Перенапряжения и способы защиты от них

Перенапряжением называется повышение напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановки. Перенапряжения в электрических установках подразделяют на две группы: коммутационные и атмосферные.

Коммутационные перенапряжения – перенапряжения, возникающие в электроустановках при изменениях режима их работы, например при отключении короткого замыкания, включении или отключении нагрузки, внезапном значительном изменении нагрузки. При этом выделяется запасенная в установке энергия. Эта энергия определяет кратность перенапряжения и ограничена по своей величине. Поэтому отношение амплитуды перенапряжения к амплитуде рабочего напряжения установки находится в определенных пределах. В электроустановках напряжением выше 1000 В при однофазных замыканиях на землю перенапряжения могут достигать 3,5-4,0 кратных значений от номинальных напряжений.

Разрыв цепи переменного тока, содержащей емкости и индуктивности, приводит к перенапряжениям. Перенапряжения также возникают при отключении токов холостого хода трансформаторов, асинхронных двигателей, работающих без нагрузки, линий электропередачи и др.

Атмосферные перенапряжения – перенапряжения, возникающие вследствие воздействия на электроустановки грозовых разрядов. В отличие от коммутационных они не зависят от величины рабочего напряжения электроустановки. Атмосферные перенапряжения делятся на индуктированные перенапряжения и перенапряжения от прямого удара молнии.

Индуктированные перенапряжения возникают при грозовом разряде вблизи от электроустановки и линии электропередачи и образуются за счет индуктивных влияний. При индуктированных перенапряжениях в электроустановках с применением тросов амплитуда перенапряжения не превосходит 300-400 кВ. Поэтому они опасны для электроустановок с рабочим напряжением до 35 кВ включительно и не опасны для установок 110 кВ и выше.

Перенапряжения от прямого удара молнии являются наиболее опасными атмосферными перенапряжениями. Измерения показывают, что токи молнии изменяются в пределах от 10 до 250 кА. Большая часть токов молнии имеет величину 25 кА. Скорость изменения тока молнии (крутизна) различна. Обычно для расчетов берут 50 кА/мкс при амплитуде тока 200 кА.

Для защиты электроустановок от атмосферных перенапряжений применяют молниеотводы, защитные тросы, разрядники и защитные промежутки.

Молниеотводом называется устройство, защищающее сооружение от прямых ударов молнией. Стержневой молниеотвод представляет собой высокий столб с проложенным вдоль него стальным проводом, соединенным с заземлителем. Молниеотвод делают выше защищаемого объекта. Зоной защиты стержневого молниеотвода называется пространство, защищенное от прямых ударов молнии (рисунок 11.1).

Радиус защиты при высоте одиночного стержневого молниеотвода при его высоте Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru м

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru , (11.4)

где Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – активная высота, превышение молниеотвода над рассматриваемым уровнем;

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – высота молниеотвода;

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – высота защищаемого объекта.

Наибольший радиус защиты получается на поверхности земли Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru . Угол защиты при вершине Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru °.

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru

Рис. 11.7. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Защитным тросом (тросовым молниеотводом) называется заземленный во многих точках провод, расположенный над проводами линии электропередачи. Зона защиты троса показана на рисунке 11.8. Защитный угол троса Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru °. При высоте подвеса Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru м радиус защиты

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru , (11.5)

где Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – активная высота;

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – высота подвеса троса;

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru – высота подвеса защищаемых проводов.

Зона защиты представляет собой полосу шириной, равной Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru .

Разрядником называется аппарат для защиты изоляции электроустановки от перенапряжения. Разрядник разряжает волну перенапряжения на землю с последующим немедленным восстановлением нормальной изоляции сети по отношению к земле. Разрядники подразделяются на вентильные и трубчатые.

Вентильным называется разрядник, состоящий из искровых промежутков и переменного, изменяющегося в зависимости от напряжения сопротивления. Чаще всего в качестве такого сопротивления используется вилит, который состоит из карборунда и графита в порошкообразном состоянии. Вилитовые сопротивления для разрядников напряжением выше 1000 В изготовляют с виде дисков толщиной 20 мм и диаметром 75 и 100 мм.

Вилитовый разрядник состоит из вилитовых дисков и последовательно соединенных искровых промежутков, заключенных в герметический фарфоровый кожух. Верхним зажимом разрядник присоединяют к проводу сети, заземляющим зажимом – к заземлителю.

Перенапряжения и способы защиты от них - student2.ru

Рис. 11.8. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода.

При определенном значении перенапряжения искровые промежутки пробиваются и напряжение волны снижается. Пробой обычно происходит на всех трех фазах, поэтому через разрядник проходит короткое замыкание и начинает проходить ток рабочей частоты (сопровождающий ток). Поскольку напряжение сети значительно меньше величины перенапряжения, сопротивление вилитовых дисков резко увеличивается, ток уменьшается до небольшой величины и в первый же период, при переходе через нулевое значение, прекращается. Для волны перенапряжения сопротивление вилитовых дисков при срабатывании разрядника значительно снижается и поэтому не препятствует прохождению тока молнии в землю.

Вилитовые разрядники делятся на три типа: станционные разрядники РВС, разрядники для защиты вращающихся машин РВВМ и подстанционные разрядники РВП, отличающиеся конструкцией искровых промежутков и величиной напряжения срабатывания.

Трубчатый разрядник применяется на линиях передачи для защиты линейной изоляции от атмосферных перенапряжений. Он состоит из соединенных последовательно внешнего и внутреннего искровых промежутков. Внутренний искровой промежуток находится внутри трубки, материал которой выделяет газы под воздействием дуги. Трубку делают из фибры, органического стекла или винипласта.

Когда напряжение на разряднике в результате разряда молнии превышает установленное значение, искровые промежутки пробиваются и через разрядник к заземлению проходит ток грозового разряда. При этом величина перенапряжения уменьшается. Одновременно через разрядник проходит ток короткого замыкания рабочей частоты, который вызывает образование в трубке электрической дуги. Под действием высокой температуры дуги стенки трубки бурно выделяют большое количество газов. Газы вырываются из трубки под давлением 100-500 ат и выдувают дугу. Дуга гасится в течение 1-2 периодов, после чего установка вновь может работать.

Внешний искровой промежуток необходим для того, чтобы трубка разрядника не находилась под напряжением, иначе токи утечки вызывают обугливание, а с течением времени – сгорание трубки.

Наши рекомендации