Глава пятая
ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
ЗАЩИТА ЛИНИЙ 6—10 кВ
Воздушные линии электропередачи б—10 кВ, не являющиеся характерным элементом для крупных энергоемких предприятий, все же встречаются на каждом из них и предназначаются для питания водозаборов, насосных различного назначения, складов, баз и т. п., находящихся на некотором удалении от основной производственной площадки. Поэтому необходимо рассмотреть вопросы, связанные с их защитой от атмосферных перенапряжений. Линии электропередачи 6—10 кВ в соответствии с указаниями ПУЭ не требуют специальных мер защиты от атмосферных перенапряжений. Линии, выполненные на деревянных опорах, имеют относительно высокий защитный уровень, оцениваемый двумя величинами: «земля — фаза» — около 14—21 кА и «фаза— земля» — около 4 кА.
При железобетонных опорах, получивших широкое применение, защитный уровень линий напряжением 6—10 кВ значительно ниже и для случая «земля—фаза» определяется только электрическими характеристиками изоляторов. В связи с этим совершенно необходимо иметь автоматическое повторное включение на линии. Для районов с интенсивной грозовой деятельностью (около 40—50 грозовых часов в год) целесообразно снабжать железобетонные опоры деревянными траверсами, что повышает защитный уровень линии до 4 кА. При этом для увеличения срока службы деревянных траверс необходимо антисептировать их заводским способом.
В условиях площадок промышленных предприятий воздушные линии электропередачи 6—10 кВ достаточно часто пересекают линии электропередачи более высокого напряжения, а также железнодорожные пути и автомобильные дороги. Эти пересечения часто выполняются путем устройства кабельных вставок в воздушные линии электропередачи 6—10 кВ.
Кабельные вставки в воздушных линиях являются в отношении изоляции ослабленным местом, и в соответствии с рекомендациями ПУЭ они защищаются от набегающих волн атмосферных перенапряжений трубчатыми разрядниками, устанавливаемыми по обоим концам кабеля. Заземляющие спуски от разрядников должны быть присоединены к металлической оболочке кабеля. Трубчатые разрядники заменяются вентильными разрядниками, в том случае если для работы трубчатого разрядника токи короткого замыкания малы. На воздушных линиях 6—10 кВ промышленных предприятий применяются отпайки через разъединители от основной линии. Величины импульсных разрядных напряжений изоляции разъединителя ниже, чем линейной изоляции, поэтому разъединитель также обычно защищают комплектом трубчатых или вентильных разрядников.
ЗАЩИТА ПОДХОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 6—10 кВ К ПОДСТАНЦИЯМ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВАМ
Защита подходов воздушных линий электропередачи 6-10 кВ к подстанциям и распределительным устройствам осуществляется согласно рекомендациям ПУЭ по одной из следующих схем:
а) при воздушном подходе ВЛ — по схеме на рис. 5-1,а;
б) при кабельном подходе ВЛ — по схеме на рис. 5-1,6.
Для защиты переключательных пунктов 6—10 кВ должны устанавливаться трубчатые разрядники по 1 компл. на концевой опоре каждой питающей линии.
Рис. 5-1. Схема защиты подходов воздушной линии к подстанциям и РУ.
а— воздушные подходы; б —кабельные подходы ВЛ; PT1, РТ2 — трубчатые разрядники; РВ — вентильный разрядник; К-1, Л-2, А-3 — концевая, промежуточная и анкерная опоры.
При этом заземляющие зажимы разрядников должны присоединяться к заземляющему устройству переключательного пункта. Вращающиеся машины имеют низкую импульсную прочность по сравнению с другими электрическими машинами и аппаратами. К тому же в процессе эксплуатации импульсная прочность изоляции машины снижается и, как показали систематические испытания, не превышает 1,5. Таким образом, надежная работа машин при грозовых перенапряжениях может быть обеспечена только в случае, когда амплитуда воздействующего на них импульсного напряжения ограничена величиной 1,5 .
Правила устройства электроустановок не допускают присоединения воздушных линий электропередачи непосредственно к шинам распределительных устройств с генераторами мощностью свыше 15 000 кВА и синхронными компенсаторами мощностью свыше 20 000 кВА. Такое подсоединение допускается только через разделяющий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Для случаев, когда воздушные линии электропередачи 6—10 кВ присоединяются к шинам с генераторами мощностью 15000 кВА и менее с синхронными компенсаторами мощностью 20 000 кВА и менее и электродвигателями мощностью более 3 000 кВт, ПУЭ на базе работ, проведенных Всесоюзным научно-исследовательским институтом энергетики (ВНИИЭ) и Ленинградским политехническим институтом имени М. И. Калинина, дают следующие рекомендации по защите подходов воздушных линий:
- На шинах РУ, к которым присоединены вращающиеся машины, должны быть установлены магнитовентильные разрядники типа РВМ и емкости по 0,6 мкф на фазу [Л. 23].
- Уровень грузоупорности подхода линии 6—10 кВ должен быть не менее 60 кА.
Ниже приводится описание ряда схем защиты подходов линии к подстанциям с вращающимися машинами.
Рис. 5-2. Схема зашиты подхода ВЛ б—10 кВ к РУ с вращающимися машинами по схеме снижения уровня изоляции и защиты подхода тросовыми молниеотводами.
Схемы с воздушными подходами к подстанции. Схема со снижением уровня изоляции на землю и защитой подхода при помощи троса включает (рис. 5-2):
а) опору с искусственно сниженной по отношению к земле изоляцией, расположенную примерно на расстоянии 0,5 км от ввода в подстанцию;
б) собственно подход линии к подстанции, защищенный тросом и 2 компл. трубчатых разрядников; длина тросового участка на линии должна быть 250 м защитный угол троса не должен быть более 30° (желательно 20°); для этого необходимо иметь на тросовом участке опоры 35 кВ, так как при опорах 6—10 кВ возможны перекрытия с токоотвода на провод (из-за малых размеров опоры), а также трудно достичь необходимых величин защитных углов троса.
Для уменьшения числа возможных обратных перекрытий через разрядник на провод трос на опоре с РТ2 не заземляется. Для улучшения условий срабатывания разрядника РТ2 от части волны напряжения, пропущенной предыдущим разрядником РТ1 импульсное разрядное напряжение его должно быть на 25—30% ниже, чем у разрядника РТ1. Рассматривается вариант схемы, в которой вместо защиты подхода тросом предусматривается защита его отдельно стоящими стержневыми молниеотводами. Этот вариант показан на рис. 5-3.
Рис. 5-3. Схема защиты подхода линий 6—10 кВ к РУ с вращающимися машинами по схеме снижения уровня изоляции и защиты подхода стержневыми молниеотводами.
В этой схеме для снижения величины импульсного тока, проходящего через заземление разрядника РТ2, на участке между РТ 1 и РТ2 устанавливают ответвление к дополнительному заземлению в виде противовеса, прокладываемого в земле между опорой с РТ1 и соседней (в сторону РТ2 опорой), которая также должна иметь контур заземления.
Стержневые молниеотводы обычно устанавливаются в шахматном порядке вдоль линии. Расстояние в свету между молниеотводом и телом опоры или между молниеотводом и крайним проводом линии в отклоненном состоянии выбирается таким, чтобы была исключена возможность перекрытия с молниеотвода на линию; при любых обстоятельствах это расстояние должно быть не менее 5 м. Необходимое расстояние I определяется и выражения
где R — сопротивление растекания заземляющего кон тура молниеотвода, Ом.
Для создания молниеотводами требуемой зоны защиты расстояние между ними не должно превышать a = 7ha (рис. 5-4).
Рис. 5-4. Защита подхода линии со стержневыми молниеотводами.
I, 2, 3 — стержневые молниеотводы; h и Ла — полная и активная высоты молниеотвода; гх — радиус защитной зоны на уровне Нх.
Схема с защитой подхода стержневыми молниеотводами имеет большую надежность по сравнению со схемой, в которой подход защищается тросовыми молниеотводами.
Вероятность появления на вращающейся машине напряжения выше 1,5ном по данным ВНИИЭ в схеме с тросовым подходом может быть 1 раз в 40 лет, в то время как в схеме с защитой стержневыми молниеотводами— не чаще 1 раза в 80 лет.
Для установок, мощность вращающихся машин не более 3 000 квт, можно рекомендовать упрощенную схему защиты подходов без тросовых или стержневых молниеотводов (рис. 5-5). Однако такая схема допускается при резерве мощности.
Рис. 5-5. Упрощенная схема защиты электродвигателей (мощностью до 3000 кВт).
При воздушном подходе разрядник РТ3 устанавливается на последней (концевой) опоре перед подстанцией. В тех случаях, когда на подстанциях установлены машины 6—10 кВ мощностью до 15 000 кВт и воздушные линии присоединяются к шинам через реакторы, подходы на длине 100—150 м защищают от прямых ударов молнии стержневыми или тросовыми молниеотводами.
Рис. 5-6. Схема защиты вращающихся машин, подсоединенных к шинам подстанции через реактор. Пунктиром показан вариант при защите подхода воздушной линии тросом.
В начале защищенного подхода на ближайшей к реактору опоре устанавливается трубчатый разрядник (рис. 5-6).
Схема присоединения к подстанции через кабельную вставку. При реакторе на воздушной линии, присоединенной к шинам распределительного устройства через кабельную вставку, защита подхода выполняется по схеме на рис. 5-7.
Рис. 5-7. Схема защиты подхода воздушной линии при присоединении к распределительному устройству через кабельную вставку и реактор. Пунктиром показан тросовый вариант защиты подхода.
Заземляющие зажимы разрядников РТ1 и РТ2 соединяются с тросом, подвешенным на опорах на 2 ж выше фазных проводов, и присоединяются к металлической оболочке кабеля и заземлению у разрядника РГ2. На вводе кабельной перемычки (перед реактором) устанавливаются вентильные разрядники РВ для защиты изоляции ввода при отражении волны от индуктивности реактора. При длине кабельного подхода 1,0—1,5 км надобность в защите подхода вообще отпадает. При применении троса в схеме защиты подхода для соблюдения необходимых размеров между тросом и проводами, а также между тросом и землей необходимо принять на этом участке опоры выше на 1,5—2 м.
