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):

гдеk_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 изоляциитакова – 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.

Особенности молниезащиты подстанций различного номинального напряжения

На подстанциях до 220 кВ включительно, где установлены трансформаторы с повышенным уровнем изоляции, место установки РВ и ОПН выбирается так, чтобы обеспечить защиту всего оборудования минимальным числом РВ или ОПН (по одному комплекту на каждую систему шин). Допускается наличие коммутационных аппаратов между РВ или ОПН и трансформаторами.

Между РВ и ОПН и трансформаторами 220 кВ с основным уровнем изоляции, а также автотрансформаторами, трансформаторами, шунтирующими реакторами 330-750 кВ установка коммутационных аппаратов не допускается.

Оборудование подстанций 330-500 кВ рекомендуется защищать не менее чем двумя, а 750-1150 кВ – тремя комплектами РВ или ОПН для уменьшения тока через РВ и U_ост.

В линиях СВН применяют защиту от коммутационных перенапряжений с помощью разрядников РВМК или ОПН. РВМК и ОПНзащищают конец линии вместе с компенсирующими реакторами.

Для защиты изоляции разземленнойнейтрали трансформаторов 110 кВ (реже 220 кВ) в нейтральвключается РВ с номинальным напряжением на класс ниже, чем класс трансформатора или ОПН.

Разомкнутые обмотки трансформаторов и автотрансформаторов защищаются РВ или ОПН.

Грозозащита вращающихся машин

В процессе эксплуатации электрическая прочность машинной изоляции резко снижается из-за вибрации и электродинамических воздействий при коротких замыканиях, а также испарения пропитывающих веществ.

Допустимое напряжение на главной изоляции машин, бывших в эксплуатации равно

Внутренние перенапряжения в электрических системах

Общие сведения

Внутренними называются перенапряжения, возникающие в электроустановках при изменении их режимов работы.

Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные, резонансные, перенапряжения при дуговых замыканиях на землю.

Заземление нейтралей электрических систем

Выбор способа заземления нейтрали связан с поведением системы при однофазных заземлениях.

Принятый способ заземления нейтрали должен обеспечить наиболее быструю ликвидацию дуги замыкания на землю по возможности без нарушения электроснабжения потребителей.

Для систем с глухим заземлением нейтралинапряжения на здоровых фазах близки к номинальному.

Для систем с изолированной нейтральюнапряжение на здоровых фазах всегда больше линейного,а при резонансе напряжений возрастает до бесконечности.За исключением линий большой длины условия резонанса при замыканиях на землю в реальных системах не возникает, так как обычно емкостное сопротивление линии много больше Х1.

С учетом повышения напряжения до 1,1 – 1,15 от номинального в системах с изолированной нейтралью напряжения на здоровых фазах не превышают 1,1 от линейного.

Компенсированная нейтраль. С точки зрения повышения напряжения на здоровых фазах эта система практически эквивалентна изолированной нейтрали.

Максимальные напряжения на здоровых фазах определяют выбор грозозащитных разрядников.

В системах с изолированной нейтральюприменяются 110% разрядники, а в системах с заземленной нейтралью – 80% разрядники, что дает возможность уменьшить сопротивление нелинейного резистора и уменьшить остающееся напряжение на разряднике по которому координируется уровень изоляции.