Грозовые перенапряжения и их ограничение

Молния представляет собой электрический разряд между облаком и землей или между облаками. Молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров.

По мере концентрации в нижней части облака электрических зарядов увеличивается напряженность электрического поля, и когда она достигает критического значения (20—24 кВ/см в зависимости от высоты облака над землей), происходит ионизация воздуха и в сторону земли начинает развиваться разряд молнии.

В средних широтах землю поражают 30—40 % общего числа молний, остальные 60^-70 % составляют разряды между облаками или между раз­ноименно заряженными частями облаков.

При ударе молнии в заземленные части подстанции (опоры, молниеот­воды) на их сопротивлении из-за огромного тока (до 100 кА) возникает падение напряжения до нескольких миллионов вольт. Этого напряжения достаточно для перекрытия любых гирлянд изоляторов, в результате чего волна грозового перенапряжения прорывается на шины подстанции или на провода линии электропередачи. То же самое происходит и при попа­дании молнии в молниезащитные тросы вдоль линии электропередачи.

Даже при ударе молнии в землю вблизи линии электропередачи на ее про­водах возникают значительные перенапряжения из-за электромагнитного вза­имодействия контуров протекания токов молнии и ЛЭП. Воздушные ЛЭП испытывают ежегодно десятки ударов молнии в каждые 100 км линии.

Открытые распределительные устройства подстанций защищаются от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами, а линии электропе-

Рис. 15.9. Сечение зоны стержневого молниеотвода

редачи — тросовыми. Для защиты шинных мостов и гибких связей боль­шой протяженности также могут применяться тросовые молниеотводы.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h < 150 м представляет собой круговой конус (рис. 15.9) с вершиной на высоте h₀ = = 0.85А, сечение которого на высоте h_х имеет радиус r_х:

По экономическим соображениям уровень изоляции подстанционного оборудования устанавливается ниже уровня изоляции линии. Поэтому импульсы напряжения, образующиеся при ударах молнии в линию и име­ющие наибольшую амплитуду, равную импульсному напряжению линей­ной изоляции (или установленного на подходе к подстанции трубчатого разрядника), представляют опасность для подстанционного электрообо­рудования.

Импульсы грозовых перенапряжений, набегающие на подстанцию, могут иметь разную форму.

Рис. 15.10. Определение параметров грозового импульса: Тф— длина фронта; ти — длина импульса

Стандартизированный для расчета электрической изоляции импульс грозового перенапряжения имеет приведенную на рис. 15.10 форму, где τ_ф = 1,2 мке, а τ_и = 50 мкс. Кратко грозовой импульс обозначается 1,2/50 мкс.

Зашита изоляции оборудования от прорвавшегося на шины подстан­ции грозового импульса осуществляется разрядником (ограничителем перенапряжения), пробивное напряжение которого ниже пробивного напряжения изоляции оборудования. Разрядник устанавливается перед защищаемым оборудованием. Естественно, что пробивное напряжение защитного аппарата должно быть выше рабочего напряжения оборудова­ния и тех коммутационных перенапряжений, которые изоляция оборудо­вания должна выдерживать.