Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

вах молнии Япр и при ударах молнии в опоры РИо) на линии за пределами защищенного подхода длиной /„.

Суммарный показатель грозоупорности подстанций с учетом проры­ вов молнии на токоведущие элементы, а также ударов в конструкции, молниеотводы, провода и тросы на подстанции, на подходе и в осталь­ ной части линии можно вычислить по (14.29). Вычисленные показате­ ли грозоупорностп типовых подстанций 35-^500 кв на. 100 подстанцийлет при 100 грозовых часах в году и длине защищенного подхода /п^ ^ /кр приведены в табл. 14.7. В этой таблице для сопоставления при­ ведены результаты, анализа опыта эксплуатации (по данным ЛПИ) подстанции 35 кв с нормальной грозозащитой (7269 подстанций-лет наблюдения).

е. Некоторые частные вопросы грозозащиты подстанций

При воздействии грозовых перенапряжений на одну из обмоток трансформатора в других обмотках также возникают перенапряжения, величина которых зависит от схемы соединения обмоток и их взаим­ ного расположения. В некоторых случаях для защиты от этих наве­ денных перенапряжений устанавливаются специальные разрядники. Так, например, автотрансформаторы 500/330, 500/220 кв, а иногда и меньших напряжений защищаются разрядниками РВМ, присоединяе­ мыми непосредственно к выводам, без коммутирующего аппарата, как со стороны ВН, так и со стороны СН. Необходимость в них вызвана недопустимо высокими перенапряжениями, возникающими на обмотке ВН, если она разомкнута, при воздействии перенапряжения на об­ мотку СН. Специальный разрядник устанавливается для защиты ре­ гулировочной обмотки автотрансформаторов. Разрядник включается между концами этой обмотки, которые для этого выводятся через ввод СН. Расположение обмотки НН между двумя концентрами обмотки ВН, широко применяемое в мощных трансформаторах, приводит к необходимости защищать от емкостной передачи напряжения обмотку

381

НН разрядниками, которые часто устанавливаются непосредственно на корпусе трансформатора.

В отдельных случаях по технико-экономическим соображениям бывает целесообразно значительно ослабить требования к грозозащите подходов. В частности, при грозозащите столбовых подстанций и РУ

линии и большой вероятности обратного перекрытия. Если отсутству­ ют электрические машины, то, учитывая также меньшую ответствен­ ность таких подстанций, обычно можно ограничиться установкой на ближайших двух-трех опорах трубчатых, вентильных или вакуумных разрядников.

В настоящее время в СССР в связи со сплошной электрификацией страны получили широкое распространение подстанции 354-220 кв на отпайках от проходящих линий. Отключать линию для ее переобо­ рудования и установки грозозащитных тросов в эксплуатации затруд­ нительно. Такие подстанции имеют один, максимум — два трансфор­ матора и минимальные размеры. В этом случае можно установить вен­ тильные разрядники в непосредственной близости (до 54-10 м соответ­ ственно для подстанций 354-110 кв) от каждого трансформатора. При таких малых расстояниях для трансформатора безопасны даже отно­ сительно крутые волны, набегающие с линий. Поэтому можно ограни­ читься тросовой защитой только собственно отпайки (/«1004-200 м) и установкой двух комплектов РТ на отпайке или на линии в обоих направлениях на расстоянии 1004-200 м от подстанции.

Нет необходимости устраивать специальную грозозащиту подходов также на переключательных пунктах без трансформаторов и реакто­ ров. При напряжении ПО кв и ниже можно также вместо вентильных установить трубчатые разрядники на каждом питающем направлении переключательного пункта.

§ 14.5. ГРОЗОЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

как его наиболее ответственные и дорогие элементы.

Изоляция, электрических машин была рассмотрена в §15.8. Эта изоляция имеет высокую начальную электрическую прочность //np« «(84-10) UHp и коэффициент импульса /(„= 1,34-1,6. Однако в про­ цессе эксплуатации в изоляции возникают дефекты и ее электрическая прочность значительно снижается. Микалентная изоляция за счет испарения летучих и пересыхания расслаивается, а термореактивная за счет температурных напряжений растрескивается. Возникает опас­ ность каскадного пробоя при импульсном напряжении. При этом среднее значение коэффициента импульса снижается, по данным ЛПИ, до Ки= 1,0, его разброс возрастает и нижнее его значение падает

382

до /(„ тіп=0,8ч-0,7 и даже ниже. Электрическая дуга, возникающая при пробое изоляции, продолжает поддерживаться даже в отключенной машине за счет э. д. с. остаточной индукции вращающегося ротора. Это приводит к значительным оплавлениям стали и меди, выгоранию изоляции, длительному простою, дорогостоящему ремонту, т. е. на­ носит большой ущерб народному хозяйству. Выбор изоляции с боль­ шим запасом по толщине привел бы к уменьшению сечения меди и стали, уменьшению коэффициента заполнения паза, снижению к. п. д. и мощности машины, что неприемлемо по технико-экономическим сооб­ ражениям.

Переходные процессы в обмотках фаз статора трансформируются в обмотку ротора, причем условия трансформации сложным образом зависят от мгновенного взаимного расположения обмоток. Это в от­ дельных случаях может привести к опасным перенапряжениям на от­ носительно слабой изоляции обмотки ротора.

В машинах с обмотками из многовитковых катушек волна с кру­ тым фронтом создает значительные перенапряжения на междувитковой изоляции. Контролировать ее состояние в условиях эксплуатации весьма сложно, а пробой междувитковой изоляции во многих случаях приводит к ускоренному разрушению и пробою главной ’изоляции. Поэтому необходимо принять специальные меры для ограничения ско­ рости нарастания напряжения на зажимах до 1-Е2 кв!мксек путем уста­ новки специальных конденсаторов типа косинусных емкостью 0,1-=- -Ь0,5 мкф на фазу, если отсутствуют кабели соответствующей емкости.

Если волна перенапряжения приходит сразу по трем фазам, то в нейтрали машины (или в середине обмотки, соединенной по схеме тре­ угольника) возникает значительно большее перенапряжение, чем на вводах, что может привести к пробою изоляции вблизи нейтрали в зоне нечувствительности релейной защиты, к длительному горению дуги и большим повреждениям изоляции, меди и стали. Поэтому необходимо с большой осторожностью подходить к установлению «допустимого» импульсного перенапряжения Uд на изоляции обмотки статора, кото­ рое даже при К„=1, во всяком случае, не должно превышать ампли­ туды испытательного напряжения 50 гц в эксплуатации.

Изоляция периодически при ремонтах, но не реже одного раза в 1—2 года, должна испытываться высоким напряжением — перемен­

амплитуде испытательного напряжения переменного тока в эксплу­ атации, т. е.

Получающиеся при этом значения Un существенно ниже, чем для силовых трансформаторов (табл. 14.8), для которых, по данным электропромышленности,

i/ д « 1,1 (і/пмн—0,517,10М),

где и аоя„— амплитуда полной испытательной волны стандартной формы.

&83

Существенно более низкие значения Uaдля главной изоляции элек­ трических машин не могут быть скомпенсированы соответствующим улучшением характеристик вентильных разрядников, чтобы обеспе­ чить достаточные интервалы координации изоляции:

АU = U , ~ U a.

В настоящее время выбор значений ІІа остающегося напряжения вентильных разрядников связан с необходимостью иметь сравнительно малые значения сопровождающих токов промышленной частоты для их успешного гашения. Поэтому применяют сравнительно большие рабочие сопротивления, что и ограничивает возможное снижение ос­ тающегося напряжения вентильных разрядников Ua при импульсных токах, а это сильно усложняет задачу грозозащиты вращающихся машин.

Как правило, у современных машинных вентильных разрядников остающееся напряжение Ua^ Uд лишь до ограниченного значения величины импульсного тока, которое называется током координации

Аіоорд-

Для повышения надежности и увеличения срока жизни электри­ ческих машин важно всемерно использовать индивидуальные особен­ ности схемы присоединения машины к сети, чтобы при минимальных дополнительных капитальных затратах и эксплуатационных расходах на схему грозозащиты как можно больше ограничить амплитуду и число перенапряжений, воздействующих на изоляцию обмоток.

Условия проникновения перенапряжений на изоляцию машины су­ щественно зависят от схемы связи между машиной и воздушными ли­ ниями электрической сети. Можно установить следующие типичные случаи такой связи и соответствующие схемы грозозащиты: 1) через трансформатор и экранированный токопровод; 2) через трансформатор и воздушную перемычку, 3) через реактор; 4) через кабельную встав­ ку; 5) без промежуточных элементов (непосредственная связь машины

своздушной линией).

б.Связь через трансформатор и экранированный токопровод

Вблоках максимальной мощности (порядка 100 Мет и выше) для связи между генератором и трансформатором применяются пофаз­ но экранированные токопроводы с заземленными экранами. В блоках

384

относительно малой мощности (порядка нескольких мегаватт) приме­ няются кабельные перемычки с заземленной оболочкой и броней, так­ же играющей роль экрана. Такие схемы обеспечивают более надежную грозозащиту машины; экран защищает токопровод от ударов молнии и от индуктированных перенапряжений.

Перенапряжения от волн, приходящих с линии, проходят через трансформатор от обмотки ВН на обмотку НН значительно ослаблен­ ными. Эти перенапряжения имеют емкостную, магнитнуюквазистационарную и колебательные составляющие обмоток ВН и НН. Емко­ стная составляющая возникает за счет емкости между обмотками ВН и НН. Ее амплитуда в первом приближении

венно емкости относительно земли обмотки НН трансформатора, кабеля и эквивалентная входная емкость машины, составляющая примерно 30% от емкости, измеренной на 1000 гц.

Магнитная квазистационарная составляющая возникает за счет электромагнитной связи между обмотками ВН и НН. Величина этой составляющей определяется коэффициентом трансформации kw и со? ответствующим коэффициентом передачи Q(t). Последний зависит от индуктивности рассеяния трансформатора Ls, волнового сопротивления фазы генератора гГ и емкости токопровода Сг , а также от параметров волны и условий ее прихода (по одной, двум или трем фазам). Зависи­ мость этого коэффициента от времени для наиболее часто встречаю­ щегося сочетания параметров

гг < 0,5 V Ls/Cr

и наиболее опасного случая прихода прямоугольной волны по одной или двум фазам определяется формулой

где

4г*Ст'

А, В- 2г,-Сх

Как правило, Q (/)< 1 . Напряжение на выводах обмотки, вы­ званное магнитной составляющей,

ВН трансформатора; kw— номинальный коэффициент трансформации. Поэтому магнитная квазистационарная составляющая, как правило, не превышает напряжения, пересчитанного по номинальному коэф­ фициенту трансформации, т. е.

UM(t) ^k^UßH-