Коллектив авторов - История электротехники

Обобщение и изучение эксплуатационного опыта молниезащиты было сосредоточено в ЦНИЭЛ (теперь ВНИИЭ).

Результаты глубоких экспериментальных и теоретических исследований и обобщение опыта эксплуатации находят отражение в периодически выпускаемых «Руководящих указаниях по защите от перенапряжений» (1935, 1941, 1946, 1954 гг., проекты РУ 1964, 1965 и 1975 гг., последние «Руководящие указания по защите от грозовых и внутренних перенапряжений электрических сетей 6–1150 кВ ЕЭС России», НИИПТ, 1994 г.).

К настоящему времени сложилась следующая практика молниезащиты электроэнергетических систем. В качестве своего рода авангарда выступают воздушные линии электропередачи, которые могут поражаться молнией достаточно часто — десятки раз в год, в то время как ОРУ подстанций — всего один раз в несколько лет или десятилетий. В значительном числе случаев изоляция линии электропередачи не может выдержать напряжение, возникающее на ней при ударе молнии в элементы линии (тросы, провода, опоры), и перекрывается. Нормальный режим работы на линиях напряжением 110 кВ и выше восстанавливается с помощью АПВ, на линиях напряжением 6–35 кВ — посредством компенсации емкостного тока замыкания на землю с помощью включаемого в нейтраль дугогасящего реактора [5.19; 5.20].

Поскольку повышать электрическую прочность линейной изоляции, увеличивая длину гирлянд и изоляционных воздушных промежутков, нецелесообразно, то снижение вероятности перекрытия изоляции при ударах молнии в опору производится путем уменьшения сопротивления заземления опор, а снижение вероятности удара молнии в провода — путем надлежащего подвеса защитных тросов. Установлено, что защитный угол троса должен составлять 20–30°. На линиях СВН и УВН, имеющих очень высокие разрядные напряжения гирлянд изоляторов, основной причиной грозовых отключений (до 70%) являются пробои воздушного промежутка трос — фазный провод при ударах молнии в трос в средней части пролета (В.П. Ларионов, МЭИ).

Особую озабоченность вызывает так называемая опасная зона — участок линии перед подстанцией длиной 1–3 км. При ударах молнии в эту зону появляющиеся на проводах грозовые импульсы имеют недостаточную длину пробега до электрооборудования подстанции, поэтому они слабо деформируются, прежде всего мало снижается крутизна их фронта, и они могут представлять опасность для оборудования. По этой причине в пределах опасной зоны снижаются по возможности сопротивления заземления опор и уменьшается защитный угол тросов.

На линиях с деревянными опорами защитный трос подвешивается только в пределах опасной зоны. При этом разрядное напряжение изоляции на первой подтросовой опоре оказывается практически вдвое ниже, чем на линии, и именно на этой опоре могут часто возникать перекрытия изоляции. Защита последней осуществляется трубчатыми разрядниками (РТ). С помощью РТ производится также защита ослабленных точек линии (например, изоляции переходных металлических опор на линиях с деревянными опорами), а также пролетов пересечения линий разного номинального напряжения.

Защита электрооборудования подстанций от набегающих с линий импульсов грозовых перенапряжений осуществляется с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) или вентильных разрядников (РВ). Оптимальная установка защитных аппаратов на территории подстанции рассчитывается с помощью анализаторов молниезащиты, разработанных впервые в ЛПИ, или с помощью ЭВМ.

Защита ОРУ подстанций от прямых ударов молнии производится, как правило, с помощью стержневых молниеотводов.

Внутренние перенапряжения в начале века считались синонимом коммутационных перенапряжений, связанных с плановыми (включение, отключение ненагруженных линий и трансформаторов) и аварийными коммутациями (несимметричные короткие замыкания, перемежающаяся дуга при однофазных замыканиях на землю в системах с изолированной нейтралью).

Для ликвидации перекрытий линейной изоляции, возникавших при коммутационных перенапряжениях, использовались разные подходы. В США большинство электроустановок работало с заземленной нейтралью, поэтому возникающий при перекрытии ток короткого замыкания на землю селективно отключался выключателем. В Германии сооружались сети с малыми токами замыкания на землю. В этом случае для ликвидации перекрытий изоляции между нейтралью трансформатора и землей включается катушка индуктивности (катушка Петерсена). При замыкании одного из проводов на землю на ней возникает фазное напряжение и через нее проходит индуктивный ток, компенсирующий емкостный ток замыкания на землю, что при соответствую-

щем индуктивном сопротивлении катушки (дугогасящего реактора, как он называется в настоящее время) приводит к быстрому погасанию электрической дуги в месте замыкания и восстановлению прочности линейной изоляции.

В нашей стране электроустановки напряжением до 35 кВ работают с дугогасящим реактором в нейтрали. Большинство опубликованных в 30-е годы работ посвящены анализу работы дугогасящих реакторов в сетях напряжением 35 кВ и ниже.

Рост номинальных напряжений вызвал интерес к коммутационным перенапряжениям в электроустановках напряжением 110 кВ и выше, работающих с заземленной нейтралью, поскольку стало труднее создавать достаточный запас электрической прочности изоляции. В 1938–1939 гг. ВЭИ приступил к исследованию перенапряжений, возникающих при отключении ненагруженных линий. Работы велись как на моделях, так и в сетях напряжением 110, 154 и 220 кВ «Мосэнерго» и «Днепрэнерго».

Новый всплеск исследований внутренних перенапряжений связан с проектированием и созданием двухцепной электропередачи длиной 1000 км между Волжской гидроэлектростанцией в районе Жигулей и центром европейской части России. Особенностью этой электропередачи, которая была включена в работу при напряжении 400 кВ и вскоре после пуска переведена на напряжение 500 кВ, было отсутствие, по крайней мере в начальный период эксплуатации, промежуточных подстанций, что породило ряд сложных проблем и привело к появлению еще одного вида (наряду с коммутационными) внутренних перенапряжений — резонансных.

Значительная длина линий и наличие компенсирующих устройств вызвали возникновение перенапряжений, которые отсутствуют в линиях меньшего напряжения. Ненагруженная линия большой длины, включенная последовательно с линейной индуктивностью, является источником перенапряжений, обусловленных резонансом на основной гармонике. А наличие в системе нелинейных элементов (трансформаторов, реакторов поперечной компенсации) вместе с конденсаторами продольной компенсации создает возможность возникновения перенапряжений при нелинейных резонансах как на основной, так и на высших и низших гармониках. В результате интенсивных и всесторонних исследований, проведенных институтом «Энергосетьпроект», ВЭИ, ВНИИЭ, НИИПТ, МЭИ, возникшие проблемы были решены, и электропередача Жигули — Центр успешно работает, как и другая подобная передача Волжская ГЭС — Центр [5.21].