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.