Лекция №15. Защита от грозовых перенапряжений. п.1

Лекция №15.
Защита от грозовых
перенапряжений.

п.1. Средства защиты.
ЛЭП полосой =6h (высота подвеса провода)
улавливает удары молнией. П/ст также подвержены
ударам прямым а также волновым, приходящим с
линии. В среднем 100 км ЛЭП в год поражается 10-20
раз. Поэтому возникает необходимость в защите ЛЭП
и п/ст. Число ударов молнии в объект определяется
по формуле:
0,06n( L 10H )( B 10H )
N
106
n- число грозовых часов в году (по карте);
L,B- размеры объекта в плане;
H - высота объекта.



1) Первым защитным устройством от поражения
молнией был молниеотвод с заземлением
(Б.Франклин 1750 г.).
2) Следующим- искровой промежуток.
3) Затем- его совершенствование- трубчатый
разрядник.
Сейчас применяются все.
Стержневой молниеотвод
при h< 30 м:
h h
1,6
X
r  (h  h )
 1,6h
X
X
h
h h
X
X
1
h
при h> 30 м:
h h
X
r  8,8 h
X
hh
X


Рис. 1. Стержневой молниеотвод и его защитная
зона.
Тросовый молниеотвод, расчёт ведётся аналогично
стержневому, но принято оценивать угол защиты:
(  20  300)
Рис. 2. Тросовый молниеотвод.
Рис. 3. Горизонтальный заземлитель.

Заземление молниеотводов: ЛЭП- 10-15 Ом (макс 30
Ом), п/ст 4-5 Ом (0,5).
Горизонтальный заземлитель:
2
P
l
P
2l
l
или R

ln
R

(ln  ln )
Ã
.
Ç
~
à .Ç~ 2l d
2l dt
2t

Вертикальный заземлитель:

P
4l
R

ln
Â.Ç. 2l d
Рис. 4. Вертикальный заземлитель.
Количество вертикальных заземлителей находится по
R
формуле:
~
n
l Rä
R - допустимое сопротивление контура, Ом;
где
ä
 - коэффициент экранирования вертикальных
l
заземлителей при длине <40 м;
R - расчётное сопротивление заземлителей
~
при промышленной частоте, Ом.
 Общее сопротивление контура определяется по
R R
формуле:
 Ã
R 

Ê
R   nR 
à Ã
Â
где RÂ и RÃ- соответственно, сопротивления
вертикального и горизонтального заземлителей;
 Ã - коэффициент экранирования
горизонтального заземлителя.
Следует иметь ввиду, что расчётное сопротивление
соответствует промышленной частоте тока, а для
проектирования грозозащиты необходимо знать
импульсное сопротивление. Оно определяется из
R  R ,
выражения:
È
È ~
  1,2  0,3- импульсный коэффициент
где
È
сопротивления (зависит от силы тока молнии)
(рис. 5)

Рис. 5. Зависимость коэффициента  È
от силы тока молнии I Ì
Искровые промежутки (ИП) и трубчатые разрядники
(ТР) предназначены для защиты линейной изоляции и
в качестве вспомогательной защиты для п/ст.
ТР изготавливают из фибры и винипласта. Поскольку
разрядники не могут длительно выдерживать высокое
напряжение, на практике в цепи разрядника делают
дополнительный воздушный зазор.
Табл. 1
Номинальное
напряжение ,
кВ
Величина
дополнительного
зазора, мм
Импульсное
напряжение,
кВ
Расчётное
напряжение
при ударе
молнии , кВ
Ток молнии ,
кА
6
10
65-75
33
20
10
15
70-80
40
20
35
60
200-230
95
50
110
250
450-600
235
50
Совместно с ТР и ИП устанавливаются реле
времени (РТВ 10/0,2-1)
Рис. 6. Устройство
искрового промежутка.
Рис. 7. Срез волны
перенапряжения искровым
промежутком или
трубчатым разрядником.


Рекомендации из ПУЭ 4-2-148 по выбору трубчатых
разрядников: трубчатые разрядники должны быть
выбраны по токам к.з.; для сетей с U ÍÎÌ 35 кВ (с
изолированной нейтралью) верхний предел тока,
отключаемого трубчатым разрядником, должен быть
не менее наибольшего возможного тока 3-х
полюсного (трёхфазного) к.з., а нижний предел- не
более наименьшего установившегося тока 2-х
полюсного (двухфазного к.з.).
Для сетей 110 кВ, с большими токами к.з. на землю,
ТР выбираются по наибольшему одно- или
трёхполюсному и по наименьшему одно или 2-х
полюсному замыканию.
Рис. 8. Шкала токов для выбора ТР.
Если I Ê .Ç. min  I ÍÈÆÍ . , то применяют искровые
промежутки в сочетании с АПВ.

Вентильные разрядники (ВР).
ВР предназначены для защиты изоляции на
подстанциях. Серийно производятся следующие
модификации ВР: РВН- 0,5; РС; РВО; РВС; РВП; РВМГ;
РВМ.
Таблица 2.
UIИМП
М
U НОМ
кВ
U~
U~
кВ
U ОСТ
U ИМП
кВ
U ОСТ
3 кА
кВ при токе
5 кА
I М , кА
10 кА
1 кА
Рис. 9. Характеристика нелинейного сопротивления вентильного разрядника.
6
19
35
25
27
30
-
10
30,5
50
42
45
50
-
35
98
125
122
130
843
-
110
250
285
315
335
367
-
0,5
-
5,5
-
-
-
2,5
Рис. 9. Характеристика
нелинейного сопротивления
вентильного разрядника.
Рис. 10. Остаточное напряжение
искрового разрядника.
Рис. 11. Грозозащита с
вентильным разрядником (РС).
Устройство ИП
(с магнитным гашением дуги).
Рис. 12. Внешний вид устройства ИП
с магнитным гашением дуги.
Рис. 13. Принцип действия
ИП с магнитным
гашением дуги.

1.
2.
3.
Обозначения на рис. 13 :
внешнее магнитное поле, воздействующее на дугу;
искровой промежуток;
электрическая дуга.
Принцип действия данного устройства (рис. 13)
состоит в том, что частицы (электроны и ионы),
которые являются носителями заряда в плазме
(дуге), под действием магнитного поля
выталкиваются из области горения дуги со
скоростью в направлении перпендикулярном
протеканию тока молнии I Ì .
Устройство нелинейного сопротивления состоит из
зёрен (гранул) карборунда (рис. 14).
Рис. 14. Гранулы карборунда.
На рис. 14 обозначены:
1- пленка (толщина 105ñì , удельное сопротивление
пленки равно 108Îì  ñì ),
2- карборунд (удельное сопротивление равно 1Îì  ñì ).

Рабочее сопротивление вентильного разрядника
выполняют из вилита. Вилит состоит из зёрен
(гранул) электротехнического карборунда,
скреплённых жидким стеклом в диске диаметром
10…13 см и толщиной 2см. Вилитовые диски
представляют собой активные сопротивления с
большой степенью нелинейности, т.е. с повышением
приложенного напряжения их сопротивление резко
снижается. Следовательно, при действии импульса
перенапряжения на нём незначительно. Для
рабочего напряжения сети после прохождения
импульса сопротивление возрастает, ограничивая
сопровождающий ток к.з. значением менее 100 А.
Этот ток легко разрывается искровым промежутком.
Гашение дуги происходит без звукового и светового
эффектов, защищаемый объект остаётся
неповреждённым.




п.2. Схемы защиты п/ст.
ПУЭ 4-2-156. Защита подходов ВЛ до 20 кВ к п/ст
тросовыми молниеотводами не требуется. На подходе
к п/ст ВЛ до 20 кВ с деревянными опорами на
расстоянии 200-300 и устанавливаются трубчатые
разрядники РТ-1 (рис. 15) сопротивление заземления
10 Ом (150 м).
На металлических и железобетонных опорах
установка трубчатых разрядников не требуется
однако заземление их необходимо на участке 200300.
Защита п/ст напряжением до 20 кВ должна
выполняться вентильными разрядниками,
устанавливаемыми с высокой и с низкой стороны
п/ст.
Рисунок 15.
Однолинейная
схема грозозащиты ВЛ
с деревянными
опорами и ТП.
Примечание:
1) при железобетонных опорах разрядники РТ-1,
РТ-2 не ставятся;
2) S  630ęÂŔ при разрядник РТ-2 можно не ставить.
T
S  40000ęÂŔ
ПУЭ 4-2-158. Защиту п/ст 35-110 кВ с
,
присоединяемых к ответвлениям от ВЛ на деревянных,
железобетонных или металлических опорах
осуществляют так, как показано на рис. 16.
п.3. Защита ЛЭП.
- ВЛ 110-500 кВ с металлическими и железобетонными
опорами по всей длине должны защищаться тросами
от прямых ударов молний.
 При малой грозовой деятельности и сильной
гололёдности можно трос не использовать.
- для ВЛ до 20 кВ специальной защиты от грозовых
перенапряжений не требуется;
- ВЛ 35-220 кВ с деревянными опорами тросом не
защищаются.
Отдельные железобетонные и металлические опоры
защищаются трубчатыми разрядниками.
О ЗАЗЕМЛЕНИИ ОПОР ВЛ.
 Должны заземляться:
- все опоры, на которых подвешен трос или
установлены средства грозозащиты;
- железобетонные и металлические опоры 35 кВ;
- железобетонные и металлические опоры 6-20 кВ в
населённой местности.
