Более подробно.

Защита подстанций, ЛЭП и зданий от атмосферных перенапряжений.

Перенапряжениями называют такие повыше­ния напряжения, которые представляют собой опасность для изоляции электрических установок.

Различают два вида перенапряжений в электрических установках: внутренние(коммутационные) и атмосферные. Внутренние перенапряжения возникают в результате коммутаций, как нормальных (включение и отключение ненагруженных ли­ний, отключение ненагруженных трансформаторов и реак­торов), так и послеаварийных (дуговые замыкания на зем­лю в системах с изолированной нейтралью, отключения КЗ, АПВ). Эти перенапряжения воздействуют на изоляцию сравнительно кратковременно, но значение их может пре­вышать в несколько раз номинальное напряжение.

Атмосферные перенапряжения возникают в ре­зультате разрядов молнии в электроустановку или вблизи нее. Волны перенапряжения, возникающие в токоведущих частях при ударах молнии, распространяются со скоростя­ми, сравнимыми со скоростью света, проникая в обмотки трансформаторов, машин, воздействуя на изоляцию линий и аппаратов. Время воздействия атмосферных перенапря­жений составляет от единиц до сотен миллионов долей се­кунды. Значение этих перенапряжений при отсутствии спе­циальных мер защиты может достигать миллионов вольт.

Защита организуется с помощью:

1. Применение ограничителей перенапряжений: вентильных (для защиты оборудования подстанций) и трубчатых (устанавливаются на ЛЭП) разрядников и вытесняющих их ОПНов;

2. Защита зданий и сооружений молниеотводами (от прямых ударов молнии);

3. Защита ЛЭП грозозащитными тросами.

Более подробно.

Атмосферные перенапряжения в элементах системы электроснабжения возникают как при прямом ударе молнии, так и при разрядах молнии в окрестности проводников (ин­дуктированные перенапряжения). Защита от прямых уда­ров молнии осуществляется молние­отводами. Однако применение молниеотводов полностью не исключает поражение установок молнией. Волны перена­пряжений, возникающие налиниях при ударах молнии, доходят до подстанции (набегающие волны) и могут пред­ставлять опасность для изоляции установленного там обо­рудования. Перекрытие изоляции на подстанции в боль­шинстве случаев означает дуговое КЗ вблизи сборных шин, которое может привести к системным авариям.

Основным аппаратом защиты от набегающих волн яв­ляется вентильный разрядник, у которого разрядное на­пряжение искрового промежутка не менее чем на 10 % ни­же гарантированной прочности защищаемой изоляции при полном импульсе. Схемы защиты подстанций от набегаю­щих волн приведены на рис. 12.9 и 12.10. Во всех случаях на шины включают вентильные разрядники FV3 по комп­лекту на каждую систему или секцию шин. Расстояние от FV3 до выводов трансформаторов не должно превышать допустимого значения. Эти значения приведены в ПУЭ в за­висимости от типа опор, длины подхода, группы разрядни­ков и числа подключенных к подстанции линий. В частно­сти, для подстанции напряжением до 35 кВ эти расстояния находятся в пределах 25—30 м. Если расстояние от FV3 до выводов трансформаторов превышает допустимое значение, то у трансформатора устанавливают дополнительный комп­лект разрядников. Вентильные разрядники подключают к контуру заземления подстанции по кратчайшему пути.

Линии напряжением 35 кВ и выше, защищенные троса­ми по всей длине (рис. 12.9), специальной защиты подхо­да от перенапряжений не требуют, кроме мероприятий по повышению уровня грозоупорности подхода (этого достига­ют применением одноцепных опор вместо двухцепных).

Если линия не имеет молниезащитного троса по всей длине (рис. 12.9), то ее защищают тросом на подходе к под­станции. Длину подхода /_под принимают равной 1—2 км при напряжении 35 кВ и 1—3 км при напряжениях ПО—220 кВ. Трос на каждой опоре заземляют; сопротивление зависит от грунта, но не должно быть более 10—20 Ом. Для огра­ничения амплитуды волны, движущейся к подстанции, до безопасного для вентильного разрядника значения уста­навливают трубчатый разрядник FV1. Разрядник FV2 яв­ляется резервным. Он защищает изоляцию выключателя Q2 в случае падения волны при его отключенном состоя­нии, когда волна отражается с удвоенной амплитудой. Если линию выполняют на металлических (железобетонных) опорах, разрядники FV1 и FV2 не устанавливают, а ограничение перенапряжений осуществляют за счет низкой им­пульсной прочности изоляции на таких опорах.

Распределительные устройства и подстанции напряже­нием 3—20 кВ имеют различия в защите от атмосферных перенапряжений по сравнению с подстанциями и РУ более высокого напряжении (рис. 12.10). Для воздушных линий на напряжение 3 — 20 кВ характерна низкая поражаемость ударами молнии, так как эти линии имеют неболь­шую высоту и на подходе к подстанции обычно экраниру­ются расположенными вблизи сооружениями. В связи с этим не требуется защита подходов линий тросовыми молниеотводами. На подходе к подстанции линий с дере­вянными опорами трубчатый разрядник FV1 устанавлива­ют на расстоянии 200—300 м от подстанции. Второй раз­рядник FV2 ставят дли защиты разомкнутого выключателя Q2. На подходах линий с металлическими и железобе­тонными опорами трубчатые разрядники не устанавлива­ют. В этом случае заземляют опоры на участке подхода в 200—300 м.

Молниезащита зданий. Здания и сооружения или их части в зависимости от назначения, интенсивности грозовой деятельности в районе местонахождения, ожидаемого количества поражений молний в год следует защищать в соответствии с категориями устройства молниезащиты и типом зоны защиты. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов различных типов: стержневых, тросовых, сетчатых, комбинированных (например, тросово-стержневых). Наиболее часто применяют стержневые молниеотводы, тросовые используют в основном для защиты длинных и узких сооружений. Защитное действие молниеотвода в виде сетки, накладываемой на защищаемое сооружение, аналогично действию обычного молниеотвода.

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому защищаемое здание, более низкое по сравнению с молниеотводом по высоте, практически не будет поражаться молнией, если всеми своими частями оно будет входить в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода считается часть пространства вокруг молниеотвода, обеспечивающая защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Наименьшей и постоянной по величине степенью надежности обладает поверхность зоны защиты; по мере продвижения внутрь зоны надежность защиты увеличивается. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99, 5% и выше, а типа Б – 95% и выше.

Расчет молниезащиты зданий и сооружений заключается в определении границ зоны защиты молниеотводов, которая представляет собой пространство, защищаемое от прямых ударов молнии. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h £ 150 м представляет собой круговой конус, который в зависимости от типа зоны защиты характеризуется следующими габаритами:

зона А: h ₀ = 0, 85; r ₀ = (1, 1 – 0, 002 h) h;

зона Б: h ₀ = 0, 92 h; r ₀ = 1, 5 h;

где h ₀ – вершина конуса зоны защиты, м; r ₀ – радиус основания конуса на уровне земли, м; r_x – радиус горизонтального сечения зоны зашиты на высоте h_x от уровня земли, м; h_x – высота защищаемого сооружения, м.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода в плане графически изображается окружностью соответствующего радиуса. Центр окружности находится в точке установки молниеотвода.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м при расстоянии между молниеотводами, равном L, изображена на рис. 16.12. Из рисунка видно, что зона защиты между двумя стержневыми молниеотводами имеет значительно большие размеры, чем сумма зон защиты двух одиночных молниеотводов.

Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габариты: 1)Зона А

Зона А существует при L £ 3 h, в противном случае молниеотводы рассматриваются как одиночные.

2) Зона Б

Зона Б существует при L £ 5 h, в противном случае молниеотводы рассматриваются как одиночные. В формулах (16.17), (16.18) L – расстояние между молниеотводами, м; h _с – высота зоны защиты посередине между молниеотводами, м; r _с – ширина совместной зоны защиты в сечении А – А (рис. 16.12) на уровне земли, м; r_cx – ширина горизонтального сечения совместной зоны защиты в сечении А – А на высоте h_x от уровня земли, м.