Атмосферные перенапряжения возникают при грозовых разрядах вблизи электроустановок (индуктивные перенапряжения) и при прямых ударах молнии в линии электропередачи или в открытые подстанции.
Индуктивные перенапряжения являются серьезной опасностью для установок напряжением до 35 кВ, так как амплитуда этих перенапряжений лежит в пределах 300—500 кВ, а импульсная прочность изоляции установок напряжением 35 кВ составляет около 200 кВ.
Наиболее опасным для установок всех напряжений являются прямые удары молнии, которые сопровождаются протеканием очень больших токов (от десятка до нескольких сотен тысяч ампер) и возникновением перенапряжений, в десятки раз превышающих номинальное напряжение.
Для защиты изоляции от индуктивных атмосферных перенапряжений на линиях электропередачи открытых и закрытых РУ, связанных с воздушными линиями, применяют аппараты, называемые разрядниками. Разрядник отводит заряды перенапряжения в землю. Для защиты установок от прямых ударов молнии служат тросовые и стержневые молниеотводы.
Трубчатые разрядники применяют на воздушных линиях электропередачи напряжением от 3 до 110 кВ.
Схема устройства и включения трубчатого разрядника приведена на рис. 147. Внутри трубки из газогенерирующего материала расположен стержневой электрод, образующий с плоским электродом на противоположном конце трубки внутренний искровой промежуток П1; стержневой электрод заземляют, а плоский соединяют через внешний искровой промежуток П2 с проводом линии.
При возникновении перенапряжения расчетной величины оба искровых промежутка пробиваются и через заземление ток разряда отводится в землю, благодаря чему величина перенапряжения на линии резко снижается. Одновременное срабатывание разрядников на двух или трех фазах или на одной фазе в сетях с глухозаземленной нейтралью вызывает короткое замыкание, ток которого, протекая через разрядники, образует между электродами дугу. При этом из стенок трубки генерируется газ, обеспечивающий быстрое гашение дуги. Внешний искровой промежуток 773 отделяет трубку разрядника от провода линии, поэтому она в нормальных условиях не подвергается действию напряжения.
Трубчатый фибробакелитовый разрядник РТ (рис. 147, б) имеет фибровую трубку /, покрытую сверху бакелизированной бумагой. Концы трубки запрессованы в стальные наконечники, в одном из которых закреплены стержневой электрод 2 и зажим 3 для присоединения заземления. В другом наконечнике закреплены плоский электрод 4 с отверстием в центре и зажим 3 для присоединения электрода внешнего искрового промежутка. Против отверстия в плоском электроде расположен указатель действия 5, представляющий собой согнутую из латунной фольги полоску, свободный конец которой выдувается наружу газами при срабатывании разрядника.
Трубчатые винипластовое разрядники РТВ (с трубкой из винипласта) имеют такое же устройство, как фибробакелитовые разрядники РТ.
Рис. 147. Трубчатый разрядник РТ:
а— схема включения; б — разрез трубки; 1—фибровая трубка; 2 и 4 — электроды; 3— зажимы; 5 — указатель действия; П1 и П2 — искровые промежутки
Вентильные разрядники устанавливают в распределительных устройствах станций и подстанций всех напряжений. Вентильный разрядник состоит из искровых промежутков и переменного, зависящего от напряжения, сопротивления, материалом которого является вилит, состоящий из прессованной смеси порошка графита и карборунда.
Отличительным свойством вилита является то, что с увеличением напряжения его проводимость резко увеличивается, а при снижении напряжения резко уменьшается.
Вилитовые сопротивления, помещаемые в разрядник, изготовляют в виде круглых дисков толщиной 20 мм. Диаметр дисков зависит от типа разрядника.
В установках переменного тока применяют вентильные разрядники РВС, РВП и РВВЛ4 (станционные, подстанционные и для вращающихся машин).
Разрядники на номинальные напряжения 3, 6, 10 и 35 кВ состоят из одного элемента, а на большие напряжения — из трех и более стандартных элементов, изготовляемых на напряжения 15, 20 и 30 кВ. Эти элементы при монтаже собирают в колонки, которые устанавливают на фундаментах или стульях.
На рис. 148 показан в разрезе элемент разрядника РВС на 30 кВ. Блок искровых промежутков 6 и блок вентильных дисков 7 помещены в фарфоровый корпус 5, армированный чугунными фланцами 1, закрытыми с торцов стальными дисками 2 на болтах. Стальные диски и уплотняющие прокладки 4 обеспечивают герметичность фарфорового корпуса. Спиральная пружина 3 создает надежный контакт между деталями разрядника: верхним диском 2, искровыми промежутками 6, вилитовыми дисками 7 и нижним диском 2.
При возникновении перенапряжения расчетной величины происходит пробой искровых промежутков разрядника, отделяющих вилитовые диски от сети. В результате пробоя искровых промежутков сеть оказывается соединенной с землей через вилитовые диски. В первый момент пробоя искровых промежутков к вилитовым дискам приложено максимальное напряжение, поэтому сопротивление их будет наименьшим, а ток замыкания на землю — наибольшим. После того как разряд произошел, напряжение сети по отношению к земле значительно снижается, а сопротивление вилитовых дисков увеличивается.
Напряжение, приложенное к разряднику, оказывается недостаточным для поддержания дуги на искровых промежутках и при первом же переходе тока через нуль протекание его через разрядник прекратится.
Фланец верхнего элемента имеет крышку с зажимом для присоединения линии, фланец нижнего элемента заземляют.
Рис. 148. Элемент вентильного разрядника РВС:
1 — чугунные фланцы; 2 — диски; 3 — пружина; 4 — уплотняющая прокладка; 5 — корпус; 6 — искровые промежутки; 7 — вентильные (вилитовые) диски
Фланцы служат также для соединения отдельных элементов разрядника в колонку. Разрядники РВС на напряжение 110 кВ и выше для выравнивания напряжения по отдельным их элементам снабжены экранирующими кольцами, которые прикреплены к верхней крышке разрядника.
Устойчивость высокой (около 7 м) колонки разрядника обеспечивается растяжками, в которых использованы стержневые подвесные изоляторы СП-110.
Рис. 149. Вентильный разрядник с регистратором срабатывания:
1 — нижний элемент разрядника; 2 —регистратор
Рис. 150. Разрядник РВП-6:
1 — стальной хомут; 2 — подвеска; 3 — зажим
Подключение разрядника на землю производят непосредственно или через регистратор срабатывания РВР (регистратор срабатывания вентильного разрядника), который снабжен счетным устройством, позволяющим судить о числе срабатываний разрядника (рис. 149).
Регистратор срабатывания РВР представляет собой счетчик с постоянным числом (девять) рабочих срабатываний. Последующая эксплуатация регистратора возможна лишь после его перезарядки.
Счетчик начинает работать при вращении под действием пружины заведенного барабанчика с плавкими вставками и шкалой. На шкале нанесены цифры от 0 до 9, буква К и красный штрих. Буква К — десятое показание, означающее контрольное срабатывание при выпуске прибора с завода и проверке его после перезарядки. Красный штрих означает необходимость перезарядки регистратора.
Каждое срабатывание регистратора происходит после сгорания очередной плавкой вставки.
Разрядники РВП (рис. 150) изготовляют на номинальные напряжения 3, 6 и 10 кВ. Для крепления к опорам разрядник имеет стальной хомут 1, для подвешивания его на провод служит подвеска 2. Провод линии присоединяют к болту подвески, а провод заземления — к зажиму 3 (непосредственно или через регистратор).
Внутреннее устройство и работа разрядника РВП аналогичны устройству и работе разрядника РВС.
Молниеотводы состоят из следующих частей: молниеприемника, который непосредственно воспринимает удар молнии; его выполняют в виде троса (тросовый молниеотвод) или металлического стержня (стержневой молниеотвод);
заземляющего проводника (спуска), соединяющего молниеприемник с заземлителем;
заземлителя (заземляющего электрода), представляющего собой металлический проводник, находящийся в непосредственном соприкосновении с почвой и служащий для отвода тока молнии в землю.
Тросовые молниеотводы применяют на ответственных воздушных линиях электропередачи напряжением 110—150 кВ в грозоопасных местностях и на участках подхода линии к подстанции. Тросы подвешивают над токонесущими проводами вдоль линии.
Стержневые молниеотводы применяют на открытых РУ всех напряжений, воздушных линиях электропередачи и на их подходах к РУ (вместо тросовых молниеотводов).
Контрольные вопросы
- Для чего служат предохранители ПК, ПКТ, ПСН и ПРТН, как устроены эти предохранители, на какие номинальные токи и напряжения они выпускаются?
- Для чего служат реакторы, как устроены реакторы РБ и Р'БА, каковы номинальные характеристики реакторов?
- Какие варианты установки трехфазного комплекта реакторов применяются и в чем особенность обмотки средней фазы реактора?
- Для чего служат разрядники РТ, РТВ, РВС, РВП и РВВМ? Как устроены разрядники РТВ, РВС и РВП?
- Как устроены стержневой и тросовый молниеотводы, где они применяются?
