МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
УДК 621.31
Харламова З.В.
Методическое пособие по курсу
«Техника и электрофизика высоких напряжений»
Тема: ¢¢Молниезащита и заземление линий электропередачи и подстанций¢¢
для самостоятельной работы студентов
специальностей 7.090603. 7.090615.
дневной и заочной форм обучения
Утверждено
на заседании кафедры
«Электроснабжения промышленных
предприятий»
Мариуполь 2007 г
УДК 621.31
Методическое пособие по курсам «Техника и электрофизика высоких напряжений» на тему: ¢¢Молниезащита и заземление линий электропередачи и подстанций¢¢ для самостоятельной работы студентов специальностей 7.090603. 7.090615. дневной и заочной форм обучения – Мариуполь: ПГТУ,2007
Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»
Составила: Харламова З.В.
к.т.н., доцент
Ответственный Саенко Ю.Л.,
за выпуск: зам. зав. каф. ЭПП,
профессор,
докт. техн. наук
Рецензент: Гаврилов Ф.А.
доцент,
канд.техн.наук
Утверждено на заседании кафедры
Протокол № ________
от ”______”_____________________2007 г.
Содержание:
4.1 Основные принципы защиты ЛЭП и подстанций от прямых ударов молний………………………………....….4
4.2 Виды конструкции молниеотводов подстанций, ЛЭП и производственных зданий...……………………………....10
4.3 Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода……………………………………………...16
4.4 Расчет зоны защиты двух и более стержневых молниеотводов………………………………………….....18
4.5 Расчет зоны защиты тросовых молниеотводов………………………………...…………..20
4.6 Чем определяется надежность молниезащиты, и какими показателями она характеризуется……….................…...22
4.7 Назначение заземляющих устройств в высоковольтных электрических установках. Виды заземлений………..….28
4.8 Требования к рабочему и защитному заземлению..…31
4.9. Требования к грозозащитному заземлению…..…...…36
4.10 Выносные и контурные заземляющие устройства....37
4.11 Влияние на величину коэффициента импульса заземлителя амплитуды тока молнии, удельного сопротивления грунта и протяженности заземлителя…...41
4.12 Требования к импульсному сопротивлению опор ЛЭП и подстанций………..………..………………………….….....44
4.1 Основные принципы защиты лэп и подстанций от прямых ударов молнии
Выбор противогрозовой защиты определяется интенсивностью грозовой деятельности в районе, где проходит трасса линии. В районах, где грозы отсутствуют или очень слабые (число грозовых дней в году меньше пяти), нет надобности в специальной защите от грозовых перенапряжений. На грозопорожаемость линии могут влиять также рельеф и геологическая структура местности. Поэтому наилучшим показателем необходимости противогрозовой защиты служит опыт эксплуатации электрических сетей в данном районе. В то же время на основе обобщения опыта эксплуатации большого числа линий в разных районах устанавливаются некоторые стандартные меры грозозащиты, выполнение которых в большинстве случаев наиболее целесообразно с технико-экономической точки зрения. Основным принципом грозозащиты является сооружение устройств, принимающих грозовые перенапряжения и транспортирующих их на заземлители. На линиях с металлическими (и железобетонными) опорами, как правило, применяется тросовая защита. В отсутствие тросов защитный уровень этих линий весьма низок и отключения линий вследствие грозовых поражений весьма часты. Многолетний опыт эксплуатации линий на металлических (и железобетонных) опорах показал, что хорошо заземленные тросы обеспечивают малое удельное число отключений линий. Подвеска тросов повышает стоимость линий на 5¸7%.
Обратную картину мы имеем на линиях 110 кВ и ниже с деревянными опорами. Подвеска тросов, требующая столбов большой длины (диаметров) и утяжеляющая конструкцию опор, повышает стоимость линий до 20¸30%. Линии на деревянных опорах без тросов обладают удовлетворительными грозозащитными характеристиками, а стоимость их на 25¸40% ниже стоимости линий на металлических (и железобетонных) опорах. Поэтому на линиях с деревянными опорами тросовая грозозащита используется лишь на участках, примыкающих к
подстанциям, где по условиям защиты подстанционной изоляции необходимо предотвратить прямой удар молнии в провода.
В сетях напряжением 35 кВ и ниже нейтраль изолирована или заземлена через дугогасящую катушку, поэтому однофазные импульсные перекрытия не приводят к возникновению устойчивой силовой дуги. Эта особенность может быть использована для отказа от тросовой защиты линий на металлических опорах. При этом полагают, что грозовое перекрытие приводит к однофазному перекрытию изоляции на опоре. Тогда, путем снижения сопротивления заземления опор можно предотвратить обратное перекрытие с опоры на соседнюю фазу и тем самым предотвратить двухфазное или трехфазное замыкание на землю. Однофазное перекрытие гасится через дугогасящую катушку.
Особенностью грозовых перенапряжений является обычное полное восстановление электрической прочности изоляции после снятия напряжения. По данным анализа грозовых поражений в 80¸90% случаев возможно немедленное включение линий 35¸220 кВ в работу. Поэтому АПВ служит эффективным средством противогрозовой защиты, широко используемым в энергетических системах. В настоящее время все воздушные линии напряжением 35 кВ и выше оборудуются АПВ.
На выключателях с индивидуальным приводом на каждой фазе часто применяют однофазные АПВ (ОАПВ). В отношении грозовой защиты ОАПВ особенно эффективно на линиях с металлическими опорами, на которых грозовые поражения локализируются однофазными перекрытиями.
ОАПВ применяется для сетей с заземленной нейтралью. Для сетей с дугогасящей катушкой, где дуга тока замыкания на землю гасится автоматически, надобность в ОАПВ отпадает.
Оценивая эффективность ОАПВ как средства противогрозовой защиты, следует отметить, что при чрезмерно частом действии АПВ возрастает опасность разрушения механизмов выключателей и возникает необходимость в их частых ремонтах. Как показывает опыт эксплуатации, динамические усилия в обмотках при частых к.з. приводят к нарушению прочности крепления обмоток трансформаторов на подстанциях. Поэтому АПВ на линиях должно сочетаться с такими мерами противогрозовой защиты, которые удерживают число автоматических включений на минимальном уровне.
По экономическим соображениям уровень изоляции подстанционного оборудования ниже уровня изоляции ЛЭП. Отсюда видно, что с линий могут набегать волны, опасные для подстанционного оборудования. Защита подстанционной изоляции от волн, набегающих с линий, осуществляется вентильными разрядниками (ВР). Выбор ВР в качестве основного аппарата защиты подстанционной изоляции определяется следующими их свойствами: ВР обладают пологими и стабильными характеристиками, независящими от полярности импульса; при срабатывании ВР не дают крутого среза волны, что приводит к высоким градиентным напряжениям в обмотках трансформаторов. Выбор уровней изоляции электрических аппаратов и трансформаторов производится в соответствии с характеристиками ВР.
Трубчатые разрядники (ТР) применяются для защиты линейных проводов подстанций. При работе ТР появляется тенденция возникновения опасных колебаний на подстанции. Необходим также учет динамических воздействий на обмотки трансформаторов. Такие воздействия могут стать опасными для малых реактивных сопротивлений сети за трансформатором или малой механической прочности обмоток трансформаторов.
Кроме защиты подстанций от набегающих волн, необходима защита ОРУ подстанций и взрывоопасных помещений, находящихся на территории подстанции от прямых ударов молний.
Защита от прямых ударов молнии открытых токоведущих частей подстанций осуществляется с помощью стержневых молниеотводов. Для удешевления защит молниеотводы устанавливаются на конструкциях подстанций, а также на осветительных мачтах, крышах зданий. Дорогие отдельно стоящие молниеотводы применяются только при невозможности их применения на конструкциях подстанции. В зону защиты также должны включаться пролеты линий между подстанцией и концевыми опорами. Защита этих пролетов осуществляется с помощью линейных проводов, которые присоединяются к портальным конструкциям подстанции.
Заземлители на подстанциях выполняются общими для обеспечения безопасности персонала, для заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и для заземления молниеотводов, т. е. для целей грозозащиты. Обычно заземляющее устройство подстанции выполняется в виде контурного заземления с равномерно распределенными по периметру контура вертикальными заземлителями и сеткой, выравнивающей потенциал внутри контура.
При установке стержневых молниеотводов на портальных конструкциях трансформаторов, имеющих обмотки (6¸35) кВ, слабым местом является изоляция этих обмоток и соответствующая внешняя изоляция. В этих случаях на вводах обмоток 6¸35 кВ следует устанавливать ВР. На напряжение 6¸15 кВ ВР устанавливаются у ввода, на напряжение 20¸35 кВ – на расстоянии до 5¸10 м от ввода.
Однако, если трансформаторные обмотки присоединены к обмоткам генератора, СК или двигателей высокого напряжения, то установка разрядников недопустима на этих обмотках из-за возможности заноса высоких потенциалов на обмотки машин при работе ВР.
На электрических станциях и подстанциях, кроме защиты ОРУ, необходима защита от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами открытых шинопроводов (гибкой связи) между трансформаторами и генераторами машинного зала открытого типа, а также взрывоопасных зданий – сооружений для хранения баллонов с Н2 , ресиверов с Н2 , ацетилено-генераторных установок. Эти объекты защищаются не только от прямых ударов молний, но и от вторичных воздействий в виде искрения от наведенных напряжений.
На станциях и подстанциях защищаются здания, для которых прямые удары молний представляют опасность в отношении пожаров или механических разрушений. Эти здания защищаются молниеотводами, установленными на самом сооружении, и проложенными по ним токопроводами.
Молниеотводы на трансформаторных порталах, как правило, не устанавливаются вследствие низкого импульсного разрядного напряжения вводов низкого напряжения 6¸10 кВ. Для уменьшения вероятности повреждения изоляции трансформаторов, их корпуса должны заземляться на расстоянии не менее 15 м (вдоль полосы заземлителя) от точек присоединения к заземлению молниеотводов. При необходимости установки молниеотвода на трансформаторном портале обмотки низкого напряжения следует защищать ВР, включенными у вводов 6 ¸10 кВ или на расстоянии не менее 10 м от вводов 35 кВ.
Подстанционные помещения и сооружения защищают путем заземления металлической кровли или если крыша неметаллическая, посредством сетки размером 5*5 м2 из стальной проволоки диаметром 8 мм, которая располагается на крыше и присоединяется к заземлителю.
Рисунок. 4.1.1. Схема защиты от грозовых перенапряжений подстанций, присоединенных к ВЛ с ответвлениями 150 м и более
Защиту подстанций 35¸110 кВ с трансформаторами мощностью до 40 МВ*А, присоединенных к ответвлениям менее требуемой длины защищаемого провода от действующих ВЛ с деревянными, металлическими и железобетонными опорами без троса, допускается выполнять по упрощенной схеме, включающей:
– вентильные разрядники, устанавливаемые на подстанции на расстоянии не более 10 м от силового трансформатора;
– тросовые молниеотводы подхода к подстанции на всей длине ответвления; при длине ответвления менее 150 м следует дополнительно защищать тросовыми или стержневыми молниеотводами по одному пролету действующей линии в обе стороны от ответвления;
– компонента ТР1, ТР2 сопротивлением заземления каждого компонента не более 10 Ом; устанавливаемые на деревянных опорах; ТР2 – на первой опоре с тросом со стороны ВЛ или на границе участка, защищаемого стержневыми молниеотводами; ТР1 – на незащищенном участке ВЛ на расстоянии 150¸200 м от ТР2 (рис. 4.1.2).
При длине захода более 500 м установка ТР1 не требуется.
Упрощенную защиту подстанции допускается выполнять и в случае присоединения подстанции к действующим ВЛ с помощью коротких заходов. При этом трансформаторы должны быть защищены ВР типа РВМГ.
Выполнение грозозащиты подстанций, присоединенных к вновь сооружаемым ВЛ, по упрощенным схемам не допускается.
Рисунок. 4.1.2. Схема защиты от грозовых перенапряжений подстанций, присоединенных к ВЛ с помощью заходов длиной 150 м и более