- •Типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
- •5.1. Схемы сетей электроснабжения и электрические воздействия на них
- •5.2. Схемы защит сетей от перенапряжений
- •5.3. Элементы для уравнивания потенциалов и ограничения перенапряжений
- •Обеспечение электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики
- •6.1. Общие вопросы обеспечения эмс
- •6.2. Нормированная
- •Электромагнитная обстановка
- •В зданиях и сооружениях
- •И ее обеспечение
- •6.3. Размещение приборов и координация параметров защитных устройств
- •6.25. Зависимости выделяемой в варисторах энергия w от тока импульса I
- •6.4. Особенности использования варисторов для ограничения перенапряжений
- •6.5 Обеспечение электромагнитной совместимости внутри зон
- •9.1. Общая характеристика грозовой деятельности
- •9.2. Накопление зарядов в грозовом облаке
- •9.3. Возникновение и развитие молнии
- •9.4. Виды молний и параметры тока
- •9.5. Защита от прямых ударов молнии
- •9 Рекомендаци международной электротехнической комиссии (мэк) по молниезащите зданий и сооружений
- •9.7. Исследование физики молнии и молниезащиты с помощью искусственных заряженных аэрозольных облаков
- •Глава десятая практические способы снижения помех на электрических станциях и подстанциях
- •10.1. Общие положения
- •10.2. Основные принципы выполнения заземления и прокладки кабелей
- •10.3. Рекомендации по выполнению заземлений на подстанциях высокого напряжения
- •10.4. Рекомендации по выполнению заземлений на электростанциях
- •10.5. Особенности эмс на подстанциях высокого напряжения
- •10.6. Природа возникновения и уровни помех на электростанциях
- •10.7. Некоторые особенности проектирования заземляющих систем комплектных круэ
- •Pиc. 10.34. Схема для расчета перенапряжений на корпусе, обусловленных вводом кабеля в круэ
- •10.8. Ограничения коммутационных электромагнитных помех в цепях управления с индуктивными элементами
- •10.8.1. Физические процессы при коммутациях в индуктивных цепях
- •10.8.2. Критерии оценки схем защиты от помех
- •10.8.3. Схемы защиты от помех для устройств постоянного тока
- •10.8.4. Схемы защиты от помех для устройств переменного тока
- •10.8.5. Схемы защиты от помех для трехфазных установок
- •10.8.6. Схемы защиты от помех для люминесцентных ламп
- •Глава первая источники электромагнитных воздействий
- •1.1. Общие положения
- •1.2. Переходные процессы при ударах молнии
- •1.2.1. Электромагнитное поле тока молнии при ударе в землю
- •1.2.2. Прямые удары молнии в линии электропередачи и в другие элементы электроустановок
- •1.2.3. Воздействие электромагнитного поля молнии на линии электропередачи или сооружения
- •1.2.4. Стандартизированные параметры тока молнии
- •1.3. Коммутационные процессы в цепях высокого напряжения
- •1.4. Электрические и магнитные поля промышленной частоты, создаваемые силовым оборудованием станций и подстанций
- •1.5. Радиочастотные поля
- •1.6. Электромагнитный импульс ядерного взрыва
- •1.7. Разряды статического электричества
- •1.8. Электромагнитные помехи, вызванные магнитным полем земли
- •Глава вторая каналы передачи электромагнитных помех и способы их ослабления
- •2.1. Моделирование механизмов связи
- •2.2. Упрощенные модели передачи электромагнитных помех и методы их снижения
- •() Электромагнитного взаимодействия с элементами связии
- •2.3. Связь через общее полное сопротивление
1.3. Коммутационные процессы в цепях высокого напряжения
Коммутации выключателями и разъединителями высокого напряжения (рис. 1.10 и 1.11) на электростанциях и подстанциях вызывают электромагнитные помехи вследствие резкого изменения напряжения нашинах ВН распределительного устройства подстанции или станции.
Изменение напряжения в первичнойцепи вызывает в ней переходный процесс и появление колебательных затухающих импульсов тока и напряжения (серию импульсов в случае повторных зажиганий дуги).
Рис 1.10. Коммутация разъединителем на ОРУ 500 кВ
Рис. 1.11. Коммутация разьединителем на ОРУ 330 кВ
Первоначальное (амплитудное) значение тока пропорционально отношению к волновому сопротивлению первичной цепи. Следовательно, можно ожидать, что амплитуда тока примерно пропорциональна напряжению системы (табл. 1.7).
Время изменения напряжения сильно зависит от расстояния между контактами
Таблица 1.7. Амплитуда импульсной составляющей тока в аппаратах высокого на ПС при коммутациях в КЗ
Параметр |
Номинальное напряжение сети | |||||||||||||
110 |
220 |
330 |
500 |
750 | ||||||||||
1 |
4 |
1 |
4 |
1 |
4 |
1 |
4 |
1 |
4 | |||||
, кА |
0,48 |
1,9 |
0,95 |
3,8 |
1,15 |
6,2 |
2,75 |
11,0 |
4,75 |
19,0 | ||||
, кА |
0,55 |
2,2 |
1,1 |
4,25 |
1,8 |
7,0 |
3,2 |
12,8 |
4,4 |
17,6 | ||||
, кА |
0,88 |
3,5 |
1,8 |
7,1 |
2,2 |
8,7 |
3,3 |
15,3 |
5,4 |
21,5 | ||||
, кА |
0,225 |
0,45 |
0,77 |
1,450 |
2,450 | |||||||||
, кА |
0,035 |
0,09 |
0,23 |
0,50 |
0,85 |
Обозначения: - число отходящих линий; - амплитуда импульса тока, проходящего в заземлитель при КЗ на подстанции с ОПН; , -амплитуда импульса тока при КЗ на подстанции с вентильными разрядниками (при минимальном и максимальном значениях пробивного напряжения); - максимальное значение тока при коммутациях с разъединителями ВН; - наиболее вероятное значение тока при коммутациях с разъединителями ВН.
выключателя ВН и может варьироваться от нескольких наносекунд для подстанции с элегазовой изоляцией до нескольких десятков или даже сотен наносекунд для подстанций и станций с ОРУ.
Коммутации с разъединителями характеризуются многократными (до 5000 и более) повторными зажиганиями дуги. Время коммутации зависит от типа разъединителя и составляет от десятков миллисекунд до нескольких секунд.
Крутизна фронта импульсов тока и напряжения зависит от скорости изменения напряжения, а частота колебаний зависит от характеристик первичной цепи и может составлять от десятков килогерц до единиц мегагерц для подстанций и станций с ОРУ и до десятков мегагерц для подстанций с элегазовой изоляцией.
Колебательные затухающие импульсы тока и напряжения могут распространяться по шинам распределительного устройства и создавать электрические и магнитные поля.
Рис. 1.12. Осциллограммы напряженностей магнитного и электрического полей при отключении шинного разъединителя на ОРУ 110 кВ:
1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряженность электрического поля
разъединителя на ОРУ 110 кВ. Измерения проводили на расстоянии 3 м от шин. На рис. 1.13 и 1.14 показаны результаты измерений электрических и магнитных полей, вызванных отключением разъединителей 500 кВ. Измерения проводили на уровне земли непосредственно под шинами напряжением 500 кВ на подстанциях с воздушной и элегазовой изоляцией.
Результаты измерений (см. рис. 1.13) подтверждают, что напряженность магнитного поля прямо пропорциональна току в шинопроводе. Напряженность магнитного поля аналогично значению тока в течение нескольких микросекунд уменьшается до нуля, в то время как напряженность электрического поля, зависящая от заряда шинопровода, достигает некоторого установившегося значения.
В табл. 1.8 приведены характерные значения напряженностей электрического и магнитного полей и частоты их колебаний при отключениях разъединителей и выключателей ОРУ и элегазовой ячейки. Измерения проводили непосредственно под шинами присоединений на уровне земли.
Сравнение осциллограмм рис. 1.13 и 1,14 позволяет отметить следующие основные отличия переходных процессов на подстанции с элегазовой изоляцией от процессов на подстанции с воздушной изоляцией:
основная частота колебаний переходного процесса на подстанции с элегазовой изоляцией, по крайней мере, в 10 раз выше;
максимальные напряженности электрических и магнитных полей на подстанции с элегазовой изоляцией несколько ниже;
постоянная времени затухания колебаний напряжения на подстанции с элегазовой изоляцией меньше;
напряженность электрического поля на подстанции с элегазовой изоляцией за небольшой промежуток времени снижается до нуля.
Рис. 1.13. Осциллограммы тока в цепи ошиновки ВН (а), напряженностеймагнитного (б) иэлектрического (в) полей при отключении разъединителя 500 кВ
Рис. 1.14. Осциллограммы напряженности магнитного (а) и электрического (б) полей при отключении разъединителя 500 кВ на подстанции с элегазовой изоляцией
Таблица 1.8. Напряженность электрического и магнитного полей на ОРУ в вблизи элегазовой ячейки
Номинальное напряжение, кВ |
Коммутируемый аппарат |
Электрическое поле |
Магнитное поле | ||
, МГц |
, кВ/м |
, МГц |
, А/м | ||
500 230 115 |
Разъединитель на ОРУ |
0,5 1,0-2,0 2,0-3,0 |
15,0 6,0 10,0 |
0,5 1,0-2,0 2,0-3,0 |
150,0 90,0 50,0 |
500 230 115 |
Выключатель на ОРУ |
2,1-80,0 12,0-30,0 0,1 |
7,0 1,2 4,0 |
1,0-40,0 30,0 0,1-30,0 |
20,0 9,0 0,7 |
500 230 115 |
Разъединитель в элегазовой ячейке |
20,0 115,0 — |
8,0 5,0 — |
10,0 40,0 — |
100,0 90,0 — |
Вероятной основной причиной уменьшения напряженности магнитного и особенно электрического полей служит наличие металлического заземленного экрана (корпус КРУЭ).
Опыт показывает, что наиболее сильные магнитные поля создаются вблизи мест соединений или мест заземления корпуса КРУЭ. Вследствие этого таким местам следует уделять повышенное внимание.
Пробой электрической изоляции (КЗ на землю) или срабатывание разрядников приводит к снижению потенциала токоведущих частей установки ВН, что, в свою очередь, вызывает переходный процесс, подобно тому, как это происходит при коммутационных операциях. Ток КЗ, протекающий по заземляющему устройству установки, вызывает повышение его потенциала, содержащего высокую и промышленную частоты колебаний.
Амплитуда такого тока в первом приближении прямо пропорциональна напряжению пробоя, которое может быть значительно больше напряжения повторного зажигания дуги при коммутациях (см. табл. 1.7). Такие ситуации могут вызывать появление сильных электромагнитных возмущений, особенно если они происходят в непосредственной близости от приемника помех.
Срабатывание искровых разрядников менее опасно, чем пробой изоляции, из-за меньшего напряжения перекрытия и удаленного положения этих устройств. Однако амплитудные значения параметров таких переходных процессов намного выше, чем при повторных зажиганиях дуги в коммутационных аппаратах.
Зажигание дуги в вентильном разряднике вызывает, подобно искровому разряднику, появление переходных процессов высокой частоты. Максимальные значения параметров переходного процесса ниже вследствие ограничивающего действия остаточного напряжения на нелинейном резисторе разрядника. Наличие нелинейного резистора предотвращает появление больших токов замыкания на землю промышленной частоты.
Срабатывание ОПН не приводит к появлению высокочастотных переходных процессов в сети, так как переход ОПН из практически непроводящего состояния в проводящее происходит плавно.
В ходе обследования действующих энергообъектов выявлено, что при коммутациях цепей высокого напряжения разъединителями и выключателями во вторичных цепях возникают импульсные помехи в виде колебательных затухающих импульсов различной частоты, продолжительности и декремента колебаний (рис. 1.12-1.16). При коммутациях разъединителем имеет место наиболее продолжительный процесс из серии импульсов — до нескольких тысяч за одну коммутацию. При коммутациях выключателями возникают помехи в виде нескольких импульсов.
Максимальное значение импульсных помех на обследованных объектах составило от десятков вольт до нескольких киловольт, а длительность импульсов — от единиц до десятков микросекунд. Для энергообъектов с ОРУ амплитуда помехи приблизительно пропорциональна номинальному напряжению. Более высокий уровень импульсных помех при коммутациях разъединителями и выключателями наблюдается на объектах с высоким удельным сопротивлением грунта.
Чем ближе проходит трасса кабелей автоматизированной системы технологического управления к шинам высокого напряжения, тем выше уровень помех. При прокладке кабелей в лотках уровень помех в несколько раз ниже, чем при контрольном кабеле, проложенном по той же трассе на поверхности земли, из-за взаимного экранирования кабелей в лотке. Для кабелей, проложенных в кабельном канале в земле ниже контура заземления, уровень помех снижается в сотни раз по отношению к уровню помех в контрольном кабеле на поверхности земли.
Рис 1.15. Серия импульсных помех:
а - при отключений разъединителя 330 кВ (масштаб 50 В/дел., 200 мс/дел.); б - при включений разъединителя 400 кВ (масштаб 100 В/дел., 200 мс/дел.)
Рис. 1.16. Импульсные помехи в цепи напряжения при коммутации выключателем 330 кВ:
1 – фаза В (заземлена); 2 - фаза А (масштаб 100 В/дел., 5 мс/дел.)
Наибольшие уровни помех регистрируются в измерительных цепях напряжения, заземленных в распределительном устройстве. В некоторых случаях наблюдаются резонансные явления, когда амплитуда помех возрастает в несколько раз. В частотном спектре импульса присутствует: несколько составляющих. Диапазон изменения этих частот для энергообъектов лежит в интервале от десятков килогерц до десятков мегагерц. Основная частота помехи увеличивается с уменьшением размеров распределительного устройства. Для подстанций с элегазовой изоляцией основная частота на порядок больше, чем для открытой подстанции.