25. Перенапряжения в сетях 6-10 кВ и защита от них.

Изоляция электроустановок должна надежно работать как при длительно приложенных рабочих (в том числе наибольших рабочих) напряжениях промышленной частоты, так и при возникающих в экс­плуатации кратковременных перенапряжениях грозового или коммута­ционного характера.

Под перенапряжениями понимают опасные для изоляции электро­установок повышения напряжения. Грозовые перенапряжения возни­кают при прямом ударе молнии в электроустановку (перенапряжения прямого удара), а также при ударе молнии в землю или в предметы и объекты, находящиеся вблизи электроустановки (индуктированные перенапряжения). Коммутационные (внутренние) перенапряжения воз­никают при различного рода коммутациях цепей в нормальных экс­плуатационных условиях, а также при коммутациях, связанных с воз­никновением и ликвидацией аварийных режимов и повреждений в элек­трической системе.

Внутренние перенапряжения можно подразделить па квазистацио­нарные и коммутационные. Квазистационарные перена­пряжения, существующие продолжительный период времени, могут возникнуть при однофазных замыканиях и при неполнофазных режи­мах в энергосистеме, при работе протяженных электрических линий на холостом ходу, при коротких замыканиях в полуволновых и настроен­ных электрических линиях, а также при возникновении в системе пара ­метрического резонанса или феррорезонанса на основной частоте, выс­ших или низших гармониках. Коммутационные перенапряжения могут возникнуть при включении и отключении электрических линий, транс­форматоров, шунтирующих и дугогасящих реакторов, при возникновении перемежающейся дуги замыкания на землю в системах с незазем­лёнными нейтралями, при коротких замыканиях, коммутациях и при качаниях генераторов электростанций.

Внутреннее перенапряжение характеризуется кратностью

.

Грозовые перенапряжения возникают при разрядах молнии. Ток молнии имеет вид униполярного апериодического импульса и характе­ризуется амплитудой , длиной импульса Т_И и средней крутизной фронта импульса, равной

в качестве расчетных параметров обычно принимают:

От прямых ударов молнии электроустановки защищают стержне­выми и тросовыми молниеотводами. Здания с хорошо заземленной ме­таллической крышей не требуют защиты молниеотводами.

Волны грозовых перенапряжений, возникающие во время грозы в электрических линиях, распространяются по сети и воздействуют на изоляцию как самих линий, так и электрооборудования электрических станций и подстанций.

Защита электроустановок от грозовых перенапряжений осуществ­ляется разрядниками. Простейшим типом разрядника является искро­вой промежуток, состоящий из двух электродов, один из которых подсоединяется к защищаемому объекту, а второй — к заземлителю. Искровой промежуток пробивается при появлении на нем напряжения, превышающего его импульсное разрядное напряжение. Искровой про­межуток срезает волну перенапряжения, проходящую с линии, и тем самым защищает оборудование электроустановки от пробоя или перекры­тия. Однако разрядная характеристика искрового промежутка неста­бильна. Кроме того, срабатывание искрового промежутка приводит к появлению опасного короткого замыкания в сети и, сле­довательно, требует отключения соответствующих элементов электро­установки, что нежелательно. Из-за этого искровые промежутки ис­пользуются ограниченно и только в качестве дополнительных средств защиты изоляции от перенапряжений. Основным же средством защиты от грозовых перенапряжений являются грозозащитные разрядники. В энергосистемах используют разрядники двух типов: трубчатые и вентильные. Трубчатые разрядники устанавливаются на линиях, на подходах к подстанциям и используются для защиты изоляции электрических линий, а также в качестве дополнительных средств защиты подстанционной изоляции. Вентильные разрядники являются более совершенными, но и более дорогими аппаратами. Они используются для защиты подстанционной изоляции и устанавливаются: на сборных шинах электроустановок, если к этим шинам подключены воздушные электрические линии; на выводах высшего и среднего напряжения автотрансформаторов; в це­пях силовых трансформаторов и отдельных линий, если разрядники, ус­тановленные на шинах, не обеспечивают должной защиты оборудования.

Трубчатый разрядник состоит из газогенерирующей трубки из фибры (у разрядников типа РТ) или винипласта (у разрядников типа РТВ), внутреннего дугогасящего промежутка. При срабатывании разрядник пропускает не только импульсный ток перенапряжения, но и сопровождающий ток промышленной частоты. Разрядник должен быть способен погасить дугу во внутреннем промежутке при прохождении сопровождающего тока через нуль. Недостатком трубчатых разрядников является наличие нижнего и верхнего пределов допустимого сопровождающего тока, ограничивающих область надежного гашения дуги.

Вентильные разрядники имеют многократный искро­вой промежуток и включенный последовательно с ним резистор из вилита или тервита с нелинейной рабочей характеристикой, помещен­ный в герметизированный фарфоровый цилиндр.

Согласно ГОСТ разрядники по назначению разделяют на четыре группы: I (тяжелого режима) – для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений; II, III, IV (легкого режима) — в основном для защиты от грозовых перенапряжений.

Защита электроустановок от внутренних перенапряжений осуществляется с использованием различных методов и средств. Прежде все­го стараются ограничить значение внутренних перенапряжений. Это мо­жет быть достигнуто: схемными мероприятиями (режим нейтралей, использование блочных схем без выключателей на стороне высшего на­пряжения, ограничение минимального числа генераторов, постоянно подключенных к сети, установка реакторов поперечной компенсации и т. п.); внедрением устройств релейной защиты и автоматики, ограни­чивающих как значение, так и длительность перенапряжений; установ­кой в выключателях резисторов, шунтирующих контакты, что приводит к ограничению внутренних перенапряжений при переход­ных процессах. Для защиты электроустановок от внутренних перена­пряжений при переходных процессах используют также вентильные разрядники. Условия работы таких разрядников (обычно их называют коммутационными) существенно отличаются от условий работы грозозащитных разрядников. Коммутационные разрядники должны длительно пропускать и затем обрывать токи примерно 1,5 кА при перенапряже­ниях установившегося режима (1,5-2) Грозозащитные разряд­ники должны быть способны пропустить кратковременный большой импульсный ток и погасить дугу сопровождающего тока при напряже­ниях в сети (1,2-1,3) .

Грозозащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений. К грозозащитному заземлению относятся заземления стержневых и тросовых молниеотводов, металлических и железобетонных опор электрических линий и порталов распределительных устройств, заземления искровых промежутков и разрядников.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющих устройств, Ом, должно быть:

а) в электроустановках напряжением выше 1 кВ сетей с эффектив­ным заземлением нейтрали

б) в электроустановках напряжением выше 1 кВ сетей с незаземленной или резонансно-заземленной нейтралью

но не более 10 Ом; здесь — ток замыкания на землю, А. Если заземляющее устройство одновременно используется также для установок до I кВ, то

в) в электроустановках до I кВ с глухим заземлением нейтрали суммарное сопротивление заземляющего устройства, к которому при­соединены нейтрали генераторов или трансформаторов, должно быть не более 2, 4 и 8 Ом в сетях соответственно 660, 380 и 220 В, причем сопротивление заземлителя, расположенного вблизи нейтрали генера­тора или трансформатора, должно быть соответственно не более 15, 30 и 60 Ом. Для воздушных линий этих напряжений аналогичные па­раметры должны быть не более 5, 10, 20 Ом и 15, 30, 60 Ом;

г) в электроустановках до 1 кВ с незаземленной нейтралью сопро­тивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. При единичной или суммарной мощности генераторов и трансформаторов се­ти не более 100 кВА сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.