1. 8. Грозозащита подстанций

1.8.1. Допустимое расстояние между вентильным разрядником и защищаемым объектом

Рис. 1.51. Допустимое расстояние между вентильным разрядником и защищаемым объектом

Э лектрическое оборудование подстанции защищается от набегающих волн вентильными разрядниками. Один разрядник защищает несколько объектов, следовательно, эти объекты находятся на некотором расстоянии от него и на них воздействуют различные напряжения. Определим, как далеко разрядник должен находиться от защищаемого объекта. Пусть имеем тупиковую подстанцию, на которой на расстоянииL от трансформатора установлен вентильный разрядник. Электромагнитная волна с крутизной фронта а движется по ЛЭП, отражается от шин подстанции, и в момент времени t = t_р разрядник РВ срабатывает (рис. 1.51) при напряжении U_р, равном сумме падающей U_пад и отраженной U_отр волн:

, , , (1.58)

где τ = L/V – время движения волны от разрядника до шин подстанции; V – скорость движения волны.

После преобразований получим

, (1.59)

где 2at_р = U_доп – напряжение, которое будет воздействовать на изоляцию объекта. Число 2 означает, что подстанция тупиковая и волна удваивается. Это напряжение не должно превысить импульсную прочность изоляции. Чем дальше разрядник стоит от трансформатора, тем большее напряжение будет воздействовать на изоляцию. По этой причине разрядник должен находиться от трансформатора на расстоянии не более:

(1.60)

Идеальный случай, когда разрядник находится непосредственно у защищаемого объекта, так как на изоляцию будет воздействовать U_р. Как видно из формулы (1.58), чем больше крутизна фронта, тем ближе должен стоять разрядник. С целью уменьшения крутизны фронта волны подходы к подстанции защищаются тросовыми молниеотводами, тем самым исключается возможность прямого удара молнии в провод около подстанции. Молния, попадая в провод, вызывает волну, которая вынуждена пробежать 1–2 км прежде, чем достигнет подстанции. Вследствие импульсной короны происходит деформация фронта и уменьшение его крутизны.

1.8.2. Грозозащита подстанций на напряжение 3–20 кВ

Пусть к подстанции 3–35 кВ подходят три линии (рис. 1.52): 1 – на деревянных опорах; 2 – подключена к подстанции через кабельную вставку; 3 – на металлических опорах. К шинам подстанции через разъединитель подключен вентильный разрядник. При протекании через вентильный разрядник тока более 10 кА остающееся напряжение на разряднике может превысить нормированную величину, что приведет к пробою изоляции. Для ограничения тока, протекающего через вентильный разрядник, устанавливаются трубчатые разрядники, которые срезают волну перенапряжения. Обойтись одними только трубчатыми разрядниками нельзя, так как они имеют крутую вольт-секундную характеристику.

На ЛЭП на деревянных опорах устанавливаются два комплекта разрядников. Грозозащитным является трубчатый разрядник РТ₁. Разрядник РТ₂ предохраняет линейный масляный выключатель, когда он разомкнут, так как амплитуда напряжения набегающей волны на конце разомкнутой линии удваивается.

Рис. 1.52. Схема грозозащиты подстанций на 3–20 кВ

Если воздушная линия включена через кабельную вставку, то перед кабельной вставкой ставится разрядник РТ₁, заземляющий конец которого подключается к оболочке кабеля. На расстоянии 100–200 м ставится РТ₂. При срабатывании РТ₁ происходит замыкание между оболочкой и жилой, поэтому волна перенапряжения движется как по жиле, так и по оболочке. За счет поверхностного эффекта ток в жиле уменьшается, а в оболочке увеличивается и уходит в землю. Однако иногда РТ₁ может не сработать из-за того, что кабель представляет собой емкость, а перед емкостью амплитуда волны уменьшается. Поэтому ставят дублирующий разрядник РТ₂.

ЛЭП на металлических опорах не защищается, так как ограничение амплитуды набегающих волн осуществляется относительно низким уровнем линейной изоляции.