energetika_metod_1

ничить ток через ОПН подключением к сети дополнительных ОПН, отводящих часть тока волны на землю.

Подключение дополнительных ОПН для увеличения эффективности грозозащиты производится через 2-3 пролета ВЛ, в противном случае небольшое различие в вольт-амперных характеристиках (рисунок 14) приводит к резко неравномерному распределению токов между ОПН, кроме того при близком расположении ОПН срабатывание одного ОПН сопровождается снижением напряжения, затрудняющее срабатывание другого ОПН. На рисунке 14 видно, что вследствии того, что вольт-амперные характеристики ОПН различны, то и защитные характеристики их различны.

Рисунок 14. Неравномерное распределение тока в параллельно включенных разрядниках

На рисунке приведен пример выполнения каскадной защиты оборудова-

ния.

Рисунок 15. Пример каскадной схемы защиты оборудования от грозовых перенапряжений

31

Так как в ПУЭ даны допустимые расстояния от разрядников до оборудования, то при замене их на ОПН допустимое расстояние можно определить по формуле:

где LОПН – расстояние от ОПН до защищаемого оборудования, м; LРВ – расстояние от разрядника до защищаемого оборудования, м;

Uгрозисп - испытательное напряжение защищаемого оборудования при пол-

ном грозовом импульсе, кВ;

UОПН, UРВ – остающиеся напряжения на ОПН (РВ) при токе 5 кА для классов 330 кВ и выше.

Для РУ грозовые волны, набегающие с ВЛ, ограничиваются импульсной

прочностью UгрозВЛ изоляции этих ВЛ. Если предположить, что при удаленном ударе молнии в ОПН протекают импульсные токи формы 8/20 мкс (форма испытательного грозового импульса), то Uгрозисп = U8/20 . Тогда для ОПН, установ-

ленного в РУ, номинальный разрядный ток должен удовлетворять условию формулы:

ZВЛ – волновое сопротивление провода ВЛ с учетом импульсной короны. В остальных случаях, помимо РУ станций и подстанций, обосновать расчетное значение номинального разрядного тока I8/20 достаточно сложно, он может не проверяться, а приниматься такой величины, которую производитель

называет энергоемкостью Wуд (класс разряда линии).

7 Молниезащита электрических машин

Молниезащита электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей) имеет свои особенности:

-уровень электрической прочности изоляции у машин значительно ниже, чем у другого оборудования;

-отсутствие специальных ОПН, которые смогли обеспечить достаточно высокую надежность защиты такой изоляции от перенапряжений;

-грозовые повреждения изоляции машин весьма значительны, так как через место пробоя изоляции машины продолжает протекать аварийный ток за счет э.д.с. остаточного намагничивания даже после снятия возбуждения машины, отключенной от сети;

-выход из строя электрических машин обуславливает большой экономический ущерб.

Поэтому для грозозащиты электрических машин на подходе ВЛ устанавливают дополнительные ОПН, отводящие часть тока набегающей волны в землю и снижающие таким образом импульсное напряжение на машине.

32

Кроме того, используется защитное действие кабельных вставок на подходах, чтобы снизить крутизну фронта импульсов перенапряжений на зажимах машины, параллельно с ней подключают конденсаторы. Снижению крутизны фронта способствуют также фидерные реакторы, установленные для снижения токов короткого замыкания.

Задача грозозащиты намного упрощается, если электрическая машина присоединяется к воздушной сети не непосредственно, а через трансформатор. Трансформатор существенно ограничивает амплитуду и крутизну импульсов грозовых перенапряжений.

Схема грозозащиты электрических машин, непосредственно связанных с воздушной сетью, содержит комплекс защитных средств: ОПН (разрядник) и малоиндуктивный конденсатор на шинах, защищенный подход ВЛ, ОПН (разрядник) на подходе ВЛ и кабельную вставку. Дополнительным элементом грозозащиты электрических машин является кабельная вставка. Она не только добавляет емкость, сглаживающую волну перенапряжений, но и отводит значительную долю тока волны в землю помимо шинного ОПН. Достаточная для практики надежность требует чтобы длина кабельной вставки составляла не менее 300 м, а защищенного воздушного подхода – не менее 100 м; величина применяемой защитной емкости должна быть порядка 0,5 мкФ.

Присоединение мощных электрических машин к трансформатору обычно осуществляется токопроводами, имеющими экран, и поэтому для них не представляет опасности индуктированные перенапряжения. Если же соединение машины с трансформатором производится шинным мостом или воздушной гибкой связью, то необходимо предусмотреть защиту от индуктированных перенапряжений, возникающих при ударах молнии вблизи шинного моста. Достаточно эффективным средством грозозащиты в этом случае является установка конденсаторов 0,1 – 0,5 мкФ.

Кроме индуктированных перенапряжений, электрическая машина может подвергаться воздействию импульсных грозовых перенапряжений, переходящих в обмотку НН трансформатора с обмотки ВН. Несмотря на то, что высоковольтные обмотки трансформатора имеют защиту от перенапряжений, вызванных набегающими по ВЛ волнам, возникающий в них импульс после перехода на обмотку может быть опасным для электрической машины. Вследствие большой скорости изменения напряжения импульса, его амплитуда, при пере-

ходе с одной обмотки в другую, уменьшается не пропорционально Ктр, а форма существенно изменяется.

Соединение обмоток трансформатора по схеме Y0/ и Y/ существенно снижает вероятность появления на машине грозовых перенапряжений с амплитудой опасной для изоляции.

При малой мощности генераторов электродвигателей и синхронных компенсаторов использование промежуточного трансформатора между машиной и воздушной сетью нецелесообразно по технико-экономическим причинам.

33

8 Защита от перенапряжений изоляции «экран-земля» однофазных кабелей высокого напряжения

В последнее время кабели напряжением 6-330 кВ все более широко используются для передачи и распределения электроэнергии, особенно в крупных городах. Наибольшее распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Экраны кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена выполнены из хорошо проводящего материала (алюминий или медь). Заземление экранов более чем в одной точке ведет к появлению в них значительных токов, сопоставимых с током жилы кабеля. Если по условиям ограничения напряжения на экране обязательное его заземление в нескольких точках, то для снижения токов в экранах при трехфазной группе однофазных кабелей может быть применена транспозиция экранов.

Установка ОПН класса 6-35 кВ между экраном и землей для защиты изоляции «экран-земля» от грозовых и коммутационных перенапряжений необходима:

-на том конце кабеля, на котором экран не заземлен;

-если применена транспозиция экранов трехфазной группы однофазных кабелей, то в каждом узле транспозиции в соответствии с рисунком 16.

Рисунок 16. Схема соединения группы из трех однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в случае, когда применен

один цикл транспозиции экранов

Характеристики ОПН, предназначенного для защиты изоляции экрана кабеля должны выбираться исходя из двух основных критериев:

-обеспечение надежной защиты изоляции экрана при грозовых и коммутационных перенапряжениях;

-обеспечение надежной работы самого ОПН при квазистационарных перенапряжениях в месте его установки, как в нормальном режиме, так и в режи-

34

ме короткого замыкания вне кабеля, длительность которого определяется установками релейной защиты и не превосходит нескольких секунд.

Если остающееся напряжение грозового импульса U8/20 составляет не более чем 0,9 от импульсной прочности Uгрозисп , то выбор ОПН произведен пра-

вильно. Если U8/20 выше импульсной прочности изоляции экрана, то необходимо изменить число циклов транспозиции или мест заземления экранов, что позволит применить ОПН с меньшим рабочим напряжением и, соответственно, меньшими остаточными напряжениями.

9 Перенапряжения в сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ)

Замыкание на землю токоведущих частей электрических установок является преобладающим видом повреждения в сетях всех напряжений. В распределительных сетях 6-35 кВ эти повреждения составляют не менее 75 % общего числа повреждений. При изолированной нейтрали через место замыкания на землю проходит емкостной ток, величина которого пропорциональна суммарной емкости сети. В маломощной сети с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания составляет всего несколько ампер, поэтому ОЗЗ практически не сказывается на условиях передачи энергии потребителям. С другой стороны при таких токах дуга оказывается не устойчивой и через некоторое время самоугасает. При значительных токах ОЗЗ дуга может гореть длительно, причем, как правило, дуга перебрасывается на соседние фазы, вызывая двух и трех фазные к.з. Для сетей 6-35 кВ представляют опасность тепловые и ионизирующие воздействия электрических дуг. Погасание заземляющей дуги наступает тем позднее, чем больше ток дуги.

В дуговом разряде в момент токовой паузы происходит интенсивная деионизация дугового столба в результате которой постепенно восстанавливаются диэлектрические свойства промежутка. С другой стороны, благодаря росту сопротивления дуги, на ней возрастает (восстанавливается) напряжение, до токовой паузы оно было очень небольшим. Поэтому при каждом прохождении через нуль происходит попытка гашения дуги, результат которой зависит от соотношения между скоростью восстановления напряжения и скоростью восстановления диэлектрической прочности.

Перенапряжения при дуговых замыканиях на землю возникают в результате колебательного перезаряда емкостей фаз относительно земли при зажиганиях и гашениях заземляющей дуги в месте повреждения. Максимальные перенапряжения определяются по мгновенным значениям напряжений на нейтрали и на неповрежденных фазах, возможный уровень перенапряжений приведен на рисунках 17 – 18.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю является бесконтактным средством дугогашения. По сравнению с сетями, работающими с изолированной нейтралью, а также с эффективным и не эффективным заземлением

35

нейтрали, правильно используемая компенсация емкостных токов имеет следующие преимущества:

-уменьшает ток через место повреждения до минимальных значений (в пределе до активных составляющих и высших гармоник), обеспечивает надежное дугогашение и безопасность при растекании токов в земле;

-облегчает требования к заземляющим устройствам (при глухо заземленной нейтрали пришлось бы выполнять контур как для устройств с большими токами замыкания на землю);

-ограничивает перенапряжения, возникающие при дуговых замыканиях

на землю до значений 2,5 -2,6 Uф (при степени расстройки компенсации 0-5 %), безопасных для изоляции;

-значительно снижает скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе, способствует восстановлению диэлектрических свойств места повреждения;

-предотвращает набросы реактивной мощности на источники питания;

-предотвращает развитие в сети феррорезонансных процессов (в частности самопроизвольных смещений нейтрали);

-при компенсации емкостных токов сеть 6-35 кВ может длительно работать с «землей».

Емкостные токи замыкания на землю, при которых необходима компенсация токов ОЗЗ

Таблица 8

Рисунок 17. Зависимость наибольшего напряжения на поврежденной фазе (кривая 1) в момент зажигания заземляющей дуги и времени его возникнове-

ния (кривая 2) от степени настройки компенсации К

36

на 90° от наибольшего напряжения смещения нейтрали, представляющего собой диаметр окружности напряжений смещения, проведенной у начала симметричной системы фазных напряжений. Напряжение смещения не должно

быть более 15 % Uф длительно и 30 % - кратковременно.

Так как ток ОЗЗ емкостной в основном (активная составляющая 2-10 % в зависимости от состояния изоляции сети), то для компенсации емкостного тока ОЗЗ необходимо создать ток индуктивный, который и создается ДГР. На рисунке 19 приведен принцип компенсации емкостных токов ОЗЗ. В действительной сети к месту замыкания на землю токи подтекают по всем фазам линий через обмотки нагруженных питающих трансформаторов.

Рисунок 19. Пространственные схемы при замыкании на землю и векторные диаграммы токов емкостного и активного в сети (а); тока в дугогасящей катушке (ток компенсации) (б); результирующего тока в месте

повреждения (в):

UC/ ; UВ/ - напряжение неповрежденных фаз при ОЗЗ в фазы а; Iкр – реактивный ток ДГР;

Iка – активный ток ДГР;

Iр – результирующий ток;

Iсс; Iсв – емкостной ток фаз в и с.

Ток ДГР возникает в результате воздействия на него напряжения смещения нейтрали.

38