11.Молния как источник грозового перенапряжения.

Источником грозовых перенапряжений является молния, которая  представляет собой электрический разряд между облаком и землей или  облаками. Грозовое облако образуется следующим образом. Капли воды, достигшие области отрицательных температур, замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается корочкой льда. Выделяющееся при этом тепло поддерживает температуру внутри капли около 00С. Имеющиеся в воде положительные ионы, под действием разности температур, перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, в то время как жидкой сердцевине капли сообщается при этом избыточный отрицательный заряд. Когда замерзает сердцевина капли, то, вследствие ее расширения, ранее замерзший поверхностный слой, лопается и его положительно заряженные осколки уносятся потоком воздуха в верхние части облака. Таким образом, нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а вершина – положительно. Это один из основных процессов электризации грозовых облаков, и поэтому в большинстве случаев молнии бывают отрицательными, т.е. переносят на землю отрицательный заряд. По мере концентрации в нижней части облака отрицательных зарядов увеличивается напряженность электрического поля, и когда она достигает критического значения (около 30 кВ/см) происходит ионизация воздуха и в сторону земли начинает развиваться разряд. На начальной стадии, называемой лидерной, молния представляет собой относительно медленно развивающийся слабо светящийся канал (лидер). По мере приближения лидера к земле индуктированный заряд и напряженность электрического поля на вершинах возвышающихся над поверхностью объектов возрастают и с них могут развиваться встречные лидеры, имеющие противоположный заряд. Ток в лидерной стадии достигает от десятков до сотен ампер. Когда канал развивающегося лидера приближается к земле или встречается с противоположным лидером то между ними возникает высокая напряженность электрического поля (до 10 кВ/см). Этот промежуток пробивается за несколько микросекунд и в нем выделяется энергия порядка 0,5-5 МДж. Проводимость этой части канала резко возрастает, и зона повышенной напряженности перемещается по направлению к облаку со скоростью, равной 0,5 скорости света. Этот процесс называется главным разрядом и сопровождается сильным свечением. Ток главного разряда достигает сотен килоампер, а канал разряда разогревается до температуры 20 –30 тыс.0С.

12. Защита подстанций от прямых попаданий молнии

Защита ОРУ от прямых ударов молнии.

Открытые распределительные устройства электростанций и подстанций, как правило, защищаются от прямых ударов молнии (ПУМ) стержневыми молниеотводами и только для защиты протяженных шинных мостов и гибких связей применяются тросовые молниеотводы. Защита ОРУ от ПУМ может быть осуществлена установкой стержневых молниеотводов на порталах подстанции или устройством отдельно стоящих стержневых молниеотводов со своими обособленными заземлителями. Защита ОРУ от ПУМ, выполненная установленными на конструкциях ОРУ стержневыми молниеотводами, дешевле защиты, выполненной из отдельно стоящих молниеотводов. Молниеотводы, установленные на порталах подстанций, требуют меньше металла на изготовление, чем отдельно стоящие молниеотводы. Они ближе располагаются к защищаемому оборудованию, поэтому эффективнее используются их защитные зоны. Но при поражении молниеотвода, установленного на портале ОРУ, ударом молнии с большими амплитудой и крутизной фронта импульса тока на молниеотводе и на портале, на котором он установлен, значительно возрастает напряжение. Это напряжение может оказаться достаточным, чтобы вызвать «обратное» перекрытие изоляции ОРУ с заземленных элементов на токоведущие части подстанции, что снижает надежность данной защиты. При этом может быть перекрытие гирлянд на порталах, где установлены молниеотводы, а также пробой изоляции у аппаратов, расположенных поблизости от пораженных молниеотводов, с корпусов на их токоведущие части. Отдельно стоящие молниеотводы с обособленным заземлением могут быть установлены так, что «обратные» перекрытия с заземлителей на токоведущие части подстанции исключаются. Защита от ПУМ при этом оказывается значительно надежнее, но дороже защиты с молниеотводами, установленными на конструкциях подстанции. При выборе защиты от ПУМ ОРУ подстанций определяется оптимальный вариант защиты. Для этого сопоставляется стоимость молниезащиты из молниеотводов, установленных на конструкциях подстанции, или из отдельно стоящих молниеотводов с обособленными заземлителями, с ущербом, который может принести поражение ОРУ молнией. Надежность защиты подстанции от ПУМ как отдельно стоящими молниеотводами, так и молниеотводами, установленными на конструкциях подстанции, может быть оценена по количеству случаев коротких замыканий в ОРУ, вызванных прорывами молнии через зону защиты молниеотводов и обратными перекрытиями с заземлений и заземленных конструкций на токоведущие части ОРУ.

При установке молниеотводов на конструкциях подстанций вероятность обратных перекрытий изоляции тем выше, чем ниже номинальное напряжение подстанции. Это объясняется тем, что с понижением номинального напряжения подстанции снижается уровень изоляции ее оборудования. Наибольшую опасность для изоляции представляет установка молниеотводов на конструкциях подстанций с номинальным напряжением 35 кВ. Поэтому при установке молниеотводов на конструкциях ОРУ напряжением 35 кВ принимаются более жесткие меры для предупреждения обратных перекрытий изоляции при грозовых ударах в молниеотводы. Исследованиями на моделях установлено, что потенциал на заземлителе подстанции при поражении молниеотвода, установленного на ее конструкциях, возрастает с увеличением амплитуды и крутизны импульса тока молнии, удельного сопротивления грунта площадки подстанции и с уменьшением площади, занимаемой заземляющим контуром на территории подстанции [6]. Площадь, занимаемая подстанцией напряжением 35 кВ, невелика и может быть порядка 400 м². ОБЩЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТУРА НЕ МЕНЕЕ 25ОМ

ОПН

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) — это элемент защиты без искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из легированного металла, при подаче напряжения он ведет себя как множество последовательно соединенныхваристоров. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. При отсутствии перенапряжений ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После окончания действия перенапряжения на выводах ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояние занимает единицы наносекунд (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время срабатывания может достигать единиц микросекунд). Кроме высокой скорости срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка.