . Точка в розташовується на висоті . Радіус захисту на висоті :

68468\* MERGEFORMAT (.)

а на висоті :

69469\* MERGEFORMAT (.)

Зона захисту двох громозводів має більші розміри, ніж сума захистів двох одиночних громозводів (рис.4.4).

Рисунок 4.4 – Зони захисту двох стрижневих громозводів

Відкриті розподільні підстанції розміщуються на великій території. Їх необхідно захищати декількома громозводами. Зона захисту визначається за формулами, що аналогічні до формул двох громозводів.

4. Зони захистів линвового громозводу

Линвові громозводи використовуються в основному для захисту проводів ПЛ. в зв’язку з цим користуються не зонами захистів, а кутами захисту, тобто кутами між вертикальною лінією, що перпендикулярна до линви і лінією, що з’єднує провід і линву (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Зона захисту линвового громозводу

Лінії довжиною до 1000 км (ПЛ 500 кВ) уражаються блискавкою не менше 200 разів за грозовий сезон. Тому для ПЛ захист з допомогою линвових громозводів набуває основного значення. Досвід експлуатації ПЛ показує, що кут захисту повинен бути 20-25 градусів (рис. 4.5). Опір заземлення опор з глухозаземленою нейтраллю повинен бути меншим за 5 Ом , а з ізольованою нейтраллю – менший 10 Ом.

Грозозахист підстанцій, крім захисту від прямих ударів блискавки, повинен включати в себе такі види захистів:

1) від перекриттів при ударах блискавки в заземлені конструкції підстанцій, тобто зворотних перекриттів з заземлених елементів на струмоведучі частини обладнання;

2) від хвиль, що приходять з лінії.

Для виконання першої вимоги необхідно опір заземлення підстанції робити якомога меншим. Для напруги вище 1000 В опір заземлення підстанції . Зменшення найбільш ефективний шлях захисту від зворотних перекриттів. Для виконання другої вимоги застосовуються вентильні розрядники (РВ) і обмежувачі перенапруг (ОПН). Вентильний розрядник володіє положистою вольт-секундною характеристикою (ВСХ). Це дозволяє йому захищати обладнання в широкому діапазоні вимірювань довжин хвиль, що набігають з лінії (рис.4.6).

Рисунок 4.6 – Вигляд вольт-секундних характеристик захищуваного об’єкта та РВ

Для ефективного захисту необхідно, щоб:

1) залишкова напруга на робочому опорі не перевищувала б допустимої;

2) крутизна набігаючої на підстанцію хвилі була обмеженою.

Для виконання цих умов всі лінії, що приходять і відходять від підстанції, обладнуються линвовим захистом довжиною 2-3 км – захисні підходи. Кути захисту виконують меншими за 20^о і навіть від’ємними. Наявність захисних підходів виключає прямий удар блискавки в провід, що зменшує струми через РВ і, як наслідок, залишкова напруга на робочому опорі РВ.

При русі хвилі по проводі з лінії в захищеному проході виникає інтенсивне коронування, що згладжує фронт хвилі (зменшує крутизну імпульсу) і зменшує амплітуду напруги.