4.5.3. Защита подстанции от набегающих волн перенапряжения

Основную опасность для изоляции подстанционного оборудования представляют набегающие волны грозовых перенапряжений, возникающих в линиях, отходящих от подстанции, так как запас электрической прочности изоляции оборудования на подстанции намного меньше, чем на линиях. Основным средством защиты от таких перенапряжений являются вентильные разрядники или ОПН, установленные на шинах подстанции. Разрядник надежно защитит изоляцию оборудования только в том случае, если его импульсный ток при срабатывании не превысит допустимого тока координации и крутизна фронта падающей волны не превысит допустимого значения.

4.5.3.1. Ограничение импульсного тока разрядника

Если импульсный ток, протекающий через разрядник, превысит значение 5-14 кА, то остающееся напряжение на нем станет больше электрической прочности защищаемой изоляции. Величину импульсного тока разрядника можно приближенно определить на основании следующих схем (рис. 4.3).

Если молния ударила в линию вдали от подстанции, то импульсный ток разрядника определяется по формуле (см. рис. 4.3, а):

, (4.12)

где – напряжение падающей волны, для линии 110 кВ равное линейной изоляции; U_ост – остающееся напряжение, например для разрядника РВС-110, ; – волновое сопротивление линии, .

Рис. 4.3. Схемы к расчету значения импульсного тока, протекающего через разрядник при ударах молнии вдали и вблизи подстанции

Набегающая волна при срабатывании разрядника отражается с обратным знаком, поэтому принимается величиной . Подставив в формулу численные значения, получим:

,

что допустимо, так как меньше тока координации 5-14 кА.

Если молния ударила в линию вблизи подстанции, то сопротивлением линии можно пренебречь, тогда импульсный ток разрядника определяется по формуле (см. рис. 4.3, б):

, (4.13)

где – расчетный ток молнии, равный 100 кА; – импульсное сопротивление заземления, ближайшей к месту удара опоры, .

Подставив в формулу численные значения, получим:

,

что значительно превышает ток координации разрядника.

Таким образом, для ограничения импульсного тока разрядника необходимо исключить удары молнии в линию вблизи подстанции. С этой целью участки линии длиной 1-3 км, прилегающие к подстанции, должны быть особенно тщательно защищены от прямых ударов молнии, то есть обязательно должны иметь грозозащитный трос, если его нет по всей длине линии, защитный угол троса должен быть минимальным , а также сопротивление заземления опор – не более 10 Ом. Такие участки линии называют защищенным подходом.

На рис. 4.4. изображена схема защищенного подхода линии, не имеющей грозозащитный трос по всей длине. Он подвешивается только в пределах защищенного подхода.

Рис. 4.4. Схема защищенного подхода линии

Опоры, по которым проходят спуски заземления троса, имеют ослабленную изоляцию. Поэтому на них устанавливаются трубчатые разрядники или ОПН. Если сопротивление заземление опор невозможно выполнить минимальным из-за большого удельного сопротивления грунта, то между опорами прокладывают противовесы.