Применение защитных аппаратов для защиты воздушных линий электропередачи

Рис. 16. Статическая вольт-амперная характеристика вилитового резистора высотой 60 мм и диаметром 100 мм на импульсах тока 20/40 мкс

Увеличение номинального напряжения электрических сетей и необходимость снижения уровня изоляции оборудования требует глубокого ограничения перенапряжений. В то же время применяемые в настоящее время в эксплуатации вентильные разрядники с резисторами на основе карбида кремния вследствие недостаточной нелинейности материала не позволяют ограничить уровень перенапряжений ниже . Более глубокое их снижение требует уменьшения нелинейного последовательного сопротивления, что приводит к существенному увеличению сопровождающих токов. Искровые промежутки не в состоянии погасить большие токи. Включение нелинейных сопротивлений под рабочее напряжение без искровых промежутков оказывается невозможным вследствие большого тока через нелинейное сопротивление при фазном напряжении. Применение искровых промежутков вызывает дополнительные трудности, связанные с необходимостью уменьшения сопровождающего тока до величины, надёжно отключаемой промежутками, а также получения пологой вольт-секундной характеристики разрядника.

1.3.4 Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН)

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам с резко нелинейной вольтамперной характеристикой и достаточной пропускной способностью. Таким требованиям отвечают резисторы из полупроводникового материала на базе оксида цинка. Защитные аппараты, изготовленные из таких резисторов, носят название нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Технология изготовления варисторов близка к технологии производства керамических конденсаторов. Специфика состоит в необходимости применения химически чистого исходного материала, соблюдения требований чистоты в процессе производства и тщательности перемешивания компонентов, близких к требованиям при производстве полупроводников. Основной компонент сырья - ZnO является полупроводник n -типа с удельным объёмным сопротивлением 0,11,0 Ом?см. Обжиг кристаллов ZnO в окислительной среде при t=300°C приводит к уменьшению их проводимости на порядок и появлению нелинейных свойств (б=0,30,5). Для резкого уменьшения б варисторов оксид цинка смешивают с незначительным количеством окисей других металлов: висмута(Bi₂O₃), кобальта(CoO, Co₂O₃), марганца (MnO), сурьмы (Sb₂O₃). После перемешивания (как правило, мокрого, в шаровых мельницах) проводят формовку (прессование) варисторов при давлении 3040 МПа и их обжиг в силитовых электропечах в присутствии кислорода при температуре 1200 -1350С.

Микроструктура полученных таким образом варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (проводник n -типа) размером 1 -10 мкм, окружённые прослойкой толщиной 0,11 мкм, являющейся полупроводником p -типа. Удельное объёмное сопротивление кристаллов ZnO составляет 110 Ом?м, межкристаллической прослойки - 10¹² -10¹³ Ом·м. Таким образом, варисторы из ZnO представляют собой систему последовательно-параллельно включённых p -n переходов, которые определяют их нелинейные свойства.

В настоящее время варисторы для ОПН ВН выпускаются в виде цилиндрических дисков диаметром 28110 мм, высотой 540мм. На торцевые части дисков методом металлизации (называемым шоопированием по фамилии инженера, предложившего его) наносятся металлические, чаще всего, алюминиевые электроды. Толщина слоя металлического покрытия оксидно-цинковых варисторов (ОЦВ) составляет 0,050,30мм. В отдельных случаях для повышения пропускной способности оцв при импульсах тока с крутым фронтом их боковые поверхности покрывают глифталевой эмалью.

ОЦВ выпускается для постоянного и переменного токов. Поэтому, их вольт-амперные характеристики (ВАХ) исследуются при постоянном токе, при частоте 50 Гц, при коммутационных и импульсных волнах перенапряжений.

ВАХ варисторов не зависит от полярности приложенного напряжения.

Вольт-амперные характеристики варисторов диаметром 28 мм приведены на рис. 17, а, б, где напряжение указано в относительных единицах, причём за базисную величину принято остающееся напряжение на варисторе при токе 100 А.

На ней может быть выделено три характерных участка, для каждого из которых справедлива аппроксимирующая формула U=CI^б (рис.17).

Рис. 17. Вольт-амперные характеристики оксидно-цинковых резисторов на постоянном токе и при импульсах (а) и на переменном токе частотой 50 Гц (б), зависимость плотности тока от напряжённости.

Вольт-амперную характеристику нелинейных резисторов, как уже отмечалось, обычно аппроксимируют зависимостью , где - коэффициент нелинейности материала.

При плотностях постоянного тока мене 8·10 ^-5 А/см² (область 1) варисторы обладают слабой нелинейностью (б?0,1). При этом также наблюдается сильное влияние температуры ОЦВ на их ВАХ.

При напряжённости электрического поля Е=1кВ/см, являющейся характерной для работы ОПН под фазным напряжением, температурный коэффициент (ТКI) тока достигает 10%/К. В области токов II происходит резкое уменьшение температурного коэффициента ТКI до 1 -3%/К в диапазоне t=20100°С и уменьшение коэффициента нелинейности б до 0,010,04. При плотности ј>10 А/см² (область III) коэффициент нелинейности вновь увеличивается до 0,1 и более.

Малая величина (0,0150,04), определяющая преимущества оксидно-цинковых варисторов, охватывает область токов от 10 ^-7 до 10² А. Протекание через варисторы токов, превышающих 500 А, нежелательно, поскольку в этом случае резко возрастает коэффициент нелинейности ( > 0,1). Зависимости усреднённых значений параметров варисторов от тока приведены в таблице 3.

Таблица 3

Средние значения параметров С и оксидно-цинковых варисторов

I, А					1	10	100	500	1500
	0,7	0,74	0,78	0,82	0,86	0,91	1	1,1	1,3
	0,02	0,03	0,04	0,06	0,01
	0,86	0,09	0,093	0,96

Вольт-амперная характеристика варисторов (рис. 17) позволяет комплектовать нелинейные ограничители перенапряжений с улучшенными характеристиками без искровых промежутков.

Нелинейные ограничители перенапряжений, обладая лучшими защитными характеристиками по сравнению с вентильными разрядниками, так же, как и вентильные разрядники, оказываются не в состоянии обеспечить ограничение перенапряжений ниже некоторого минимального уровня. Это связано с особенностью нелинейных сопротивлений, изготовленных на основе оксида цинка. Их характеристики могут необратимо изменяться под действием длительно приложенного рабочего напряжения, если при этом ток через нелинейное сопротивление превосходит величину порядка нескольких десятых долей миллиампера, поэтому вольт-амперную характеристику ОПН приходится поднимать вверх по оси напряжения до тех пор, пока ток нормального рабочего режима не понизится до значения 0,1 мА. Технически это достигается путём увеличения числа последовательно соединённых элементов нелинейных сопротивлений. При этом пропорционально возрастают и все остальные ординаты вольт-амперной характеристики ОПН. Например, если при одинаковой толщине дисков ОПН 220 кВ будет иметь вдвое больше последовательных элементов по сравнению с ОПН 110 кВ, то и уровень ограничения грозовых перенапряжений при токе 5 кА у него будет в два раза выше, чем у ОПН 110 кВ, т. е. кратность ограничения перенапряжений при заданном токе через ОПН останется той же самой. Некоторого, весьма небольшого изменения крутизны вольт-амперной характеристики удаётся достичь путём увеличения площади дисков нелинейных элементов или параллельного соединения нескольких цепочек из нелинейных элементов.

С увеличением амплитуды напряжений в течение ~1 наносекунды сопротивление ОПН падает на несколько порядков, преобладает активная составляющая тока. В итоге энергия волны в защищаемой сети с помощью ОПН отводится в землю, что резко и глубоко ограничивает амплитуду переходных процессов и тем самым обеспечивает защиту изоляции.

1.3.5 Устройство защиты от перенапряжений (УЗПН)

Комбинация искровых промежутков с ограничителями перенапряжения нелинейными получила название устройств защиты от перенапряжений для сетей напряжением до 35 кВ.

По данным РАО «ЕЭС России», общая протяжённость находящихся в эксплуатации в Российской Федерации ВЛ 6 и 10 кВ превышает 1200 тыс. км. Надёжность электроснабжения потребителей в значительной мере определяется надёжностью работы ВЛ 6 и 10 кВ. В силу ряда причин надёжность работы ВЛ 6 и 10 кВ является относительно низкой.

Одной из основных причин аварий и нарушений питания на ВЛ 6 - 10 кВ являются грозовые воздействия, которые составляют до 40% от общего числа их отключений. Они вызывают повреждения изоляторов, опор, проводов, приводят к замыканиям на землю, дуговым перенапряжениям и автоматическим отключениям. Вследствие низкого уровня импульсной прочности линейной изоляции ВЛ 6 - 10 кВ являются весьма подверженными грозовым отключениям, так как практически все перенапряжения от прямых ударов молний и значительная часть индуктированных перенапряжений приводят к перекрытиям изоляторов, с большой вероятностью переходящим в силовую дугу напряжения промышленной частоты.

Кроме того, внедрение в нашей стране распределительных воздушных линий с защищёнными изоляцией проводами (ВЛЗ), которые имеют ощутимые эксплуатационно-технические преимущества перед ВЛ с неизолированными проводами по меньшей повреждаемости, надёжности электроснабжения потребителей, безопасности, габаритам, предопределяет необходимость применения какой-либо системы их грозозащиты для предотвращения пробоев изоляции и пережога проводов силовым током короткого замыкания. Особенностью проблемы грозозащиты ВЛЗ является то, что в случае отсутствия специальных мер, при грозовом перекрытии изоляторов линии, сопровождаемом пробоем изоляции провода, образующаяся с большой вероятностью дуга промышленной частоты не имеет возможности перемещаться по проводу и горит в месте пробоя изоляции до момента отключения линии. Это зачастую приводит к повреждению изоляторов, обжигу изоляции провода, а в случае больших токов короткого замыкания - к пережогу проводов.

Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4 - 10 кВ от грозовых перенапряжений, разработанные ОАО «РОСЭП» и утверждённые ОАО «ФСК ЕЭС», обязывают защищать ВЛЗ от грозовых перенапряжений. Кроме того, в «Положении о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС», утверждённом в 2006 году, прямо указывается на необходимость защиты ВЛ 6 - 35 кВ от грозовых перенапряжений. Одним из вариантов защиты указывается использование ограничителей перенапряжений нелинейных ОПН (УЗПН). Также применение средств грозозащиты ВЛ 6 -10 кВ целесообразно для особо ответственных линий, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности (например, ВЛ, питающие объекты нефтегазодобычи), или же для линий, проходящих в районах с повышенной интенсивностью грозовой деятельности.

В настоящее время основной технической мерой, призванной снижать ущерб от грозовых отключений ВЛ 6 - 10 кВ, в России служит автоматическое повторное включение. АПВ негативным образом отражается на коммутирующем и другом высоковольтном оборудовании. Поэтому АПВ эффективно далеко не везде. Также само по себе автоматическое повторное включение не защищает от пережога провода ВЛЗ.

Для защиты воздушных линий электропередачи переменного тока напряжением 6 и 10 кВ от перенапряжений ЗАО «МЗВА» совместно с НПО «Полимер-Аппарат» разработаны устройства защиты нелинейные типа УЗПН, представляющие собой линейный ОПН с внешним искровым промежутком.

Устройства предназначены для снижения числа грозовых отключений воздушных линий и предотвращения пережога изолированных проводов ВЛЗ дугой сопровождающего грозовой импульс тока промышленной частоты.

На рис. 18 показана установка УЗПН на линии 10 кВ

Рис.18. Установка УЗПН на ЛЭП

В состав устройства входят:

1. Ограничитель перенапряжений.

2. Электрод 1.

3. Электрод 2.

4. Прокалывающий зажим.

5. Провод.

6. Кронштейн.

7. Искровой промежуток.

Устройство состоит из:

- ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН) специальной конструкции;

- искрового промежутка (ИП) между фазным проводом и ОПН.

Нелинейный ограничитель перенапряжений представляет собой защитный аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединённых варисторов, заключённой в герметичный полимерный корпус. ОПН с помощью специальной арматуры крепится на опорах (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи.

При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ или при прямых ударах молнии в провода ВЛ, искровой промежуток УЗПН пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземлённые части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия индуктированного перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через ОПН за счёт возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование дуги в искровом промежутке невозможно, и дуга гаснет.

Устройства предназначены для защиты изоляции ВЛ от индуктированных перенапряжений и перенапряжений при прямых ударах молнии в провода ВЛ с амплитудами до 65 кА. Прямое воздействие молнии с большей амплитудой может вызвать повреждение («спекание») ОПН, но благодаря особенности УЗПН - наличию внешнего искрового промежутка в цепи ОПН - это не приведёт к постоянному замыканию провода на землю.

Доля прямых ударов молнии в совокупности опасных для изоляции ВЛ перенапряжений в зависимости от степени экранирования составляет от 0 до 10 %. Кроме того, по данным ОАО «НИИПТ», вероятность удара молнии с амплитудой, превышающей 65 кА, - 0,2. Таким образом, вероятность повреждения УЗПН не велика (не более 2 %). Например, на ВЛ 10 кВ длиной 100 км, расположенной в Ленинградской области, можно ожидать повреждение одного устройства не чаще одного раза в 2 года. Один раз в год перед началом грозового сезона рекомендуется совершать обход ВЛ, защищённой УЗПН, и заменять повреждённые аппараты, если такие имеются.

Устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз. Установка необходимой величины искрового промежутка (L) производится на стадии монтажа.

Основные характеристики

Основные технические параметры УЗПН представлены в таблице 4.



Таблица 4. Основные технические параметры УЗПН

Основные технические параметры УЗПН
1. Класс напряжения сети, кВ	10
2. Остающееся напряжение при грозовых импульсах тока 8/20 мкс, кВ с амплитудой: 5000 А 10000 А 20000 А	38,9 42,1 47,5
3. Количество воздействий импульсов большого тока 4/10 мкс с максимальным значением 65 кА, не менее:	2
4. Способность к рассеиванию энергии, кДж, не менее	12,4
5. Искровой промежуток, мм	60
6. Импульсное 50% -процентное разрядное напряжение, кВ	92

ПРИМЕЧАНИЕ:

При использовании на ВЛ с нестандартным уровнем изоляции защитные характеристики УЗПН легко координируются изменением длины искрового промежутка. В этом случае длина искрового промежутка должна выбираться и быть проверена с точки зрения координации обеспечиваемого защитного уровня и необходимого уровня изоляции для конкретных ВЛ.

Сравнение УЗПН с другими средствами защиты ВЛ 6 - 10 кВ от грозовых перенапряжений

1. Дугозащитные рога (устройства защиты от дуги (УЗД)

Конструкция и размещение дугозащитных рогов выбирается таким образом, чтобы любое длительное однофазное замыкание переходило в межфазное, при котором автоматическая защита отключает всю воздушную линию. Последующим АПВ или РПВ линия приводится в исходное состояние. Кратковременное же однофазное замыкание благодаря спиральным шунтам, защищающим провод в районе изоляторов, не представляет опасности для изолированного провода и не приводит к межфазному замыканию и, соответственно, к отключению линии автоматической защитой, что доказано опытом эксплуатации обычных ВЛ с «голыми» проводами.

Проще говоря, устанавливаемые на все три провода вблизи изоляторов дугозащитные рога вместе со спиральными шунтами, обвивающими провод имитируют в районе опоры участок с «голыми» проводами (примерно 1,5 метра). Поскольку на линии с «голыми» проводами дуга под воздействием электро-динамических сил способна перемещаться одним из своих концов вдоль провода, возможность повреждения последнего вследствие теплового воздействия дуги маловероятна, что однозначно подтверждает опыт эксплуатации обычных ВЛ 6 - 10 кВ с голыми проводами. При перекрытии изоляторов вследствие индуктированных перенапряжений токи дуговых замыканий, практически, всегда будут ограничиваться сопротивлениями заземления опор и не будут превышать 500А, что будет представлять из себя кратковременное однофазное замыкание на землю. В этом случае дуга под воздействием электродинамических сил, также как и в случае с голыми проводами будет иметь возможность свободного перемещения по защитному шунту УЗД, что исключит возможность длительного теплового воздействия на изолированный провод, находящийся под защитным шунтом.

В случае длительного однофазного замыкания на землю, обусловленного прямыми ударами молнии и токами замыкания более 500 А, однофазное замыкание переходит в межфазное, так как расстояние между проводами соседних фаз на линиях с изолированными проводами значительно меньше (на 200 мм), чем на линиях с «голыми» проводами. Сокращённое межфазное расстояние создаёт предпосылки к переходу однофазного замыкания в межфазное, способствующим фактором которого является активная ионизация воздуха в районе горения дуги. Таким образом, дугозащитные рога (УЗД) являются надёжным и наиболее дешёвым средством грозозащиты. Однако при питании некоторых ответственных потребителей недопустимо полное прерывание питания даже на паузу АПВ. Тем более, что количество отключений ВЛ сильно увеличивается, т. к. многие из первоначально однофазных замыканий будут переходить в межфазные и, соответственно, приводить к отключению ВЛ. Ещё одним недостатком данной системы является возможность короткого межфазного замыкания при попадании на дугозащитные рога и шунты УЗД посторонних предметов (например, в лесистой местности), что может привести к выходу линии из строя уже на продолжительное время.

2. Длинно искровые разрядники РДИ и УЗПН

Заявленные функциональные характеристики РДИ и УЗПН близки.

Принцип действия РДИ основан на исключении перехода искрового перекрытия в силовую дугу за счёт удлинения импульсного пути скользящего разряда. Данный эффект был описан ещё в 50 -х годах прошедшего столетия как отечественными, так и зарубежными специалистами, но не находил широкого применения в грозозащите ВЛ. Устройства, подобные УЗПН, уже долгое время успешно применяются во многих странах. Кроме того, неоспоримым фактом является то, что именно устройства на базе ОПН являются самым эффективным способом защиты от грозовых перенапряжений как самих линий, так и подстанционного оборудования, что подтверждено многолетним отечественным и зарубежным опытом эксплуатации данных устройств. Единственным преимуществом РДИ перед устройствами на базе ОПН считалась их стоимость. Финансовые возможности отечественных энергосистем не позволяли массово применять наиболее надёжные системы грозозащиты ВЛ импортного производства из -за их высокой стоимости - около 9 тыс. рублей за комплект защиты одной фазы на опоре.

Сегодня современные технологии позволили ЗАО «МЗВА» и НПО «Полимер-Аппарат» создать отечественные аналоги лучших зарубежных устройств линейной грозозащиты на базе ОПН. При этом их стоимость сопоставима со стоимостью таких изделий, как РДИ (РДИП-10). Дополнительным достоинством устройств типа УЗПН является возможность присоединения к электродам, формирующим искровой промежуток, штатных штанг переносного заземления для обеспечения выполнения требований техники безопасности при работах на ВЛ, что до сих пор представляло значительные технические трудности на линиях с изолированными проводами.

В Сибирском научно-исследовательском институте энергетики (ОАО «СибНИИЭ») была проведена работа по теоретическому выбору параметров ограничителей перенапряжений, используемых для комплектации УЗПН. В последствии на экспериментальной модели были проведены испытания УЗПН с такими ограничителями перенапряжений.

Характеристики ограничителей перенапряжений, предназначенных для комплектации УЗПН, определённые в ОАО «СибНИИЭ»:

- удельная энергоёмкость, не менее - 0,3 кДж/кВ;

- остающиеся напряжения при воздействии номинального импульса тока 5 кА - не менее 17 кВ для УЗПН -6 и не менее 27 кВ для УЗПН -10.

Выбор остающегося напряжения обуславливался условием обрыва сопровождающегося тока. В работе были использованы характеристики современных варисторов, близкие к характеристикам варисторов, используемых НПО «Полимер-Аппарат» для комплектации ОПН.

Условное обозначение устройства: УЗПН - X1 - ХХ2, где:

Х1 - класс напряжения ВЛ (6 или 10);

ХХ2 - конструктивное исполнение узла крепления в зависимости от применяемых опор и изоляторов (ПШ - промежуточная опора со штыревыми изоляторами, ПО - промежуточная опора с опорными линейными изоляторами типа ОЛФ, АП - анкерная или промежуточная опора с полимерными подвесными изоляторами, АС - анкерная опора со стеклянными изоляторами типа ПС).

В комплект поставки входят: партия УЗПН; паспорт; руководство по эксплуатации, включающее техническое описание и руководство по монтажу (одно на партию поставляемых однотипных устройств).

В 2006 году в ОАО «НИИПТ» были проведены следующие испытания УЗПН 6 - 10 кВ:

1. проверка пропускной способности при воздействии:

прямоугольных импульсов тока длительностью 2000 мкс с максимальным значением 300 А;

грозовых импульсов тока 8/20 мкс с максимальным значением 5000 А;

- импульсах большого тока 4/10 мкс с максимальным значением 65 кА.

2. определение остающихся напряжений при воздействии:

- грозовых импульсах тока 8/20 мкс;

- быстро нарастающих импульсов тока 1/10 мкс с максимальным значением 5000 А.

3. испытания по определению вольт-секундной характеристики и 50 -процентного разрядного напряжения искрового промежутка УЗПН.

Испытания изоляции, механической прочности, испытания на взрывобезопасность и др. были проведены ранее для соответствующих ограничителей перенапряжений.

Устройства взрывобезопасны. Срок службы устройств - не менее 30 лет.

Устройство соответствует требованиям технических условий ТУ 3414 -008 -15207362 -2003.

Устройство УЗПН сертифицировано - Сертификат соответствия № РОСС RU.ME05.Н05740. Срок действия с 28.04.2007 г. по 26.04.2010 г.

Устройство аттестовано комиссией «ФСК ЕЭС», рекомендовано к применению

1.3.6 Разрядники длинно искровые (РДИ)

Как было показано в параграфе 1.2.1, грозоупорность ЛЭП повышается при снижении вероятности перехода импульсного перекрытия междуфазной изоляции в силовую дугу. Это достигается снижением средней напряжённости электрического поля (1.14). Для защиты сетей 6 -35 кВ в середине 90 -х годов 20 века были разработаны (г. Санкт -Петербург) и внедрены в практику эксплуатации новые защитные аппараты, получившие название длинно -искровые разрядники.

Длинно -искровые разрядники (РДИ) предназначены для защиты ВЛ среднего напряжения (СН) 6 -35 кВ от грозовых перенапряжений и пережога проводов дугой тока промышленной частоты, сопровождающей грозовое перекрытие изоляции. РДИ являются российской разработкой и по своим конструктивным параметрам, техническим характеристикам и функциональным возможностям представляют особый класс устройств грозозащиты, не имеющий мировых аналогов. Помимо России РДИ запатентованы в США, странах ЕЭС и в Бразилии. Принцип действия всех видов РДИ заключается в ограничении грозовых перенапряжений на ВЛ за счёт искрового перекрытия по поверхности изоляционного тела разрядника с длиной канала разряда, в несколько раз превосходящей строительную высоту защищаемой изоляции, и гашении сопровождающих токов промышленной частоты за счёт обеспеченного таким образом снижения величины среднего градиента рабочего напряжения вдоль канала грозового перекрытия. Главным отличительным достоинством класса длинно-искровых разрядников является их неподверженность разрушениям и повреждениям грозовыми и дуговыми токами, поскольку они протекают вне аппаратов, по воздуху вдоль их поверхности. Это уникальное для грозозащитных аппаратов качество наряду с конструктивной простотой предопределило возможность их успешного применения в качестве эффективного и надёжного средства защиты воздушных линий и электрических сетей от грозовых перенапряжений и их последствий. Опытно-промышленная эксплуатация РДИ началась в 2000 году с момента принятия соответствующего Постановления НТС РАО «ЕЭС России» о перспективности применения длинно -искровых разрядников разработки НПО «Стример» для грозозащиты ВЛ 6, 10 кВ, рекомендовавшего установку на ВЛ как с защищёнными, так и с голыми проводами, одного из видов РДИ - петлевого разрядника РДИП -10. К настоящему времени в различных энергосистемах успешно эксплуатируется более 80 тыс. разрядников. Они рекомендованы Методическими указаниями по грозозащите и Положением ФСК о технической политике в качестве основного средства грозозащиты ВЛ 6 -10 кВ.

Известно, что эффективность гашения дуги повышается при разбиении дуги на отдельные участки, например, при помощи дугогасительной решётки. Наиболее эффективна так называемая мульти-электродная система (МЭС), состоящая из большого числа электродов (m=100 -500) с малыми искровыми промежутками (S=2 мм).

На данный момент существует, по крайней мере, 3 типа РДИ, которые хорошо себя зарекомендовали в практики эксплуатации ЛЭП 6 -35 кВ:

1. Длинно -искровой разрядник модульный РДИМ -10 -К УХЛ1

РДИМ -10 -К УХЛ1 это универсальное устройство защиты от всех видов опасных для электрических сетей 6, 10 кВ грозовых воздействий, надёжно предотвращающее аварийные отключения и повреждения.

Защищают от индуктированных перенапряжений; имеют небольшой вес; удобны при установке на ВЛ;

Устанавливаются на компактные ВЛ, по одному разряднику на опору, на среднюю фазу;

Расстояние между фазами должно быть не более 0,5 м;

Изоляторы должны быть типа ШФ20 с 50%-ным разрядным напряжением не менее 150 кВ при воздействии грозового импульса;

РДИМ -10 -К УХЛ1 предназначен для районов со средней степенью загрязнённости атмосферы. На рис.19 показана установка РДИМ -10 -К УХЛ1 на опоре ВЛ с опорными изоляторами.

Рис.19 Установка РДИМ -10 -К на опоре ВЛ с опорными изоляторами.

2. Длинно-искровой разрядник петлевой РДИП -10 -4 УХЛ1

Назначение:

Защита проводов от пережогов;

Защита изоляции ВЛ от грозовых перенапряжений;

Защита ВЛ и установленного на них оборудования от грозовых отключений и повреждений;

Защита электрических сетей от дуговых замыканий.

Область применения:

РДИ широко применяются во многих энергосистемах России в соответствии с Решением Научно-Технического Совета "РАО ЕЭС России" и "Методическими указаниями по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4 - 10 кВ от грозовых перенапряжений". Применение длинно-искровых разрядников РДИ, признано перспективным Постановлением Научно -Технического Совета РАО «ЕЭС России» от 24.03.00. Эксплуатация разрядников петлевого типа РДИП-10 рекомендована для грозозащиты на линиях с защищёнными и голыми проводами ВЛ 6, 10 кВ. ТУ 341430-023-45533350-02.

Достоинства и преимущества

Не только устраняют пережог проводов, но и предотвращают отключение ВЛ вследствие грозовых индуктированных перенапряжений.

Устраняют последствия грозовых перекрытий, не причиняя ущерба оборудованию линий и подстанций в отличии от дугозащитных рогов, которые искусственно переводят однофазное замыкание в двухфазное, создавая тем самым мощный электродинамический удар по оборудованию.

Экономят ресурс срабатывания высоковольтных выключателей;

Защищают электрические сети от дуговых перенапряжений, сопутствующих однофазным замыканиям на землю, вызванным грозовыми перенапряжениями.

Не подвержены разрушающему воздействию токов молнии и сопровождающих токов дуговых замыканий, как нелинейные ограничители перенапряжений или трубчатые и вентильные разрядники, поскольку эти токи протекают вне конструкции разрядника;

Не находятся под рабочим напряжение и не требуют обслуживания;

Не обуславливают никаких специальных требований по снижению сопротивлений заземления опор, на которых они установлены.

На рис.20 показана установка РДИП-10-4 на опоре.

Рис.20. РДИП-10-4 на опоре.

3. Длинно-искровой разрядник шлейфовый РДИШ-10 УХЛ1

Назначение:

Совмещает функции разрядника и шлейфа;

Защищает от индуктированных напряжений;

Может устанавливаться вместо петлевого разрядника.

На рис.21 показана установка РДИШ-10 на опоре.

Рис.21 РДИШ-10 на опоре.

Раздел 2. Оценка размеров опасной зоны подстанций

2.1 Волны грозовых перенапряжений на ЛЭП

Как отмечалось в предыдущем разделе, при ударе молнии в провод ЛЭП в обе стороны от точки удара распространяется волна грозового перенапряжения, которая характеризуется амплитудой напряжения (U_max), длительность фронта и импульса (Т₁ и Т₂), а также крутизной фронта а. Если амплитуда волны больше импульсной прочности фазной изоляции, то происходит перекрытие изоляции (однофазное замыкание на землю) и амплитуда волны срезается. Таким образом по ЛЭП могут распространяться на достаточно большие расстояния волны грозовых перенапряжений, амплитуда которых не превышает импульсную прочность фазной изоляции (U_max < U_50%).

При движении по проводам импульсов грозовых перенапряжений амплитуда и крутизна фронта волны уменьшаются, т.е. при распространении вдоль линии волны затухают и сглаживаются. Поэтому существует ограниченная длина подхода, удары молнии в ВЛ за пределами которой не могут создать для подстанции опасных набегающих волн. Снижение амплитуды волны обусловлено, в основном, возникновением на проводах ЛЭП импульсной короны. Часть энергии волны расходуется на создание разрядов короны и амплитуда уменьшается. Оценить снижение амплитуды волны можно по формуле

, (2.1)

где х - расстояние от расчётной точки до места удара молнии в км.

На рис.22 показано относительное снижение амплитуды волны грозового перенапряжения (ГПН) от расстояния до места удара молнии.

Рис.22. Относительное снижение амплитуды волны ГПН

Удлинение фронта волны за счёт импульсной короны и импеданса ЛЭП можно оценить по эмпирической формуле:

, (2.2)

где - амплитуда импульса в кВ, h - средняя высота подвески провода в м, - удлинение фронта волны грозового перенапряжения при прохождении 1 км линии в мкс. Зависимости удлинения фронта волны ГПН от высоты подвески провода для ЛЭП 35 кВ (верхняя кривая) и ЛЭП 10 кВ (нижняя кривая) показаны на рис.23. Чем больше расстояние от оборудования подстанции до места удара молнии, тем более пологим будет фронт волны ГПН, которая приходит с присоединённых ЛЭП.

В инженерных расчётах допустимо применение приближенного подхода, состоящего в следующем: принимается, что в месте удара молнии образуется импульс напряжения бесконечной длительности с вертикальным фронтом (Т₁ = 0) и амплитудой, равной линейной изоляции. Снижением амплитуды импульса пренебрегают, а удлинение фронта волны в результате действия импульсной короны подсчитывают по формуле (2.2).

Рис.23. Зависимость удлинения фронта волны ГПН от высоты подвески провода для ЛЭП 35 кВ (верхняя) и 10 кВ (нижняя)

2.2 Устройство защищённых подходов к подстанции

При анализе грозовых перенапряжений в РУ 35 -750 кВ основными расчётными случаями являются:

удары молнии в фазные провода (например, точка 1 на рис.24);

удары молнии в опоры (например, точка 2 на рис.24);

удары молнии в трос (например, точка 3 на рис.24);

удары молнии в землю вблизи ЛЭП.

Рис.24. Возможные места ударов молнии в ЛЭП

Требования к обустройству так называемых защищённых подходов воздушных линий к РУ приведены в ПУЭ и предполагают снижение числа набегающих с ВЛ опасных грозовых волн, вызванных ударами молнии в фазные провода, в опоры и тросы. При этом предполагается, что после реализации комплекса мер число возникающих на защищённом подходе опасных грозовых волн уменьшается, а грозовые волны образующиеся на ВЛ на расстоянии более длины защищённого подхода, уже не представляют особой опасности для оборудования РУ вследствие заметного увеличения длительности их фронта из -за импульсной короны на проводах ВЛ.

Для обустройства защищённых подходов ПУЭ предписывает:

установку на подходах присоединённых к РУ воздушных линий одного или нескольких грозозащитных тросов, обеспечивающих снижение вероятности прямого удара молнии в фазные провода ВЛ и соответствующее снижение числа образовывающихся на фазных проводах грозовых волн;

выбор оптимального положения тросов на опоре, обеспечивающего минимальную вероятность прорыва молнии на фазные провода (снижение угла б на рис.10);

снижение импульсного сопротивления заземления ближайших к РУ опор присоединённых ВЛ, в результате чего при ударе молнии в заземлённый трос или опору линии уменьшается вероятность обратных перекрытий с тела опоры на фазные провода, т.е. вероятность появления на изоляции РУ грозовых волн с крутым фронтом.

В качестве дополнительного мероприятия, не приведённого в ПУЭ, можно рекомендовать прокладку дополнительных токоотводов на ближайших опорах из немагнитного материала (медь, алюминий) для снижения удельной индуктивности опоры и снижения вероятности обратного перекрытия с опоры на провод.

2.3 Расстановка защитных аппаратов

Места установки в распределительном устройстве защитных аппаратов типа РВ и ОПН определены в правилах устройства электроустановок ПУЭ, где в качестве типовой рассматривается схема РУ, приведённая на рис.25. На этом рисунке условно показано, каким образом различное оборудование распределительного устройства располагается по ходу набегающей с воздушной линии грозовой волны. В расчётах грозовых перенапряжений трансформаторы и другие высоковольтные аппараты заменяются своими входными ёмкостями - на рис.25 можно видеть ёмкости силового трансформатора (Т) и измерительного трансформатора напряжения (ТН)

Рис.25. Типовая схема защиты оборудования РУ от ГПН

Учитывая конечную скорость электромагнитных волн при их распространении по проводам ВЛ и ошиновке РУ, грозовые перенапряжения в схеме рис.3 могут возникать:

- на изоляции Т только в том случае, когда грозовая волна прошла за точку установки ОПН; при этом возникающие на Т перенапряжения напрямую определяются защитными характеристиками ОПН;

- на изоляции ТН даже в том случае, когда грозовая волна ещё не дошла до ОПН, т.е. ОПН не вступил в работу по ограничению перенапряжений; при этом возникающие на ТН перенапряжения определяются в большей степени амплитудой грозовой волны, набегающей с ВЛ (т.е. сопоставимы с импульсной прочностью изоляции ВЛ, которая значительно выше изоляции оборудования РУ), а в меньшей степени - защитными характеристиками ОПН.

В типовых схемах вида рис.25 ОПН устанавливается в непосредственной близости от силового трансформатора, как наиболее дорогостоящего оборудования, поэтому зачастую имеет место соотношение расстояний L₂ > L₁. Известно, что чем выше расстояние L от ОПН до защищаемого оборудования и чем меньше длительность фронта Т₁ набегающих грозовых волн, тем больше напряжение на оборудовании может превосходить напряжение на ОПН. Разница напряжений на защищаемом оборудовании, расположенным за ОПН по ходу волны, и остающимся напряжением на ОПН можно оценить по формуле

, (2.3)

где а - крутизна фронта волны ГПН, кВ/мкс, L - расстояние от ОПН до оборудования за защитным аппаратом, м (на рис.25 это L1), v - скорость распространения волны ГПН по ошиновке подстанции .

Для оценки напряжения на оборудовании, расположенном перед ОПН по ходу волны (на рис.25 это трансформатор напряжения ТН) можно принять следующие упрощения. Приближённо можно считать, что ОПН ведёт себя как вентиль. При напряжении на ОПН меньше некоторого значения, за которое можно принять остающееся напряжение Uост, сопротивление разрядника бесконечно большое. С точки зрения волны ГПН его как бы и не существует, и волна проходит мимо разрядника. Если напряжение больше Uост, то для волны он представляет собой короткое замыкание (КЗ). Из теории волновых процессов известно, что при отражении волны от точки КЗ фронт волны обращается (знак напряжения меняется), т.е. в момент срабатывания разрядника от ОПН в сторону ТН начинает двигаться отражённая волна с амплитудой - Uост. Время подхода этой волны к ТН (рис.25) будет превышать время срабатывания ОПН на величину . Оценим время между моментом подхода волны ГПН к ОПН до его срабатывания. Собственное время переключения ОПН в проводящее состояние ~ 1 нс, т.е. за это время волна успеет продвинуться на 0,25 м. Этим временем можно пренебречь и считать, что переключение происходит мгновенно. Если крутизна фронта волны а, то за счёт подходящей с ЛЭП волны напряжение будет подниматься по закону

(2.4)

Время между подходом волны и моментом срабатывания ОПН, казалось бы, можно найти из условия .

Однако, прошедшая мимо ОПН волна отразится от изоляции (силового трансформатора Т на рис.25) без обращения фронта (с тем же знаком) и вернётся к ОПН через время . Если t1 < t, что бывает практически всегда, то напряжение на ОПН будет подниматься по закону

(2.5)

Момент срабатывания разрядника определится, как и прежде, при равенстве . Тогда время между подходом волны к ОПН и моментом его срабатывания определится

(2.6)

Напряжение на оборудовании, стоящем по ходу волны до ОПН будет подниматься по (2.4) до тех пор, пока к нему не придёт отражённая от сработавшего ОПН волна. Время подъёма напряжения будет равно 2t2+t0, а само максимальное напряжение до подхода отражённой от ОПН волны с амплитудой определится как

(2.7)

Если время 2t2+t0 больше времени фронта импульса Т1, то максимальное напряжение ограничивается U50% изоляторов ЛЭП, т.е. .

После подхода отражённой от ОПН волны ГПН напряжение на трансформаторе напряжения (рис.25) установится равным .

Следует отметить, что приведённые выше формулы для оценки напряжений на защищаемом оборудовании получены в оговорённых выше условиях: ОПН переходит из абсолютно непроводящего состояния в абсолютно проводящее мгновенно; отражение от оборудования рассматривается как отражение от разомкнутой линии. Для более точных расчётов следует решать системы дифференциальных уравнений с учётом реальных свойств ОПН и ёмкостей защищаемого оборудования. Тем не менее, оценки по формулам (2.32.7) имеют право на существование и дают несколько завышенные (~10%) значения напряжений. Таким образом, наибольшим перенапряжениям подвергается не только оборудование, которое по ходу набегающей с ВЛ грозовой волны расположено до ОПН, но и наиболее удалённое от ОПН оборудование. В схеме рис.25 в качестве такого оборудования выступает ТН.

Разность между допустимым напряжением на защищаемом оборудовании подстанции и остающимся напряжением на ОПН называется интервалом координации изоляции. Характеристики защитных аппаратов и допустимые импульсные напряжения на изоляции связаны соотношением

, (2.8)

где - допустимые импульсные напряжения на изоляции, - остающееся напряжение на ОПН при некоторой величине протекающего через ОПН тока, который называется током координации; - интервал координации определяется по (2.3), где вместо крутизны фронта подставляется максимально допустимая крутизна фронта волны ГПН на входе в подстанцию. Минимальная длина защищённого подхода может быть определена по формуле

, (2.9)

где в кВ, в кВ/мкс, - в мкс/км (см рис.23).

Удары молнии в ЛЭП за пределами опасной зоны не вызовут недопустимых перенапряжений на защищаемом оборудовании подстанции. Удар молнии в ЛЭП в пределах опасной зоны может повредить оборудование. Число лет безаварийной работы подстанции (М) является одной из основных характеристик грозозащиты. М обратно пропорционно вероятности прихода опасных волн с ЛЭП, присоединённых к подстанции.

Если опасная зона защищена тросовой защитой, то опасные волны возникают в основном при прорыве молнии через тросовую защиту и обратном перекрытии изоляции с опоры на провод, которые были рассмотрены в предыдущем разделе.

2.4 Расчёт размеров опасной зоны

Расчёт допустимой крутизны фронта импульса

Для расчёта допустимой крутизны фронта импульса необходимо знать:

а) характеристики ОПН (остающееся напряжение U_ост)

б) допустимое импульсное напряжение на защищаемом оборудовании

в) расстояние от места установки ОПН до защищаемого оборудования

г) скорость распространения электромагнитной волны по шинам подстанции (v).

Остающееся напряжение на ОПН определяется по таблицам характеристик для расчётного значения тока молнии через ОПН.

Ток молнии, протекающий через ОПН, зависит от места удара молнии в ЛЭП. Самым опасным является удар молнии в ближайшую к подстанции опору ЛЭП. В этом случае происходит практически одновременное перекрытие фазной изоляции ЛЭП и срабатывание ОПН. ОПН оказывается подключён параллельно импульсному сопротивлению последней опоры Z_оп. В принципе, параллельно также подключается и волновое сопротивление ЛЭП (z_л), но поскольку z_л~400 Ом значительно больше Z_оп и R_ОПН, то ответвлением тока в ЛЭП можно пренебречь. Тогда ток через ОПН можно определить по формуле

(2.10)

Из формулы (2.10) можно сделать вывод, что для уменьшения величины тока через ОПН и, соответственно, остающегося на ОПН напряжения, следует уменьшать Z_оп, т.е. уменьшать индуктивность опоры прокладкой дополнительных молниеотводов, в том числе и из немагнитных материалов и уменьшать импульсное сопротивление растеканию тока на землю. Сопротивление ОПН зависит от величины протекающего тока и формы его импульса. Расчётным является импульс 8/20. Уменьшение длительности фронта до 1 мкс приводит у увеличению остающегося на ОПН напряжения на ~10%, а увеличение до 100 мкс к снижению на ~5%. По таблице характеристик ОПН находят U_ост при соответствующем токе и по закону Ома оценивают величину сопротивления при этом токе. деление Например, для ОПН ЗАО «Завод электротехнического оборудования» марки ОПН -П1 -35/40,5/10/2УХЛ1 соответствующие значения U_ост /I_8/20 равны 118 кВ/5 кА; 127 кВ/10 кА; 142,1 кВ/20 кА, т.е. =23,6; 12,7; 7,1 Ом. При токе молнии 60 кА, Z_оп,=10 Ом ток через ОПН будет равен 17 кА, 23кА и 35 кА. При Z_оп,=5 Ом - 10 кА, 39 кА и 25 кА. Чем больше ток молнии ответвляется в ОПН, тем меньше его сопротивление и тем больший ток ответвляется, увеличивая остаточное напряжения на ОПН и тем самым на защищаемом оборудовании подстанции. Режим чрезвычайно опасен. Вероятность обратного перекрытия изоляции на крайней опоре можно оценить по формуле

(2.11)

При высоте опоры h=13 м, =10 Ом и =250 кв N=0,02, а при

=5 Ом N= 0,0067. При усилении фазной изоляции последней опоры вероятность также снижается: при =350 кв и =10 Ом N=0,013.

Расчёт даёт завышенные значения вероятности, поскольку в нём принималась бесконечная крутизна фронта молнии. Результаты более точного расчёта вероятности (числа перекрытий за год) перекрытия фазной изоляции при ударе в железобетонную опору высотой 13 м (нижняя кривая) и 23 м (верхняя кривая) по формуле (1.9) в зависимости от импульсного заземления опоры представлены на рис.26.



Рис.26. Число перекрытий в год (вероятность) фазной изоляции при ударе молнии в опору высотой 13 м (нижняя кривая) и 23 м (верхняя) при грозовой активности 45 грозовых часов в год (Татарстан).

Поскольку для ОПН отсутствует понятие тока координации, как для вентильных разрядников, то даже этот большой ток прекращается после прохождения импульса ГПН, если, конечно, не происходит повреждения (спекания) ОПН. Для снижения вероятности возникновения опасных перенапряжений на оборудовании подстанции в этом режиме можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Увеличить импульсную прочность фазной изоляции на последней опоре. Например, на ЛЭП 6 -10 кВ со штыревыми изоляторами использовать штыревые изоляторы для ЛЭП 35 кВ, а на линиях с подвесными изоляторами увеличить число изоляторов в гирлянде на последней опоре на 1.

2. Уменьшать импульсное сопротивление заземления опоры и индуктивность опоры.

При ударе молнии за второй опорой от подстанции ОПН оказывается подключён к импульсному заземлению соответствующей опоры через волновое сопротивление ЛЭП (~400 Ом) и основной ток молнии (согласно 2.10) шунтируется на этой опоре, а ток через ОПН будет определяться импульсной прочностью фазной изоляции и волновым сопротивлением ЛЭП. По ЛЭП на подстанцию набегает волна с амплитудным значением напряжения равным импульсной прочности фазной изоляции () и амплитудным значением тока равным . Перенапряжения на защищаемом оборудовании будут целиком определяться остаточным током молнии с : остающимся на ОПН напряжении при этом остаточном токе, фазной изоляции опор и крутизной фронта волны ГПН.

Допустимое импульсное напряжение на оборудовании подстанции при ГПН определяется по величине импульсного испытательного напряжения U_испгр, кВ (табл.5) по формуле, например для трансформатора:

Допустимое импульсное напряжение на трансформаторе ():

, (2.12)

где - действующее значение номинального напряжения, кВ.

Для трансформатора с = 35 кВ и нормальной изоляцией = 200 кВ, а 180 кВ.

Таблица 5. Уровни изоляции электрооборудования 6 -35 кВ

Uном, кВ	6	10	15	20	35
Uраб,наибольшее, кВ	6,2	11,5	17,5	24	40,5
Uраб,наиб.фазное, кВ	4,0	6,6	10,1	13,9	23,4
Изоляция трансформаторов	Нормальная	Uисп1,кВ	35,3	49,4	63,5	77,6	110,9
		Кдоп.к	7,6	6,4	5,4	4,8	4,4
		Uиспгр,кВ	60	80	108	130	200
		Кдоп.гр	10,5	8,3	7,2	6,2	5,5
	Облегченная	Uисп1,кВ	28,2	39,5	53,6	70,5	-
		Кдоп.к	6,1	5,1	4,6	4,4	-
		Uиспгр,кВ	40	60	75	95	-
		Кдоп.гр	6,6	5,9	4,6	4,2	-
Изоляция аппаратов	Нормальная	Uисп1,кВ	45,1	59,2	77,6	91,7	105,8
		Кдоп.к	8,8	7,0	6,0	5,1	3,55
		Uиспгр,кВ	57	75	100	120	185
		Кдоп.гр	9,95	7,7	6,6	5,6	5,0
	Облегченная	Uисп1,кВ	28,2	39,5	53,6	70,5	-
		Кдоп.к	6,1	5,1	4,6	4,4	-
		Uиспгр,кВ	40	50	75	95	-
		Кдоп.гр	6,6	5,9	4,6	4,2	-

При токах 500 А (5000 А) через ОПН-П1-35/40,5/10/2УХЛ1 остающееся на нём напряжение

= 102 кВ (118 кВ).

Тогда координационный интервал

кВ.

При расстоянии от ОПН до трансформатора L₁=5 м, L₂=15 м (рис.25) и скорости волны 250 м/мкс, допустимая крутизна фронта набегающей волны составит по (2.3)

кВ/мкс.

Из (2.7) можно также получить выражение для допустимой крутизны фронта ГПН

Координационный интервал и допустимая крутизна фронта импульса ГПН для оборудования, стоящего до ОПН по ходу волны:

, (2.13)



кВ/мкс.

Расчёт минимальной длины опасной зоны проведём по (2.9) для наименьшей допустимой крутизны фронта 620 кВ/мкс и рис.23 при высоте подвески провода 10 м (для ЛЭП 35 кВ =0,78 мкс)

км.

Если , т.е. выполняется соотношение , то для однотипного оборудования до ОПН и после ОПН по ходу волны ГПН перенапряжения будут одинаковыми. Если , расчёт допустимой крутизны фронта следует проводить по (2.13), в противном случае по (2.3).

Молнии, ударяющие в ЛЭП за пределами опасной зоны не вызывают опасных перенапряжений на оборудовании, защищённом ОПН. Вероятность прихода на подстанцию опасных для изоляции оборудования волн с крутизной можно определить по формулам:

, , (2.14)

, .

Пусть имеется защищённый одним тросом подход ЛЭП 35 кВ с длиной L = 0,72 км. Средняя высота подвески троса h = 10 м, длина пролёта 150 м, угол подвески троса = 30, импульсное сопротивление заземления опор = 10 Ом, импульсная прочность изоляторов=350 кВ, число ударов за год в площадь 1 км² = 3. N = 0,018 или 1 повреждение оборудования за 57 лет. Снижение импульсного заземления в пределах опасного подхода до = 5 Ом, снижает число опасных перенапряжений до N = 0,004 или 1 повреждение оборудования за 246 лет.

2.5 Каскадная схема размещения ОПН

В мировой практике нашла распространение схема защиты оборудования РУ от грозовых перенапряжений, в которой на входе РУ устанавливают дополнительные ОПН (рис.26).

Рис.27. Каскадная схема защиты оборудования РУ от ГПН

Такая схема установки ОПН позволяет существенно повысить защищённость оборудования от грозовых (и коммутационных) перенапряжений, так как в этом случае:

а) все оборудование находится по ходу набегающей с ВЛ волны после защитных аппаратов, т.е. грозовые перенапряжения на оборудовании РУ определяются защитными характеристиками ОПН, обеспечивающими глубокое ограничение перенапряжений;

б) снижены расстояния от оборудования до защитных аппаратов.

Схема, показанная на рис.26, известна достаточно давно и получила название каскадной, однако, к сожалению, в ПУЭ не рассматривается. Каскадный принцип защиты оборудования реализуется в случае, если ОПН установлены у обмоток силовых трансформаторов и автотрансформаторов, а также на каждой присоединенной ВЛ (см. рис.27), при этом установка ОПН на сборные шины не требуется.

Рис.28. Реализация каскадной схемы

Высокоэффективной каскадная схема будет при выполнении условия L₃+L₂ > L_1.

Согласно расчётам грозовых перенапряжений в каскадной схеме рис.27, отличающейся от рис.25 наличием на входе РУ дополнительных ОПН, вероятность повреждения изоляции оборудования РУ при грозовых перенапряжениях на порядок меньше, чем в типовой схеме рис.25.

...