4.5. Грозозащита станций и подстанций

К грозозащите подстанции предъявляются более жесткие требования, чем к линии. Перекрытие изоляции на подстанции вблизи сборных шин может привести к системным авариям и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Грозовые перенапряжения на подстанции обусловлены тремя причинами: прямыми ударами молнии; обратным перекрытиям изоляции с пораженного молниеотвода на токоведущие части электроустановки; набегающими с линий волнами грозовых перенапряжений.

4.5.1. Перенапряжения от прямых ударов молнии

Число ударов молнии в год, которые принимают на себя стержневые молниеотводы при 100 грозовых часах в году, определяется по формуле:

,

где h – высота молниеотводов, м;

а и b – длина и ширина площади защищаемой территории, м.

Например, при и , .

Подстанция защищается стержневыми молниеотводами, при этом вероятность прорыва молнии в зону защиты молниеотвода составляет не более 5 %, то есть число прорывов молнии на подстанцию в среднем составит 1,4 раза за 100 лет эксплуатации. Таким образом, подстанция от прямых ударов молнии надежно защищена. Мало того, на небольших по размеру подстанциях напряжением 35-110 кВ, если они расположены в районах с числом грозовых часов в году менее 20, или на грунтах с большим удельным сопротивлением, допускается вообще не устанавливать стержневые молниеотводы.

4.5.2. Обратные перекрытия изоляции на подстанции

С целью экономии металла и уменьшения грозозащитного сопротивления заземления на некоторых подстанциях молниеотводы присоединяют к общему контуру заземления подстанции или их устанавливают на порталах сборных шин открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Обратные перекрытия изоляции на подстанции при ударах молнии

Если расстояние l (см. рис.4.2, а) от молниеотвода до контура заземления небольшое, то при ударе молнии в молниеотвод, в ближайших заземлителях контура возникает высокий потенциал. В случае если к этому месту контура подключено заземление корпуса электрической машины или другого оборудования, то произойдет обратное перекрытие изоляции с корпуса машины на ее обмотки. Для исключения обратного перекрытия расстояние l должно быть не менее 10-15 м. В этом случае индуктивное сопротивление соединяющей полосы оказывается достаточным для ограничения потенциала на корпусе машины. Рекомендуется так же установить индивидуальный заземлитель под молниеотводом с сопротивлением заземления не более 25 Ом. Если прожекторная мачта на подстанции используется для установки молниеотвода, то кабель питания прожектора должен быть помещен в металлическую трубу, причем эта труба должна быть проложена в земле на расстоянии не менее 10 м от мачты.

При установке молниеотвода на портале (см. рис. 4.2, б) возможно обратное перекрытие гирлянды изоляторов портала при ударе молнии в молниеотвод. При этом напряжение на спуске молниеотвода на высоте h от поверхности земли определяется по формуле:

. (4.11)

Например, если контур заземления подстанции, с которым соединен портал имеет импульсное сопротивление заземления , то приняв и , получим: , что превышает импульсную электрическую прочность гирлянды изоляторов напряжением 110 кВ ( ). Поэтому в ОРУ-220 кВ и выше молниеотводы рекомендуется устанавливать на порталах без всякого расчета, так как гирлянда изоляторов на напряжение 220 кВ имеет . Для ОРУ-110 кВ должен быть произведен специальный расчет, с учетом высоты портала, вероятности появления критического тока молнии и числа их ударов. В ОРУ-35 кВ внешняя изоляция на подстанции во всех случаях должна быть выполнена на напряжение 110 кВ.