Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

над защищаемым объектом и воспринимает удар мол­ нии, и токопроводящего спуска с заземлителем, через которые ток молнии отводится в землю. Пространство вблизи молниеотвода, в пределах которого поражение защищаемого объекта маловероятно, называют зоной защиты молниеотвода.

Защитное действие молниеотвода проявляется в ли­ дерной стадии развития молнии, когда лидер приближа­ ется к земле. Преимущественное направление движения ступенчатого лидера вблизи земли определяется макси­ мальной напряженностью электрического поля, а послед­ няя имеет наибольшее значение у наиболее возвышаю­ щихся объектов, т. е. у молниеотводов.

Молниеотводы бывают стержневые и тросовые. Стер­ жневые молниеотводы применяют для защиты от прямых ударов молнии открытых распределительных устройств,

одного стержневого молниеотвода (рис. 11-3) представ­ ляет собой конус с сечением в горизонтальной плоскости в виде круга с радиусом гх на высоте hx. Значения гх определяют по формуле

тяженных и занимающих большую площадь, применяют два, три и большее число стержневых молниеотводов.

Т р о с о в ы е м о л н и е о т в о д ы . Поперечное сечение зоны защиты одиночного тросового молниеотвода ана­ логично сечению, изображенному на рис. П-З для оди­ ночного стержневого молниеотвода, но гх подсчитывается по формуле

(II -5)

при h<^30 м.

Для определения радиуса защиты внешних областей двух параллельных тросовых молниеотводов используют

276

формулу (11-5). Тросы на линии электропередачи подве­ шивают так, чтобы провода всех трех фаз линии входили в зону защиты тросовых молниеотводов.

Заземляющие устройства молниеотводов служат для отвода токов молнии в землю. Чем меньше сопротивле­ ние заземлителя, тем меньше потенциал в месте удара молнии.

Атмосферные перенапряжения и защита линии. Рас­ пределительные устройства электроустановок надежно защищают от прямых ударов молнии молниеотводами, и .появление опасных для изоляции атмосферных пере­ напряжений связано с поражениями молнией линий электропередачи.

Эффективность грозозащитных устройств на линиях электропередачи оценивают грозоупорностью линий, ха­

ными перенапряжениями при 20 грозовых днях в году; 2) защитным уровнем / защ.— предельным значением амплитуды тока молнии, при которой еще не происходит

перекрытия изоляции линии.

Удельное число отключений зависит от интенсивно­ сти грозовой деятельности на трассе, защитного уровня линии и от вероятности перехода импульсного перекры­ тия изоляции в устойчивую силовую дугу (при токах молнии, превышающих / 3ащ.).

Защитный уровень линий электропередачи 100 кВ и выше на металлических или железобетонных опорах установлен Руководящими указаниями по защите от перенапряжений |Л. 35]. Для линий на деревянных опо­ рах и линий напряжением ниже 110 кВ защитный уро­ вень не нормирован.

Индуктированные перенапряжения возникают на проводах линий электропередачи как при прямом .пора­ жении молнией линии, так и при ударе молнии вблизи линии и являются следствием быстрого изменения элек­ тромагнитного поля канала молнии в момент главного разряда. В соответствии с этим различают: элект­ ростатическую составляющую индуктированных пере­ напряжений, вызванную быстрым изменением электри­ ческого поля, и магнитную составляющую, вызванную быстрым изменением магнитного поля в момент глав­ ного разряда молнии.

277

Рассмотрим возникновение волн перенапряжения на проводах линии вследствие изменения электрического поля при нейтрализации зарядов лидерного канала. При прорастании к земле лидерного канала (обычно с отри­ цательными зарядами), двигающегося с относительно небольшой скоростью, под действием электрического поля его зарядов в проводе возникает ток за счет притекания положительных зарядов с дальних участков линии (электростатическая индукция). По мере приближения лидера к земле суммарный заряд на проводах увеличи­ вается и потенциал их достигает значения U0.

Главный разряд молнии (нейтрализация канала) про­ текает с большой скоростью, и в течение нескольких

бождаются и возникают две электромагнитные волны с потенциалами U0/2, движущиеся по линии от места возникновения в противоположных направлениях.

Результирующий максимальный индуктированный потенциал провода у пораженной опоры без специальной тросовой защиты (молниеотвода в виде троса) определя­ ется по формуле [Л. 36]

(П-6)

где k0—коэффициент, зависящий от скорости обратного разряда; h — средняя высота подвеса провода, м; b — расстояние от линии до места удара молнии, м.

Индуктированные перенапряжения опасны для фаз­ ной изоляции линий 6—35 кВ на металлических и желе­ зобетонных опорах, поэтому уровень изоляции этих ли­ ний повышают, увеличивая число элементов в гирлянде изоляторов.

П е р е н а п р я ж е н и я п р я м о г о у д а р а м о л н и и . Удар молнии в провод линии электропередачи приводит к возникновению наиболее опасных перенапряжений.

Рассмотрим случай прямого поражения провода ли­ нии на металлических опорах. Волновое сопротивление

в соответствии с законом Ома и с учетом того, что про-

278

в обе стороны по линии от места поражения, что соот­ ветствует в схеме замещения параллельному включению сопротивлений Z a). После исключения из этого выраже­

При импульсном перекрытии изоляции и прохожде­ нии кратковременного тока молнии под действием на­ пряжения сети возможно образование устойчивой элек­ трической дуги замыкания на землю. Вероятность пере­ хода импульсного перекрытия в устойчивую дугу зависит от величин номинального напряжения сети и длины пути перекрытия. На линиях с металлическими и железобе­ тонными опорами длина пути перекрытия равна длине гирлянды изоляторов и вероятность установления дуги велика. Например, на линиях напряжением 110 кВ па указанных опорах в шести— семи случаях из десяти им­ пульсное перекрытие приводит к возникновению дуги, т. е. однофазному к. з. Поэтому линии электропередачи напряжением ПО кВ и выше на металлических и желе­ зобетонных опорах должны иметь специальную защиту проводов от прямых поражений молнией: тросы, молние­ отводы.

Для линий с тросовой защитой расчетным является случай поражения молнией троса вблизи опоры. При этом ток молнии растекается по заземлителям опор, бли­ жайших к месту поражения. Через заземлитель поражен­ ной опоры проходит ток / оп, поэтому напряжение на ее вершине составляет 7on4i отрицательного знака, где ги — сопротивление относительно земли заземлителя при про­ текании через него расчетного импульсного тока.

Заряд, индуктированный лидером молнии, создает на проводе положительный потенциал.

Ток /с.оп, проходя по тросу в заземлители соседних опор, индуктирует на проводах напряжение отрицатель­ ной полярности. В приближенных расчетах можно при­ нять, что индуктированное лидером положительное на­ пряжение компенсирует отрицательное напряжение, ин­ дуктированное током / с.од-

279

Ток в опоре, ближайшей к -месту поражения, состав­ ляет обычно 70—80% полного тока молнии, поэтому -на­ пряжение по фазной изоляции приближенно можно вы­ разить формулой

где Ум — амплитуда расчетного тока молнии.

Отсюда защитный уровень линии с тросовой защитой

где U50o/ —- импульсное разрядное напряжение изоляции

(§П -4)°

Следовательно, чем -больше -сопротивление заземлителя опоры относительно земли, тем -ниже защитный уровень линии. Обычно ги<с; 10 Ом. При ги= 1 0 Ом за­ щитный уровень линии

в гирлянде для каждой ступени номинального напряже­ ния) определяется по максимально возможной величине внутренних перенапряжений и устанавливается испыта­ тельным напряжением промышленной частоты под дож­ дем, т. е.

ТуШUф,

где т — возможная кратность внутренних перенапряже­ ний в сети данного напряжения; Рм— испытательное на­ пряжение промышленной частоты под дождем (мокро­ разрядное напряжение).

11-4. РАЗРЯДНИКИ

Для защиты изоляции электрооборудования РУ от волн атмосферных перенапряжений, набегающих со стороны линий, необходимо искусственно снизить ампли­ туду этих волн. Последнее достигается при -помощи раз­ рядников.

Искровой промежуток является простейшим разряд­ ником, состоящим из двух электродов, один из которых соединен с заземлителем (рис. 11-4,о). В нормальном режиме искровой промежуток отделяет токоведущую

280