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
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.
- На подходах ВЛ 110-330 кВ с одностоечными двухцепными опорами заземляющие устройства опор рекомендуется выполнять с сопротивлением, вдвое меньшим указанного в таблице.
- На железобетонных опорах допускается угол защиты до 30°.
- 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
- 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
- Допустимые расстояния определяются до ближайшего вентильного разрядника.
- 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 | ||
РУ по схеме “Блок- трансформатор-линия” 2хОПН | РУ с двумя ВЛ и двумя трансформаторами 4хОПН | 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 | Длина защищенного тросом подхода ВЛ, км | РУ по схеме “блок-трансформатор - линия 2хОПН | РУ с двумя ВЛ и одним трансформатором по схеме “треугольник” 3хОПН | РУ с двумя ВЛ и двумя трансформаторами по схеме “четырехугольник” 4хОПН | РУ с тремя (и более) ВЛ и одним трансформатором 4хОПН | РУ с тремя (и более) ВЛ и двумя трансформаторами 5хОПН |
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:
- обмоток всех напряжений силовых трансформаторов, имеющих автотрансформаторную связь;
- обмоток 330 и 500 кВ трансформаторов;
- обмоток 150 и 220 кВ трансформаторов, имеющих уровень изоляции по ГОСТ 1516.1-76*;
- шунтирующих реакторов 500 кВ.
В тех случаях, когда разрядники, установленные на трансформаторах не защищают все остальное оборудование, необходимо установить разрядники на шинах.
