Молния и молниезащита - О выборе испытательных напряжений для изоляции линий и оборудования подстанций

Появление в стандартах на испытания высоковольтной изоляции полных и срезанных грозовых импульсов относится к периоду освоения электропередач класса 110...200 кВ при ограничении грозовых перенапряжений разрядниками.  В соответствии с данными рис. 3.17 стандартные импульсы грозовых перенапряжений с формой 1,2/50 мкс вполне соответствуют реальной ситуации на подстанциях 110...220 кВ, а наличие трубчатых (а затем и вентильных) разрядников на защищенных подходах к подстанциям определило появление в стандартах срезанных импульсов грозовых перенапряжений. При переходе к более высоким напряжениям форма испытательных напряжений не пересматривалась. Не изменился подход к нормированию испытательных напряжений грозового происхождения и после широкого распространения ОПН и соответственно изъятия из употребления разрядников. Эти упущения необходимо ликвидировать в кратчайшие сроки с тем, чтобы полностью реализовать эффект от использования ОПН вместо разрядников. Конкретно необходимо исключить из норм на испытания изоляции высоковольтного оборудования срезанные импульсы грозовых перенапряжений. А длина фронта импульсов грозовых перенапряжений должна приниматься различной для каждого класса напряжения (или групп классов напряжения), а также для изоляции линий и подстанционного оборудования в соответствии с данными настоящей главы.
Изоляция воздушных линий электропередачи подвергается воздействию перенапряжений, повторяющих форму токов молнии (см. рис. 3.17): чем выше класс напряжения, тем длиннее фронт опасной волны грозового перенапряжения (могущей привести к перекрытию изоляции линии), и для линейной изоляции класса 500 кВ и выше фронт импульса испытательного напряжения должен составлять 10 мкс и более. Рекомендуемые максимальные значения и формы испытательных грозовых импульсов для изоляции линий с учетом данных рис. 1.15 о средней длине импульсов тока в зависимости от максимального значения тока молнии (см. табл. 3.4) приведены в табл. 3.28.
Изоляция оборудования подстанций подвергается воздействию перенапряжений, ограниченных коронным разрядом и ОПН, а также отражениями на подстанциях. Поэтому длина фронта импульсов грозовых перенапряжений, воздействующих на изоляцию оборудования подстанций, значительно меньше, чем для изоляции линий: длина фронта грозовых перенапряжений на оборудовании подстанций 110 и 220 кВ близка к длине стандартизованного испытательного импульса 1,2 мкс. Для оборудования подстанции 500 кВ длина фронта составляет около 2 мкс, 750 кВ - около 3 мкс и 1150 кВ - около 5 мкс. Такое значительное увеличение длины фронта испытательного импульса грозового перенапряжения приведет к значительному упрощению испытательных установок, а также к упрощению конструкции изоляции трансформаторов высших классов напряжения. 

Таблица 3.28

Таблица 3.29

При этом необходимо отметить, что необоснованное реальными воздействиями усложнение конструкции изоляции высоковольтного оборудования приводит не к повышению надежности его работы, а, напротив, к понижению. В соответствии с данными п. 3.1 о существенном влиянии коронного разряда на проводах линий на форму и максимальное значение срезанных перекрытиями линейной изоляции волн грозовых перенапряжений и принимая во внимание невозможность перекрытия линейной изоляции в пределах защищенного подхода линий к подстанциям при установке по концам подхода трехфазных комплектов ОПН необходимо также полностью исключить испытания изоляции высоковольтного оборудования (трансформаторов) срезанными импульсами грозовых перенапряжений, что также будет способствовать упрощению конструкции изоляции без снижения надежности ее работы в эксплуатации.

С учетом изложенного в настоящем пункте, а также принимая во внимание рекомендованные уровни воздействующих перенапряжений на изоляцию высоковольтного оборудования подстанций в табл. 3.24 и данные рис. 1.15 о средней длине импульсов тока в зависимости от максимальных токов молнии, значения которых приведены в табл. 3.4, можно предложить следующие максимальные испытательные импульсы грозовых перенапряжений  (относительно земли) для оборудования подстанций разных классов напряжения (табл. 3.29).
В последней строке табл. 3.29 приведены рекомендуемые формы испытательных импульсов грозовых перенапряжений. Для сравнения в табл. 3.30 приведены нормированные ГОСТ 1516.3-96 [54] испытательные напряжения полного грозового импульса для различного оборудования.
Из табл. 3.29 и 3.30 видно, что нормированные ГОСТ испытательные напряжения значительно превышают необходимые при ограничении грозовых перенапряжений на подстанциях с помощью ОПН. Избыточные испытательные напряжения всего оборудования подстанций определяют избыточные его габариты, массу и стоимость без каких-либо преимуществ в отношении надежности работы оборудования, поскольку повышенные перенапряжения при наличии ОПН возникнуть не могут. Соответственно увеличиваются площадь подстанций и высота ошиновки и всех несущих конструкций.
Анализ грозовых перенапряжений на линиях и подстанциях при наличии ОПН позволяет прогнозировать существенное снижение испытательных напряжений для всего оборудования подстанций и, соответственно, упрощение изоляции оборудования, уменьшение его габаритов и значительное удешевление.