Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Справочник по проектированию подстанций

Защита от грозовых перенапряжений - Справочник по проектированию подстанций

Оглавление
Справочник по проектированию подстанций
Особенности, технология и принципы проектирования подстанций
Стадии проектирования, состав и объем проектной документации
Исходные данные для проектирования, продолжительность
Техническое задание на разработку ТЭО
Классификация подстанций и присоединение их
Надежность главных схем
Автоматичность, эксплуатационные удобства и экономическая целесообразность схемы
Классификация схем
Синхронные компенсаторы,  конденсаторные батареи и реаторы в схемах
Расчет токов короткого замыкания
Электродинамическое и термическое действия токов короткого замыкания
Ограничение токов короткого замыкания
Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью
Типы и технические характеристики трансформаторов
Выборы мощности и числа устанавливаемых трансформаторов
Выключатели
Разъединители, отделители, короткозамыкатели
Источники реактивной мощности
Характеристики трансформаторов, выключателей
Провода, шины, кабели, изоляция
Механический расчет жесткой ошиновки
Механический расчет проводов гибкой ошиновки ОРУ
Защита от грозовых перенапряжений
Заземление
Собственные нужды переменного тока
Электрическое освещение
Нормы освещенности подстанций
Классификация и принципы выполнения схем управления, сигнализации и автоматизации
Организация управления элементами подстанций
Регулирование напряжения и охлаждение силовых трансформаторов
Автоматическая компенсация емкостного тока замыкания на землю
Организация сигнализации элементами ПС
Питание цепей оперативным током, аппаратура схем, маркировка
Электрические измерения и учет электроэнергии
Фасады и компоновка панелей, ряды зажимов схем управления, автоматики, защиты, сигнализации
Монтажные схемы и кабельные журналы
Оперативный ток, источники постоянного тока
Шкафы КРУ, КРУН, КТП, КТПН
Релейная защита
Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов
Релейная защита шунтирующих и компенсационных реакторов
Защита синхронных компенсаторов
Защита шин
АПВ и АВР
УРОВ
Защита элементов собственных нужд
Принципы компоновок распределительных устройств
Открытая установка маслонаполненного оборудования
Компоновка закрытых распределительных устройств и подстанций
Комплектные распределительные устройства с газовой изоляцией
Эксплуатационные и вспомогательные средства
Рельсовые пути для перекатки трансформаторов и стационарные анкеры
Ограды
Выбор площадки для строительства
Состав комиссии и акт выбора площадки
Особенности выбора и согласования площадки, размещаемой на территории города
Технико-экономическое сравнение вариантов выбора площадки
Генеральный план
Горизонтальная планировка
Внутриплощадочные автомобильные дороги и проезды
Инженерные сети
Вертикальная планировка
Озеленение и благоустройство территории
Технико-экономические показатели генерального плана
Приложение к генеральному плану
Режимы работы строительных конструкций ОРУ
Опоры под ошиновку и оборудование
Кабельные лотки, каналы
Здания и фундаменты синхронных компенсаторов
Отопление и вентиляция зданий
Водоснабжение, канализация, отвод масла
Противопожарные мероприятия
Приложение к здания и фундаменты
Защита окружающей среды
Защита от шума
Устройства связи и сигнализации
Внешняя связь
Требования к помещениям для узлов связи и к размещению оборудования связи
Пожарная сигнализация
Охранная сигнализация и охранное освещение
Основные положения по организации строительства и сметы
Особенности проектирования ПС в северных труднодоступных районах
Рекомендации но усилению стальных конструкций

Раздел шестой
ЗАЩИТА ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Опасные грозовые перенапряжения в РУ ПС возникают как при непосредственном поражении их молнией, так и при набегании на ПС грозовых волн с ВЛ в результате поражения проводов ВЛ молнией или удара молнии в вершину опоры или трос.
Защита от прямых ударов молнии предусматривается для всех ОРУ и ПС напряжением 20-1150 кВ за исключением: ПС 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 MBA и менее независимо от количества трансформаторов и от числа грозовых часов в году и всех ОРУ и ПС напряжением 20 и 35 кВ в районах с числом грозовых часов в году не более 20, а также ОРУ и ПС напряжением до 220 кВ на площадках с эквивалентным удельным сопротивлением земли в грозовой сезон более 2000 Ом·м при числе грозовых часов в году не более 20.
Защита ОРУ напряжением 220 кВ и выше осуществляется, как правило, молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях ОРУ. Возможно применение и отдельностоящих молниеотводов.
Открытые РУ 110 и 150 кВ могут защищаться стержневыми молниеотводами, установленными на конструкциях, если эквивалентное удельное сопротивление земли в грозовой сезон - до 1000 Ом-м независимо от площади заземляющего контура ПС и от 1000 до 2000 Ом-м при площади заземляющего контура ПС 10 000 м2 и более.
Установка молниеотводов на конструкциях ОРУ 35 кВ допускается при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон до 50 Ом-м независимо от площади заземляющего контура ПС и до 750 Ом-м при площади заземляющего контура ПС более 10 000 м2.


Рис.6.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м

Рис.6.3. Значение наименьшей ширины зоны защиты двух стержневых молниеотводов

Рис. 6.2. Зона защиты двух равновысоких стержневых молниеотводов высотой до 60 м

при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон не более 350 Ом·м и при соблюдении следующих условий:
непосредственно на всех выводах обмоток 3-35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них по ошиновке, включая ответвления к разрядникам, должны быть установлены вентильные разрядники;
должно быть обеспечено растекание тока молнии от стойки конструкции с молниеотводами не менее чем по трем направлениям по магистралям заземления;
на каждом направлении на расстоянии 3-5 м от места присоединения к магистрали стойки с молниеотводом должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 5 м;
Рис. 6.4. Горизонтальное сечение зоны защиты на уровне hx трех стержневых молниеотводов одинаковой высоты р 1, 2, 3 - молниеотводы

Установка молниеотводов на трансформаторных порталах, порталах шунтирующих реакторов и конструкциях ОРУ, удаленных от трансформаторов или реакторов по магистралям заземления на расстояние менее 15 м, допускается
на ПС с высшим напряжением 20 и 35 кВ при установке молниеотвода на трансформаторном портале сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом без учета заземлителей, расположенных вне контура заземления ОРУ.
Если установка молниеотводов на конструкциях ОРУ не допускается или нецелесообразна, то защита от прямых ударов молнии выполняется отдельными молниеотводами, имеющими обособленные заземлители с сопротивлением не более 80 Ом при импульсном токе 60 КА.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м (рис. 6.1) определяется соотношением

где hx - высота точки на границе защищаемой зоны; ha - активная высота молниеотвода - превышение его над уровнем высоты hx; h - высота молниеотвода; р - коэффициент, зависящий от h:р = 1 при h <30 м и р = 5,5/√h при h>30 м.
Зона защиты двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты (рис. 6.2) определяется внешним радиусом rх, рассчитываемым по приведенной выше формуле для одиночного молниеотвода, и наименьшей шириной зоны защиты bх, определяемой по рис. 6.3.
Зоны защиты трех (рис. 6.4) и четырех (рис. 6.5) молниеотводов значительно превышает сумму зон защиты одиночных молниеотводов. Расчет размеров rх и bх производится по формулам и графикам, приведенным выше. Так как ОРУ располагаются на достаточно большой территории, они, как правило, защищаются несколькими молниеотводами. В этом случае внешняя часть зоны защиты определяется так же, как и зона защиты двух молниеотводов. Объект высотой hx, находящийся внутри треугольника или прямоугольника, в вершинах которого установлены молниеотводы, защищен в том случае, если диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, в которых установлены молниеотводы, или диагональ прямоугольника, в углах которого находятся молниеотводы, удовлетворяет условию D <8 p(h -hx) = 8pha.

Рис. 6.6. Зона защиты двух молниеотводов разной высоты:
1, 2- молниеотводы; 3 - вершина фиктивного молниеотвода

Рис. 6.5. Горизонтальное сечение зоны защиты на уровне hx четырех стержневых молниеотводов одинаковой высоты.

 При произвольном расположении молниеотводов это условие должно быть проверено для каждых трех ближайших друг к другу молниеотводов в отдельности. При всех условиях высота hx должна быть меньше высоты hn, определенной для каждой отдельно взятой пары молниеотводов.
Зона защиты двух молниеотводов различной высоты определяется следующим образом (рис 6.6): вокруг молниеотвода 1 большей высоты строится зона защиты, как для одиночного молниеотвода. Далее через вершину молниеотвода 2 меньшей высоты проводится горизонтальная линия до пересечения с зоной защиты молниеотвода 1. Принимая эту точку пересечения за вершину некоторого фиктивного молниеотвода 3 той же высоты, что и меньший молниеотвод, строят зону защиты для двух молниеотводов 2 и 3, очертания которой ограничивают внутренний участок зоны защиты.
Здания ЭРУ и закрытых ПС защищаются от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20 при количестве поражений молнией в год более 0,1.
Защита зданий, имеющих металлические покрытия кровли или железобетонные несущие конструкции кровли, выполняется заземлением этих покрытий. Для защиты зданий, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий либо несущих конструкций или не может быть заземлена, следует устанавливать стержневые молниеотводы или молниеприемные сетки непосредственно на крыше зданий.
Защита оборудования ПС от набегающих по ВЛ волн перенапряжений осуществляется защитой подходов ВЛ от прямых ударов молнии тросом, установкой на ВЛ исковых промежутков и трубчатых разрядников, а также установкой на ПС вентильных разрядников. Длина защищенных тросом подходов ВЛ, сопротивление заземления опор, количество тросовых молниеотводов и защитные углы приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1. Защита ВЛ от прямых ударов молнии на подходах к РУ и подстанциям

Применяется только для ПС с трансформаторами мощностью до 1,6 MB A.. Примечания: 1. Выбор длины защищаемого подхода производится с учетом расстояний между вентильным разрядником (ограничителем перенапряжений) и защищаемым оборудованием.

  1. На подходах ВЛ 110-330 кВ с одностоечными двухцепными опорами заземляющие устройства опор рекомендуется выполнять с сопротивлением, вдвое меньшим указанного в таблице.

  1. На железобетонных опорах допускается угол защиты до 30°.
  2. Для опор с горизонтальным расположением проводов, устанавливаемых

на земле с эквивалентным удельным сопротивлением более 1000 Ом-м, допускается сопротивление заземляющего устройства 30 Ом.

Таблица 6.2. Наибольшие допустимые расстояния от вентильных

  1.  Защита от грозовых перенапряжений разрядников до защищаемого оборудования 35-220 кВ


Примечания: 1. Расстояния от вентильных разрядников до электрооборудования, работающих ВЛ: на напряжении 110 кВ - 7 и более; 150 кВ - 6 и более; на 220 кВ - 4 и

  1. Допустимые расстояния определяются до ближайшего вентильного разрядника.
  2. При использовании ограничителей перенапряжений типа ОПН вместо разрядников увеличены в 1,5 раза кроме силовых трансформаторов, не ограничиваются при количестве параллельно более.

II группы по ГОСТ 16357-83 расстояния до силовых трансформаторов могут быть


Защита от грозовых перенапряжений и заземление


Таблица 6.4. Наибольшие допустимые расстояния от вентильных разрядников до защищаемого оборудования
напряжением 500 кВ

Таблица 6.5. Наибольшие допустимые расстояния от вентильных разрядников типа РВМК-750 до защищаемого оборудования 750 кВ

При расстоянии от оборудования, установленного на вводе ВЛ на подстанцию (конденсатор связи, линейный разъединитель и др.) до точки присоединения ВЛ к ошиновке подстанции - не более 45 м.
9 То же, - не более 90 м.
6.1. Защита от грозовых перенапряжений
При использовании ограничителей перенапряжений типа ОПН, в том числе в РУ со сниженными воздушными изоляционными промежутками, допустимые расстояния до силовых трансформаторов (автотрансформаторов) и шунтирующих реакторов могут быть увеличены в 1,3 раза.
Таблица 6.6. Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений до защищаемого оборудования 110-220 кВ* РУ со сниженными воздушными изоляционными промежутками


Номинальное напряжение, кВ

Длина защищенного тросом подхода ВЛ, км

Расстояние от силового трансформатора до ближайшего ограничителя
перенапряжений, м

РУ по схеме “Блок- трансформатор-линия” 2хОПН
Один комплект у силового трансформатора, второй - в линейной ячейке

РУ с двумя ВЛ и двумя трансформаторами 4хОПН
Два комплекта у силовых трансформаторов, два - в линейных ячейках

РУ с тремя (и более) ВЛ и двумя трансформаторами 5хОПН (и более). Два комплекта у силовых трансформаторов, три (и более) - в линейных ячейках

1

2

3

4

5

220

1,0

60

75

120

1,5

80

105

160

2,0

110

140

200

2,5

130

190

250

3,0

150

240

280

 

Таблица 6.7. Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений до защищаемого
оборудования 330-500 кВ*РУ со сниженными воздушными изоляционными промежутками

 

 

Расстояние от силового трансформатора (автотрансформатора) и шунтирующего реактора до ближайшего ограничителя перенапряжений, м

Номинальное
напряжение,
кВ

Длина защищенного тросом подхода ВЛ, км

РУ по схеме “блок-трансформатор - линия 2хОПН
Один комплект у силового трансформатора, второй - в линейной ячейке

РУ с двумя ВЛ и одним трансформатором по схеме “треугольник” 3хОПН
Один комплект у силового трансформатора, два - в линейных ячейках

РУ с двумя ВЛ и двумя трансформаторами по схеме “четырехугольник” 4хОПН
Два комплекта у силовых трансформаторов, два — в линейных ячейках

РУ с тремя (и более) ВЛ и одним трансформатором 4хОПН
Один комплект у силового трансформатора, три (и более) в линейных ячейках

РУ с тремя (и более) ВЛ и двумя трансформаторами 5хОПН
Два комплекта у силовых трансформаторов, три (и более) в линейных ячейках

1

2

3

4

5

6

7

330

2,0

90

130

190

290

330

2,5

105

160

250

330

380

3,0

120

200

300

380

430

500

2,0

90

200

430

1000

1000

2,5

110

240

480

1000

1000

3,0

130

285

540

1000

1000

 


Рис. 6.7. Схема защиты ПС от грозовых перенапряжений с ВЛ
Если ВЛ 35-220 кВ построена на деревянных опорах, то на первой опоре подхода, считая со стороны ВЛ, необходимо установить комплект трубчатых разрядников.
В РУ напряжением 35 кВ и выше, к которым присоединены ВЛ, устанавливаются вентильные разрядники.
Для защиты обмоток автотрансформаторов и трансформаторов, имеющих основной уровень изоляции по ГОСТ, и шунтирующих реакторов 500 кВ вентильные разрядники устанавливаются непосредственно у защищаемого объекта, без коммутационных аппаратов. Неиспользованные обмотки НН и СН силовых трансформаторов, а также обмотки, временно отключенные от шин РУ в грозовой период, соединяются в звезду или треугольник и защищаются вентильными разрядниками, включенными между вводами каждой фазы и землей.
Распределительные устройства 3-20 кВ, к которым присоединены ВЛ, защищаются вентильными разрядниками, установленными на шинах или у трансформатора.
Защиту ПС напряжением 35-110 кВ с трансформаторами мощностью до 40 МВ·А, присоединяемых к ответвлениям протяженностью менее требуемой длины защищаемого подхода (табл. 6.1) от действующих ВЛ с деревянными, металлическими или железобетонными опорами без троса, допускается выполнять по упрощенной схеме (рис. 6.7), включающей: установку вентильных разрядников на расстоянии не более 10 м от трансформатора при использовании вентильных разрядников III группы и не более 15 м при использовании вентильных разрядников II группы, при этом расстояние от разрядников до остального оборудования не должно превышать соответственно 50 и 75 м; тросовые молниеотводы подхода к ПС, сооруженные на всей длине ответвления, при длине подхода менее 150 м тросовыми или стержневыми молниеотводами дополнительно защищаются по одному пролету ВЛ по обе стороны от
ответвления; комплекты трубчатых разрядников РТ1 и РТ2 с сопротивлением заземления не более 10 Ом, устанавливаемые на деревянных опорах: РТ2 на первой опоре с тросом со стороны ВЛ или на границе участка, защищаемого стержневыми молниеотводами, и РТ1 на незащищенном участке ВЛ на расстоянии 150-200 м от РТ2 (при длине более 500 м разрядники РТ1 не устанавливаются).
В РУ 35 кВ и выше, к которым присоединены ВЛ, должны быть установлены либо вентильные разрядники, либо ограничители перенапряжения (ОПН).
Расстояние по шинам, включая ответвления, от разрядников до трансформаторов и аппаратов должны быть не более указанных в табл. 6.2-6.4, при этом ОПН могут быть приравнены к разрядникам первой группы.
Разрядники (ОПМ) должны быть установлены без коммутационных аппаратов в цепи между разрядником и трансформатором (автотрансформатором, шунтирующим реактором) в случаях защиты:

  1. обмоток всех напряжений силовых трансформаторов, имеющих автотрансформаторную связь;
  2. обмоток 330 и 500 кВ трансформаторов;
  3. обмоток 150 и 220 кВ трансформаторов, имеющих уровень изоляции по ГОСТ 1516.1-76*;
  4. шунтирующих реакторов 500 кВ.

В тех случаях, когда разрядники, установленные на трансформаторах не защищают все остальное оборудование, необходимо установить разрядники на шинах.



 
« Современная система противопожарной защиты кабелей   Сравнение вакуумных и элегазовых выключателей среднего напряжения »
электрические сети