Грозовые перенапряжения и защита от них. Внутренние перенапряжения в электроэнергетических системах

Суммарное число грозовых отключений линии с тросом будет равно: , что допустимо.

Аналогично определим число грозовых отключений линии напряжением 35 кВ, работающей в системе с изолированной нейтралью.

Если для отключения ВЛ-110 кВ достаточно перекрыть одну гирлянду изоляторов, то на линии 35 кВ такое перекрытие не приведет к возникновению короткого замыкания и отключение линии от релейной защиты не произойдет. Для отключения линий 6-35 кВ необходимо создать двухфазное или трехфазное КЗ. Процесс перекрытия изоляции при этом происходит следующим образом. Вначале при ударе молнии в провод (точка  на рис. 4.1) перекрывается одна гирлянда изоляторов. Опора при этом приобретает высокий потенциал и происходит обратное перекрытие второй гирлянды в другой фазе. Путь перекрытия состоит из суммы: гирлянда одной фазы – траверса – гирлянда другой фазы, то есть длина  увеличится как минимум в два раза на металлических или железобетонных опорах, а на деревянных опорах добавляется еще изоляция деревянной траверсы.

Таким образом, линии напряжением до 35 кВ имеют значительно выше защитный уровень изоляции, чем линия 110 кВ. В этой связи определим, требуется ли на этих линиях применять грозозащитный трос.

Допустим, линия 35 кВ на железобетонных опорах имеет следующие параметры: ; длина одной гирлянды изоляторов ; ее импульсное напряжение перекрытия ; импульсное сопротивление заземления опоры .

Для обратного перекрытия одной гирлянды критический ток молнии должен составить:

.

Вероятность его появления по (4.1):

Вероятность  при длине пути перекрытии  по (4.8):

.

Число ударов молнии в линию длиной 100 км по (4.4):

.

Удельное число грозовых отключений линии по (4.3):

,  что допустимо. Отсюда следует вывод.

Линии 6, 10, 35 кВ, работающие в системе с изолированной нейтралью не требуют применения грозозащитного троса по всей длине.  Линии на деревянных опорах имеют более высокий защитный уровень, поэтому также не требуют применения троса, даже при номинальном напряжении линии 110 кВ, так как среднее разрядное напряжение мокрого дерева составляет достаточно большую величину 100 кВ/м. Перекрытие изоляции в этом случае на линии 110 кВ происходит не по стойке опоры, а по пути провод – деревянная траверса – провод, то есть также, как и на линии, работающей в системе с изолированной нейтралью.

4.5. Грозозащита станций и подстанций

К грозозащите подстанции предъявляются более жесткие требования, чем к линии. Перекрытие изоляции на подстанции вблизи сборных шин может привести к системным авариям и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Грозовые перенапряжения на подстанции обусловлены тремя причинами: прямыми ударами молнии; обратным перекрытиям изоляции с пораженного молниеотвода на токоведущие части электроустановки;  набегающими с линий волнами грозовых перенапряжений.

4.5.1. Перенапряжения от прямых ударов молнии

Число ударов молнии в год, которые принимают на себя стержневые молниеотводы при 100 грозовых часах в году, определяется по формуле:

, где h – высота молниеотводов, м;

а и b– длина и ширина площади защищаемой территории, м.

Например, при  и , .

Подстанция защищается стержневыми молниеотводами, при этом вероятность прорыва молнии в зону защиты молниеотвода составляет не более 5 %, то есть число прорывов молнии на подстанцию в среднем составит 1,4 раза за 100 лет эксплуатации. Таким образом, подстанция от прямых ударов молнии надежно защищена. Мало того, на небольших по размеру подстанциях напряжением 35-110 кВ, если они расположены в районах с числом грозовых часов в году менее 20, или на грунтах с большим удельным сопротивлением, допускается вообще не устанавливать стержневые молниеотводы.

4.5.2. Обратные перекрытия изоляции на подстанции

С целью экономии металла и уменьшения грозозащитного сопротивления заземления на некоторых подстанциях молниеотводы присоединяют к общему контуру заземления подстанции или их устанавливают на порталах сборных шин открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Обратные перекрытия изоляции на подстанции при ударах молнии

Если расстояние l(см. рис.4.2, а) от молниеотвода до контура заземления небольшое, то при ударе молнии в молниеотвод, в ближайших заземлителях контура возникает высокий потенциал. В случае если к этому месту контура подключено заземление корпуса электрической машины или другого оборудования, то произойдет обратное перекрытие изоляции с корпуса машины на ее обмотки. Для исключения обратного перекрытия расстояние l должно быть не менее 10-15 м. В этом случае индуктивное сопротивление соединяющей полосы оказывается достаточным для ограничения потенциала на корпусе машины. Рекомендуется так же установить индивидуальный заземлитель под молниеотводом с сопротивлением заземления не более 25 Ом. Если прожекторная мачта на подстанции используется для установки молниеотвода, то кабель питания прожектора должен быть помещен в металлическую трубу, причем эта труба должна быть проложена в земле на расстоянии не менее 10 м от мачты.

При установке молниеотвода на портале (см. рис. 4.2, б) возможно обратное перекрытие гирлянды изоляторов портала при ударе молнии в молниеотвод. При этом напряжение на спуске молниеотвода на высоте