Защита от волн атмосферных перенапряжений

Применение молниеотводов не исключает поражения изоляции. Набегающие волны перенапряжений доходят до подстанции и могут стать причиной пробоя изоляции электрооборудования. Волны перенапряжения, появившиеся в результате грозового разряда в проводах линии или наведенные грозовыми разрядами, распространяются примерно со скоростью света. Они характеризуются определенной амплитудой и крутизной волны. Для ограничения перенапряжений на подходах к подстанции и на самой подстанции устанавливаются разрядники, включаемые между фазой и землей.

Основным элементом разрядника является искровой промежуток, электрическая прочность которого значительно ниже электрической прочности изоляции электрооборудования в самом слабом ее месте.

Зависимость времени пробоя искрового промежутка разрядника от приложенного напряжения называется вольт-секундной характеристикой. Расположение вольт-секундной характеристики (ее крутизна) определяется конструктивными особенностями искровых промежутков (формой, размерами, расстоянием между ними).

Для надежного снижения волны перенапряжения вольт-секундная характеристика искрового промежутка разрядника должна быть ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции (рис. 11.10).

Если вольт-секундная характеристика разрядника будет крутой (см. рис. 11.10, пунктирная линия) и пересечет вольт-секундную характеристику изоляции, то изоляция не будет защищена разрядником при малых продол-жительностях разряда.

Характер работы искровых промежутков разрядников при набегании волн перенапряжений, превышающих их импульсное пробивное напряжение, показан на рис. 11.11. Когда напряжение набегающей волны перенапряжения достигнет значения импульсного пробивного напряжения искрового промежутка, последний пробивается и напряжение волны снижается из-за изменения волнового сопротивления участка сети. Дальнейшее изменение волны на разряднике и величина остаточного напряжения на разряднике определяются падением напряжения на разряднике при протекании по нему импульсного тока. Пробой обычно проходит во всех трех фазах и при срабатывании разрядника вслед за импульсным током протекает сопровождающий его ток промышленной частоты. Максимальное остаточное напряжения должно быть меньше разрядного напряжения защищаемой изоляции.

Если разрядник установлен в конце линии, то распространяющаяся вдоль линии волна, встречает на своем пути разрядник, перекрывает искровой промежуток и переходит с линии с волновым сопротивлением ZB на сопротивление разрядника R. Поскольку сопротивление изменяется, происходит частичное отражение волны. Для точки присоединения разрядника характерно следующее соотношение токов и напряжений:

(11.6)

где и – напряжение и ток набегающей волны; и – то же отраженной волны; и – напряжение и ток проходящей волны. Выразив токи через напряжение и волновое сопротивление, получим

откуда

(11.7)

Таким образом, величина напряжения волны, которую пропускает раз рядник, зависит от напряжения набегающей волны и сопротивления разрядника. Разрядники изготавливаются двух типов – трубчатые и вентильные. Пробивное напряжение трубчатых разрядников для линий напряжением 6–10 кВ составляет 40–60 кВ, для линий напряжением 35 кВ – 100–120 кВ. При пробое промежутка внутри трубки образуется дуга, высокая температура которой воздействует на стенки разрядника, которые, разлагаясь, выделяют большое количество газа. Газы, вырываясь из трубки под большим давлением, деионизируют дугу, и она гаснет. Время гашения дуги составляет один–два полупериода, т.е. за это время релейная защита не сработает. Разрядники устанавливаются под углом 10–15° во избежании скопления влаги внутри трубки.

Поскольку возможен пробой разрядников в нескольких фазах одновременно, выбор их производят по токам короткого замыкания.

Трубчатые разрядники применяют на линиях выше 1 кВ с деревянными опорами для защиты отдельных металлических или железобетонных опор и других мест с ослабленной изоляцией, а также пересечений линий различного характера и назначения.

На ВЛ напряжением до 1 кВ защита от перенапряжений осуществляется путем заземления крючьев и штырей фазных проводов, штырей и арматуры железобетонных опор.

Трубчатые разрядники устанавливаются на подходах ВЛ к подстанциям, распределительным устройствам для защиты оборудования от набегающих волн перенапряжения.