9.Молниезащита подстанции

Молниезащита подстанции (в отличие от ЛЭП) должна быть более надежной, поэтому включает следующие виды [5]:

1. от прямых ударов молнии (от ПУМ) в подстанцию;

2. от перекрытий при ударе молнии в заземленные конструкции подстанции;

3. от волн, приходящих с линии;

4. от ударов молнии в подходы линии к подстанции.

На подстанции любое перекрытие изоляции будет считаться аварией, поэтому полное число перекрытий тоже будет складываться из тех же составляющих:

.

В Руководстве [2] рекомендуется грозозащиту выполнить так, чтобы показатель грозоупорности подстанции на 35 кВ был порядка лет, а подстанций на 110 кВ порядка лет. Рассмотрим по порядку все виды защит подстанции.

Защита от прямых ударов молнии

Открытые подстанции защищаются от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами [1].

Возможны два способа защиты:

1. Установка молниеотводов на конструкциях и подсоединение их к общему заземляющему устройству подстанции.

2. Установка отдельно стоящих молниеотводов со своими обособленными заземлителями.

Число перекрытий при прорывах молнии мимо молниеотвода равно:

,

где − число ударов молнии в подстанцию; − вероятность тока молнии большего уровня грозоупорности изоляции подстанции ( [5]); − вероятность прорыва молнии мимо молниеотвода.

Число ударов молнии в подстанцию длиной А , шириной В и высотой h (размеры в метрах) может быть рассчитано по формуле (1.2) [5]:

Зоны защиты молниеотводов могут определяться по одной из трех методик, которые имеют разные вероятности прорыва. Например, вероятность прорыва молнии мимо молниеотводы по методике, разработанной в ВЭИ [9],

Защита от перекрытий при ударе молнии в молниеотводы

Чаще всего молниеотводы на подстанцию ставят на конструкциях, при ударе в такой молниеотвод возможны перекрытия гирлянды. Напряжение на вершине молниеотвода определяется по формуле (1.1). Напряжение на гирлянде . Самый надежный способ предотвратить перекрытие – это уменьшить сопротивление заземления. Поэтому на подстанциях 110 кВ и выше Ом, а на подстанциях 35 кВ 10 Ом.

Но при этом дополнительно [1] от стоек конструкции ОРУ 35 кВ и выше нужно обеспечить растекание тока молнии по магистралям заземления не менее чем в двух направлениях с углом не менее 90º между соседними. Кроме того, должно быть установлено не менее одного вертикального электрода длиной 3−5 м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом. Это вызвано тем, что быстрое нарастание тока молнии создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя, и удаленные его части практически не участвуют в отводе тока на землю.

Самое слабое место – это трансформаторный портал. Перечисленные меры предотвращают перекрытие гирлянды, однако перенапряжения остаются опасными для изоляции трансформатора, т.к. на его корпусе почти такое же напряжение, как на вершине молниеотвода.

При установке на трансформаторных порталах необходимо соблюдение следующих дополнительных условий:

1. При этом от стоек конструкции с молниеотводами должно быть обеспечено растекание тока молнии по магистралям заземления в трех – четырех направлениях.

2. Место присоединения конструкции с молниеотводом к заземляющему устройству должно быть удалено по магистралям заземления от места присоединения к нему бака трансформатора на расстояние не менее 15 м.

3. Непосредственно на выводах обмоток 3 – 35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них по ошиновке, включая ответвления к разрядникам, должны быть установлены вентильные разрядники или ОПН.

4. На подстанциях с высшим напряжением 35 кВ сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом без учета заземлителей, расположенных вне контура заземления подстанции.

5. Заземляющие проводники РВ или ОПН и силовых трансформаторов рекомендуется присоединять поблизости один от другого.

Защита от волн, приходящих с линии

Подстанция имеет небольшие размеры и ее можно надежно защитить от ударов молнии. А вот ЛЭП с такой надежностью защитить трудно, да и нет необходимости. Поэтому при ударе молнии в ЛЭП волна может быть безопасной для линии, но опасной для подстанции. От этих волн требуется защита. Сначала следует определить, какие волны опасны для подстанции. Дело в том, что чем дальше от подстанции удар молнии на ЛЭП, тем менее она опасна, т.к. при пробегании волны по линии она деформируется.

Для этого они должны все пробежать по линии такое расстояние, чтобы стать безопасными, т.е. ниже кривой опасных волн. С этой целью перед подстанцией обязательно защищают часть ЛЭП (подход), на котором нужно исключить удар в провод. А все удары за пределами подхода для подстанции безопасны. Они могут представлять опасность лишь для изоляции трансформатора. Поэтому перед трансформатором необходимо поставить вентильный разрядник или ОПН.

При этом расстояние между трансформатором и разрядником (l) должно быть меньше критического (l_кр), иначе на процесс срабатывания разрядника накладываются колебания, возникающие в контуре РВ – трансформатор, и на трансформаторе будут недопустимые перенапряжения.

Если l > l_кр, то нужно поставить еще один комплект вентильных разрядников у того трансформатора, где l > l_кр, либо поставить разрядники на группу выше.

Если все перечисленные требования выполнены, то число перекрытий можно оценить по формуле

N³_пер = N_БП ,

где N_БП − число ударов молнии в ЛЭП без подхода ( );

l – длина ЛЭП; l_П – длина подхода; - вероятность прихода опасной волны с линии.

Защита подхода ЛЭП

Следовательно, подход к подстанции (l_п= 14 км) должен быть защищен так же тщательно, как и сама подстанция, чтобы исключить на нем прорыв, минуя трос и перекрытие гирлянд.

Число перекрытий на подходе можно оценить по формуле

,

где - число ударов молнии в подход ( ); − вероятность прорыва, минуя трос; − вероятность удара в опору; − вероятность возникновения тока, выше грозоупорности опоры подхода, то есть приводящего к перекрытию гирлянды.

Чтобы исключить прорыв и перекрытие на подходе принимаются следующие меры.

Если ЛЭП полностью защищена тросом, то на подходе принимают меры:

1. Сопротивление опор Ом;

2. Защитный угол троса ;

3. На первой опоре, где начинается трос, установить комплект трубчатых разрядников.

У ЛЭП на деревянных опорах тросом защищен только подход. Поэтому дополнительно к перечисленным мерам нужен комплект разрядников на последней опоре подхода, где заканчивается трос.