Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

Часто ток замыкания на землю определяют по приближенной формуле:

у з -г /Ф(35/к + /в) 350

где /к и /в— соответственно длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

-Полагая /к или 1В равным нулю, из приведенного выражения легко получить значение тока для систем, содержащих только воз­ душные или кабельные линии.

Рис. 159. Заземляющие проводники машинного зала четырех­ агрегатной заглубленной (с верхним строением) насосной станции

Для сокращения расходов на устройство заземлений в установ­ ках переменного тока следует в первую очередь использовать ес­ тественные заземлители: водо- и трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей и взрывчатых газов), обсадные трубы, оболочки кабелей и т. д.

На рис. 159 показаны заземляющие проводники машинного зала четырехагрегатной оросительной насосной станции, а на рис. 160 — заземляющий контур и заземляющая проводка ее верхнего строе­ ния. Как видно из рисунков, каждый объект, подлежащий заземле­ нию, соединен путем сварки с проложенной внутри (по периметру помещения) заземляющей проводкой ответвлением из стальной полосы. Последовательное включение заземляемых элементов в за­ земляющий провод недопустимо. Открыто проложенные заземляю­ щие проводники должны быть окрашены в черный цвет. Внутрен­ няя заземляющая проводка должна быть приварена к заземляю­ щему контуру не менее чем в двух местах стальными проводниками.

2 5 0

Рис. 160. Заземляющее устройство верхнего строения четырехагрегатной насосной станции

Контрольные вопросы

1. Для чего нужны заземления в электрических установках? Дайте основные определения, характеризующие заземление. 2. Как выглядят кривые распределе­ ния потенциалов по поверхности земли при одиночном заземлителе, выполненном в виде трубы и как по ним определить максимальное напряжение шага? 3. Для чего в отдельных случаях нужны сложные заземлители, например, заземляющие контуры? 4. Какие элементы оборудования в электрических установках должны быть заземлены? 5. Какие меры безопасности должны быть приняты при повреж­ дении фазной изоляции в установках 380/220 и 220/127В с глухозаземленной нейтралью? 6. Почему одним из основных параметров, характеризующих каче­ ство заземления, считают его сопротивление растеканию тока?

Г Л А В А XI

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ

§ 66. КОММУТАЦИОННЫЕ И АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Различают два вида перенапряжения: коммутационные и ат­ мосферные. Коммутационные перенапряжения представляют собой кратковременные повышения напряжения на установках, возникаю­ щие в результате внезапного значительного изменения режима их работы, например, резкого снижения нагрузки (ее отключения), отключения тока короткого замыкания и т. д. При этом запасенная в установке энергия освобождается и переходит в другой ее вид. Примером может служить быстрое отключение ненагруженного

251

трансформатора, когда запасенная, благодаря значительной индук­ тивности его обмоток, магнитная энергия переходит в электриче­ скую, связанную с емкостью его обмоток, включенной параллельно индуктивности, т. е.

PL/2 = U2C/2, откуда

Таким образом, чем больше отключаемый ток, тем выше напря­ жение в месте разрыва. Однако возникающее в данном случае пе­ ренапряжение не представляет особенно большой опасности для изоляции установки, так как При отключении выключателя в мо­ мент, когда дуга гаснет, ток в ней близок к нулю, и перенапряже­ ние обычно не превышает ( 4 - М , 5 ) 11ф . При отключении ненагруженных линий также возникает перенапряжение, вызванное повтор­ ными зажиганиями дуги в выключателе, так как отключаемая линия в момент обрыва дуги благодаря своей емкости сохраняет ос­ таточный заряд. Перенапряжение и в этом случае не выходит за пределы ( 4 - М , 5 ) Н ф .

При необходимости коммутационные перенапряжения могут быть ограничены с помощью специальных аппаратов — нормальных грозозащитных разрядников (конструкция и принцип действия их будут рассмотрены ниже).

Значительно большую опасность для электрооборудования ус­ тановок и, в частности, электрической части насосных станций, пред­ ставляют атмосферные перенапряжения.

Атмосферные перенапряжения представляют собой кратковре­ менные повышения напряжения на установках, возникающие в ре­ зультате воздействия на них грозовых разрядов. Эти перенапряже­ ния могут быть весьма значительны и не зависят от номинального напряжения установки.

Различают атмосферные перенапряжения двух видов: индукти­ рованные и в результате прямого попадания молнии. Индуктиро­ ванные перенапряжения образуются при грозовых разрядах, воз­ никших вблизи линии электропередачи или другой электроустанов­ ки. Их причина — индуктивное влияние большого тока разряда. Максимальный ток разряда грозового облака на заземленные со­ оружения или на землю обычно составляет 10 0 0 0 — 2 5 0 0 0 А, а в от­ дельных случаях может достигать и 200 0 0 0 — 2 5 0 0 0 0 А.

Статистика показывает, что наибольшую опасность индуктиро­ ванные перенапряжения представляют для установок напряжением не более 3 5 кВ. Действительно, амплитуда индуктированных пере­ напряжений обычно не превышает нескольких сотен килоВольт. Минимальная кратковременная (импульсная) прочность изоляции установок на 3 5 кВ составляет примерно 1 80 — 2 0 0 кВ, а установок на 110 кВ и более — не менее 5 0 0 — 6 0 0 кВ, чем и объясняется по­ вышенная опасность таких перенапряжений для первых и относи­ тельно малая — для вторых.

252

Наибольшая опасность для всех электрических устройств и особенно для воздушных линий электропередач и подстанций —• прямой удар молнии. В этом случае через пораженный объект про­ текает ток до 250 000 А, сопровождаемый перенапряжениями, ко­ торые могут превышать номинальное напряжение устройств в не­ сколько десятков раз и вызвать перекрытие или пробой их изоля­ ции. Кроме того, неизбежны значительные механические воздей­ ствия, которые могут привести к повреждению опор и т. п.

§ 67. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Для защиты от атмосферных перенапряжений применяются ус­ тройства, предотвращающие или снижающие перенапряжения на защищаемом объекте. Их задача — отвести ток молнии в землю, предупредив тем самым распространение перенапряжения. Обяза­ тельной частью всех защитных устройств являются заземлители.

Для защиты от атмосферных перенапряжений применяются: молниеотводы (стержневые и тросовые), разрядники и защитные промежутки.

Молниеотводом называют устройство, защищающее сооружение от прямых ударов молнии. Объекты, сосредоточенные на неболь­ шой площади (например, подстанции), защищаются стержневыми молниеотводами, а имеющие большую протяженность (воздушные линии электропередач) — тросовыми. Стержневой молниеотвод представляет собой столб-опору, в верхней части которого имеется молниеприемник в виде металлического стержня. От молниеприемника вниз по опоре проложен токоотвод или спуск, надежно при­ соединяемый к заземлителю. Необходимо, чтобы молниеотвод был выше, чем защищаемый объект, чтобы «перехватить» удары молнии. В соответствии с указаниями по защите от перенапряжений уста­ новок переменного тока напряжением 3—220 кВ высота молниеот­ водов должна быть ^ 60 м.

Выбранная высота молниеотвода должна быть такой, чтобы за­ щищаемый объект входил в зону его защиты. Зоной защиты стерж­ невого молниеотвода называют пространство вокруг его вертикаль­ ной оси, защищенное от прямых ударов молнии.

где h—hx=ha— превышение молниеотвода над защитным уровнем, так называемая активная высота; hx-— высота защищаемого объ­ екта.

Как следует из формулы, наибольший радиус защиты получает­ ся на поверхности земли rx=l,5h. При этом угол а, называемый углом защиты, оказывается примерно равным 40° (сс^40°).

253

Для защиты открытой подстанции с одним трансформатором достаточно иметь один стержневой молниеотвод, при большом чис­ ле защищаемых объектов число молниеотводов и их размещение определяют соответствующим расчетом.

Для защиты воздушных линий напряжением ПО—750 кВ ши­ роко применяются тросовые молниеотводы. Они выполняются в ви­ де тросов, закрепленных на опорах, и всегда размещены над

А - А

Рис. 161. Зона защиты одиночного стержневого молние­ отвода:

1 — граница зоны защиты, 2 — молниеотвод

фазными проводами защищаемой линии. Тросы надежно присоеди­ нены к заземлителям каждой опоры. На рис. 162 показано распо­ ложение тросов на опоре, а на рис. 163 — зона защиты тросового молниеотвода. При высоте подвески троса h ^ .’30 м ширина защи­ щаемой зоны справа и слева от него гх определяется по формуле

h hx

гх = 0,8h

h -f- hx

Защитный угол а этих молниеотводов равен 20—30°. Разрядником называют устройство, используемое для защиты

изоляции объектов от атмосферных перенапряжений. С его помо­ щью волна перенапряжения разряжается на землю, после чего нормальная изоляция объекта по отношению к земле мгновенно автоматически восстанавливается. Разрядники бывают двух типов:

трубчатые и вентильные. Наиболее распространены вентильные типа РВС.

254

Вентильный разрядник РВС (разрядник вентильный, станцион­ ный) на 6 кВ (рис. 164) представляет собой набор искровых проме­ жутков и дисков, выполненных из вилита. Вилит—’Материал, соз­ данный в Советском Союзе. В его состав входит графит и карбо­ рунд в виде порошка, связанные в общую твердую массу с по­ мощью растворимого стекла. Толщина дисков 20 мм, диаметр 75 или 100 мм. Они характеризуются пере­ менным значением сопротивления, ко­ торое зависит от приложенного напря­

жения (рис. 165). Здесь и р и tp— со­ ответственно напряжение на разрядни­ ке и его ток, R — сопротивление вилитовых дисков. Как видно из рисунка, зависимость R = f(Uv) резко падаю­ щая, что и определяет принцип работы разрядника.

При возникновении значительных перенапряжений разрядник срабатыва­ ет, и в искровых промежутках 4 (рис. 164) возникает дуга. При этом на вилитовый столб 5 действует резко воз­ росшее напряжение, сопротивление вилита падает, и через него проходит большой разрядный ток, что-ючень зна­ чительно снижает перенапряжение.

Разрядники включаются на всех трех фазах установки и при одновре­ менном срабатывании их на несколь­ ких фазах, а в сетях с глухозаземленной нейтралью и при срабатывании в одной фазе, через разрядники возни­

кает короткое замыкание и протекает ток короткого замыкания рабочей частоты (сопровождающий ток). Так как при срабатыва­ нии разрядников напряжение снижается, то сопротивление вилитового столба резко возрастает, и ток короткого замыкания становит­ ся незначительным. При первом же переходе тока через нуль дуга в искровых промежутках гаснет, и так как при.нормальном напря­ жении разрядник не срабатывает, то она вновь не загорается. Ре­ жим работы линии нормализуется, разрядники отключаются и гото­ вы к дальнейшей работе.

Вилитовые разрядники выпускают на все номинальные напря­ жения. При напряжении 35 кВ и более их монтируют из нескольких стандартных элементов, устанавливаемых часто один над другим и скрепляемых болтами.

Кроме станционных вентильных разрядников, выпускаются под­ станционные разрядники (РВП) и разрядники для защиты вра­ щающихся машин. Вилитовые разрядники устанавливают возмож­ но ближе к защищаемым объектам.

2 5 5