Схемы грозозащиты подстанций

Общие сведения Подстанция является весьма ответственным элементом электрической сети. От нее отходит ряд линий, питающих потребителей целого района. Перекрытие изоляции электрооборудования подстанции связано с отключением части подстанции и возможным погашением целого района.

Защита от прямых ударов молнии Для защиты подстанций от прямых ударов молнии применяются стержневые и тросовые молниеотводы. 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. Несколько близко расположенных молниеотводов взаимно способствуют усилению защитного действия и образуют «многократный молниеотвод».

Выбор схемы защиты подстанции сводится к нахождению оптимального с точки зрения критерия грозозащиты соотношения между указанными параметрами.

Схемы грозозащиты электрических машин, непосредственно подключенных в ВЛ.

Прохождение прямоугольной волны через L.

Внутренние перенапряжения. Комплекс мероприятий по ограничению перенапряжений

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ЗАЩИТЫ ОТ НИХ Под перенапряжением понимают любое напряжение, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (Uн.р) на изоляции элементов электрической сети. В зависимости от места приложения различают следующие виды перенапряжений: 1) фазные, воздействующие на изоляцию токоведущих частей по отношению к земле и имеющие наибольшее практическое значение; 2) междуфазные, возникающие на изоляции между токоведущими частями различных фаз; 3) внутриобмоточные, воздействующие на изоляцию между различными элементами обмотки (витками, катушками) одной фазы; 4) междуконтактные, приложенные между разомкнутыми контактами одноименных фаз коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей).

Общая характеристика внутренних перенапряжений Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. В зависимости от условий возникновения и возможной длительности воздействия на изоляцию различают коммутационные, квазистационарные и стационарные перенапряжения. Коммутационные перенапряжения возникают в результате внезапных изменений схемы или параметров сети — коммутаций в широком смысле слова. Типичными коммутациями являются плановые и аварийные отключения и включения линий, трансформаторов и других элементов сети, а также замыкания на землю и между фазами Меры по ограничению перенапряжений. Кратковременные (коммутационные) перенапряжения могут достигать (3—3,5) Uф. Столь высокие перенапряжения возникают при следующих коммутациях:

неустойчивые дуговые замыкания на землю в системах с изолированной нейтралью, отключение ненагруженных линий, сопровождающееся повторными зажиганиями дуги в выключателе, отключение ненагруженных трансформаторов, автоматическое повторное включение, одностороннее отключение за батареей конденсаторов продольной компенсации в электропередачах СВН, отключение линии СВН в режиме асинхронного хода.

Защита от внутренних перенапряжений основана на следующих принципах: ограничение числа режимов, в которых могут возникать опасные перенапряжения, с помощью схемных мероприятий; ограничение амплитуд установившихся напряжений, что приводит также и к снижению перенапряжений переходного процесса;

ограничение перенапряжений только переходного процесса (Kуд); ограничение длительности или исключение опасных режимов с помощью релейной защиты и системной автоматики. Средства, предназначенные для выполнения первых двух способов, в некоторых случаях могут быть одинаковыми, например использование реакторов на линиях.

Схемные мероприятия и средства ограничения установившихся перенапряжений. К числу схемных мероприятий для ограничения внутренних перенапряжений относятся установка пониженных коэффициентов трансформации, ограничение минимального числа работающих генераторов, использование шунтирующих реакторов на высшем и среднем (или третичном) напряжении, вынос измерительных электромагнитных трансформаторов напряжения на линию, применение схем без выключателей на стороне высшего напряжения. Применение блочных схем без выключателей на стороне высшего напряжения исключает режимы, при которых к шинам станции или системы присоединена разомкнутая на конце линия. Поскольку отключение нагрузки осуществляется на стороне низшего или среднего напряжения, в конце линии оказывается включенным ненагруженный трансформатор или автотрансформатор. Такая схема способствует ограничению перенапряжений при отключении ненагруженной линии или АПВ. Кроме того, нелинейная характеристика намагничивания трансформатора ограничивает повышения напряжения основной частоты, но способствует развитию колебаний на высших гармониках. Средства защиты от перенапряжений переходного процесса. Существуют два способа защиты от коммутационных перенапряжений всех видов, основанные на различных принципах. Первый принцип защиты заключается в ограничении перенапряжений, возникших во время какой-либо коммутации, с помощью специальных вентильных разрядников, обладающих повышенной пропускной способностью по сравнению с грозозащитными. Разновидностью этого способа является применение в отдельных случаях искровых промежутков. Второй принцип защиты заключается в предотвращении возникновения больших перенапряжений путем применения выключателей, обеспечивающих наиболее благоприятное протекание коммутации. Эта цель в свою очередь может быть достигнута двумя способами. Первый способ — управление моментом включения так, чтобы замыкание цепи происходило при минимальной разности потенциалов на контактах выключателя. Второй способ — применение выключателей двухступенчатого действия или, как их не вполне точно называют, выключателей с шунтирующими резисторами. Включение цепи происходит сначала через резистор RШ, который демпфирует переходный процесс; затем этот резистор шунтируется главными контактами выключателя. Размыкание цепи происходит в обратном порядке. Использование этого мероприятия является эффективным при всех коммутациях, но требования к значениям шунтирующих сопротивлений в разных случаях различны. Защита от внутренних перенапряжений установок различного номинального напряжения. Ограничение перенапряжений при отключении ненагруженных линий не может быть возложено на грозозащитные разрядники, установленные на подстанции, по двум причинам. Во-первых, разрядники должны находиться непосредственно на линии, во-вторых, они должны быть рассчитаны на отвод энергии, значительно большей, чем энергия, обусловленная грозовыми перенапряжениями. Создание таких разрядников технически возможно, но не является экономически оправданным, тем более что защита от перенапряжений этого вида может выполняться другими средствами — выносом на линию электромагнитных измерительных трансформаторов напряжения, применением выключателей с шунтирующими резисторами. Меры ограничения перенапряжений при отключении ЛЭП В энергосистемах России признано необходимым ограничивать перенапряжения в сетях 330 кВ и выше. Для сетей 330−750 кВ в комплекс защитных мероприятий входит секционирование дальних линий на участке линии длиной до 250−300 км, установка шунтирующих реакторов на линии, подключение разрядников комбинированного типа, осуществляющих одновременно функции защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений. Для сетей 1150 кВ кроме вышеперечисленного предлагается использовать шунтирующее сопротивление в выключателе, а также возможность синхронного включения линий. Опыт эксплуатации показывает, что такие меры обеспечивают достаточно эффективную защиту от коммутационных перенапряжений при плановых включениях линий. За рубежом более широкое распространение получили выключатели с шунтирующими сопротивлениями (включая сети 110 и 220 кВ). Меры по ограничению перенапряжений при отключении «холостых линий».

А. Увеличение скорости восстановления электрической прочности промежутка между контактами выключателя Б. Применение выключателей, обеспечивающих одновременность отключения фаз В. Применение шунтовых сопротивлений.