Зависимость максимального напряжения на электрооборудовании станций от крутизны набегающего импульса перенапряжения

И от расстояния до защитного аппарата. Интервал

Координации изоляции

Для защиты электрооборудования станций и подстанций от набегающих с воздушных ЛЭП грозовых импульсов используют главным образом ОПН и РВ. Эти защитные аппараты (ЗА) и защищаемое оборудование находятся друг от друга по ошиновке на некотором расстоянии. В результате напряжение на оборудовании оказывается выше, чем на ЗА. Оценим максимальную разницу напряжений на оборудовании и ЗА.

На высоких частотах и при коротких воздействующих импульсах входная проводимость изоляции электрооборудования определяется
в основном ее входной емкостью по отношению к земле С _вх. Поэтому при анализе грозовых перенапряжений различное электрооборудование на эквивалентных схемах представляется конденсаторами с конкретными емкостями С _вх.

Основные закономерности поведения напряжения на изоляции оборудования при воздействии набегающего грозового импульса рассмотрим на примере схемы рис. 4.8. Пусть набегаю-щий на подстанцию импульс имеет косоугольный фронт с крутизной напряжения а. Тогда в преде-лах фронта импульса его напря-жение увеличивается со временем по линейному закону

.                                         (4.43)

Для упрощения анализа примем, что С _вх = 0. Тогда импульс, прошедший точку 1, через время, равное l / v, придет в точку 2 и отразится от нее с тем же знаком. Отраженный импульс еще через время l / v вернется в точку 1 и наложится на падающий импульс. Под действием суммарного напряжения в некоторый момент времени t _р в соответствии с вольт-секундной характеристикой РВ произойдет пробой его искрового промежутка и напряжение в точке 1 снизится (рис. 4.9). Наибольшее напряжение на разряднике перед пробоем

.     (4.44)

Напряжение в точке 2 будет повышаться еще в течение времени l / v и достигнет

.           (4.45)

Лишь после этого напряжение в точке 2 снизится вследствие подключения в точке 1 нелинейного сопротивления РВ и, следовательно, изменения коэффициентов преломления и отражения в точке 1.

После срабатывания разрядника возникают многократные отражения волн между разрядником и объектом, причем в точке 1 отражения волн происходят с переменой знака вследствие небольшого сопротивления разрядника, в то время как от заряженной емкости (точка 2)волны отражаются с тем же знаком. Вследствие этого эффекта в точке 2 возникают осцилляции напряжения (см. рис. 4.9). Благодаря пологой вольт-амперной характеристике разрядника напряжение на нем почти не изменяется под влиянием отраженных волн. Поэтому для упрощенных расчетов можно заменить действительную форму напряжения на разряднике волной с косоугольным фронтом (пунктирная кривая на рис. 4.9) с крутизной, равной крутизне набегающей волны а, и с максимальным значением, равным остающемуся напряжению на разряднике U _ост при токе координации I _к.

Разница напряжений на защищаемом оборудовании и на разряднике составляет

.                       (4.46)

Таким образом, максимальное напряжение на защищаемом оборудовании тем больше превышает пробивное напряжение разрядника, чем дальше оно удалено от разрядника и чем выше крутизна фронта падающего импульса.

Если оборудование в схеме находится до разрядника, то картина изменения со временем напряжения на изоляции оборудования отличается от рис. 4.9. Однако вывод из (4.46) остается тем же.

Разность допустимого напряжения на защищаемом оборудовании и пробивного напряжения разрядника называется интервалом координации изоляции . Поскольку пробивное напряжение разрядника примерно равно остающемуся напряжению при токе координации, задача практически сводится к выбору интервала между остающимся напряжением разрядника или ограничителя перенапряжений и допустимым напряжением на изоляции электрооборудования подстанции. Характеристики защитных аппаратов и допустимые импульсные напряжения на изоляции оборудования U _доп связаны соотношением

.                                  (4.47)

Координационный интервал учитывает повышение напряжения на защищаемом оборудовании по отношению к напряжению на защитном аппарате. Экономически приемлемый интервал координации достигается за счет снижения крутизны набегающего грозового импульса. Допустимая крутизна импульса напряжения а _доп и расстояние l между защитным аппаратом и защищаемым оборудованием связаны соотношением

.                                  (4.48)

Если из конструктивных соображений установлено значение l, то для соблюдения координационного интервала необходимо, чтобы на входе подстанции грозовой импульс имел в соответствии с (4.48) крутизну фронта не больше допустимого значения.