книги из ГПНТБ / Гессен В.Ю. Защита сельских электрических сетей от аварий

Защита от набегающих волн. От перенапряжений, обусловленных волнами атмосферного происхождения, в сельских электроустановках напряжением 10 кВ защи­ щают электрооборудование подстанций и распределитель­ ных устройств, а также отдельных мест ВЛ. В сельских сетях н. н. грозозащитные мероприятия направлены прежде всего на обеспечение защиты людей от заноса высоких потенциалов во внутренние проводки. Кроме того, предусматривается защита оборудования ТП от волн, приходящих по сетям н. н.

На ВЛ 10 кВ защищают места пересечения с другими линиями электропередачи или линиями связи, места соединения воздушных линий с кабельными, предусмат­ ривают защиту специальных опор или других мест с уров­ нем изоляции меньшим, чем изоляция основной линии. Например, разъединители на переключательных пунк­ тах, кабельные воронки, отдельные железобетонные или металлические опоры, установленные на линиях с дере­ вянными опорами.

Защита обеспечивается трубчатыми разрядниками или защитными промежутками (для кабельных воронок при­ меняют также вентильные разрядники). Грозозащитные аппараты устанавливают на опорах, ограничивающих пролет с ослабленной изоляцией. Если местом с ослаб­ ленной изоляцией является одиночная опора, то трубча­ тый разрядник или П З монтируют на ней.

Грозозащитные аппараты на ВЛ предназначены для того, чтобы при появлении высоких потенциалов, опасных для отдельных мест с ослабленной изоляцией, отвести волну в землю до того, как волна перенапряжения про­ бьет изоляцию, создав тем самым аварийный режим. Особенно тяжелыми могут быть последствия аварий

.при перекрытии изоляции между пересекающимися линиями или линиями на участках сближения.

В схемах защиты подстанций (рис. 31) используют вентильные-разрядники: по одному разряднику на каж­ дую фазу. Д л я тупиковой подстанции (рис. 31, а) РВ ста­ вят на вводе до разъединителя. Такое место установки выбрано, чтобы обеспечить'защиту не только трансформа­ тора-, но и разъединителя. У транзитной подстанции (рис. 31, б) РВ ставят на шинах, а защиту разъединителя обеспечивают при помощи РТ . Если по пределам отклю­

71

необходимость установки РВ на шинах вызвана тем, что защита трансформатора разрядником должна быть обес­ печена хотя бы при одном включенном разъединителе. Волна перенапряжения может подойти и по ВЛ, не нахо­ дящейся под напряжением.

Распределительные устройства 10 кВ подстанций 35/10 кВ , а также ТП 10/0,4 кВ, при необходимости

обеспечить большую надежность, защищают дополни­ тельно комплектом трубчатых разрядников (РТ-1) на подходе к подстанции за 100—200 м.

Разрядники РТ-2, включенные на вводе питающей ли­ нии (рис. 31, б), предназначены прежде всего для защиты отключенного разъединителя от перенапряжений, кото­ рые могут возникнуть при ударе молнии вблизи подхода, а также от перенапряжений, обусловленных процессами движения волны и подхода ее к разомкнутому концу линии.

72

При питании ТП через кабельную вставку (рис. 31, г) последнюю защищают со стороны подхода ВЛ трубча­ тыми разрядниками, а со стороны Т П — вентильными. Разрядники на подстанционной муфте требуются при длине кабельной вставки более 50 м для защиты от волн, которые могут отразиться от разомкнутого разъединителя. На подстанциях с двумя кабельными вводами (рис. 31, д) вентильные разрядники ставят на линиях, а кабельную муфту защищают комплектом Р Т или П З . Если длина кабельной вставки меньше 50 м, опасные потенциалы не возникают.

Чем меньше расстояние по ошиновке подстанции между вентильным разрядником и трансформатором, тем эффективнее защита трансформатора. При срабаты­ вании вентильного разрядника волна остающегося напря­ жения может стать источником опасного для изоляции трансформатора потенциала, который возникает при движении волны по ошиновке подстанции. Вероятность возникновения опасного потенциала в установках 10 кВ невелика, поэтому Р В иногда из соображений удобства монтажа располагают в некотором отдалении от транс­ форматора.

Защиту электрооборудования и внутренних проводок потребителей от опасных потенциалов осуществляют путем отвода в землю импульсных токов. По воздушной линии н. н., выполненной на деревянных опорах, могут распространяться волны перенапряжений с амплитудой 2—3 млн. В. Если не принять защитных мер, то эти пере­ напряжения проникли бы во внутренние проводки.

Д л я отвода импульсов в землю в сельских сетях н. н. предусматривается сооружение специальных грозозащит­ ных заземляющих устройств. На опоре или на вводе в зда­ ние монтируют заземляющий спуск, связанный с заземлителем. К заземляющему спуску присоединяют нулевой провод, крюки или штыри фазных проводов, проводов радиовещания и пр. Таким образом, если на проводах В Л окажется импульсная волна перенапряжения, то .ее величина будет ограничена импульсной электрической прочностью изоляторов линии н. н.

В районах со средней грозовой деятельностью (от 10 до 40 грозовых часов в году) требуется одно защитное заземление на несколько опор со вводами, причем расстоя­ ние по ВЛ между заземлениями должно быть не более 200 м. Устройство защитных заземлений обязательно

73

на опорах с ответвлениями ко вводам в помещения, где может находиться большое количество людей (больницы, ясли, школы, клубы, сельсоветы), а также в помещения, представляющие большую народнохозяйственную цен-

Прие>50м, г% -100м\ •е<50м, г,- SOОм'

ность. Кроме того, защитные заземления устраивают на концевых опорах (рис. 32), имеющих вводц. От этой опоры ближайшее заземление должно быть сделано на расстоя­ нии не более 100 м.

Выполнение заземлений на вводах значительно сни­ жает величину перенапряжения, но не гарантирует пол­

средственно связанные с воздушными сетями, целесооб­ разно также защищать разрядниками РВН - 0,5, а для защиты вращающихся машин также параллельно их зажимам подключать батареи конденсаторов емкостью 0,5—2,0 мкФ на фазу. Испытательное напряжение кон­

74

Заземления. Правила нормируют сопротивления за­ земляющих устройств, измеренные при переменном токе промышленной частоты и малой плотности тока или вычисленные по формулам для такого ж е режима. За­ земляющее устройство для грозозащиты предназнача­ ется для работы при импульсном токе большой плотности. При этом условия протекания тока в земле изменяются, и сопротивление заземления при импульсах будет отли­ чаться от сопротивления, при промышленной частоте.

Искрообразование в земле при прохождении больших токов приводит к вовлечению в процесс отвода тока мол­ нии большего объема грунта, и поэтому величина сопро­ тивления растеканию тока уменьшается. Вместе с тем, при импульсных токах на сопротивление растеканию сказывается индуктивность заземлителя, влияние которой направлено на увеличение сопротивления. Протяженный заземлитель обладает большей индуктивностью, чем сос­ редоточенный с таким ж е сопротивлением растеканию при токе промышленной частоты. При импульсных токах ин­ дуктивное сопротивление увеличивается и оказывает влияние на величину полного сопротивления заземляю­ щего устройства. Следует избегать конструкций со зна­ чительными расстояниями от места ввода тока до наибо­ лее удаленных точек заземления.

Свойства земли при расчетах заземляющих устройств

между основаниями цилиндра из земли высотой 1 м с пло­ щадью поперечного сечения 1 м2 . Удельное сопротивление зависит от состава (песок, глина, чернозем и т. п.), от структуры, влажности и от содержания растворимых веществ. На удельное сопротивление верхних слоев земли оказывает влияние температура и количество вы­ павших осадков. Поэтому сопротивление заземляющих

сечения, закладывают в грунт горизонтально на глубину от 0,5 до 1 м. Меньшему влиянию погодных условий под­ вержены заземлители с вертикально забитыми электро­

75

Удельное сопротивление земли определяют измери­ телем сопротивления заземления или выбирают по спра­ вочникам. Недостаток измерений в том, что они дают удельное сопротивление преимущественно верхних слоев

че в эксплуатацию за­ земляющего устройства требуется проведение его приемо­ сдаточных испытаний. Впоследствии измерения сопро­ тивления заземляющих устройств и выборочная про­ верка их состояния на подстанциях производится через год после включения в эксплуатацию и далее не реже

специальным прибором, который показывает сопротивле­ ние при прохождении тока промышленной частоты.

Измерение сопротивления заземляющих устройств производят летом — при наибольшем просыхании грунта и зимой — при наибольшем промерзании. Сопротивление заземляющих устройств, предназначенных только для целей грозозащиты (заземления молниеотводов, зазем­ ляющие устройства для разрядников), проверять при промерзании грунтане требуется.

вечности в эксплуатации и для надежной устойчивости от разрушения коррозией в грунте электроды в виде уголка должны иметь толщину стенки не менее 4 мм, а толщину трубы — не менее 3,5 мм.

76

Заземляющие устройства сооружаются при сетевом строительстве в огромных количествах. Важно, чтобы материальные ресурсы, выделенные для строительства, использовались наиболее эффективно. Одно и то же

Применение трубчатых заземлителей следует ограни­ чивать ввиду того, что трубы следует в первую очередь использовать для сооружения трубопроводов.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть

земленных опор более чем на 50 м;

20 Ом — для разрядников и защитных промежутков, устанавливаемых на опорах, ограничивающих пролет пересечения или совместной подвески ВЛ разных напря­

подстанциях и для молниеотводов на крышах и сооруже­ ниях;

30 Ом — для опор ВЛ 0,38 кВ со вводами (кроме удаленных от других заземленных опор), для за­ земления разрядников РВН - 0,5, для повторных за­ землений нулевого провода, для опор ВЛ 10 кВ при р > 10 Ом-м.

77

Д л я заземления электроустановок различного назна­ чения и различного напряжения ПУЭ предписывают применять одно общее заземляющее устройство.

Рис. 35. Схемы сложных заземлителей:

о — двухлучевого, б— трехлучевого, в — че-

трехлучевого с верти­ кальными электрода ­ ми, е — четырехлучевого с вертикальными

тикальными электро ­ дами .

Требуемую по нормам величину сопротивления в боль­ шинстве случаев не удается выполнить заземлением с од­ ним электродом (одиночным заземлением), поэтому соору-

78

жают лучевые заземления или вертикальные, объединен­ ные горизонтальным электродом (рис. 35). Горизонтальный электрод, соединяющий вертикальные, в приближенных расчетах можно не учитывать, хотя он и принимает уча­ стие в отводе тока в землю. Сопротивлениесложных заземлителей R подсчитывают по формуле

их применения показал, что на глубине.8—10 м удельное сопротивление грунта существенно меньше, и сопро­ тивление заземляющего устройства значительно, ниже (рис. 36). Применение глубинных заземлителей при соору­ жении электрических сетей сулит значительную эконо­ мию металла.

Автоматическое повторное включение. При появлении на проводах линий электропередачи значительных пере­ напряжений происходит кратковременное (импульсное) перекрытие изоляции:' Однако при достаточно больших расстояниях между фазами по дереву рабочее напряжение линии недостаточно для того, чтобы в месте перекрытия установилась силовая дуга тока короткого замыкания. Линии с металлическими и железобетонными опорами

79

изоляции "будет на этих линиях относительно больше, чем на линиях с деревянными опорами.

Принцип автоматического повторного включения (АПВ) состоит в том, что линия, автоматически отключен­ ная по какой-либо причине, снова включается с помощью автоматических устройств. При этом, если к моменту повторного включения электрическая прочность изоляции в точке, где произошло, например, короткое замыкание, окажется восстановленной, то подача электроэнергии будет продолжаться. Если же короткое замыкание имеет устойчивый характер, то отключение линии произойдет вторично.

При однократном АПВ, которое находит наибо­ лее широкое применение, особенно в сетях сельскохо­ зяйственного назначения, .действие устройства АПВ на этом заканчивается. При двух- и трехкратном АПВ может произойти второе, а возможно и третье включение линии через соответствующие интервалы времени.

АПВ особенно эффективно при воздействии на элек­ трические установки грозовых перенапряжений. При большинстве грозовых поражений линии не происходит повреждений, которые препятствовали бы немедленному включению линии под напряжение. Это обстоятельство обусловливается тем, что короткие замыкания, вызывае­ мые грозовыми разрядами, в большинстве случаев проис­ ходят через электрическую дугу в воздухе (разряд между проводами линии или вдоль поверхности изолятора) или возникают вследствие пробоя между электродамп защит­ ных искровых промежутков. Разряд по воздуху или про­ бой между электродами защитных искровых промежут­ ков ликвидируется, сразу же после снятия напряжения. Лишь небольшое число грозовых разрядов сопровож­ дается отключениями, не допускающими включения линии под напряжение до ликвидации повреждений. Вследствие этого автоматическое повторное включение линий после отключения их из-за воздействия грозовых разрядов в большинстве случаев восстанавливает питание потребителей.

АПВ позволяет обеспечить бесперебойность снабжения потребителей также и при других видах аварий, например, при междуфазных коротких замыканиях на линиях элек­ тропередачи из-за набросов.

80