Грозозащита электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей) имеет свои особенности:
а) уровень электрической прочности изоляции у машин, бывших длительное время в эксплуатации, значительно ниже, чем у другого электрооборудования;
б) отсутствуют вентильные разрядники, которое смогли бы обеспечить достаточно высокую надежность защиты такой изоляции от перенапряжений;
в) грозовые повреждения изоляции машины весьма значительны, так как через место пробоя изоляции машины продолжает протекать аварийный ток за счет эдс остаточного намагничивания даже после снятия возбуждения машины, отключенной от сети;
г) выход из строя электрических машин обуславливает большой ущерб народному хозяйству.
С учетом отмеченных особенностей для надежной грозозащиты электрических машин приходится использовать специальные мероприятия. В частности, на подходе линии устанавливают дополнительные разрядники, отводящие часть тока набегающей волны в землю и снижающие таким образом импульсное напряжение на машине. Кроме того, используется защитное действие кабельных вставок на подходах. Чтобы снизить крутизну фронта импульсов перенапряжения на зажимах машины, параллельно с ней подключают конденсаторы. Снижению крутизны фронта способствуют так же фидерные реакторы, установленные для ограничения токов короткого замыкания.
При наличии в схеме грозозащиты машины нескольких комплектов разрядников возникает необходимость обеспечить их надежное срабатывание. Для этого дополнительные разрядники включают на некотором удалении от основного в пределах длины защищенного подхода линии. Повышает надежность их срабатывания также и наличие последовательных реакторов между разрядниками.
Задача грозозащиты на много упрощается, если электрическая машина присоединяется к воздушной сети не непосредственно, а через трансформатор. В этом случае трансформатор существенно ограничивает амплитуду и крутизну импульсов грозовых перенапряжений на зажимах машины.
В качестве критерия эффективности грозозащиты электрических машин чаще всего используют показатель надежности грозозащиты, представляющий собой число лет безаварийной работы при грозовых ситуациях.
Изоляция машины имеет высокую начальную электрическую прочность, превышающую в 8-10 раз максимальное допустимое рабочее напряжение, причем коэффициент импульса для нее составляет Kи=1,3-1,6. В процессе эксплуатации электрическая прочность изоляции сильно снижается по различным причинам: вибрации, короны, электродинамических усилий, возникающих при к. з.; испарения летучих веществ и пересыхания; растрескиваний и т. д. При этом Ки падает до 0,7-1,0 и ниже [11, 13].
Изоляция не реже одного раза в один-два года должна испытываться переменным напряжением (1,5-1,7)UH или постоянным напряжением (2,5-3,0)UH, где UH - номинальное напряжение машины. В связи с этим принято, что для главной изоляции электрических машин допустимая величина грозовых перенапряжений (таблица 2.2).
Допустимая величина грозовых перенапряжений для главной изоляции машин и трансформаторов (Uдоп)
Таблица 2.2
Uн, кВ | Uдоп, кВ | |
для машин | для трансформаторов | |
3,15 | 6,7-7,6 | 46,0 |
6,3 | 13,4-15,5 | 59,2 |
10,5 | 22,5-25,5 | 77,0 |
15 | 32,3-36,6 | 110 |
20 | 43,0-48,0 | 132 |
24 | 51,6-57,6 | 232 |
В таблице 2.3 приведены основные характеристики лучших в настоящее время вентильных разрядников для защиты машин. Сравнение данных таблиц 2.2 и 2.3 показывает, что импульсное разрядное напряжение разрядников Uпp и остающееся напряжение Uост даже при токе 3 кА больше амплитуды допустимых грозовых перенапряжений Uдоп на 20-30 %. Это позволяет сделать выводы о том, что для обеспечения условия Uост<Uдоп ток через вентильные разрядники должен быть еще меньше (таблица 2.3). Кроме того, при этом не обеспечивается условие Uпp ≤Uдоп.
Таблица 2.3
Характеристики вентильных разрядников РВМ (II группа)
При отсутствии дополнительных мер защиты токи в разрядниках могут превышать значения, указанные в таблице 2.4, поэтому не удается обеспечить надежную грозозащиту электрических машин, используя обычную методику. Для надежной защиты машин прежде всего необходимо уменьшить Ппр и не допустить возникновения колебательной составляющей напряжения на зажимах машины. Кроме того, требуется ограничить токи через вентильный разрядник, установленный возле машины, до значений, не превышающих величин, указанных в таблице 2.4.
Таблица 2.4
Значение импульсного тока через вентильные разрядники РВМ, соответствующие условию Uост=Uдоп
Первая задача решается путем установки нелинейных ограничителей перенапряжений или вентильных разрядников не непосредственно на зажимах машины, а также присоединения к ним емкости порядка 0,5 мкФ на фазу.
Вторая задача решается путем подключения машины к воздушной сети через трансформатор. Однако в ряде случаев это не выгодно и приходится ее подключить к сети непосредственно, при этом требуется установка дополнительных защитных аппаратов на подходе, и использовать по ходу волны кабельные вставки и токоограничивающие реакторы.
