ГОСТ Р 55630-2013/IEC/TR 62066:2002 Перенапряжения импульсные и защита от перенапряжений в низковольтных системах переменного тока. Общие положения

     5.3 Передача грозовых импульсных перенапряжений со стороны системы среднего уровня напряжения

Поскольку системы среднего уровня напряжения (СН) более протяженны и выше чем другие конструкции, расположенные в их близости, включая деревья, линии среднего напряжения более подвержены ударам молнии, чем линии низкого напряжения (НН). Число ударов молнии, оказывающих влияние на линию, зависит от грозовой интенсивности в данной области. Распространение импульса через систему СН и скорость передачи к системе НН зависит от конструкции системы.

Грозовые перенапряжения в системах СН вызываются прямыми ударами молнии или ударами молнии, произошедшими в непосредственной близости, как приведено в разделе 5.2. Кроме того, обратный искровой разряд может произойти от удара в заземленные провода или сторонние проводящие части конструкций или оборудования, или при нанесении удара молнии в землю вблизи от конструкций линии.

5.3.1 Значение импульсного перенапряжения и его распространение в системах СН

Распространение импульса зависит от конструкции системы СН и от установки защитных устройств от перенапряжения. Высокоуровневые грозовые импульсы быстро ослабляются во время их распространения по линии за счет потерь и искровых разрядов через изоляторы линии. Практически после нескольких пролетов линии значение перенапряжения уменьшается до допустимого уровня по напряжению изоляции линии.

За исключением случаев прямого удара в трансформатор СН/НН или в непосредственной близости в землю, можно предположить, что перенапряжения в системе СН ограничиваются классом изоляции изоляторов линии. В системе 20 кВ это приблизительно 150-180 кВ. Для линий в лесных массивах без заземленной арматуры могут произойти намного более высокие импульсные перенапряжения.

Второе ограничение уровня импульсных перенапряжений обеспечивается защитными устройствами от перенапряжения, которые обычно расположены на высокой стороне трансформатора СН/НН или на переходе в подземные линии. Эти защитные устройства могут быть импульсными разрядниками ZnO или SiC или искровыми разрядниками. Остаточное перенапряжение (например, в диапазоне 70 кВ для системы на 20 кВ), зависит от номинального значения и импеданса заземления защитных устройств. Если используются искровые разрядники, то можно сказать, что грозовое перенапряжение приводит к временному перенапряжению промышленной частоты.

В приложении A приведен пример измерений грозовых перенапряжений для типовой системы электроснабжения 20 кВ.

5.3.2 Передача импульсных перенапряжений в систему НН

Импульсные перенапряжения от удара молнии в системе СН передаются в систему электроснабжения НН двумя различными способами:

- емкостной и индуктивной связью через трансформатор СН/НН;

- связью по земле.

Значение импульсного перенапряжения зависит от многих параметров, таких как:

- система заземления НН (TT, TN, IT);

- характеристики и нагрузки линии НН;

- устройства защиты от перенапряжения НН;

- условия соединения СН и НН с заземлителями;

- типа трансформатора.

Анализ распространения грозового перенапряжения и его передачи в системы НН может быть выполнен с использованием высокочастотной модели. Такая модель представляет трансформатор преимущественно с емкостной связью, которая считается его самой важной характеристикой, когда рассматриваются частоты в диапазоне МГц (см. приложение A).

В случае прямого удара молнии в линию СН срабатывание разрядника или перекрытие изолятора отводит ток импульса на систему заземления, что может привести к резистивной связи по земле между системами СН и НН. Перенапряжение передается к системе НН в типовом случае, как приведено на рисунке 8а. В зависимости от значений импеданса заземления, это перенапряжение по наземной связи может быть намного выше, чем за счет емкостной связи через трансформатор.

Рисунок 8 - Типовые механизмы связи по земле

Проблема может быть решена разделением заземлителей как приведен на рисунке 8b. Однако при этой конфигурации будет возникать перенапряжение между трансформатором и его вторичной обмоткой.

В системе TN меньшие перенапряжения будут в случае, если нейтраль повторно заземляется в электроустановке потребителя. Следует отметить, что при использовании этого вида резистивной связи можно избежать выполнения отдельной системы заземления для части НН трансформатора.

Типичное значение перенапряжения, переданного за счет емкостной и индуктивной связи на вторичную сторону трансформатора СН/НН, составляет 2% между фазным и нейтральным проводником и 8% между фазным проводником и землей от напряжения фазы к земле на стороне СП. Эти значения типичны для нагруженной цепи НН. Когда сторона НН трансформатора не нагружена или очень незначительно нагружена, значения могут быть значительно выше в зависимости от параметров системы СН.

Грозовые перенапряжения в системе СН вызывают намного меньшие импульсы тока (обычно меньше 1 кА), чем при прямом ударе молнии и перенапряжения передаются в систему СН практически только через емкостную связь и не превышают нескольких киловольт. В таких случаях перенапряжение, вызванное непосредственно в системе СН (по крайней мере, в части, которая находится недалеко от точки воздействия молнии), вообще выше чем то, которое передано со стороны системы СН. Если срабатывает УЗИП или происходит искровой разряд, ток будет небольшим и соответственно резистивная связь незначительна.