- •2. Защита от перенапряжений 35
- •Введение
- •Перенапряжения
- •Классификация и природа возникновения перенапряжений
- •Распространение электромагнитных волн вдоль проводов линий
- •1.3. Параметры различных перенапряжений и степень их опасности для линий и оборудования
- •2. Защита от перенапряжений
- •2.1. Способы защиты от перенапряжений
- •2.2. Конструкция и защитные характеристики молниеотводов
- •2.3. Вольт-секундные характеристики изоляции
- •2.4. Принцип действия и основные типы разрядников
- •Искровые и трубчатые разрядники
- •Вентильные разрядники
- •Ограничители перенапряжений
- •Требования правил устройства и эксплуатации электроустановок по защите от перенапряжений
- •Изоляция линий электропередач основные виды изоляции установок высокого напряжения
- •Изоляторы высокого напряжения
- •Основные характеристики изоляторов
- •Линейные изоляторы
- •Аппаратные изоляторы
- •Распределение напряжения по гирлянде изоляторов
- •Изоляторы для районов с загрязненной атмосферой
- •Изоляция кабелей высокого напряжения
- •Изоляция вводов высокого напряжения
- •Изоляция вращающихся машин и трансформаторов изоляционные материалы и их классификация
- •Изоляция вращающихся машин
- •Изоляция силовых трансформаторов
- •Профилактические испытания изоляции высокого напряжения цели и методы профилактических испытаний
- •Испытательные высоковольтные установки постоянного и переменного тока
- •Измерения при высоких напряжениях
- •Испытательные лаборатории
- •Профилактические испытания устройств электроснабжения
- •Правила техники безопасности при высоковольтных испытаниях
- •Рекомендуемая литература
2. Защита от перенапряжений
2.1. Способы защиты от перенапряжений
К установкам высокого напряжения относят все установки, номинальное напряжение которых составляет выше 1 кВ. В нашей стране успешно эксплуатируются линии на напряжения 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ переменного тока.
Использование высоких напряжений в электрических системах требует решения сложных научно-технических проблем, среди которых наиболее важная связана с устройством электрической изоляции. Одним из требований, предъявляемых к эксплуатации вышеназванных электроустановок, является обеспечение безаварийной работы изоляции всех элементов электрической системы.
Изоляция в процессе эксплуатации установок высокого напряжения должна выдерживать фазовые напряжения установок, под воздействием которых она находится в нормальном режиме работы, а также кратковременные повышения напряжения, опасные для нее и возникающие при коммутациях или нарушениях нормального режима работы (грозовых разрядах, замыканиях на землю).
Разряд молнии в изолированный от земли провод сопровождается появлением на нем напряжения, прямо пропорционального амплитуде тока молнии и имеющего длительность, не превышающую 50—100 мкс. Ток молнии является статистической величиной, которую можно охарактеризовать определенным законом распределения вероятностей. Напряжение на изоляции провода при разряде молнии также является величиной статистической. Например, вероятность появления на линии напряжения 1000 кВ составляет 70 % от всех случаев разряда молнии в провод, если она не защищена тросом. Такое напряжение может выдерживать изоляция далеко не всех линий электропередачи, но даже если это случится, линии окажутся не в состоянии нормально работать без проведения специальных мероприятий по снижению грозовых перенапряжений.
Повреждение изоляции подстанций является гораздо более серьезной аварией, чем повреждение изоляции линии, поэтому необходимо принимать дополнительные меры по ограничению вероятности их возникновения. Защита от атмосферных перенапряжений является обязательной для надежной работы электроустановок. Для этих целей используются различные конструкции разрядников и ограничителей перенапряжений, которые представляют собой сочетание воздушного искрового промежутка и нелинейного сопротивления.
Внутренние перенапряжения в электрических системах связаны с различными коммутациями и зависят не только от их вида, но и от параметров сети, характеристик выключателя или другого коммутирующего аппарата и ряда иных факторов. При многократном повторении одной и той же коммутации в системе каждый раз возникают различные перенапряжения. Отсюда следует вывод, что внутренние перенапряжения тоже могут носить статистический характер.
Для обеспечения нормальной работы электроустановки необходимо правильно выбрать изоляцию. Можно сделать изоляцию с таким запасом электрической прочности, при котором не будет ее перекрытия при любых возможных перенапряжениях. Однако такая изоляция оказывается чрезмерно громоздкой и дорогой. В силу этого при выборе изоляции целесообразно идти не по пути создания запаса ее электрической прочности, а в направлении осуществления таких защитных мероприятий, которые предотвращают появление опасных для нее волн перенапряжений и защищают ее в случае их возникновения. Изоляцию выбирают определенного уровня, исходя из величины испытательного разрядного и пробивного напряжений с учетом проводимых защитных мероприятий.
Уровень изоляции определяет наименьшее разрядное напряжение, которое должна выдерживать изоляция электрооборудования электроустановки при испытаниях (это напряжение, которым изоляция проверяется на заводе). Уровень изоляции и защитные мероприятия должны быть выбраны таким образом, чтобы изоляция не разрушалась от воздействия различных форм перенапряжений, возникающих в данной установке, и при этом имела бы минимальные габариты и стоимость.
Согласование принятого уровня изоляции и защитных мероприятий с воздействующими на изоляцию перенапряжениями называется координацией изоляции.
Уровни изоляции установок напряжением 220 кВ включительно определяются в основном величинами атмосферных перенапряжений, это значит, что они значительно выше внутренних, и координация изоляции в них основывается на импульсных характеристиках.
Уровни изоляции установок напряжением 330 кВ и выше определяются в основном внутренними перенапряжениями, и координация изоляции в них основывается на учете возможных величин этих перенапряжений.
Координация изоляции в большой степени зависит от режима работы нейтрали установки. Установки с изолированной нейтралью требуют более высокого уровня изоляции, чем установки с глухозаземленной нейтралью.
Эффективным способом ликвидации перенапряжений на линиях напряжением 3—35 кВ является применение дугогасящего реактора, который компенсирует нарастание тока, прекращая поступление энергии к дуге. Дуга не может поддерживать горение самостоятельно и быстро гаснет.
В установках напряжением 110 кВ и выше целесообразнее применять глухое заземление нейтрали, а возникающие короткие замыкания в этом случае ликвидируются с помощью автоматического повторного включения (АПВ). При возникновении короткого замыкания (например, при перекрытии изоляции) линия автоматически отключается на время, необходимое для погасания дуги, а затем автоматика вновь включает ее в работу.
Линии напряжением 110 кВ и выше имеют большую протяженность и чаще поражаются молниями, поэтому применения АПВ может быть недостаточно и не всегда удобно (из-за мощности выключателей, большого процента неудачных АПВ). Значительно сокращает количество аварийных отключений применение специальных молниеотводов — тросов, подвешенных на опорах выше проводов ВЛ и предохраняющих их от ударов молнии.
Кроме этого существуют меры ограничивающего характера — применение различных типов разрядников и ограничителей перенапряжений, значительно снижающих уровень воздействующих перенапряжений.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что основными защитными устройствами являются разрядники, ограничители перенапряжения, шунтирующие реакторы, защитные емкости, молниеотводы, глухозаземленные нейтрали, быстродействующие выключатели с устройствами АПВ.
Установка реакторов в дальних линиях электропередачи регулирует потоки реактивной мощности в режимах минимальных нагрузок и ограничивает: напряжения до величины, превышающей фазное значение на 5 %, перенапряжения в послеаварийном режиме одностороннего питания линий напряжением 500—750 кВ, напряжения на разомкнутом конце линий в режиме синхронизации. Шунтирующие реакторы включаются между каждым проводом линии передачи и землей и тем самым компенсируют емкость линии. В конструктивном отношении шунтирующий редуктор представляет собой индуктивную катушку, помещенную на магнитопровод и опущенную в бак с маслом. Подключается он к линии через выключатель и разъединитель. Протяженные линии имеют большую индуктивность, что ведет к уменьшению максимальной передаваемой мощности. Чтобы устранить это явление, в рассечку линии включают емкость, которая частично компенсирует ее индуктивность, что называется продольной компенсацией, а включение реактора по отношению к земле — поперечной компенсацией.
Для защиты изоляции линий и электрооборудования подстанций и сосредоточенных объектов используются конструкции молниеотводов, назначением которых является восприимчивость подавляющего числа ударов молнии в пределах защищаемой территории и отведение тока в землю.