книги / Техника высоких напряжений

удара молнии в середину пролета.

пряжения на тросе, дойдя до бли­ жайшей опоры, отразится практи­ чески как от короткозамкнутого кон­ ца, т. е. с коэффициентом отраже­ ния (3 = —1. Если принять для про­ стоты, что разряд молнии произо­ шел точно в середину пролета, то отраженные от соседних опор волны вернутся в точку удара одновремен­ но, и напряжение в месте удара мо­ жет приближенно определяться по схеме рис. 34-13, в которой волно­ вое сопротивление канала молнии может быть принято приблизитель­

но равным 2к=-^р-. В этом случае

в месте удара не будет происходить никаких отражений волн и при ко­ соугольной волне тока молнии на­ пряжение на тросе будет изменять­ ся во времени так, как показано на рис. 34-14, из которого следует, что максимальное напряжение на тросе равно:

т. е. оно зависит только от крутиз­ ны тока молнии и не зависит от его амплитуды.

Под действием волны, двигаю­ щейся по тросу, наводится опреде­ ленное напряжение и на проводе

U п р = = k j J J т р ,

где &д — коэффициент связи между проводом и тросом в середине про­ лета с учетом поправки на корону.

Если принять в среднем волно­ вое сопротивление троса гтр=400 ом и скорость распространения волны V= 300 м/мксек, то результирующее напряжение на воздушной изоля­ ции между проводом и тросом бу­ дет равно:

т. е. оно определяется крутизной тока молнии и не зависит от его амплитуды.

Разрядное напряжение воздуш­ ного промежутка между проводом и тросом при тех временах, с кото­ рыми обычно приходится иметь де­ ло (порядка длины фронта тока молнии), имеет величину, близкую к 750 5, кв, где s — расстояние меж­ ду проводом и тросом в метрах.

Таким образом, крутизна волны тока молний, при которой происхо­ дит перекрытие изоляции, может быть определена из выражения

Зная крутизну тока, при которой перекрывается изоляция линии, с помощью кривой рис. 29-5 нетруд­ но определить и вероятность пере­ крытия изоляции в середине про­ лета.

Если, например, принять для ко­ эффициента связи среднюю величи­ ну порядка 0,25 и в первом прибли­ жении считать его не зависящим от расстояния 5, то на основании (34-24) и кривой рис. 29-5 можно построить зависимость вероятности перекрытия изоляции от расстояния между тросом и проводом, при раз­ личных значениях длины пролета,

Рис. 34-15. Вероятность перекрытия изоля­ ции между проводом и тросом при ударе молнии в середину пролета.

которые приведены на рис. 34-15. На этом рисунке отмечены расстоя­ ния, при которых вероятность пере­ крытия изоляции составляет 0,3%, т. е. пренебрежимо мала. В практи­ ке эксплуатации обычно стараются выдерживать именно эти расстоя­ ния, тем более, что они необходимы и с точки зрения пляски проводов и тросов. Поэтому случаи перекрытия изоляции в пролете являются край­ не редкими. Отключение же линий за счет таких перекрытий происхо­ дит еще более редко вследствие ма­ лой вероятности перехода импульс­ ного перекрытия в устойчивую си­ ловую дугу. Например, для линии 220 кв при 5= 8 м градиент рабоче­ го напряжения вдоль пути перекры­

тия £раб= . ^ ~ =16 кв/м, так что на

основании табл. 34-1 вероятность т)= 0,2. Если при этом высота линии равна 25 ж, а длина пролета 350 м, то удельное число отключений та­ кой линий за счет перекрытий в про­ лете составит всего 0,015. При дли­ не же пролета 300 м оно будет еще в 5 раз меньше.

До сих пор, анализируя удар молнии в середину пролета, мы учи­ тывали только вероятность перекры­ тия изоляции в месте удара, где на­ пряжение оказывается наибольшим. Вместе с тем при. ударе в пролет

принципиально возможно также пе­ рекрытие изоляции на опорах, где прочность изоляции значительно ниже, чем в середине пролета. Од­ нако в большинстве случаев с веро­ ятностью таких перекрытий можно не считаться. Действительно, при ударе молнии непосредственно в опору через нее проходит практи­ чески весь ток молнии и изоляция подвержена действию сильного элек­ тромагнитного поля канала мол­ нии. При ударе же в пролет ток молнии делится приблизительно по­ ровну между двумя соседними опо­ рами и, кроме того, канал молнии оказывается удаленным на большое расстояние от изоляции. Поэтому число перекрытий гирлянды изоля­ торов при ударе в опору несравнен­ но больше, чем при ударах в проле­ те, которые, таким образом, без большой погрешности могут не учи­ тываться. Исключение могут соста­ вить лишь линии с очень большими сопротивлениями заземления, для которых приходится учитывать все случаи поражения линии.

в) Расчет удельного числа отключений линий с тросами

Если приближенно принять, что 50% всех ударов молнии в линию можно рассматривать как удары в опору и 50% как удары в середину пролета, то суммарное удельное чис­ ло отключений линии можно опреде­ лять по формуле

п = 0,18А (ОэбЦдерхТ)! -f- 0,50ПервЪ +

где h — средняя высота подвеса тро­ сов, м;

опер, — вероятность перекрытия изо­ ляции при ударе в опору,

средственно в лровод, уже не поражают тросов. Однако нет необходимости это де­ лать, так как v a<£1.

прочностью будет «едостаточньш. В отдельных случаях при больших токах (десятки килоампер) и мно­ гократных ударах разрядник может разрушиться.

При отдаленных ударах (на рас­ стоянии свыше 1—2 км) ток через разрядник в пределе может быть ра­

вен удвоенному току падающей волны, 2и

т. е. —— . В частности, для линий

ции ток молнии распределяется об­ ратно пропорционально сопротивле­ нию заземления в месте удара R и со­ противлению вентильного разрядника /?р.в. Для подстанций 110 кв при до­

пустимом токе 10 ка RP.S = -T 11-—

/ доп

361

= -^ = 36,7 ом и ток через разряд-

ft

ник / р = / м з0~7 + ft • При токе мол­

нии / м = 100 ка и сопротивлении за­ земления R — 10 ом ток в разряд­ нике превышает 20 ка, что недо­ пустимо.

исключить прямые удары в прово­ да линии вблизи подстанции или во всяком случае резко уменьшить вероятность таких ударов. С этой целью участки линий длиной 1 — 2 км, примыкающие к подстанциям (подходы), должны защищаться от прямых ударов тросовыми молние­ отводами. Если линия защищена тросами по всей длине, то на приле­ гающих к подстанции участках осо­ бенно тщательно выполняются тре­ бования грозозащиты (низкие со­ противления заземления опор, ма­ лые углы защиты тросов).

Защитный подход выполняет еще одну очень важную функцию. На подстанциях разрядники обычно устанавливаются на шинах. Поэто­ му между разрядником и защищае­ мыми аппаратами всегда имеется

определенное расстояние. При этом, как будет показано ниже, напряже­ ние на изоляции превышает остаю­ щееся напряжение разрядника на тем большую величину, чем больше расстояние и чем больше крутизна набегающей с линии волны. Для то­ го чтобы один разрядник защищал всю подстанцию, необходимо, чтобы крутизна волны не превышала опре­ деленной величины, в противном случае в удаленных точках подстан­ ции напряжение на изоляции может превысить ее гарантированную прочность. Благодаря наличию за­ щитного подхода волна напряже­ ния доходит до подстанции только после определенного пробега вдоль линии, в результате которого, как было показано в гл. 30, ее крутизна значительно уменьшается. Это об­ стоятельство, особенно важное для подстанций высокого напряжения, имеющих большие размеры, суще­ ственно облегчает создание надеж­ ных схем грозозащиты.

Принципиальные схемы грозоза­ щиты подстанций приведены на рис. 35-1. Схема а относится к слу­ чаю, когда подходящая к подстан­ ции линия выполнена на деревян­ ных опорах без троса, который под­ вешивается только в пределах за­ щитного подхода (1—2 км). Так как на деревянных опорах спуски от тросов к заземлителям распола­ гаются на стойках, прочность изо-

Рис. 35-1. Принципиальные схемы грозо­ защиты подстанций.

а — линия на деревянных опорах с защитным подходом; 6 —•линия с тросом по всей длине.

ляции относительно земли опоры с тросами существенно снижается. Например, для линии ПО кв изоля­ ция состоит из гирлянды и участка траверсы длиной 2 м, т. е. имеет прочность порядка 850—900 кв, что приблизительно в 3 раза меньше среднего разрядного напряжения обычных деревянных опор. Поэтому защитный подход является местом с ослабленной изоляцией и для того, чтобы не ухудшать грозоупорность линии, в начале защитного подхода на каждой фазе устанавливаются трубчатые разрядники РТХ. На вво­ де подстанции иногда устанавли­ вается второй комплект трубчатых разрядников РТ2, который принци­ пиальной роли в грозозащите под­ станции не играет и служит для за­ щиты линейного выключателя в тех случаях, когда он разомкнут, а ли­ ния с другого конца находится под напряжением.

Схема грозозащиты линий на металлических опорах, защищен­ ных тросами по всей длине, отли­ чается от схемы рис. 35-1,а только тем, что отпадает необходимость в установке разрядников РТХ.

На рис. 35-1,6 приведена схема грозозащиты подстанции, к которой присоединены линии, защищенные тросом по всей длине.

35-2. ПАРАМЕТРЫ ВОЛН, НАБЕГАЮЩИХ НА ПОДСТАНЦИЮ.

a)

11[

\*sU=WOiM

в)

Рис. 35-2. Формы волн при прямом ударе в провод при последовательном возраста­

допустимой крутизны напряжения, для определения которой необходимо исследовать схему самой подстан­ ции.

35-3. НАПРЯЖЕНИЕ НА ИЗОЛЯЦИИ ПОДСТАНЦИЙ В ПРОСТЕЙШИХ СХЕМАХ

Прежде чем рассматривать весь­ ма сложные схемы реальных под­ станций, целесообразно проанали­ зировать простейшие схемы рис. 35-3,а и б, которые содержат все основные элементы: подходящую ли­ нию, разрядник, емкость защищае­ мой изоляции и соединительный провод длиной I (участок оши­ новки подстанции) между разряд­ ником и защищаемым аппаратом. Анализ этих схем, осуществляемый относительно просто, позволит уста­ новить целый ряд важных законо­ мерностей, в общих чертах справед­ ливых и для реальной подстанции.

Вначале рассмотрим имеющую вспомогательное значение схему рис. 35-4, в которой вентильный раз­ рядник включен на стыке двух ли­

что вольт-амперная характеристика разрядника Uv= f(Iv) задана гра­ фиком.

Рис. 35-3. Типичные случаи взаимного распо­ ложения разрядника и защищаемой изо­ ляции.

ир

т

Рис. 35-4. Падение волны на вентильный разрядник.

После пробоя искрового проме­ жутка разрядника напряжения и токи в схеме рис. 35-4 связаны со­ отношением

2Циая = Цр+ ( ^ + / Р) 21

или

г ^ п . , = У р + / р ^ - < 3 5 - 4 )

Благодаря наличию нелинейного члена (/р = / (/р) это уравнение сле­ дует решать графически с помощью построения, показанного на рис. 35-5, на котором в левом квадранте в коор­ динатах / р, U построены: вольт-ам­ перная характеристика разрядника,

прямая / р - и сумма этих двух

составляющих, т. е. правая часть

ков разрядника напряжение на нем, очевидно, равно УпадавМомент пробоя определяется точкой пересе­ чения кривой £/падСС12 и вольт-се- кундной характеристики разрядника (точка А на рис. 35-5). После этого вступает в силу уравнение (35-4) и напряжение на разряднике после пробоя определяется показанным на рис. 35-5 простым построением.

рис. 35-5 отложен в правом нижнем квадранте.

Из рис. 35-5 видно, что благода­ ря нелинейному характеру вольтамперной характеристики напряже-

кие на разряднике в широком диа­ пазоне изменения напряжения па­ дающей волны остается практически неизменным, несмотря на то, что ток в разряднике при этом очень сильно изменяется.

Теперь перейдем непосредствен­ но к анализу простейших схем рис. 35-3, соответствующих тупико­ вому режиму работы подстанции, так как вэтих схемах имеется только одна линия, по которой к подстан­ ции приходит импульсная волна t/пад. Для простоты будем считать,

рис. 35-3,а и предположим, что ем­ кость изоляции С равна нулю, а волновое сопротивление подходящей линии z равно волновому сопротив­ лению соединительных проводов (ошиновки подстанции). Тогда в точке А не происходит преломления волны и напряжение на разряднике может быть получено с помощью построения, аналогичного приведенному на рис. 35-5, но при z\ = z и z2= оо. На рис. 35-6,а показано най­ денное с помощью такого построе­

представляет собой отраженную волну, которая от разрядника будет уходить по линии в обратном на­ правлении. На рис. 35-6,а показан график изменения во времени отра­ женной волны. До пробоя искровых промежутков разрядника она имеет положительный знак, а через неко­ торое время после пробоя — отрица­ тельный.

Через время 2x=2l/v после при­ хода падающей волны в точку А отраженная от конца линии волна

а)

Рис. 35-6. Графики напряжения на разряд* нике Uр и защищаемой изоляции Una в схе­ ме рис. 35-3,а при С = 0 и различных