Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

дельно стоящего молниеотвода и заземлением всей подстанции. Н а­ конец, высокое импульсное напряжение может с заземляющего уст­ ройства попасть на корпус трансформатора и пробить изоляцию его обмотки низшего напряжения.

Для защиты от этих перекрытий необходимо обеспечить достаточно малое импульсное сопротивление заземления молниеотводов и соот­ ветствующую импульсную прочность гирлянд изоляторов и воздуш­ ных промежутков. Для защиты низковольтных осветительных цепей прожекторов устанавливаются защитные конденсаторы между фазами и заземленными частями наверху и у основания мачты, а электропро­ водка по мачте прокладывается в металлических заземленных трубах со сваренными стыками.

Линии часто поражаются молнией, имеют высокую импульсную прочность изоляции и малые потери. Поэтому приход волн перена­ пряжения по проводам линии на подстанцию в ряде случаев может вызвать возникновение опасных перенапряжений и пробой более сла­ бой изоляции оборудования. Наибольшую опасность представляет пробой главной изоляции трансформатора или реактора с обмотки на корпус или на другую обмотку, а также пробой их продольной (междувитковой, междукатушечной или межслоевой) изоляции в случае волны с крутым фронтом или срезом. Для защиты от приходящих волн на подстанции устанавливают вентильные разрядники (РВ). Они име­ ют более низкую и пологую вольтсекундную (в. с. х.) характеристику, чем трубчатые разрядники (РТ). Благодаря падению напряжения в ра­ бочем сопротивлении ІІд с пологой вольтамперной характеристикой (в. а. х) при пробое искровых промежутков возникает небольшой срез напряжения АU=Unv — Uv и соответственно меньшее перенапряже­ ние на продольной изоляции обмоток трансформаторов и реакторов.

Благодаря нелинейной в. а. х. РВ обеспечивает в месте своей уста­ новки безопасное для изоляции напряжение Up. Однако вследствие колебательных процессов, особенно при приходе на подстанцию волны с крутым фронтом, напряжение на изоляции оборудования Ua3, удаленного от разрядника, может значительно превышать £/р. Поэто­ му число и расположение РВ выбирают так (рис. 14.6), чтобы обеспе­ чить допустимое расстояние /р вдоль по ошиновке от РВШдо наиболее удаленных аппаратов и оборудования, расположенных в конце длин­ ных ответвлений (особенно до силовых трансформаторов 7\ и шунти­ рующих реакторов), а также наиболее выдвинутых вперед по ходу вол­ ны с линии (линейных разъединителей РЛ, конденсаторов связи н др.). В ряде случаев при большом удалении (от Тг до РВт) приходится ста­

Удар молнии в провод (или перекрытие при ударе в опору) на под­ ходе линии в непосредственной близости от подстанции почти столь же опасен, как и удар непосредственно в подстанцию. Поэтому про­ вода на подходе должны быть защищены тросами с а ^ 2 0 ° и заземле­

Длина защищенного подхода Іп выбирается так, чтобы обеспечить достаточное сглаживание фронта волны вследствие импульсной коро-

367

ны на проводах (см. § 11.2) и других потерь даже при самом небла­ гоприятном ударе молнии в начале подхода. Обычно длина подхода равна l-f-3 км. В начале подхода линий на деревянных опорах жела­ тельно установить трубчатый разрядник РТі (см. рис. 14.6) с малым сопротивлением заземления для защиты точки с ослабленной изоля­ цией (см. § 14.3 д). Этот разрядник в большинстве случаев способст­ вует также ограничению амплитуды волны, проникающей на подход л на подстанцию. При первичном ударе молнии в линию может воз­ никнуть к. з. Релейная защита отключит линейный выключатель В на рис. 14.6. При повторном разряде молнии и приходе волны на ра­ зомкнутый конец линии напряжение удвоится и может пробиться изо­ ляция выключателя, разъединителя пли конденсатора связи. Подобное

удвоение напряжения имеет место также на разомкнутом конце линий, находящихся в аварийном резерве. Для их защиты целесообразно уста­ новить РТ2 (или РВ), присоединив его к общему контуру заземления подстанции.

Эффективность грозозащиты подстанции можно охарактеризовать в принцнпетемижекритериями, что и для линии. Для оценки защиты от набегающих с линии волн не удается ограничиться одним параметром— «уровнем грозоупорности». Кривая опасных волн в этом случае опре­ деляет зависимость между амплитудой и крутизной или длиной фронта волны напряжения, приходящей на подстанцию и вызывающей хотя бы в одной точке перенапряжение выше допустимого для изоляции. Показатель грозоупорности подстанции

год превышения допустимого для изоляции перенапряжения вслед­ ствие соответственно прорывов молнии (УѴпр), ударов молнии в молни­ еотводы и заземленные конструкции подстанции (N0), ударов молнии в линию (N4) и в подход линии к подстанции (N„).

Экономическую грозоупорность и ущерб народного хозяйства ввиду отсутствия достаточно надежных данных приходится учитывать (как

368

и на линии) ориентировочно, стремясь обеспечить особенно надежную грозозащиту наиболее ответственных подстанций высших классов напряжения.

б. Защита от прямых ударов молнии

Для защиты подстанций от прямых ударов молнии применяются стержневые п тросовые молниеотводы. Использование молниеотводов было известно еще в древности, научные же принципы современной за­ щиты от прямых ударов молнии были сформулированы в 1750—1753 гг. В. Франклином и М. В. Ломоносовым, которые доказали-электрическую природу молнии. Однако и в настоящее время еще не разработана ме­ тодика расчета зон защиты молниеотводов и вероятности прорыва молнии на защищаемые объекты. Поэтому приходится пользоваться зонами защиты молниеотводов, проверенными экспериментально на лабораторных моделях. Под зоной защиты понимается пространство, в пределах которого сооружения защищены от прямых ударов молнии с достаточной для практики надежностью.

Полевые наблюдения показывают следующие особенности развития канала молнии, существенные для защитного действия молниеотво­ дов:

1)большинство молний имеют отрицательную полярность;

2)для молнии характерна зигзагообразность канала, обусловлен­ ная ступенчатым развитием и случайным направлением развития каж­ дой ступени при низкой средней напряженности поля порядка 10-4 —20 кв/м;

3)наземные предметы начинают влиять на развитие лидера, когда последний опустился до сравнительно небольшой высоты ориенти­ ровки ЮО-т-200 м над поверхностью земли. До этого (средняя длина канала молнии 1-43 км) ступени лидера развиваются в случайных на­ правлениях. С высоты ориентировки стримерная зона лидера (см. §2.10) достигает наземного объекта и дальнейшее развитие разряда получает преимущественное направление;

4)при развитии канала молнии от облака к земле напряженность

поля вблизи защищаемых объектов нарастает сравнительно медлен­ но — за время порядка 0,005-40,02 сек. Эти значения можно получить исходя из средней длины канала молнии (l-ч-З км) и скорости его раз­ вития (100-4200 км/сек). Аналогичные значения можно получить так­ же исходя из данных об интервалах между повторными разрядами мно­ гократных молний, которые находятся в пределах 0,002-4-0,3 сек.

Попытки воспроизвести этот процесс на геометрически подобной модели с отрицательным стержнем-молнией и положительной плоско­ стью с наземными объектами не увенчались успехом. Вследствие не­ достаточного напряжения источника имело место развитие разряда от положительно заряженных наземных объектов вверх к отрицатель­ ному стержню, имитирующему молнию.

Лабораторные исследования зон защиты молниеотводов проводят на геометрически подобных моделях возможно больших размеров при положительном стержне-молнии и при воздействии импульсов с длин­ ным фронтом. На современных установках можно обеспечить длину

369

искрового промежутка /=104-15 м при средней разрядной напряжен­ ности 100 кв/м. В таком промежутке при скорости развития лидера пл = 0,2 мімксек время его развития составит 11ѵл = 5004-750 мксек. Принимая во внимание запаздывание начала развития лидера, мини­ мальная длина фронта импульса должна быть в два-три раза больше, т. е. составлять не менее 10004-1500 мксек. Чрезмерное увеличение длины фронта импульса (свыше 2500 мксек) может привести к тормо­ жению развития лидера, вызванному перемещением объемного заряда ионов в сторону слабого поля и ослаблением поля вблизи электрода, имитирующего молнию.

Такую форму напряжения можно получить от генератора импульс­ ных напряжений с фронтовой емкостью и сопротивлением, от генера­

вероятен ее прорыв на защищаемый объект. Полученные экспериментально в ВЭИ и приведенные в «Руко­ водящих указаниях» зоны защиты молниеотводов выбирались так, чтобы на модели ни один из 1000 разрядов из вышеуказанного положе­ ния «молнии» не попал бы в защищаемый объект.

Несколько близко расположенных молниеотводов взаимно способ­ ствуют усилению защитного действия и образуют «многократный мол­ ниеотвод». Его зона защиты значительно больше суммы зон защиты образующих его одиночных молниеотводов.

Для защиты подстанции от прямых ударов молнии, как правило, применяются такие многократные молниеотводы, расположенные в вершинах квадратов или в шахматном порядке. При этом зона защиты слагается из ряда зон защиты трех или четырех молниеотводов. По­ следние при одинаковых высотах молниеотводов определяются сог­ ласно рис. 14.7. Очертание внешней части зоны защиты (кривая тхо) совпадает с зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода, об­ разует поверхность вращения и определяется по формуле

370