ГОСТ Р 53735.5-2009 (МЭК 60099-5:2000) Разрядники вентильные и ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Часть 5. Рекомендации по выбору и применению

     5.2 Выбор фазных вентильных разрядников

5.2.1 Номинальное напряжение

Как правило, выбирают РВ, который бы выдерживал воздействия, обусловленные квазистационарными перенапряжениями, появляющимися в результате однофазного замыкания на землю, вызывающего подъем напряжения на неповрежденных фазах в то время, когда происходит срабатывание РВ на одной из этих фаз. Необходимо рассматривать и другие причины квазистационарных перенапряжений, а за напряжение, на которое рассчитан разрядник, следует принимать наивысшее из этих перенапряжений. В некоторых случаях может быть необходимо рассмотреть квазистационарные перенапряжения, возникающие в результате одновременного свершения разных событий, например внезапного сброса нагрузки и замыкания на землю, принимая во внимание вероятность их появления.

Во всех случаях рассматривают следующие причины квазистационарных перенапряжений:

- замыкания на землю. Эти перенапряжения проявляются в большой части сети. Руководство по определению амплитуд квазистационарных перенапряжений приведено в приложении А. Продолжительность перенапряжения зависит от продолжительности замыкания (до его устранения). В сетях с заземленной нейтралью она, как правило, не превышает 1 с. В сетях с резонансно заземленной нейтралью с автоматическим устранением замыкания она, как правило, не превышает 10 с. В сетях без автоматического устранения замыкания на землю эта продолжительность может составлять несколько часов;

- сбросы нагрузки. После отключения нагрузки возрастает напряжение на сработавшем силовом выключателе со стороны источника питания. Амплитуда перенапряжения зависит от характеристик отключенной нагрузки и от мощности короткого замыкания питающей подстанции. Квазистационарные перенапряжения имеют особенно высокие амплитуды после полного сброса нагрузки на генераторных трансформаторах в зависимости от условий намагничивания и превышения нормальной скорости. Амплитуда перенапряжений, вызванных сбросом нагрузки, как правило, изменяется в течение их периода действия. При точных расчетах необходимо учитывать много параметров.

В качестве руководства могут быть использованы следующие типичные значения:

- в небольших по протяженности сетях полный сброс нагрузки может вызвать подъем перенапряжений фаза - земля с амплитудой, как правило, ниже 1,2 отн. ед. Продолжительность перенапряжения зависит от срабатывания аппаратуры, регулирующей напряжение, и может достигать нескольких минут;

- в протяженных сетях после полного сброса нагрузки амплитуда перенапряжения фаза - земля может достигать 1,5 отн. ед. или даже более в случае появления эффекта Ферранти или резонанса. Продолжительность перенапряжений может составлять несколько секунд;

- при сбросе нагрузки генераторных трансформаторов амплитуды квазистационарных перенапряжений могут достигать 1,4 отн. ед. для турбогенераторов и 1,5 отн. ед. для гидрогенераторов. Продолжительность перенапряжений составляет приблизительно 3 с.

Если известна временная зависимость амплитуд, удобно представлять перенапряжения в виде колебаний с максимальной амплитудой продолжительностью, равной времени, в течение которого амплитуды превышают 90% максимального значения.

В некоторых сетях необходимо рассматривать следующие случаи квазистационарных перенапряжений:

- резонансные эффекты, например при зарядке длинных холостых линий или при резонансах между сетями;

- подъем напряжения вдоль длинных линий (эффект Ферранти);

- гармонические перенапряжения, например при коммутации трансформаторов;

- обратное питание через связанные трансформаторные обмотки, например двухтрансформаторная подстанция с общей вторичной шиной во время устранения повреждения или однофазной коммутации трехфазного трансформатора с неуравновешенной вторичной нагрузкой.

Квазистационарные перенапряжения, обусловленные феррорезонансами, не должны быть использованы как основа для выбора РВ, а должны быть устранены.

Комбинация таких причин, как замыкание на землю и сброс нагрузки, может привести к более высоким значениям квазистационарных перенапряжений, чем в случае воздействия одной из них. Когда такие комбинации считают достаточно вероятными, перенапряжения от каждой причины необходимо суммировать, учитывая действительную конфигурацию сети.

Примечание 1 - Выбор номинального напряжения РВ, соответствующего максимальным квазистационарным перенапряжениям сети, основывают на предположении, что наибольшее напряжение сети не повышается при нормальных условиях эксплуатации. Если имеется вероятность появления аномальных напряжений сети, увеличивающих, таким образом, вероятность срабатываний РВ в данных условиях, может стать необходимым использование РВ с более высоким номинальным напряжением, чем то, которое было рекомендовано выше.

Примечание 2 - Рабочие напряжения с частотами, отличными от 50 или 60 Гц, могут потребовать специального рассмотрения при изготовлении или эксплуатации РВ и должны быть предметом обсуждения между изготовителем и потребителем.

РВ для сетей с изолированными или резонансно-заземленными нейтралями без автоматического устранения замыкания на землю должны быть способны выдерживать номинальное напряжение непрерывно, что обусловлено возможным длительным квазистационарным перенапряжением. РВ для сетей с автоматическим устранением замыкания на землю должны выдерживать максимальное напряжение фаза - земля сети. Это уменьшенное значение может быть получено от изготовителя.

5.2.2 Номинальный разрядный ток

5.2.2.1 Факторы, влияющие на грозовые разрядные токи

Как правило, токи РВ, обусловленные разрядами молнии, меньше, чем ток молнии. В случае прямых ударов в линии бегущие волны распространяются в противоположных направлениях от точки удара. Перекрытие линейной изоляции создает параллельный путь к земле, который отводит часть тока молнии. В случае ударов в более чем один провод или перекрытия между проводами могут сработать и распределить между собой ток два или более РВ. Только в случае прямого удара очень близко к вводу РВ, где до срабатывания РВ не происходит никакого перекрытия, разрядник вынужден пропустить через себя наибольший ток удара молнии. Вероятность такого случая может быть значительно снижена соответствующей защитой. Информация, касающаяся параметров грозовой волны, может быть получена из общих или местных статистических данных. Соотношение между грозовыми волнами и разрядными токами РВ может быть получено путем расчетов методом бегущих волн.

Воздушные линии могут быть защищены от прямых ударов молнии в провода путем использования защитных тросов ("воздушная земля"), которые размещают так, чтобы перехватывать удары молнии и направлять ток молнии к земле по металлическим башенным или опорным конструкциям. Там, где применяют деревянные опоры, для соединения защитных тросов с землей используют проводники с низким сопротивлением.

При использовании защитных тросов исключаются почти все прямые удары в линейные провода. Когда происходит такой прямой удар (прорыв защиты), перекрытие линии почти неизбежно в сети, относящейся к диапазонам I и II. Число защищающих повреждений и их тяжесть следует регулировать числом и расположением защитных тросов. Когда удар молнии оканчивается на защитном тросе, ток молнии отводится в землю по устройствам, состоящим из соединенных проводников. Полное сопротивление пути тока, включая волновое сопротивление земли, вызывает напряжение на верху линейной опоры. Часть этого напряжения приходится на фазные провода. Разница между потенциалом фазного провода и потенциалом верха опоры, прилагаемая непосредственно к линейной изоляции, может привести к перекрытию. Перекрытие этого типа называют обратным перекрытием. Частота появления обратных перекрытий регулируется соответствующим выбором изоляции, поддержанием сопротивления заземления опор на приемлемом низком уровне, обеспечением адекватных промежутков провод - опора, провод - защитный трос и провод-провод и путем оптимизации геометрии опор.

Методики, аналогичные применяемым для защиты линий, могут также быть применены для защиты подстанций. Методы защиты предусматривают использование подвесных заземленных тросов, металлических мачт и молниеотводов, поддерживаемых подстанционными опорами. Эти методы могут быть применены в различных комбинациях.

В установках, не защищенных от прямых ударов молнии, например на распределительных трансформаторах или в месте присоединения кабеля на линиях с деревянными опорами, как изоляция, так и РВ могут быть подвержены прямым ударам, вызывающим чрезвычайно высокие разрядные токи. Как правило, значения тока молнии и представительного разрядного тока связаны с вероятностью их появления.

Цель защиты при ее применении на подстанциях заключается в снижении риска повреждения изоляции до приемлемого уровня. В некоторых случаях это может быть достигнуто защитой только подстанции. В других случаях потребуется защита всех линий, подходящих к подстанции. Защита линий на сравнительно коротком расстоянии от подстанции для подстанционной защиты равноценна полной защите линий.