Сопротивление изоляции электрооборудования и электрических сетей

Величина сопротивления изоляции в большей мере характеризует надежность электрооборудования и безопасность его эксплуатации.

Сопротивление изоляции сети зависит от различных факторов (климатических условий, загрязнения, количества подключенных потребителей и т.д.) и поэтому даже для данной конкретной сети может изменяться в значительных пределах. Эти изменения можно условно разделить на две группы: нормальные и аварийные.

Нормальные изменения сопротивления изоляции практически не связаны с появлением каких-либо дефектов в изоляционной конструкции и могут быть вызваны различными климатическими и температурными воздействиями, а также непостоянством количества подключенных потребителей в процессе функционирования электрической сети.

Диапазон нормальных изменений сопротивления изоляции является характеристикой данной сети (или ее части) и может быть определен на основе статических исследований с учетом результатов исследований аналогичных сетей.

Аварийные изменения связаны с появлением какой либо неисправности в изоляционной конструкции (например объёмное увлажнение временно не работающего электродвигателя в помещении с повышенной влажностью, либо механические повреждения изоляции с последующим увлажнением или загрязнением в месте повреждения и т. п.). В случае локализованного снижения сопротивления изоляции активные и емкостные токи утечки на корпус судна сосредотачиваются в одном месте. Этот процесс сопровождается значительным тепловыделением, что может привести к разрушению изоляции, вплоть до образования дугового замыкания на корпус.

Нормирование величины сопротивления изоляции направлено на обеспечение возможности оценки состояния изоляции сети или её отдельных элементов. За норму сопротивления изоляции принимают величину диапазона нормальных изменений.

Нормы сопротивления изоляции некоторых видов электрооборудования приведены в таблице 1.

Табл. 1. Нормы сопротивления изоляции электрооборудования, мОм

Электрические машины с частотой вращения до 1000 об/мин мощностью:

Источник

Изоляция электрических установок

Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей электроустановок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов.

К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, конденсаторов, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии, т.е. изоляция герметически изолированная от воздействия окружающей среды корпусом, оболочкой, баком и т.д. Внутренняя изоляция как правило представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидких и твердых, газообразных и твердых).

Важной особенностью внешней изоляции является ее способность восстанавливать свою электрическую прочность после устранения причины пробоя. Однако электрическая прочность внешней изоляции зависит от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки влияют также загрязнения их поверхности и атмосферные осадки.

Особенностью внутренней изоляции электрооборудования является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик в процессе эксплуатации. Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. Может произойти чрезмерный нагрев изоляции, который приведет к ее тепловому пробою. Под действием частичных разрядов, возникающих в газовых включениях, изоляция разрушается и загрязняется продуктами разложения.

Внешняя изоляция электроустановок

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков относительно невелика (в однородном поле при межэлектродных расстояниях около 1 см ≤ 30 кВ/см). В большинстве изоляционных конструкций при приложении высокого напряжения создается резконеоднородное электрическое поле. Электрическая прочность в таких полях при расстоянии между электродами 1-2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при расстояниях 10-20 м снижается до 2,5-1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных ЛЭП и РУ при увеличении номинального напряжения быстро возрастают.

Целесообразность использования диэлектрических свойств воздуха в энергетических установках разных классов напряжения объясняется меньшей стоимостью и сравнительной простотой создания изоляции, а также способностью воздушной изоляции полностью восстанавливать электрическую прочность после устранения причины пробоя разрядного промежутка.

Электрическую прочность вдоль изоляторов наружной установки измеряют в условиях, соответствующих разным механизмам разрядных процессов, а именно, когда поверхности изоляторов чистые и сухие, чистые и смачиваются дождем, загрязнены и увлажнены. Разрядные напряжения, измеренные при указанных состояниях, называю соответственно сухоразрядными, мокроразрядными и грязе- или влагоразрядными.

Регулирование электрических полей во внешней изоляции

При резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд у электродов с малым радиусом кривизны. Появление короны вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи. В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить возможность возникновения короны, а также несколько увеличить разрядные напряжения внешней изоляции.

Регулирование электрических полей во внешней изоляции осуществляется с помощью экранов на арматуре изоляторов, которые увеличивают радиус кривизны электродов, что и повышает разрядные напряжения воздушных промежутков. На воздушных ЛЭП высоких классов напряжений используются расщепленные провода.

Внутренняя изоляция электроустановок

Внутренней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

Целесообразность или необходимость применения внутренней изоляции, а не окружающего нас воздуха обусловлена рядом причин. Во-первых, материалы для внутренней изоляции обладают значительно более высокой электрической прочностью (в 5-10 раз и более), что позволяет резко сократить изоляционные расстояния между проводниками и уменьшить габариты оборудования. Это важно с экономической точки зрения. Во-вторых, отдельные элементы внутренней изоляции выполняют функцию механического крепления проводников, жидкие диэлектрики в ряде случает значительно улучшают условия охлаждения всей конструкции.

Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе эксплуатации подвергаются сильным электрическим, тепловым и механическим воздействиям. Под влиянием этих воздействий диэлектрические свойства изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и утрачивает свою электрическую прочность.

Механические нагрузки опасны для внутренней изоляции тем, что в твердых диэлектриках, входящих в ее состав, могут появиться микротрещины, в которых затем под действие сильного электрического поля возникнут частичные разряды и ускорится старение изоляции.

Особая форма внешнего воздействия на внутреннюю изоляцию обусловлена контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения и увлажнения изоляции при нарушении герметичности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту диэлектрических потерь.

Необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых крупных изоляционных конструкций оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.

Диэлектрические материалы должны также:

обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. должны быть пригодными для высокопроизводительных процессов изготовления внутренней изоляции;

удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны содержать или образовывать в процессе эксплуатации токсичные продукты, а после отработки всего ресурса они должны поддаваться переработке или уничтожению без загрязнения окружающей среды;

не быть дефицитными и иметь такую стоимость, при которой изоляционная конструкция получается экономически целесообразной.

Длительная практика создания и эксплуатации различного высоковольтного оборудования показывает, что во многих случаях весь комплекс требований наилучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих несколько различные функции.

Так, только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую прочность изоляционной конструкции. Обычно они имеют и наиболее высокую электрическую прочность. Детали из твердого диэлектрика, обладающего высокой механической прочностью, могут выполнять функцию механического крепления проводников.

Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счет естественной или принудительной циркуляции изоляционной жидкости.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

На длительное воздействие чего рассчитывается изоляция электрооборудования системы электроснабжения

Изоляция электрических установок постоянно находится под воздействием рабочего напряжения. В процессе эксплуатации возможны повышения напряжения сверх рабочего. Причин появления импульсов повышенного напряжения на электроустановке несколько. Для защиты изоляции электроустановок от перенапряжений необходимо знать природу их возникновения.

После изучения модуля № 5 вы будете знать:

-причины появления перенапряжений на электроустановках;

-способы защиты электроустановок от перенапряжений;

-принцип работы защитных аппаратов.

-выбирать аппараты и устройства для защиты электрических линий, трансформаторных подстанций от перенапряжений;

-выполнять расчеты по определению зоны защиты молниеотводов.

Под перенапряжениями понимаются опасные для изоляции электроустановок повышения напряжения. Перенапряжения, возникающие в электроустановках можно разделить на два класса.

Внутренние или коммутационные перенапряжения, связанные с нормальным режимом работы электроустановки. Коммутационные перенапряжения возникают при коммутациях цепей в нормальных эксплуатационных условиях, а также при ликвидации аварийных режимов и повреждений в электрической системе.

Внешние или атмосферные перенапряжения, связанные с воздействием на электроустановку молнии или наведенных ею волн перенапряжений.

Грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в электроустановку (перенапряжения прямого попадания), а также при ударе молнии в землю или в предметы и объекты, находящиеся вблизи электроустановки (индуктированные перенапряжения).

Надежная работа электроустановок обеспечивается только, если прочность их изоляции превышает возможные максимальные уровни напряжений на изоляции в длительных рабочих режимах и при перенапряжениях. Прочность изоляции характеризуется величинами пробивного напряжения при воздействии на изоляцию напряжений промышленной частоты и импульсных напряжений.

Уровень внутренних перенапряжений может быть снижен путем надлежащего выбора режима заземления нейтралей, применением в выключателях сопротивлений, шунтирующих контактов. Для сельских электрических сетей напряжением до 110 кВ при правильно выбранной изоляции электроустановок коммутационные перенапряжения не представляют существенной опасности.

От грозовых перенапряжений, а также от маловероятных максимально возможных внутренних перенапряжений все электроустановки должны иметь специальную защиту.

Молния представляет собой электрический разряд между облаком и землей или между облаками. Молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров.

Капли воды, достигшие области отрицательных температур, замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается корочкой льда. Выделяющееся при этом тепло поддерживает температуру внутри капли около 0 °С. Имеющиеся в воде положительные ионы под действием разности температур перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, в то время как жидкой сердцевине капли сообщается при этом избыточный отрицательный заряд. Когда замерзает сердцевина капли, то вследствие ее расширения ранее замерзший поверхностный слой лопается, и его положительно заряженные осколки уносятся потоком воздуха в верхние части облака. Таким образом, нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а вершина – положительно. Это один из основных процессов электризации грозовых облаков, и поэтому в большинстве случаев (до 90 %) молнии бывают отрицательными, т. е. переносят на землю отрицательный заряд.

В средних широтах землю поражают 30 – 40 % общего числа молний, остальные 60 – 70 % составляют разряды между облаками или между разноименно заряженными частями облаков.

По мере концентрации в нижней части облака отрицательных зарядов увеличивается напряженность электрического поля, и когда она достигает критического значения (20 – 24 кВ/см в зависимости от высоты облака над землей), происходит ионизация воздуха и в сторону земли начинает развиваться разряд.

При нагревании канал разряда быстро расширяется, что вызывает распространение в окружающем воздухе ударной волны, имеющей на своем фронте высокое давление и воспринимаемой нами как гром. Во время главного разряда происходит нейтрализация зарядов лидера. Нарастание тока главного разряда (фронт импульса тока) соответствует нейтрализации зарядов в лидерном канале, а спад тока – нейтрализации зарядов в зоне ионизации лидера.

В большинстве случаев молния состоит из двух-трех отдельных разрядов, однако наблюдались молнии и с несколькими десятками компонентов. Такая многокомпонентная молния может длиться до 1 с. Чаще всего длительность удара молнии не превышает 0,1 с.

Если высота объекта составляет сотни метров, то напряженность электрического поля на его вершине может достигнуть критического значения раньше, чем напряженность поля в облаке. В таких случаях развитие молнии начинается не с облака, а с вершины объекта. Большинство разрядов, поражающих Останкинскую телебашню, начинается развитием лидера с ее вершины (540 м над поверхностью земли). Такие молнии не имеют резко выраженной главной стадии, поскольку их лидеры приходят в соприкосновение с малопроводящим облаком, заряды в котором расположены на частичках льда или воды и отделены друг от друга воздухом. Лидеры повторных разрядов в этих случаях всегда развиваются от облака к земле, и повторные компоненты не отличаются от нисходящих от облака молний.

Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты, т. е. пространством вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает определенного достаточно малого значения.

Молниеотводы по типу молниеприемников разделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем, а тросовые – в виде горизонтально подвешенных проводов. По опорам, к которым крепится трос, прокладываются токоотводы, соединяющие трос с заземлителем.

Зоны защиты молниеотводов определяются по эмпирическим формулам, которые первоначально были получены на основе обширных лабораторных исследований для молниеотводов высотой менее 30 м. Надежность их подтверждена длительным опытом эксплуатации. Они вошли как составная часть в ряд нормативных документов [36]. В последующем установленные зоны защиты были распространены на молниеотводы высотой до 100 м, с поправкой учитывающей снижение эффективности молниеотводов высотой больше 30 м вследствие боковых ударов молнии, поражающих молниеотводы в точках ниже его вершины. В настоящее время нормированы зоны защиты молниеотводов высотой до 150 м [36].

В таблице 5.1 приведены расчетные формулы для молниеотводов высотой до 150 м с расчетной надежностью защиты 0,999.

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотводавысотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0 2r 0 (рис.5.2).

В таблице 5.1 приведены расчетные формулы для одиночных тросовых молниеотводов высотой до 150 м с расчетной надежностью защиты 0,999. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты двойного стержневого молниеотводаприведены на рис. 5.3

Входящие в него предельные расстояния L max и L вычисляются по эмпирическим формулам табл.5.3

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r x в горизонтальном сечении на высоте h x :

длина горизонтального сечения I x на высоте h x ³ h c :

причем при h x c × Ix=L/2;

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2r cx на высоте h x £ h c :

Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Входящие в него предельные расстояния L max и L c вычисляются по эмпирическим формулам табл.5.4.

Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте h x определяется по формулам:

Принцип действия защитного аппарата состоит в том, что он предотвращает появление на электроустановке импульсов перенапряжений, опасных для ее изоляции, и не препятствует работе электроустановки при рабочем напряжении.

Простейшим защитным устройством является искровой промежуток, включенный параллельно изоляционной конструкции. Для предупреждения перекрытия или пробоя изоляции вольт-секундная характеристика защитного искрового промежутка ПЗ с учетом разброса должна в идеальном случае лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции (рис. 5.5). При выполнении этого требования появление опасных для изоляции электроустановок перенапряжений невозможно, так как при набегании импульса напряжения Uпад происходит пробой ПЗ с последующим резким падением (“срезом”) напряжения. Вслед за импульсным током через защитный промежуток по ионизированному пути устремляется ток, обусловленный напряжением промышленной частоты, — сопровождающий ток. Если электроустановка работает в сети с заземленной нейтралью или если пробой ПЗ произошел в двух или трех фазах, то дуга сопровождающего тока может не погаснуть и импульсный пробой переходит в устойчивое короткое замыкание, которое вызывает аварийное отключение эле ктроустановки. Чтобы этого избежать, следует обеспечить гашение дуги сопровождающего тока.

Защитные аппараты, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени меньшего, чем время действия релейной защиты, получили название защитных разрядников.

Конструктивно защитные промежутки выполняются в виде стержневых электродов, создающих резконеоднородное поле. Для таких электродов характерно значительное возрастание разрядного напряжения при малых временах, что не всегда позволяет осуществлять координацию вольт-секундных характеристик изоляции и защитных промежутков во всем диапазоне предразрядных времен. Как видно из рис. 5.5 при малых временах изоляция может оказаться незащищенной.

Переход импульсного тока при пробое ПЗ в устойчивую дугу может сопровождаться аварийным отключением электроустановки или участка электрической сети. Для повышения надежности электроснабжения желательно ПЗ устанавливать лишь на тех участках сети, которые оборудованы устройствами автоматического повторного включения (АПВ).

Для уменьшения числа срабатываний и, следовательно, числа отключений целесообразно выбирать длину защитных промежутков наибольшей допустимой по условиям защиты изоляции.

Простота и дешевизна стержневых промежутков определяют их широкое применение, особенно в сетях низших классов напряжения. На линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений принимаются специальные меры по ограничению внутренних перенапряжений, поэтому стержневые промежутки могут на них применяться в качестве координирующих, т е. для ограничения максимального значения набегающего на подстанцию импульса напряжения и тока через вентильные разрядники при грозовых перенапряжениях

При воздействии на РТ импульса грозового перенапряжения оба промежутка пробиваются (перекрытие по внешней поверхности не может произойти, поскольку разрядное расстояние по этой поверхности много больше длины внутреннего промежутка) и происходит ограничение импульса напряжения. По каналам разряда пробитых промежутков проходит сопровождающий ток рабочей частоты. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа. Давление в трубке увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Срабатывание разрядника сопровождается выхлопом раскаленных газов и звуком, напоминающим выстрел.

Для успешного гашения дуги сопровождающего тока необходимо достаточно интенсивное генерирование газа в трубке, которое зависит от проходящего тока. Поэтому имеется нижний предел токов, которые надежно отключаются трубчатым разрядником. При больших токах слишком интенсивное газообразование может привести к чрезмерному повышению давления и разрыву трубки или срыву наконечников. Поэтому для трубчатых разрядников устанавливается также верхний предел отключаемых токов, при котором гашение дуги еще не может сопровождаться механическим повреждением разрядника. Значения верхнего и нижнего пределов отключаемых токов зависят от размеров внутреннего канала разрядника. Уменьшение длины внутреннего промежутка, а также увеличение диаметра канала разрядника приводят к смещению обоих пределов отключаемых токов в сторону больших значений. Наоборот, при увеличении длины внутреннего промежутка или уменьшении диаметра канала оба предела отключаемых токов смещаются в сторону меньших значений.

При установке РТ в сети необходимо проверить соответствие токов замыкания в точке установки диапазону отключаемых разрядником токов. Наибольший возможный полный ток однофазного или трехфазного КЗ в сетях 110 кВ и выше должен быть ниже верхнего предела токов, отключаемых трубчатым разрядником, а наименьший установившийся ток замыкания — выше нижнего предела.

Трубчатые разрядники типа РТФ имеют фибробакелитовую трубку, разрядники типа РТВ или РТВУ – трубки из винипласта. Для повышения механической прочности фибровая трубка обматывается сверху бакелизированной бумагой и покрывается влагостойким лаком. Винипласт негигроскопичен и сохраняет свои изолирующие свойства при работе на открытом воздухе. Благодаря более высокой механической прочности винипласта по отношению к ударным нагрузкам разрядники типа РТВ имеют более высокий верхний предел отключаемых токов

В маркировке трубчатых разрядников указываются номинальное напряжение и пределы отключаемых токов. Например, марка РТФ 110/0,8 – 5 означает: разрядник трубчатый фибробакелитовый на напряжение 110 кВ с пределами отключаемых токов 0,8 – 5 кА (действующее значение). В результате многократной работы разрядника внутренний канал дугогасящей трубки разрабатывается. При возрастании внутреннего диаметра трубки на 20 – 25 % трубчатый разрядник перестает соответствовать заводской маркировке по отключаемым токам и подлежит замене или перемаркировке.

Поскольку работа трубчатого разрядника сопровождается выхлопом сильно ионизированных газов, расположение их на опоре должно быть таким, чтобы выхлопные газы не вызывали междуфазных перекрытий или перекрытий на землю. Для этого в зону выхлопа не должны попадать токоведущие части других фаз, заземленные конструкции, а также зоны выхлопов разрядников, защищающих другие фазы

Крутая вольт-секундная характеристика и наличие зоны выхлопа не позволяют использовать трубчатые разрядники для защиты подстанционного оборудования. Основное их применение – это защита линейных подходов к подстанциям, электрооборудования маломощных подстанций 6 – 10 кВ и участков пересечения линий различного номинального напряжения.

Для защиты изоляции электрооборудования подстанций применяются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители напряжения (ОПН). В соответствии с защитными характеристиками этих аппаратов устанавливаются уровни изоляции трансформаторов и аппаратов подстанций.

Вслед за импульсным током через РВ проходит сопровождающий ток промышленной частоты. Сопротивление нелинейного резистора при рабочем напряжении резко возрастает, сопровождающий ток существенно ограничивается, и при переходе его через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет.

Нелинейные резисторы РВ выполняются в виде дисков, состоящих из карборундового порошка и связующего материала. В зависимости от технологии изготовления получают диски из вилита или тервита. В качестве связки используется жидкое стекло. Вилитовые диски спекаются при сравнительно низкой температуре (около 300°С). Тервитовые диски при изготовлении обжигаются при температуре выше 1000°С, и часть запорных слоев из окиси кремния разрушается. При этом возрастает пропускная способность (до 1500 А вместо 300 А для вилита), однако уменьшается степень нелинейности материала.

ождение больших импульсных токов вызывает остаточные явления в материале нелинейного резистора, поэтому РВ имеет определенную пропускную способность, характеризующуюся гарантированным числом импульсов тока с заданными параметрами, которое может выдержать резистор. Энергия импульса тока зависит от его амплитуды и длительности. Для грозовых напряжений характерны очень большие токи малой длительности. При внутренних перенапряжениях, наоборот, наблюдаются большие длительности (2 мс и более) и относительно небольшие амплитуды тока. Поэтому пропускную способность разрядников принято характеризовать максимальным значением импульса тока 20/40 мкс и током прямоугольной формы длительностью 2 мс (в некоторых случаях максимальным значением импульса тока 3/8 мс). Эти воздействия разрядники должны выдерживать не менее 20 раз.

На искровые промежутки РВ возлагается подключение нелинейного резистора при перенапряжениях и его отключение при прохождении сопровождающего тока.

Простейший единичный промежуток состоит из двух латунных электродов, разделенных миканитовой шайбой. Электрическое поле между электродами близко к однородному. В воздушных прослойках между поверхностью электродов и миканитом в силу разности диэлектрических проницаемостей воздуха и миканита возникает ионизация, в результате чего межэлектродное пространство снабжается начальными электронами. Пробой промежутка происходит при коэффициенте импульса, близком к единице.

Гашение сопровождающего тока многократным ИП основано на нестабильности горения короткой дуги в промежутке с холодными электродами. После погасания дуги происходит относительно медленное восстановление электрической прочности.

Разрядники разделены на четыре группы. Наилучшими защитными свойствами обладают РВ группы I, имеющие наименьшие значения остающегося напряжения. Далее следуют разрядники II, III и IV групп.

К IV группе относятся разрядники серий РВП (под-станционный) и РВО (облегченный, для защиты сельских сетей) на напряжения 6 – 10 кВ. Нелинейные резисторы этих разрядников комплектуются из вилитовых дисков, искровой промежуток набирается из элементов. Широко распространенные разрядники серий РВС (станционный) относятся к III группе. Они применяются для защиты электрооборудования напряжением 15— 220 кВ. Разрядники этой серии на высшие классы напряжения комплектуются из стандартных элементов на более низкие напряжения. Стандартный элемент, например, на 35 кВ (РВС-35) содержит 32 единичных искровых промежутка и 11 вилитовых дисков диаметром 100мм и высотой 60 мм. Контакт между дисками осуществляется посредством металлизации их поверхностей. Комплект искровых промежутков и вилитовых дисков помещается в герметизированный фарфоровый чехол. Герметизация необходима для предохранения вилита от действия влаги и для обеспечения стабильности разрядных характеристик искровых промежутков.

Магнитно-вентильные разрядники на напряжения 6 – 35 кВ составляют серию РВМ (магнитный), а на напряжения 110 – 500 кВ – серию РВМГ (магнитный, грозовой). Они относятся ко II группе. В разрядниках этих серий применены искровые промежутки с магнитным гашением и вилитовые диски диаметром 150 мм, что увеличило их пропускную способность.

К I группе относятся разрядники серий РВТ (токоогра-ничивающий) и РВРД (с растягивающейся дугой). Разрядники этих серий комплектуются из тервитовых дисков и токоограничивающих искровых промежутков. Защитное отношение этих разрядников существенно ниже, чем разрядников серии РВМ. Разрядники на 6 – 10 кВ, предназначенные для защиты вращающихся машин, имеют остающееся напряжение при токе 3 кА и импульсное пробивное напряжение не выше испытательных напряжений изоляции машин. Высокая пропускная способность тервита позволяет использовать эти разрядники для ограничения внутренних перенапряжений.

Комбинированные вентильные разрядники серии РВМК предназначены для ограничения как грозовых, так и внутренних перенапряжений в системах 330 – 750 кВ.

Основной недостаток вентильных разрядников связан с тем, что резисторы на основе карборунда обладают сравнительно невысокой нелинейностью. Снижение защитного отношения РВ достигается ценой значительного усложнения искровых промежутков, которые в разрядниках I группы принимают на себя часть напряжений гашения.

Выпускаемые в нашей стране и за рубежом резисторы на основе окиси цинка обладают значительно большей нелинейностью, чем резисторы на основе карборунда. Это позволило создать новый тип защитного аппарата – нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН). Преимуществами ОПН являются возможность глубокого ограничения перенапряжений, в том числе междуфазных, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, большая пропускная способность.

Ограничители комплектуются в виде параллельно соединенных колонок из дисков диаметром 28 и высотой 8 мм. Торцы дисков металлизированы и обеспечивают контакт между дисками. В соответствии с пропускной способностью число параллельных колонок резисторов в ОПН варьируется от четырех в ограничителе перенапряжения на 110 кВ до 30 в ограничителе на 750 кВ.

Коэффициент нелинейности резисторов ОПН в области ограничения коммутационных перенапряжений имеет значение 0,03—0,05. При ограничении грозовых перенапряжений, когда токи, протекающие через ОПН, достигают значений нескольких килоампер, коэффициент нелинейности возрастает до 0,07 – 0,1. Такая высокая нелинейность обусловливает прохождение при рабочем напряжении или резонансных перенапряжениях через нелинейные резисторы тока порядка долей миллиампера на одну параллельную колонку. Это позволяет исключить искровой промежуток и подключать резистор ОПН непосредственно к сети.

Применительно к ОПН отсутствует понятие напряжения гашения. Однако длительное воздействие резонансных перенапряжений, связанных с прохождением через ОПН больших токов, может нарушить тепловую устойчивость аппарата и привести к аварии. В связи с этим для ОПН установлены допустимые длительности приложения повышенных напряжений, которые должны быть скоординированы с действием релейных защит. Схема включения ОПН приведена на рис.5.8.

Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанций от набегающих импульсов служат вентильные разрядники и ограничители перенапряжений.

Для того чтобы вентильный разрядник обеспечивал защиту оборудования, импульсный ток через разрядник не должен превышать тока координации. Если он превысит ток координации, то напряжение на разряднике окажется выше нормированного, что может представить опасность для изоляции оборудования. В отдельных случаях при больших токах (десятки килоампер) и многократных воздействиях защитный аппарат может выйти из строя и даже разрушиться.

одстанции ударах в провод ток молнии распределяется обратно пропорционально сопротивлениям заземления опоры и вентильного разрядника, при этом ток через разрядник может превысить допустимые пределы, поэтому прямые удары молнии в провода линии вблизи подстанции необходимо исключить. Для этого участки линии длиной 1 – 3 км, примыкающие к подстанциям, во всех случаях защищаются тросовыми молниеотводами. Такие участки линии получили название защищенных подходов к подстанциям.

На рис. 5.9 показана схема защищенного подхода, когда подходящая к подстанции линия выполнена на деревянных опорах. Трос подвешивается только в пределах защищенного подхода. Так как на деревянных опорах от тросов к заземлителям прокладываются по стойкам токоотводящие спуски, прочность изоляции опоры относительно земли существенно снижается. В этом случае первая подтросовая опора является местом с ослабленной изоляцией и для того чтобы не ухудшить грозоупорность линии, в начале защищенного подхода на каждой фазе устанавливают трубчатые разрядники РТ1. В конце подхода иногда устанавливают второй комплект трубчатых разрядников РТ2, которые служат для защиты разомкнутого линейного выключателя.

Если линия выполнена на металлических или железобетонных опорах и защищена тросами по всей длине, то трубчатые разрядники на подходе не устанавливаются. Однако на примыкающих к подстанции участках линии особенно тщательно выполняются требования молниезащиты: снижаются сопротивления заземления опор и уменьшаются углы защиты тросов. Целью этих мероприятий является уменьшение вероятностей прорыва молнии через тросовую защиту и обратных перекрытий при ударах в опоры в пределах защищенного подхода к подстанции.

На подстанциях 110 кВ включительно и на подстанциях 150 – 220 кВ, где установлены трансформаторы с повышенным уровнем изоляции, скоординированным с характеристиками разрядника РВС, место установки вентильных разрядников или ОПН выбирается таким образом, чтобы обеспечить защиту всего оборудования минимальным числом разрядников (по одному комплекту на каждую систему шин). При этом допускается наличие коммутационных аппаратов между разрядниками и трансформаторами, поскольку уровень изоляции трансформаторов выше возможной кратности большинства коммутационных перенапряжений.

Между вентильными разрядниками и трансформаторами 220 кВ с основным уровнем изоляции, а также автотрансформаторами, трансформаторами и шунтирующими реакторами 330 – 750 кВ установка коммутационных аппаратов не допускается, так как в этих случаях на разрядники возлагается задача ограничения коммутационных перенапряжений.

В линиях СВН в отличие от линий номинального напряжения до 220 кВ включительно применяют защиту от коммутационных перенапряжений с помощью комбинированных вентильных разрядников РВМК или ограничителей перенапряжений ОПН. Разрядники РВМК и ОПН защищают конец линии вместе с компенсирующими реакторами и устанавливаются обычно в ячейке реактора. Если расчеты показывают, что защита от внутренних перенапряжений не требуется, то разрядники РВМК или ОПН могут быть заменены разрядниками для защиты от грозовых перенапряжений.

При возникновении грозовых импульсов на вводах трансформатора с изолированной или разземленной (с целью уменьшения токов короткого замыкания) нейтралью в его обмотках развиваются колебания, которые могут привести к значительному повышению напряжения на нейтрали. Для защиты изоляции нейтрали от таких перенапряжений в нейтраль может быть включен вентильный разрядник с номинальным напряжением на класс ниже, чем класс трансформатора.

Если аппараты находятся от разрядника на небольшом расстоянии (Рис. 5.10 Упрощенные схемы защиты комплектных подстанций, присоединенных с помощью отпаек к транзитным линиям без тросов:
а – расстояние от трансформатора до линии 5 – 10 м; б – то же 50 – 200 м; в – то же более 200 м

Еще более просто выполняется защита от набегающих волн в распределительных устройствах 6 – 10 кВ. Воздушные линии такого номинального напряжения реже поражаются молнией, так как имеют небольшую высоту и часто проходят по застроенной местности, что обеспечивает их хорошее экранирование от поражений молнией. Эффективной мерой в этом случае может служить вынос дополнительного комплекта разрядников на линию (рис. 5.11).

Подключение дополнительных разрядников на подстанции рядом с основными может оказаться недостаточно эффективным, поскольку даже небольшое различие в их вольт-амперных характеристиках приводит к резко неравномерному распределению токов между разрядниками. Чтобы дополнительные разрядники работали эффективно, их подключают обычно за один – два пролета до подстанции. Индуктивность этого участка линии создает подъем напряжения на первом по ходу волны разряднике, что повышает надежность его срабатывания. При выборе расстояния между разрядниками следует учитывать, что чрезмерно большое расстояние увеличивает опасность разряда молнии в пролеты линии между разрядниками, а при небольших расстояниях возрастает опасность отказа срабатывания разрядника, вынесенного на линию. Оптимальные условия расстановки соответствуют удалению разрядников друг от друга на расстояние 150 – 300 м.

Источник