Статья:

АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ПУЭ ПО ЗАЩИТЕ ОРУ ПС ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

Конференция: XXV Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: 19. Энергетика

Выходные данные
Конкин А.А., Фоминов М.А., Чурсин А.В. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ПУЭ ПО ЗАЩИТЕ ОРУ ПС ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(25). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/6(25).pdf (дата обращения: 28.01.2023)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ПУЭ ПО ЗАЩИТЕ ОРУ ПС ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

Конкин Алексей Александрович
студент Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), РФ, г. Москва
Фоминов Максим Александрович
студент Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), РФ, г. Москва
Чурсин Александр Викторович
студент Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), РФ, г. Москва
Кириченко-Мишкин Виктор Дмитриевич
научный руководитель, канд. техн. наук, доц. кафедры «Электрические системы», кафедра «Электрические системы» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), РФ, г. Москва

 

Удары молний в оборудование подстанции (ПС) и линии электроперачи (ВЛ) высокого напряжения представляют реальную опасность для их изоляции. Изоляция оборудования подстанции в силу объективных причин значительно ниже изоляции ВЛ. Поэтому, опасность перекрытия изоляции оборудования ОРУ ПС возникает как при прямом ударе молнии, так и набегании волн грозовых перенапряжений по ВЛ.

Набор средств и норм молниезащиты для ВЛ и ПС приведены в ПУЭ. Надо отметить, что защита ВЛ от прямых ударов молнии предполагает снижение грозовых перенапряжений до безопасного уровня для изоляции ПС. Поэтому наибольшую опасность для изоляции оборудования подстанций представляет прямой удар молнии в ОРУ. Защита открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций (ПС) высокого напряжения от прямых ударов молнии [2] выполняется групповыми стержневыми молниеотводами, которые должны обеспечить требуемую по надежности зону защиты. Молниеотводы могут устанавливаться двумя способами — на порталах и других конструкциях с присоединением их к общему заземляющему устройству подстанции или отдельно стоящими с обособленным заземлителем. Первый способ дешевле по выполнению, но может приводить к так называемым «обратным перекрытиям» с корпусов и металлоконструкций оборудования на ошиновку. Это происходит если на корпусах оборудования, присоединенных к общему заземляющему устройству, импульсный потенциал окажется больше разрядного напряжения изолятора. Второй способ — установка отдельно стоящих молниеотводов, предназначен для того, чтобы исключить обратные перекрытия. Такой способ установки дороже, так как связан с изысканием дополнительной площадки для размещения заземлителя на безопасном расстоянии по условию пробоя в земле от общего заземлителя подстанции. Тек же следует обеспечить допустимое расстояние по воздуху между молниеотводом и оборудованием.

В ПУЭ установлены граничные условия между этими двумя вариантами. Так, например, в ОРУ напряжением 110 кВ и выше стержневые молниеотводы могут устанавливаться на порталах, заземленных на общее заземляющее устройство при любой его площади и удельном сопротивлении земли ρ ≤ 1000 Ом/м, а при ρ ≥ 1000 Ом.м при площади заземляющего устройства превышающим 10 000 м2 (=100 м).

Установка молниеотводов на конструкциях ОРУ 35 кВ допускается при ρ ≤ 500 Ом/м для любой площади S заземляющего устройства и при ρ ≥ 500 для S  10 000 м2 (=100 м). Эти условия оговариваются рядом дополнительных мер по усилению изоляции, улучшению условий растекания импульсного тока и другим. Положения о защите выводов трансформаторов на 6÷10 кВ являются весьма неконкретными. Здесь установка молниеотводов на конструкциях и порталах оговаривается большим перечнем условий.

Здесь уровень допустимого удельного сопротивления земли ρ снижается до 350 Ом/м с еще большим набором непонятных рекомендаций по месту присоединения к заземляющему устройству (ЗУ), направлением горизонтальных полос и вертикального заземлителя.

Особенно странным является рекомендация установки нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН) или вентильных разрядников (РВ) на расстоянии до 5 м. по ошиновке 3÷35 кВ. И это когда речь идет об установке молниеотвода на трансформаторном портале. Все эти положения еще больше запутывают решение вопроса о возможности установки молниеотводов на трансформаторных порталах 35÷6 кВ.

Рекомендация об установке тросовых молниеотводов для защиты ОРУ представляется ошибочной, и во всяком случае требует проверки. То же относится и к разрешительной рекомендации по использованию в качестве молниеотводов прожекторных мачт, где имеется проводка низкого напряжения. Очевидно при решении вопроса об установке молниеотводов на конструкциях следует рассматривать вопросы на только защиты оборудования от обратных перекрытий, но и вопросы электромагнитной совместимости.

Указанные выше недостатки объясняются недостаточным объемом конкретных данных о подстанционных заземляющих устройствах — величинах импульсного сопротивления, импульсного напряжения в месте ввода тока, его распределения по заземляющей сетке при достаточно большом диапазоне изменения параметров тока молнии (амплитуды Iм и длинны фронта τф), удельного сопротивления земли ρ и площади заземляющего устройства S. Однако проведенные ранее в СССР исследования методом физического моделирования импульсных характеристик заземляющих устройств подстанций [4] и опор ВЛ и молниеотводов [1; 3] позволяют определить закономерности изменения импульсных параметров заземлителя от перечисленных выше факторов и в ряде случаев дать количественные оценки.

Удар молнии в приемный портал 110÷220 кВ так же может приводить к обратным перекрытиям изоляции на низкой стороне трансформатора 35÷6 кВ, в результате высокого импульсного потенциала на корпусе трансформаторов 110÷220/35÷6 кВ. В качестве примера на рис. 1 показаны зависимости снижения потенциала от точки ввода тока в центр заземляющей сетки без вертикальных и с вертикальными электродами до ее края, полученные на модели. Из кривых следует, что для сетки размером = 40 м при вводе тока в центр (в земле с удельным сопротивлением порядка 450 Ом/м) снижение потенциала незначительно и составляет примерно 10 %, а для сетки размером =80 м составляет 35 %. Добавление вертикальных электродов длиной lв=8 м по периметру снижает потенциал еще на 7÷8 %. Можно с извесной долей погрешности считать, что при прямом ударе молнии в молниеотвод на приемном портале подстанции 220÷110/10 кВ потенциал на корпусе трансформатора снизится в данном случае на более чем на 40 %. Так, если в соответствии с рис. 1 напряжение в центре сетки =80 м составляет 300 кВ, то на краю заземлителя через 40 м напряжение снизится до 180 кВ, что также может привести к перекрытию изоляции оборудования 35 кВ и тем более на 20÷6 кВ. При уменьшении ρ земли снижение потенциала по заземлителю от точки ввода возрастает, и, наоборот, с увеличением ρ земли снижение потенциала уменьшается.

 

рис2.jpg

Рисунок 1. Распределение потенциала по заземляющей сетке (ρ=410÷470 Ом/м)

 

1.  =40 м, сетка без вертикальных электродов.

2.  =40 м, сетка с вертикальными электродами (lв=8 м, nв=8 шт.).

3.  =80 м, сетка без вертикальных электродов.

4.  =80 м, сетка с вертикальными электродами (lв=8 м, nв=16 шт.).

Следует отметить, что приведенные расчеты носят оценочный характер, но тем не менее напрашивается вывод о возможности перекрытия изоляторов 6÷35 кВ силовых трансформаторов в результате удара молнии в молниеотвод не только на трансформаторном, но и на приемном портале. Для корректировки положений ПУЭ с целью повышения эффективности защиты изоляции ОРУ ПС от обратных перекрытий необходимо проведение дополнительных исследований путем физического моделирования, а также сбора и анализа данных эксплуатации.

 

Список литературы:
1.    Мишкин В.Д., Рябкова Е.Я. Влияние неоднородности земли на импульсные характеристики заземлителей. «Электричество», 1977, № 1.
2.    ПУЭ 7.
3.    Рябкова Е.Я., Мишкин В.Д. Импульсные характеристики заземлителей опор линий электропередачи. «Электричество», 1976, № 8.
4.    Рябкова Е.Я. Расчет заземляющих установок высокого напряжения. — М. 1979 г.