Влияние способа заземления.
После установления уровней изоляции линий передачи и подстанций наступил длительный период проверки. К этому времени стали более ясными величины перенапряжений на изоляции и начали использоваться новые и лучшие конструкции и более эффективные защитные мероприятия. Имевшиеся ранее дефекты систем с глухим заземлением нейтрали постепенно устранялись, и число перерывов энергоснабжения сократилось. Благодаря этому возникла тенденция к снижению уровней изоляции. Меньше изменений претерпели уровни изоляции систем с напряжением до 100 кВ. В этих системах влияние способа заземления нейтрали на уровень изоляции практически отсутствует.
Системы 115—161 кВ образуют специальную группу, в которой коммутационные операции могут повести к потере эффективного заземления в отдельных частях системы, в частности в секциях, в которых отсутствуют трансформаторы. Применение пониженного уровня изоляции возможно только для трансформаторов с глухим заземлением нейтрали.
Для систем с напряжением 230 кВ и выше имеется тенденция к снижению уровня изоляции и трансформаторов и распределительных устройств. Однако при этом нельзя недооценивать того обстоятельства, что при снижении уровня изоляции возрастает частота случаев, когда амплитуда перенапряжений приближается к уровню прочности изоляции системы.
Не следует думать, что прогресс, который открыл возможность снижения уровней изоляции, не имел отношения к системам, которые не имеют глухого заземления нейтрали. Выбор того или иного способа заземления нейтрали тесно связан с вопросами изоляции системы. Эта связь осуществляется через посредство грозовых разрядников. Разрядники для систем с заземленной нейтралью имеют меньшее рабочее напряжение, благодаря чему имеется возможность уменьшить пробивное напряжение искровых промежутков и улучшить защитный уровень разрядника.
Следовательно, характеристики современных грозовых разрядников являются ключом для решения проблемы изоляции.
Однако если тот же защитный эффект будет гарантирован действием других факторов (например, если имеется достаточное число отходящих линий [Л. 73]), соотношение между уровнем изоляции и способом заземления нейтрали теряет значение. Аналогичное положение будет иметь место, если вместо грозовых разрядников применяются защитные промежутки совместно с быстродействующим повторным включением.
Линии электропередачи
В предыдущем параграфе мы видели, что условием, которому должна удовлетворять линейная изоляция, является способность ее противостоять перенапряжениям внутреннего происхождения. Они являются более длительными, чем грозовые перенапряжения, поэтому соответствующая прочность изоляции с некоторым запасом устанавливается на основании испытаний при напряжении промышленной частоты.
Бьюлей [Л. 18] считает, что сухоразрядное напряжение промышленной частоты должно быть выбрано по крайней мере с запасом 10% по отношению к величине, в 5,5 раза большей нормального фазного напряжения (пунктирная линия на рис. 67). Таким образом, он строит ступенчатую линию допустимых минимумов линейной изоляции. Интервалы изменений уровней изоляции реальных линий представлены вертикальными прямыми, на которых средние значения указаны точками. Наклонные прямые линии из начала координат соответствуют различным кратностям перенапряжений, причем там же отмечены и вероятности в процентах. Очевидно, что естественный процесс развития линий электропередачи стабилизировался на уровнях, которые согласно Бьюлею могут быть истолкованы как уровни, выдерживающие внутренние перенапряжения.
Льюис [Л. 63] считает, что уровень изоляции порядка 3,5-кратного фазного напряжения является достаточным для современных систем. Уровень изоляции линии должен быть достаточным при дожде. По этой причине его критерием является мокроразрядное напряжение переменного тока. Оно характеризует прочность изоляции при внутренних перенапряжениях с запасом, и некоторые исследователи получили, что прочность станционного и линейного оборудования при коммутационных перенапряжениях составляет 90—95% минимального импульсного разрядного напряжения и для сухих и для влажных условий.
Рис. 67. Минимальные и средние уровни изоляции линий электропередачи, сопоставленные с уровнями коммутационных перенапряжений.
В табл. 10 (колонки 3 и 4) даны средние сухо- и мокроразрядные напряжения для систем, работающих в США.
Из таблицы следует, что средняя прочность штыревого изолятора вполне удовлетворительна, в то время как гирлянды подвесных изоляторов вплоть до 115 кВ имеют большие запасы (мокроразрядное напряжение достигает 5-кратного и более). Прочность изоляции систем 138—230 кВ все еще остается высокой, порядка 4,5-кратной, что дает существенный запас в случае применения выключателей современной конструкции. Две последние колонки таблицы дают возможность провести сравнение между средней импульсной прочностью линейной изоляции и базисными импульсными уровнями, принятыми в США для оборудования распределительных устройств и трансформаторов [Л. 69 и 72].
Спори и Монтес [Л. 67] дают (табл. 11) сравнительные характеристики линий передачи на стальных опорах, эксплуатируемых в США.
Таблица 10
Способ заземления нейтрали не является определяющим фактором для выбора линейной изоляции. Для линий, не являющихся абсолютно грозоупорными, некоторое снижение уровня изоляции привело бы к увеличению числа грозовых аварий. Что касается волн внутреннего происхождения, влияние способа заземления также отступает на второй план благодаря наличию более важных факторов (см. § 11.4 этой главы).
Опасность перенапряжений при дуговых замыканиях на землю заключается не столько в их абсолютной величине, сколько в продолжительности перенапряжения, которая, однако, может быть ограничена каким-либо способом заземления.
Существенно отличное положение имеет место в системах с напряжением выше 115 кВ, если только выполнены три условия:
а) Линии передачи должны иметь абсолютно грозоупорные конструкции, экономически возможные даже для сниженного уровня изоляции.
б) Все части системы должны иметь глухо заземленные нейтрали и в нормальных и в аварийных условиях.
в) Должны применяться современные выключатели и защитное оборудование.
В таких случаях можно ориентироваться на пониженный уровень коммутационных перенапряжений. Вплоть до 115 кВ условие «а» выполняется редко. Вплоть до 161 кВ условие «б» не всегда выполняется. И только для систем с напряжением более 230 кВ имеются реальная возможность ограничения коммутационных перенапряжений в силу условия «в» и малая возможность выбора между глухим и неглухим заземлением нейтрали [Л. 64]. При этом, однако, не следует оставлять без внимания влияние сниженных уровней изоляции на корону и радиопомехи.
В особых условиях находятся системы, прочность изоляции которых может считаться зависящей от осадков или тумана. Это имеет особое значение для систем с напряжением выше 230 кВ.
Громадное большинство всех систем не обладает абсолютной грузоупорностью. Для них всякое снижение уровня изоляции линии передачи означает увеличение числа отключений и требует более тщательной разработки грозовой защиты; исключение представляет случай резонансного заземления, при котором грозовые перекрытия ликвидируются компенсирующими устройствами.
