Как элемент настройки, так и силовая катушка заградителя подвергаются опасным воздействиям при атмосферных и коммутационных перенапряжениях и к. з. Б результате атмосферных разрядов токи в линии могут достигать 10—250 кА, создавая опасные перенапряжения в различных местах электрических установок. Эти перенапряжения в отличие от коммутационных не зависят от рабочего напряжения установки и характеризуются длительностью в несколько десятков микросекунд.
Атмосферные перенапряжения представляют наибольшую опасность для изоляции электрических установок, в том числе и для элементов настройки заградителей, и конденсаторов связи. Эти перенапряжения разделяют на индуктированные и от прямого удара молнии. Случай прямого удара молнии в зоне подхода ВЛ к подстанции — явление весьма редкое благодаря наличию на подходах специальных мер защиты. Опыт показывает, что индуктированные перенапряжения не превышают 300—400 кВ.
Характер импульсной волны, приходящей на подстанцию при разрядах молнии или к. з., определяется характеристикой координирующего промежутка или разрядника, установленного на подходе линии к подстанции, н затуханием на этом участке импульсной волны. Естественно, что при больших импульсных токах и напряжениях, воздействующих иа заградитель, устройство защиты должно во всех случаях надежно защитить элементы настройки и предохранить их от повреждения. Если ’принять, что начальный участок фронта волны перенапряжения на подходе к подстанции практически не сглаживается, то весьма существенную роль для защиты элементов настройки будет иметь крутизна вольт-секундной характеристики разрядника, являющегося основным элементом устройства защиты. На рис. 3-22,а показана падающая на заградитель стандартная волна напряжения 1,5/40 мкс, действующая на разрядник и элемент настройки.
Рис. 3-22. График распределения падающей волны напряжения на элементах ВЧ заградителя.
а — стандартная волна напряжения 1,5/40 мкс; б — волна напряжения с крутым фронтом; ∆t — время нарастания напряжения до uC; uразр — напряжение, при котором начинает работать разрядник; uС — напряжение, при котором пробивается конденсатор настройки заградителя.
Несогласованность временной характеристики разрядника при волнах с крутым фронтом с электрической прочностью конденсаторов настройки может быть причиной пробоя конденсаторов.
С увеличением крутизны фронта волны (рис. 3-22,б) напряжение на конденсаторах настройки возрастает еще быстрее. Таким образом, искровой промежуток разрядника должен иметь меньшее запаздывание разряда по сравнению с защищаемой изоляцией элемента настройки. Это особенно важно для элементов настройки, в которых применяются конденсаторы с диэлектриком из слюды, поскольку в слюде весьма быстро возникают ионизационные процессы и запаздывание пробивного разряда очень мало.
Разрядник должен также обеспечить обрыв сопровождающего тока промышленной частоты, проходящего через разрядник после пробоя искрового промежутка импульсной волной напряжения. При нормальной работе разрядник обрывает возникающий в нем ток в течение одного полупериода частотой 50 Гц. Это условие может быть соблюдено, если напряжение, возникающее на зажимах силовой катушки при токе (сопровождающее напряжение), не превосходит рабочего напряжения разрядника.
Рис. 3-23. Схемы включения вентильного разрядника (а) и его вольт-амперная характеристика (б).
В устройстве защиты, как правило, применяется вентильный разрядник, состоящий из искрового промежутка и нелинейного вилитового резистора. Процессы, связанные с действием разрядника, протекают в общих чертах следующим образом (рис. 3-23,а): когда к месту установки разрядника подходит волна перенапряжения, пробивается искровой промежуток, так как он представляет собой более слабое место в изоляции той схемы, где он применен.
При пробое искрового промежутка разрядник оказывается включенным в схему и через него проходит ток разряда, который определяется напряжением на разряднике и его переменном (вилитовом) резисторе. Одновременно с током разряда через разрядник проходит ток промышленной частоты (сопровождающий ток), который создает в искровом промежутке электрическую дугу. Эта дуга погасится примерно через 0,01—0,02 с, после чего разрядник опять готов к действию.
Таким образом, разрядник должен выполнить следующие функции: понизить перенапряжение до пределов, безопасных для целости изоляции силовой катушки и элемента настройки (а в фильтре присоединения — элементов фильтра и кабеля), и быстро погасить возникающую при этом дугу. Напряжение на разряднике и, следовательно, на защищаемой изоляции определяется произведением тока, проходящего через разрядник, на его сопротивление. Переменное сопротивление вилитового резистора разрядника уменьшается с увеличением напряжения, т. е. имеет падающую характеристику. После пробоя искрового промежутка, как только напряжение на разряднике начнет уменьшаться, сопротивление вилитового резистора возрастает, благодаря чему ускоряется гашение дуги в промежутке. Зависимость тока от напряжения для дискового вилитового резистора показана на рис. 3-23,б. Через вилитовый диск диаметром 75 мм можно пропускать без повреждения материала импульсный ток до 10 кА.
Рис. 3-24. Схема устройства защиты заградителя.
а — с защитной катушкой Lд; б — с двумя разрядниками и защитной катушкой
Схема устройства защиты ВЧ заградителя, приведенная на рис. 3-15, состоит из одного разрядника, но она не гарантирует от пробоя конденсаторов настройки при волнах напряжения с крутым фронтом. Более надежную защиту конденсаторов настройки обеспечивает схема, в которой применена добавочная защитная катушка Lд (рис. 3-24,а). При определенной индуктивности Lд большая часть напряжения падающей волны приходится на защитную катушку, а меньшая — на конденсатор элемента настройки. Напряжение на конденсаторе настройки оказывается значительно меньшим, чем на силовой катушке. До того, как напряжение на конденсаторе настройки достигнет значения Uc(рис. 3-22), успеет сработать разрядник. Однако в контуре LДС также может возникнуть колебательный переходный процесс, как и в самом контуре заградителя, с опасным перенапряжением для конденсаторов настройки. Для устранения перенапряжения, вызванного переходным процессом после пробоя разрядника, параллельно конденсаторам настройки включается второй разрядник с такими же характеристиками, как и первый (рис. 3-24,б).
Для защиты заградителей рекомендуется выбирать разрядники с током разряда такой же величины, как у разрядников, устанавливаемых за заградителем на подстанции, но не менее 5 кА. Испытательное напряжение конденсаторов настройки рекомендуется выбирать в 2 раза больше номинального пробивного напряжения разрядника Uпроб.
Применение защитной катушки несколько снижает индуктивность силовой катушки заградителя и, следовательно, сужает полосу заграждения. Поэтому при оценке зависимостей индуктивности силовой катушки от полосы заграждения, показанных на рис. 3-20, обозначение L1 нужно рассматривать как эквивалентную индуктивность заградителя, равную примерно сумме индуктивностей силовой катушки и Lд.
Переносный заземляющий заградитель.
Для сохранения работоспособности ВЧ каналов связи по ВЛ при производстве ремонтных работ на линии применяются переносные заземляющие заградители. По правилам безопасности при этих работах все фазы линии заземляются с обеих сторон ремонтируемого участка временными заземленнями из-за чего нарушается работа ВЧ канала связи, действующего на этой линии. Заземление ВЛ на линейных разъединителях подстанций А и Б (рис. 3-2) заметно не изменяет характеристик ВЧ тракта, поскольку это заземление осуществляется за заградителями. Следовательно, чтобы не нарушалась работа канала связи, необходимо включение в цепь заземления хотя бы в одной из фаз заградителей с обеих сторон ремонтируемого участка линии.
К переносному заземляющему заградителю предъявляются ряд требований. Заземление через такой заградитель должно обеспечивать безопасность ремонтного персонала, как и при наличии глухого заземления. Падение напряжения на заградителе не должно превышать Г50 В при максимально допустимом для данного заградителя токе к. з. Заземление, выполненное с помощью заградителя, не должно быть нарушено в результате динамического или термического воздействия ТОКОВ К. З. В результате заземления ВЛ через переносные заградители в нескольких местах должна сохраняться работоспособность ВЧ каналов связи. Конструкция заградителя должна быть простой и надежной, а размеры и масса должны позволять переноску его одним человеком.
Рис. 3-25. Эквивалентная схема устройств присоединения и обработки ВЛ.
а — для случая передачи сигнала в линию; б — для случая приема сигнала с ЛИННИ.
Итак, при оценке затухания элементов присоединения и обработки ВЛ необходимо учитывать всю совокупность условий, обеспечивающих наилучшее прохождение сигнала:
согласование ВЧ аппаратуры с ВЧ кабелем;
согласование входного сопротивления фильтра присоединения с волновым сопротивлением кабеля;
согласование входного сопротивления фильтра присоединения с входным сопротивлением линии с учетом шунтирующего влияния подстанции через заградитель;
потери мощности сигнала в кабеле αкаб и устройстве присоединения с учетом заградителя αпр.
Расчетное значение затухания элементов присоединения и обработки определяется из выражения
(3-54)
