Грозозащита подстанций.

Понятие об уровнях и координации изоляции.

Уровень изоляции – это отношение 50% – ного разрядного напряжения (U_50%) одного изоляционного элемента к амплитуде наибольшего длительно допустимого рабочего фазного напряжения (U_фнд):

где k_и – уровень изоляции;

U_50% - 50%-ное разрядное напряжение изоляционного элемента;

U_фнд – наибольшее длительно допустимое рабочее фазное напряжение сети.

Уровни воздушной изоляции выше, чем трансформаторной и машинной из экономических соображений.

С ростом номинального напряжения из экономических же соображений уровни изоляции также уменьшаются.

Уровень изоляции снижается от классов высокого напряжения (ВН) к сверхвысоким и ультравысоким напряжениям (СВН и УВН), а надежность систем должна расти от ВН к СВН и от СВН к УВН.

В этом заключается суть координации уровней изоляции и уровней защиты изоляции.

Координация изоляции – это правильный экономически обоснованный выбор уровней изоляции и уровней испытательных напряжений отдельных высоковольтных объектов и согласование этих уровней с характеристиками защитных устройств.

Большие запасы по изоляции экономически неприемлемы.

Недостаточные запасы по изоляции неприемлемы из–за ущерба от перебоя в снабжении.

Стратегия координации изоляции такова – выбрать уровни изоляции элементов по условиям надежной длительной работы в нормальном эксплуатационном режиме

уровни защитных устройств с учетом возможных перенапряжений.

Такая стратегия дает оптимальные результаты с экономической точки зрения.

Для координации изоляции требуется знать возможные кратности коммутационных и грозовых перенапряжений, а также вероятность их появления в системе.

Эффективность защиты электрооборудования

Повреждения или перекрытия изоляции на подстанции принципиально могут быть обусловлены тремя причинами:

1. Прорывом молнии мимо молниеотводов;

2. Возникновением высокого потенциала на заземлении пораженного молниеотвода, что приводит к обратному перекрытию с заземлителя на токоведущие части.

3. Возникновением высоких потенциалов под влиянием волн, набегающих с линии.

Если обозначить число опасных случаев в год, обусловленных перечисленными причинами, соответственно ᵝ, ᵝ₁, ᵝ₂, то расчетное число лет безаварийной работы подстанции (показатель грозоупорности подстанции)

Для того, чтобы вероятность повреждения изоляции подстанции была приемлемой (небольшой), необходимо, чтобы число М превосходило более чем на порядок нормальный срок службы оборудования, т.е. М должно измеряться сотнями лет.

Принципы защиты подстанций от набегающих волн

Уровень изоляции подстанционного оборудования ниже уровня изоляции линии по экономическим соображениям. Поэтому набегающие волны представляют опасность для изоляции подстанционного оборудования и их максимальное значение должно быть ограничено.

Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанций от набегающих волн служат нелинейные ограничители перенапряжений и вентильные разрядники.

Для того, чтобы защита с помощью РВ была эффективной, необходимо выполнить два условия:

1. Ограничить ток через разрядник величиной тока координации

2. Ограничить расстояние между защитным аппаратом и защищаемым оборудованием.

При очень больших токах (десятки килоампер) защитный аппарат может выйти из строя и даже разрушится.

Чем ближе от подстанции ударит молния в провод, тем больше ток в разряднике. Поэтому прямые удары молнии в провода линии вблизи подстанции необходимо исключать. Для этого линии на подходах к подстанции защищаются тросовыми молниеотводами, а линии на деревянных опорах также и трубчатыми разрядниками.

Защищенный подход помогает также уменьшить крутизну набегающей на подстанцию волны.

Тогда импульсные волны попадают на подстанцию только после пробега по линии пути, равного, по крайней мере, длине защищенного подхода.

При движении волны вследсвие импульсной короны происходит сглаживание фронта волны.

Защитное действие вентильного разрядника можно проиллюстрировать с помощью рис. 17.1, 17.2.

Для схемы замещения (рис.17.1) справедливо уравнение

Максимальное напряжение на изоляции тем больше пробивного напряжения разрядника, чем дальше она удалена от разрядника и чем выше крутизна фронта падающей волны.

Разность ΔUк допустимого напряжения на трансформаторе и пробивного напряжения разрядника называется интервалом координации изоляции.

Экономически приемлемый интервал координации достигается снижением крутизны набегающей волны на защищенном подходе к подстанции.