23. Заземления в электрических установках высокого напряжения. Требования к заземлению станций и подстанций.

Для устройства заземлений применяются вертикальные и горизонтальные электроды (заземлители). Для горизон­тальных заземлителей используется полосовая сталь шири­ной 20—40 мм и толщиной не менее 4 мм, а также сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. В качестве вер­тикальных заземлителей применяются стальные трубы, стержни и профильная сталь. На подстанциях заземлитель представляет собой сложную систему, состоящую обычно из горизонтальных полос, объединяющих вертикальные электроды и образующих сетку на площади, занимаемой подстанцией. На линиях электропередачи в качестве заземлителя опор могут использоваться их железобетонные фун­даменты.

Заземлитель характеризуется значением сопротивления, которое окружающая земля оказывает стекающему с него току. Сопротивление заземлителя зависит от его геометри­ческих размеров и удельного сопротивления грунта р, в ко­тором он находится.

При больших импульсных токах — токах молнии — плотность проходящего через заземляющие электроды тока велика, поэтому в земле у поверхности электродов соз­даются очень высокие напряженности поля Е=1р, превос­ходящие пробивные напряженности грунта. Вокруг электро­дов образуются зоны искрения, увеличивающие их эффективные размеры, и сопротивление заземления умень­шается.

Быстрое же нарастание тока молнии на фронте импуль­са создает падение напряжения на индуктивности протяжен­ного заземлителя, что ограничивает отвод тока с удаленных его частей. При этом сопротивление заземления, наоборот, увеличивается.

В результате влияния того или иного фактора (образо­вания зоны искрения или падения напряжения на индук­тивности) сопротивление заземлителя при прохождении то­ка молнии — так называемое импульсное сопротивление R_И — отличается от стационарного сопротивления заземле­ния, измеренного при переменном напряжении и сравни­тельно небольшом токе или рассчитанного.

Отношение импульсного и стационарного сопротивлений заземления называется импульсным коэффициентом

Импульсный коэффициент протяженного горизонталь­ного заземлителя больше единицы, и чем больше его дли­на и меньше длительность фронта импульсного тока, тем выше значение а_и.

Следует иметь в виду, что у поверхности протяженного заземлителя имеют место искровые процессы, однако они ослабевают по мере удаления от начала заземлителя, по­скольку уменьшаются его потенциал и плотность стекаю­щего тока. Искровые процессы в земле существенно влия­ют на импульсное сопротивление протяженного заземли­теля. При малых длинах его, когда плотности тока велики, искровые процессы могут привести к уменьшению импульс­ного коэффициента до а_и≤1.

Требование: Вся подстанция должна попадать в зону защиты.

24. Общая характеристика перенапряжений. Виды перенапряжений.

Перенапряжение – всякое повышение напряжения в электрической сети больше максимального рабочего Uр.макс =U_H + (0,2÷0,05)U_H , в зависимости от класса напряжения.

При перенапряжениях создаются тяжелые условия для работы изоляции, т. к. они могут во много раз превышать Uр.макс. Перенапряжения подразделяются:

1)на внешние (грозовые);

2)внутренние (переходные процессы в электрических сетях).

На рис. приведена классификация перенапряжений.

ПУМ – прямой удар молнии.

Необходимо знать следующие характеристики перенапряжений:

1. Максимальное значение амплитуды напряжения при перенапряжении Uмакс или кратность перенапряжений K_П = Uмакс/Uр.макс.

2.Длительность воздействия перенапряжения.

3.Форму кривой перенапряжений (апериодическая, колебательная, высокочастотная и др.).

4.Широту охвата элементов электрической цепи.

Все перечисленные характеристики имеют стохастическую природу и имеют значительный статистический разброс, который обязательно учитывается при расчетах. Для изоляции высоковольтных устройств низких классов напряжения (U ≤ 220 кВ) наиболее опасными являются грозовые перенапряжения. Их изоляция выдерживает коммутационные перенапряжения любой кратности.

Для изоляции высоковольтных устройств высоких и сверхвысоких классов напряжения (U > 330 кВ) наиболее опасными являются коммутационные перенапряжения.

Поэтому на низких классах напряжения ограничивают специальными устройствами только грозовые перенапряжения, а на высоких классах принудительно ограничивают и внутренние перенапряжения.

Наиболее многообразны внутренние перенапряжения. Причины возникновения внутренних перенапряжений очень разнообразны (отключение линии электропередач, трансформатора и другие переключения; обрывы фаз; КЗ, перекрытие и пробой изоляторов).

Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями энергии, запасенной в элементах сети, или при изменении поступающей энергии от источников энергии (генераторы при изменении первоначальных параметров).

Элементы электрической сети: источники энергии; накопители энергии (конденсаторы, катушки индуктивности); поглотители энергии (активные сопротивления, корона, проводимость изоляции).

Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные, квазистационарные (установившиеся), стационарные.

В зависимости от места приложения можно выделить раз­личные типы перенапряжений. Наибольшее практи­ческое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздей­ствуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудова­ния от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в про­цессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.

Междуфазные перенапряжения рассматриваются при вы­боре междуфазной изоляции, например - расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабо­чим напряжением для этих видов изоляции является линей­ное напряжение.

Внутрифазные перенапряжения возникают между раз­личными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками об­мотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.

Перенапряжения между контактами коммутирующих ап­паратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.