Материал: СХЕМЫ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ

Таблица 1.6. Характеристики воздействия молнии на объекты

При определении типа и мест размеще­ния молниеприемников (стержневой, тросовый или сетка на здании), а также токоотводов и заземления молниеприемника необходимо рассчитывать не только зоны защиты от прямого удара молнии, но и уровни воздействий на автоматические и автоматизированные системы технологического управления электротехническими объектами.

Рассмотрим ситуацию при ударе мол­нии в стержневой молниеприемник, распо­ложенный вблизи кабельного канала.

Сопротивление растеканию импульса тока молнии (первый импульс 100 кА, 10/350 мкc) может составлять от единиц до десятков ом в зависимости от удельного сопротивления грунта. При этом потен­циал молниеприемника при ударе мол­нии составит от сотен киловольт до несколь­ких мегавольт. Средняя напряженность про­боя в грунте обычно принимается кВ/м.

Исходя из этих данных минимально допустимое расстояние от молниеприем­ника или от его заземляющего устройства до кабельного канала по условию пробоя в грунте составит:

м.

При ударе молнии в молниеприемники, расположенные ближе указанных расстоя­ний до кабельных каналов, с большой вероятностью произойдет перекрытие с заземляющего устройства молниеотвода на кабели.

Минимальное расстояние от токоотводов молниеприемника до места размеще­ния автоматических и автоматизированных систем технологического управления элек­тротехническими объектами определяется также из условия

,

где - ток; - допустимая напряженность импульсного магнитного поля для рассматриваемых систем.

Учитывая, что автоматические и авто­матизированные системы технологичес­кого управления электротехническими объ­ектами установлены в железобетонных зда­ниях и в металлических шкафах, вводят коэффициент ослабления магнитного поля, обусловленного этими конструкциями. Для импульсных полей тока молнии указанный коэффициент для зданий и шкафов, в кото­рых размещаются автоматические и авто­матизированные системы технологического управления электротехническими объек­тами, как правило, более 10.

Расчет наведенных в кабелях импульс­ных напряжений обычно производят с использованием специальных программ. Наведенные напряжения зависят от длины, типа и трассы прокладки кабелей, а также от расстояния между молниеприемником и кабельным каналом. Так, например, на неэкранированном кабеле длиной 100 м, лежащем на поверхности земли на расстоя­нии 10 м от молниеприемника, индуциру­ется напряжение около 60 кВ при ударе молнии (при втором импульсе тока 25 кА, длительности фронта 0,25 мкс).

Пробивное напряжение для воздуха в условиях неравномерного импульсного поля кВ/м. Максимальный потенциал на молниеприемнике , где - импульсное сопротивление заземлителя, а - падение напряжения на молниеотводе. Тогда допустимое расстоя­ние от первичных цепей до молниеприем­ника можно оценить по формуле .

1.3. КОММУТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Коммутации выключателями и разъеди­нителями высокого напряжения (рис. 1.10 и 1.11) на электростанциях и подстанциях вызывают электромагнитные помехи вслед­ствие резкого изменения напряжения на шинах ВН распределительного устройства подстанции или станции.

Изменение напряжения в первичной цепи вызывает в ней переходный процесс и появление колебательных затухающих импульсов тока и напряжения (серию импуль­сов в случае повторных зажиганий дуги).

Рис 1.10. Коммутация разъединителем на ОРУ 500 кВ

Рис. 1.11. Коммутация разьединителем на ОРУ 330 кВ

Первоначальное (амплитудное) значе­ние тока пропорционально отношению к волновому сопротивлению первичной цепи. Следовательно, можно ожидать, что амплитуда тока примерно пропорцио­нальна напряжению системы (табл. 1.7).

Время изменения напряжения сильно зависит от расстояния между контактами

Таблица 1.7. Амплитуда импульсной составляющей тока в аппаратах высокого на ПС при коммутациях в КЗ

Обозначения: - число отходящих линий; - амплитуда импульса тока, проходящего в заземлитель при КЗ на подстанции с ОПН; , - амплитуда импульса тока при КЗ на подстанции с вентильными разрядниками (при минимальном и максимальном значениях пробивного напряжения); - максимальное значение тока при коммутациях с разъединителями ВН; - наиболее вероятное значение тока при коммута­циях с разъединителями ВН.

выключателя ВН и может варьироваться от нескольких наносекунд для подстанции с элегазовой изоляцией до нескольких десят­ков или даже сотен наносекунд для под­станций и станций с ОРУ.

Коммутации с разъединителями харак­теризуются многократными (до 5000 и более) повторными зажиганиями дуги. Время коммутации зависит от типа разъ­единителя и составляет от десятков милли­секунд до нескольких секунд.

Крутизна фронта импульсов тока и напряжения зависит от скорости изменения напряжения, а частота колебаний зависит от характеристик первичной цепи и может составлять от десятков килогерц до единиц мегагерц для подстанций и станций с ОРУ и до десятков мегагерц для подстанций с элегазовой изоляцией.

Колебательные затухающие импульсы тока и напряжения могут распространяться по шинам распределительного устройства и создавать электрические и магнитные поля.

Рис. 1.12. Осциллограммы напряженностей магнитного и электрического полей при отключении шинного разъединителя на ОРУ 110 кВ:

1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряженность электрического поля

разъединителя на ОРУ 110 кВ. Измерения проводили на расстоянии 3 м от шин. На рис. 1.13 и 1.14 показаны результаты изме­рений электрических и магнитных полей, вызванных отключением разъединителей 500 кВ. Измерения проводили на уровне земли непосредственно под шинами напря­жением 500 кВ на подстанциях с воздуш­ной и элегазовой изоляцией.

Результаты измерений (см. рис. 1.13) подтверждают, что напряженность магнит­ного поля прямо пропорциональна току в шинопроводе. Напряженность магнитного поля аналогично значению тока в течение нескольких микросекунд уменьшается до нуля, в то время как напряженность элект­рического поля, зависящая от заряда шинопровода, достигает некоторого установив­шегося значения.

В табл. 1.8 приведены характерные зна­чения напряженностей электрического и магнитного полей и частоты их колебаний при отключениях разъединителей и выклю­чателей ОРУ и элегазовой ячейки. Измере­ния проводили непосредственно под шинами присоединений на уровне земли.

Сравнение осциллограмм рис. 1.13 и 1,14 позволяет отметить следующие основ­ные отличия переходных процессов на под­станции с элегазовой изоляцией от процес­сов на подстанции с воздушной изоляцией:

• основная частота колебаний переход­ного процесса на подстанции с элегазовой изоляцией, по крайней мере, в 10 раз выше;

• максимальные напряженности элект­рических и магнитных полей на подстанции с элегазовой изоляцией несколько ниже;

• постоянная времени затухания коле­баний напряжения на подстанции с элегазовой изоляцией меньше;

• напряженность электрического поля на подстанции с элегазовой изоляцией за небольшой промежуток времени снижается до нуля.

Рис. 1.13. Осциллограммы тока в цепи ошиновки ВН (а), напряженностей магнитного (б) и электрического (в) полей при отключении разъединителя 500 кВ

Рис. 1.14. Осциллограммы напряженности магнитного (а) и электрического (б) полей при отключении разъединителя 500 кВ на подстанции с элегазовой изоляцией

Таблица 1.8. Напряженность электрического и магнитного полей на ОРУ в вблизи элегазовой ячейки

Вероятной основной причиной умень­шения напряженности магнитного и осо­бенно электрического полей служит нали­чие металлического заземленного экрана (корпус КРУЭ).

Опыт показывает, что наиболее сильные магнитные поля создаются вблизи мест соединений или мест заземления корпуса КРУЭ. Вследствие этого таким местам сле­дует уделять повышенное внимание.

Пробой электрической изоляции (КЗ на землю) или срабатывание разрядников при­водит к снижению потенциала токоведущих частей установки ВН, что, в свою очередь, вызывает переходный процесс, подобно тому, как это происходит при коммутацион­ных операциях. Ток КЗ, протекающий по заземляющему устройству установки, вызы­вает повышение его потенциала, содержа­щего высокую и промышленную частоты колебаний.

Амплитуда такого тока в первом прибли­жении прямо пропорциональна напряже­нию пробоя, которое может быть значительно больше напряжения повторного зажигания дуги при коммутациях (см. табл. 1.7). Такие ситуации могут вызывать появление силь­ных электромагнитных возмущений, осо­бенно если они происходят в непосред­ственной близости от приемника помех.

Срабатывание искровых разрядников менее опасно, чем пробой изоляции, из-за меньшего напряжения перекрытия и уда­ленного положения этих устройств. Однако амплитудные значения параметров таких переходных процессов намного выше, чем при повторных зажиганиях дуги в коммута­ционных аппаратах.

Зажигание дуги в вентильном разряд­нике вызывает, подобно искровому разряд­нику, появление переходных процессов высокой частоты. Максимальные значения параметров переходного процесса ниже вследствие ограничивающего действия оста­точного напряжения на нелинейном резис­торе разрядника. Наличие нелинейного резистора предотвращает появление больших токов замыкания на землю промыш­ленной частоты.

Срабатывание ОПН не приводит к появ­лению высокочастотных переходных про­цессов в сети, так как переход ОПН из практически непроводящего состояния в проводящее происходит плавно.

В ходе обследования действующих энер­гообъектов выявлено, что при коммутациях цепей высокого напряжения разъедините­лями и выключателями во вторичных цепях возникают импульсные помехи в виде коле­бательных затухающих импульсов различ­ной частоты, продолжительности и декре­мента колебаний (рис. 1.12-1.16). При ком­мутациях разъединителем имеет место наи­более продолжительный процесс из серии импульсов — до нескольких тысяч за одну коммутацию. При коммутациях выключате­лями возникают помехи в виде нескольких импульсов.

Максимальное значение импульсных помех на обследованных объектах соста­вило от десятков вольт до нескольких кило­вольт, а длительность импульсов — от еди­ниц до десятков микросекунд. Для энерго­объектов с ОРУ амплитуда помехи прибли­зительно пропорциональна номинальному напряжению. Более высокий уровень импульсных помех при коммутациях разъ­единителями и выключателями наблюдается на объектах с высоким удельным сопротив­лением грунта.

Чем ближе проходит трасса кабелей автоматизированной системы технологиче­ского управления к шинам высокого напря­жения, тем выше уровень помех. При про­кладке кабелей в лотках уровень помех в несколько раз ниже, чем при контрольном кабеле, проложенном по той же трассе на поверхности земли, из-за взаимного экра­нирования кабелей в лотке. Для кабелей, проложенных в кабельном канале в земле ниже контура заземления, уровень помех снижается в сотни раз по отношению к уровню помех в контрольном кабеле на поверхности земли.

Рис 1.15. Серия импульсных помех:

а - при отключений разъединителя 330 кВ (масштаб 50 В/дел., 200 мс/дел.); б - при включений разъедини­теля 400 кВ (масштаб 100 В/дел., 200 мс/дел.)

Рис. 1.16. Импульсные помехи в цепи напряжения при коммутации выключателем 330 кВ:

1 – фаза В (заземлена); 2 - фаза А (масштаб 100 В/дел., 5 мс/дел.)

Наибольшие уровни помех регистриру­ются в измерительных цепях напряжения, заземленных в распределительном уст­ройстве. В некоторых случаях наблюдаются резонансные явления, когда ампли­туда помех возрастает в несколько раз. В частотном спектре импульса присутствует: несколько составляющих. Диапазон изменения этих частот для энергообъектов лежит в интервале от десятков килогерц до десятков мегагерц. Основная частота помехи увеличивается с уменьшением размеров распределительного устройства. Для под­станций с элегазовой изоляцией основная частота на порядок больше, чем для откры­той подстанции.

1.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ, СОЗДАВАЕМЫЕ СИЛОВЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Силовое оборудование подстанций и станций (шины, силовые кабели, реакторы, трансформаторы и т.д.), находящееся под напряжением, создает вокруг себя электри­ческие и магнитные поля промышленной частоты.

Напряженности этих полей зависят от класса напряжения и тока в силовом обо­рудовании, а кроме того, и от простран­ственного положения проводников с током (в частности, от высоты проводников над поверхностью земли, междуфазного рас­стояния, последовательности фаз и числа цепей).