Перенапряжения и молниезащита

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Перенапряжения и молниезащита"

Введение

По своему функциональному назначению заземление делится на три вида - рабочее, защитное, заземление молниезащиты. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое или через дугогасящий реактор. Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности, в первую очередь, людей. Заземление молниезащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и молниеотводов (стержневых или тросовых).

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током людей при соприкосновении с металлическими частями электрооборудования, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасного уровня напряжений прикосновения и шага, вызванных замыканием на корпус электрооборудования. Достигается это уменьшением потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором находится человек и заземленного оборудования за счет подъема потенциала основания до уровня .Защитное заземление применяется в электроустановках напряжением до 1000В переменного тока с изолированной нейтралью или с изолированным выводом источника однофазного тока, а также электроустановках в напряжением до 1000В в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой.

Заземление установок заключается в соединении с землей их металлических частей (нормально не находящихся под напряжением) с заземлителем, имеющим малое сопротивление растеканию тока.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей, заземляющих шин и проводов, соединяющих корпуса электроустановок с заземлителями. В зависимости от расположения заземлителей относительно заземленного оборудования, заземляющие устройства подразделяют на выносные и контурные. Заземлители выносного заземляющего устройства выносятся на некоторое удаление от заземляемого оборудования. Контурное заземляющее устройство обеспечивает более высокую степень защиты, так как заземлители располагаются по контуру всего заземляемого оборудования.

При выборе заземляющего устройства часто используют, естественные заземлители, которыми служат трубопроводы, проложенные в земле и имеющие хороший контакт с грунтом, стальные трубы электропроводов. При строительстве промышленных зданий в качестве естественных заземлителей могут быть использованы металлические каркасы зданий.

Разряды атмосферного электричества во время гроз - чрезвычайно красивое, но столь же опасное явление. Помимо того что молнии непосредственно угрожают жизни людей, при отсутствии грамотно спроектированной и установленной системы молниезащиты они могут привести к повреждению или даже полному уничтожению как электрооборудования, так и объекта недвижимости в целом.

Современные нормы дают все самое необходимое для обеспечения молниезащиты зданий и электрооборудования. Основными нормативными документами для разработки комплекса средств молниезащиты на этапе проектирования являются РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», «Инструкция по устройству молниезащиты ( грозозащиты ) зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО-153-34.21.122-2003), ПУЭ-7 редакция ГОСТ Р 50571.19. В соответствии с этими нормами должна быть предусмотрена соответствующая молниезащита от прямых и непрямых ударов молнии. Уровень защиты зависит от важности объекта и возможных последствий при ударах молнии. Так обычные промышленные предприятия подразделяются на 4 категории (I, II, III и IV), надежность молниезащиты которых должна быть не менее 0,98; 0,95; 0,90 и 0,80 соответственно. Для специальных объектов промышленности уровень защиты устанавливается в пределах от 0,9 до 0,999 по согласованию с органами государственного контроля.

Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях сооружений, или отдельностоящих молниеотводов. При этом комплекс защиты включает в себя молниеприемник, токопроводы и заземлители. Заземляющие устройства могут состоять из искусственных и естественных заземлителей. Для организации защиты от прямых ударов молнии должны быть максимально использованы металлические элементы объектов, объединенные между собой. В ряде случаев достаточно эффективное использование штукатурки, содержащей порошки различных металлов.

Не менее важна надежная защита от вторичных воздействий молнии. Для ослабления индуцированных помех широкое применение нашло внешнее экранирование прокладки кабельных линий и экранирование линий питания и связи. Кабели должны иметь металлические экраны, заземленные на обоих концах и соединенные с системой молниезащиты, в том числе на границах зон. При открытой уличной проводке кабели электропитания и линий связи должны быть проложены в заземленных трубах. Кроме того, у слаботочных объектов, например ПЭВМ, должны быть установлены сетевые фильтры, в значительной степени снижающие уровень импульсов, приходящих по фазе, нулевому проводу и земле. И, наконец, для повышения надежности защиты от вторичных воздействий обязательно должны быть предусмотрены активные аппаратные средства защиты от перенапряжений. Для этого применяют различные виды «грубой» и «тонкой» защиты. Первая предусматривает газоразрядники, ограничители перенапряжений и т. д., вторая - комплекс различных защитных аппаратов, в том числе мощные диоды Зенера. Эти устройства должны быть установлены в месте пересечения линий электроснабжения, управления, связи, телекоммуникаций границы двух зон экранирования, как правило, это ввод в здание.

1. Трубчатые и вентильные разрядники

Волны перенапряжений, возникающие на линиях при ударах молнии или различных коммутациях, доходят до подстанций и могут представлять опасность для установленного там оборудования. Такой же опасности могут подвергаться отдельные места на линиях, имеющие ослабленную изоляцию или особенно ответственные участки (транспозиционные опоры, переходы через транспортные магистрали, пролеты пересечений, населенные пункты и т.д.). Устройства, обеспечивающие защиту изоляции от перенапряжений, называются разрядниками.

Непременным элементом разрядника является искровой промежуток (ИСГ), отделяющий провод высокого напряжения от заземления. Приходящая волна перенапряжения вызывает срабатывание ИП, который срезает волну. В функцию разрядника входит не только ограничение амплитуды перенапряжения, но и гашение дуги сопровождающего тока промышленной частоты, проходящего через ИП вслед за импульсным пробоем. Последние подразделяются на вентильные и трубчатые. Иногда взамен разрядников применяются защитные искровые промежутки (ПЗ) без дугогашения сопровождающего тока (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Защитный промежуток для сетей с номинальным напряжением до 10 кВ

Из-за простоты и дешевизны ПЗ нашли широкое применение в схемах защиты от перенапряжений. По конструктивным соображениям ПЗ выполняются стержневыми электродами и обладают резконеоднородным полем, для которого характерно значительное возрастание разрядного напряжения при малых временах. Не всегда удаётся осуществить координацию вольт-секундных характеристик изоляции и защитных промежутков во всем диапазоне времен и изоляция при малых временах оказывается незащищенной (рисунок 1.2 кривая 3). В связи с тем, что импульсный пробой ПЗ переходит в устойчивую дугу сопровождающего тока, их рекомендуется устанавливать лишь на участках, оборудованных автоматами повторного включения (АПВ).

Рисунок 1.2 - Координация вольт секундных характеристик искрового промежутка и защищаемой изоляции; 1 - вольт-секундная характеристика изоляции; 2,3 - вольт-секундные характеристики искровых промежутков с слабонеоднородным и резконеоднородным полем

Электродам ПЗ для установок 3???…10 кВ целесообразно придавать форму рогов. Под действием электродинамических сил и тепловых потоков воздуха дуга перемещается и гаснет.

Стабилизированные искровые промежутки (СПЗ) имеют малый разброс разрядных напряжений и более пологую ВСХ (рисунок 1.3). Распределение напряжения по промежуткам П1, П2, П3 регулируется емкостями. Параллельно П3 подключен вспомогательный стабилизированный искровой промежуток Р через резистор R с небольшим сопротивлением. Этот промежуток может быть, например, того типа, который применяется в вентильных разрядниках. Точка “а” приобретает почти нулевой потенциал после пробоя промежутка Р с малым запаздыванием.

Рисунок 1.3 - Схема соединения защитных искровых промежутков

Затем последовательно срабатывают промежутки П1 и П2 и напряжение волны падает на резистор R. Потенциал точки “а” возрастает до значения, достаточного, для пробоя П3. Таким образом, срабатывание СПЗ не приводит к обтекают P сопровождавшим током рабочей частоты, оплавляющим электроды.

Трубчатые разрядники (РТ) предназначаются для защиты линейной изоляции и служат вспомогательная элементом в схемах защиты подстанций (рисунок 1.4). В трубке из газогенерирующего материала 1 заключен внутренний промежуток S1, образованный стержнем 2 и кольцевым электродом. Трубку отделяет от высокого напряжения внешний искровой промежуток S2, иначе газогенерирующий материал трубки постоянно разлагался бы под действием токов утечки. При приходе волны перенапряжения оба промежутка пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры стенки трубки генерируют газы, что ведет к охлаждению и деионизации дуги в S1. Давление в трубке возрастает в десятки раз и газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутьё. В результате дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Срабатывание разрядника сопровождается световым и звуковым эффектами. Для успешного гашения дуги сопровождающего тока необходимо интенсивное генерирование газа, которое зависит от величины проходящего тока. В связи с этим имеется нижний предел токов, которые надежно за один-два периода (50 Гц) отключаются разрядником. Верхний предел токов устанавливается из условий прочности трубки РТ.

Рисунок 1.4 -. Схема устройства трубчатого разрядника

В настоящее время промышленность выпускает разрядники с фибробакелитовыми трубками (PTФ) и с трубками на винипласта (РТВ и РТВУ) на напряжения от 3 до 220 кВ.

Основные недостатки трубчатых разрядников - нестабильные характеристики, наличие зоны выхлопа газов и крутая ВСХ - исключают их применение в качестве основного аппарата защиты подстанций. Простота и дешевизна конструкций РТ обеспечили применение их в качестве вспомогательного средства защиты подстанций и для защиты неответственных участков линий и подстанций.

В маркировке РТ указываются номинальное напряжение и пределы отключаемых токов (РТВУ 220/2 - 10 - разрядник трубчатый винипластовый усиленный на 220 кВ с пределах действующих отключаемых токов 2….???10 кА) [3,C.152].

Вентильные разрядники (РВ) предназначается для защиты подстанционной изоляции. Основными элементами РВ являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резис межуток срезает волну перенапряжения. Протекающий вслед за пробоем ИП (при uпр ) импульсный ток порядка 5???…10 кА создает на резисторе подъём напряжения uост, которое воздействует на изоляцию и должно быть на 20…25% ниже импульсной прочности изоляции. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением (50 Гц ). Сопротивление нелинейного резистора резко возрастает при рабочих напряжениях, что приводит к уменьшение сопровождающего тока. При переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Рабочее напряжение на разряднике в момент гашения сопровождающего тока является исходным для расчётов

где Uном - наибольшее рабочее фазное напряжение ;

К3 - коэффициент сети, зависящий от эффективности заземления нейтрали сети (в пределах 0,8???….1,1 ). Эффективность действия разрядника характеризуется защитными отношениями

где ?- пробивное напряжение искрового промежутка при 50 Гц.

Как видно из ВАХ резистора, приведенной на рисунке 1.5, увеличение нелинейности уменьшает uост и снижает Кзащ.

Рисунок 1.5 - Принцип действия вентильного разрядника и ВАХ нелинейного резистора

Требования к характеристикам вентильных разрядников устанавливает ГОСТ 16357-70, по которому они разделены на четыре группы. Наилучшими защитными свойствами обладают разрядники I группы, имеющие наименьшие значения остающегося напряжения (серия РВТ и РВРД); II группа (серия РВМ); III группа (серия РВС) и IV группа (серия РВП).

На напряжение 3; 6 и 10 кВ наиболее широко применяются стандартные элементы серии

РВП и РВМ. В других сериях (РВС, РВМГ - и др.) на высшие классы напряжения разрядники комплектуются из стандартных элементов на более низкие напряжения 15; 20 и 35 кВ. Для удобства комплектовки введён также элемент на 33 кВ. Размещение дисков нелинейного резистора и комплектов ИП в разряднике типа РВС - 20 показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Размещение искровых промежутков и дисков в разряднике РВС-20:

1 - стандартный комплект искровых промежутков;

2 - блок нелинейных резисторов

Нелинейные резисторы собираются из вилитовых дисков диаметром 100 мм и высотой 60 и 20 мм, которые соединяются в блоки с помощью керамической обмазки. Контакт между дисками и блоками осуществляется посредством металлизации поверхностей дисков. Комплекты ИП и вилитовых дисков помещаются в герметизированных фарфоровых чехлах.

Расшифровка маркировки разрядников следующая: РВС - 110 - разрядник вентильный станционный на 110 кВ; РВМ - -”- магнитный; РВП - -”- подстанционный; РВС облегченной конструкции; РВМГ - магнитный грозовой РВТ токоограничивающий;РВМКП магнитный комбинированный с повышенным напряжением гашения при коммутационных перенапряжениях.

Практическая необходимость снижения уровня изоляции оборудования с ростом класса напряжения требует более 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 обеспечить уровень перенапряжений ниже 2Uф. 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 сопротивлении 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, надежно отключаемой промежутками, а также получения пологой вольтсекундной характеристики; разрядника.

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.

2. Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов

Перенапряжение - это напряжение, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (uном) на изоляции элементов электрической сети. В зависимости от места приложения различаются перенапряжения фазные, междуфазные, внутриобмоточные и междуконтактные. Последние возникают при приложении напряжения между разомкнутыми контактами одноимённых фаз коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей).

Различают следующие характеристики перенапряжений:

1)

2) длительность воздействия;

3) форму кривой ;

4) широту охвата элементов сети.

Эти характеристики подвержены статистическому разбросу, так как зависят от множества факторов.

При технико-экономическом обоснования мер защиты от перенапряжений и выборе изоляции необходимо учитывать и статистические характеристики ущерба (математическое ожидание и дисперсии) вследствие простоя и внеочередного ремонта оборудования энергосистемы, а также вследствие порчи оборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса у потребителей электроэнергии.

Внутренние перенапряжения вызываются переходными электромагнитными процессами в электрических цепях. Эти процессы охватывают коммутации в системе, резонансные и феррорезонансные явления, явления параметрического возбуждения колебаний, а также наложение двух или нескольких переходных режимов (комбинированные перенапряжения).

Коммутационные перенапряжения могут сопутствовать операциям включения и отключения нагрузки в нормальном и аварийных режимах, К.З. и разрывом цепи, внезапным изменениям нагрузки и т.п.

Резонансные явления могут возникнуть как на основной частоте, так и на высших гармонических, источники которых обычно имеются в электрических системах (насыщение трансформаторов, несимметрия нагрузки генераторов и др.).

Причиной параметрического резонанса является периодическое изменение параметров цепи, например, индуктивности фаз явнополюсной машины, когда машина не имеет успокоительных обмоток. Комбинированные перенапряжения могут возникать при всяком опасном повышении напряжении из-за вторичных процессов - перекрытий К.З., отключений, АПВ и т.п.

Внутренние перенапряжения характеризуются:

1) уровнем или кратностью по отношению к амплитудному значению номинального фазового напряжения;

2) длительностью, изменяющейся в широких пределах - от сотен мкс. до многих секунд;

3) повторяемостью;

4) степенью распространения - по всей системе или только в ее ограниченных частях.

При определении численных значений этих параметров приходится учитывать, что внутренние перенапряжения являются процессами случайными, поэтому указанные значения имеют вероятностный характер и могут быть оценены лишь на основе статистических методов. Внутренние перенапряжения имеют относительно большую длительность, что делает их более опасными для изоляции, чем кратковременные атмосферные перенапряжения.

С ними связана опасность повреждения грозозащитных аппаратов. На внутренние перенапряжения в электрических сетях оказывает влияние способ заземления нейтрали, что в известной степени предопределяет решение вопросов, касающихся уровня изоляции.

Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов - этот тип перенапряжений связан с остаточными зарядами на разрыве дуги и повторными зажиганиями дуги в выключателе. Рассмотрение случая отключения линии рассматривается на простейшей схеме замещения (рисунок 2.1 и рисунок 2.2).

Рисунок 2.1 - а) простейшая схема замещения; б) схематическое изображение волновых процессов в линии с выключателем

Рисунок 2.2 - Отключение холостой линии

В выключателе до отключения течет синусоидальный ток, и при обрыве этого тока, происходящим в момент прохождения его через нуль, напряжение на линии имеет амплитудное значение Uл. После обрыва тока на линии сохраняется напряжение Uл, создаваемое зарядом на емкости линии. Это напряжение воздействует на линейный полюс выключателя.

Со стороны шин напряжение в момент отключения падает с Uл до uш (исчезает емкостной эффект) и далее напряжение изменяется с частотой сети. Пусть в момент максимального напряжения замещения напряжения (за полупериод Т/2) на контактах выключателя произошло повторное зажигание дуги, т.е. Сш и С+ включается параллельно заряженные до uл и uш. В результате перераспределения зарядов устанавливается напряжение

После его выравнивания наступает колебательный процесс перезарядки емкости с1+сш до напряжения источника. В процессе колебания напряжение достигает максимального значения до 3uф. Через выключатель протекает ток, амплитуда которого может быть значительной при малом L и большом сл .После затухания колебаний наступает установившийся режим, в котором сл и сш соединены параллельно через дугу в выключателе. При ближайшем прохождении через нуль тока рабочей частоты и дальнейшем расхождении контактов, вновь наступает гашение дуги. Затем может повторится описанный процесс зажигания дуги с высокочастотными колебаниями. Однако при таком развитии процесса кратность перенапряжения не будет превышать кратность в первом цикле, как реальные характеристики выключателя вносят существенные изменения в количественную сторону процесса. Исходя из рассмотренной картины развития перенапряжения можно отметить следующее:

1. Развитие перенапряжений определяется в первую очередь характеристиками выключателей, от которых зависит вероятность повторных зажиганий.

2. Перенапряжения на линии и шинах для коротких линий имеют одинаковую кратность.

3. Перенапряжения снижаются при увеличении затухания высокочастотных колебаний при повторных зажиганиях дуги.

Существенного снижения кратности перенапряжений можно ожидать при наличии на шинах конденсаторных батарей поперечной компенсации или кабельных линий, так как Сш может оказаться больше Сл (при Сш =2 Сл предельная кратность перенапряжений 2uф).

Отключение ненагруженных линий 500 кВ обычно не сопровождается повторными пробоями при использовании воздушных выключателей при включенных шунтирующих реакторах. Поэтому в них не предусматривают защиту от внутренних перенапряжений. Применение современных воздушных выключателей на ВЛ обеспечивает снижение расчетного уровня перенапряжений до 2,5 uф [3,C.188].

3. Перенапряжения при неполнофазных режимах

Перенапряжения при неполнофазных режимах питания возникают в результате нарушения первоначальных соотношений между фазными напряжениями и соответствующими им проводимостями фаз относительно земли.

При определенных соотношениях параметров сети или ее отдельных участков из-за появляющихся напряжений смещения нейтрали напряжения отдельных фаз относительно земли могут увеличиваться до значений, опасных для изоляции оборудования и даже линий.

Причинами несимметричного изменения проводимости фаз сети являются обрывы проводов или перегорания плавких предохранителей на линиях или ответвлениях; неодновременные размыкания контактов выключателей или разъединителей при отключениях ими линий, когда создается кратковременная несимметрия емкостей фаз сети.

Нарушения симметрии проводимостей фаз сети относительно земли могут проявляться также в результате аварийных отключений или же при оперативных действиях, производимых при выделении поврежденных элементов сети с целью ликвидации аварийных последствий. Наименьшие перенапряжения возникают при трансформаторах с заземленной нейтралью, как с питающей, так и с питаемой сторон. Перенапряжения, возникающие при неполнофазных режимах в сетях с изолированной нейтралью, как правило, имеют феррорезонансный характер и могут достигать 4Uф [1]

Перенапряжения при неполнофазных режимах являются наиболее опасными из всех видов перенапряжений, которые могут возникать в электрических сетях. Длительность этих перенапряжений соизмерима с воздействием на изоляцию рабочего напряжения, а уровни их значительно превышают заводские испытательные напряжения для оборудования и трансформаторов. Ситуации (1.1 - 1.3) обуславливают возникновение перенапряжений в течение переходного процесса (зона 1 на рисунке 3.1), что требует действий диспетчера по снижению величины возможных перенапряжений. Перенапряжения в ситуациях 1.2 и 1.3 обусловлены оперативными переключениями, выполняемыми оперативным персоналом, поэтому снизить величину возможных перенапряжений в процессе отключения коммутационных аппаратов можно предварительно заземлив нейтраль отключаемого трансформатора (ситуация 1.3) или нейтраль трансформатора с питающей стороны отключаемой линии электропередачи (ситуация 1.2).

Рисунок 3.1 - Зоны переходного процесса после коммутации

Перенапряжения, обусловленные однофазными короткими замыканиями (ситуация 1.1) имеют относительно небольшую величину, однако от действия релейных защит в сетях 110 кВ могут выделяться участки с неэффективно заземленными нейтралями или нейтралями, изолированными от земли (рисунок 3.2).

Если в таком участке сети обратное питание отсутствует, то напряжение в нем может длительно поддерживаться за счет вращающихся синхронных и асинхронных двигателей, питающихся от выделившегося участка, что может быть опасно для дефектной или интенсивно загрязненной и увлажненной изоляции.

Снизить величину возможных перенапряжений, в описанном случае, можно заземлив нейтраль одного из трансформаторов участка (на рисунке 3.2 - Т2 или Т3) сети.

Рисунок 3.2 - Выделившейся участок с изолированными нейтралями трансформаторов

Неполнофазные режимы (ситуация 1.4), характеризуются "установившемся" режимом перенапряжений (зона 2 на рисунке 3.1) и требуют действий диспетчера по его скорейшему выявлению и устранению.

В тупиковой сети 110 кВ с разземленной нейтралью неполнофазные режимы могут возникнуть вследствие обрыва провода линии электропередачи, шлейфа ошиновки распределительного устройства, неполнофазного включения коммутационного аппарата. При возникновении неполнофазного режима на тупиковом участке сети и отсутствии на нем заземленной нейтрали могут создаться условия возникновения феррорезонанса.

На рисунке 3.3 показана принципиальная схема неполнофазного режима в тупиковой сети.



Рисунок 3.3 - Принципиальная схема неполнофазного режима (а) и его эквивалентная схема замещения (б)

Перенапряжения в неполнофазных режимах связаны с феррорезонансом на частоте сети и имеют наибольшую величину, если трансформатор приемной подстанции работает на холостом ходу или слабо загружен. На рисунке 3.3(б) Lэ(i) представляет собой индуктивность холостого хода трансформатора, зависимость которой от тока определяется характеристикой намагничивания магнитопровода [7].

Наибольшая вероятность перенапряжений соответствует длине оборванной линии в диапазоне

l1 < l < l2 ,

где l1 = Sн / ( 1.5 Cэ Uн io ), l2 = (10 - 20) l1.

Здесь Uн - номинальное напряжение, кВ; Sн - мощность трансформатора, МВА; io = Iхх / Iн - ток холостого хода трансформатора в относительных еденицах; частота сети; Cэ - эквивалентная емкость на еденицу длины линии.

Возникающие перенапряжения в ряде случаев значительно превышают испытательные напряжения оборудования. Наиболее "слабым" оборудованием при возникновении перенапряжения в сети 110 кВ являются трансформаторы напряжения типа НКФ. Процесс развития дефекта, непосредственно предшествующего разрушению трансформатора напряжения, может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов. О возникновении такого процесса могут свидетельствовать появление существенного неравенства напряжения по показаниям вольтметра, увеличение значения напряжения 3Uo, появление сигналов "пуск осцилографа", "неисправность цепей напряжения" и т.д. С целью предотвращения развития повреждений оборудования и обеспечения безопасности персонала необходимо:

1. При неполнофазных режимах тупиковой сети 110 кВ и схемах соединения силовых трансформаторов звезда - треугольник, звезда с нулем - звезда, звезда - звезда питание потребителей по двум фазам не допускается. При возникновении таких режимов по линии 110 кВ с обрывом фазы в тупиковом режиме, неполнофазно работающая линия должна быть отключена выключателем на питающей подстанции. Если выключатель не отключился - погасить систему (секцию) шин 110 кВ от которой питается эта линия. Запрещается вначале перезапитывать потребителей, а затем обесточивать участок сети с неполнофазным режимом, т.к. при разгрузке силовых трансформаторов на участке сети с неполнофазным режимом могут возникнуть или усилиться явления феррорезонанса.

2. При наличии предположений о неисправности трансформаторов напряжения и в случае возникновения неполнофазных режимов запретить персоналу приближаться к ним для осмотра под напряжением.

3. При возникновении неполнофазного режима с выделением "тупиковых" участков сети 110 кВ с разземленной нейтралью на питаемом конце и наличии на этом участке трансформатора напряжения НКФ, срочно отключить этот участок сети выключателем и запитывать потребителей по резервным линиям. Запрещается заземлять нейтрали силовых трансформаторов на тупиковом участке в неполнофазном режиме.

4.Трансформаторы напряжения типа НКФ после их работы на участке сети с разземленной нейтралью в неполнофазном режиме повторно ставить под напряжение разрешается только после проведения испытаний.

Неполнофазные нагрузочные режимы в сети 110 кВ трансформатров с заземленной нейтралью, в том числе и запитка собственных нужд, недопустим.

4. Правила безопасности при измерениях высокого напряжения

Перед измерением напряжений свыше 300 В и включением аппаратуры необходимо:

а) назначить ответственное лицо за опробование установки (аппаратуры) и включение напряжения;

б) проверить наличие комплекта защитных средств (резиновые диэлектрические перчатки, боты и коврики, изолирующие штанги, переносные заземления и пр.), предусмотренных для данного типа установки (аппаратуры);

в) проверить исправность системы защитных заземлений;

г) измерить сопротивление изоляции установки (аппаратуры).

В целях безопасности нужно:

а) корпус прибора надежно заземлить, используя специальные клеммы;

б) высоковольтный щуп для измерения *напряжения до 5... 8 кВ держать только в резиновых диэлектрических перчатках;

в) во время измерений все операции выполнять только одной рукой, вторая рука должна быть плотно прижата к телу;

г) при напряжении свыше 5... 8 кВ использовать специальные щупы на длинной заземленной штанге.

Подключение высоковольтного щупа, делителя, вольтметра либо другого измерительного прибора к измеряемому участку цепи, находящемуся под высоким напряжением, разрешается лишь при выключенном напряжении и полном обесточивании его емкостных накопителей. Только после подсоединения прибора и готовности его к работе можно включить напряжение, предупредив об этом всех присутствующих.

Запрещается проводить переключения на приборе, находящемся под напряжением свыше 300 В. Во время измерений должен обязательно присутствовать второй человек[14].

Перед началом работ в электроустановках в целях безопасности необходимо проводить организационные и технические мероприятия.

К организационным мероприятиям относят выдачу нарядов, распоряжений и допуска к работе, надзор во время работы, оформление перерывов в работе, переводов на другое рабочее место и окончание работы.

Наряд -- это задание на безопасное производство работ, определяющее их место и содержание, время начала и окончания, необходимые меры безопасности, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность выполнения работ. Наряд выписывается на бланке специальной формы. Распоряжение -- это задание на производство работ, определяющее их содержание, место и время, меры безопасности и лиц, которым поручено выполнение этих работ. Наряды и распоряжения выдают лица, имеющие группу по электробезопасности не ниже V в электроустановках напряжением выше 1000 В, и не ниже IV в установках напряжением до 1000 В. Наряд на работу выписывается под копирку в двух экземплярах и выдается оперативному персоналу непосредственно перед началом подготовки рабочего места.

При работе по наряду бригада должна состоять не менее чем из двух человек -- производителя работ и члена бригады. Производитель работ отвечает за правильность подготовки рабочего места, выполнение необходимых для производства работ мер безопасности. Он же проводит инструктаж бригады об этих мерах, обеспечивает их выполнение ее членами, следит за исправностью инструмента, такелажа, ремонтной оснастки. Производитель работ, выполняемых по наряду в электроустановках напряжением выше 1000 В, должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV, в установках до 1000 В и для работ, выполняемых по распоряжению,-- не ниже III.

Допуск к работе осуществляется допускающим -- ответственным лицом из оперативного персонала. Перед допуском к работе ответственный руководитель и производитель работ вместе с допускающим проверяют выполнение технических мероприятий по подготовке рабочего места. После этого допускающий проверяет соответствие состава бригады и квалификации включенных в нее лиц, прочитывает по наряду фамилии ответственного руководителя, производителя работ, членов бригады и содержание порученной работы; объясняет бригаде, откуда снято напряжение, где наложены заземления, какие части ремонтируемого и соседних присоединений остались под напряжением и какие особые условия производства работ должны соблюдаться; указывает бригаде границы рабочего места и убеждается, что все им сказанное понято бригадой. После разъяснений допускающий доказывает бригаде, что напряжение отсутствует, например, в установках выше 35 кВ с помощью наложения заземлений, а в установках 35 кВ и ниже, где заземления не видны с места работы,-- с помощью указателя напряжения и прикосновением рукой к токоведущим частям.

С момента допуска бригады к работам для предупреждения нарушений требований техники безопасности производитель работ или наблюдающий осуществляет надзор. Наблюдающему запрещается совмещать надзор с производством какой-либо работы и оставлять бригаду без присмотра во время ее выполнения. Разрешается кратковременное отсутствие одного или нескольких членов бригады. При отсутствии производителя работ, если его не может заменить ответственный руководитель или лицо, выдавшее данный наряд, или лицо из оперативного персонала, бригада выводится из распределительного устройства, дверь РУ запирается и оформляется перерыв в работе.

Периодически проверяется соблюдение работающими правил техники безопасности. При обнаружении нарушений ПТБ или выявлении других обстоятельств, угрожающих безопасности работающих, у производителя работ отбирается наряд и бригада удаляется с места работы.

При перерыве в работе на протяжении рабочего дня бригада удаляется из РУ, после перерыва ни один из членов бригады не имеет права войти в РУ в отсутствие производителя работ или наблюдающего, так как во время перерыва могут произойти изменения в схеме, отражающиеся на условиях производства работ. По окончании работ рабочее место приводится в порядок, принимается ответственным руководителем, который после вывода бригады производителем работ расписывается в наряде об их выполнении. Оперативный персонал осматривает оборудование и места работы, проверяет отсутствие людей, посторонних предметов, инструмента, снимает заземление и проверяет в соответствии с принятым порядком учета, удаляет временное ограждение, снимает плакаты «Работать здесь», «Влезать здесь», устанавливает на место постоянные ограждения, снимает плакаты, вывешенные до начала работы. По окончании перечисленных работ наряд закрывается и включается электроустановка.

К техническим мероприятиям относят отключение напряжения и принятие мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационной аппаратуры, вывешивание запрещающих плакатов, проверку отсутствия напряжения, наложение заземлений, вывешивание предупреждающих и предписывающих плакатов. В электроустановках напряжением выше 1000 В со всех сторон, откуда может быть подано напряжение на место работы, при отключении должен быть видимый разрыв, который осуществляется отключением разъединителей, отделителей и выключателей нагрузки без автоматического включения их с помощью пружин, установленных на самих аппаратах. Видимый разрыв можно создать, сняв предохранители или отсоединив либо сняв шины и провода. Трансформаторы напряжения и силовые трансформаторы отключаются с обеих сторон, чтобы исключить обратную трансформацию. Во избежание ошибочного или самопроизвольного включения коммутационных аппаратов выполняют следующие мероприятия:

- ручные приводы в отключенном положении и стационарные ограждения запирают на механический замок;

- у приводов коммутационных аппаратов, имеющих дистанционное управление, отключают силовые цепи и цепи оперативного тока;

- у грузовых и пружинных приводов включающий груз или пружины приводят в нерабочее положение.

Во время работы запрещается переставлять или убирать плакаты и установленные временные ограждения, а также проникать на территорию огражденных участков.

В электроустановках напряжением выше 1000 В работу с электроизмерительными клещами должны проводить два работника: один - имеющий группу IV (из числа оперативного персонала), другой - имеющий группу III (может быть из числа ремонтного персонала). При измерении следует пользоваться диэлектрическими перчатками. Запрещается наклоняться к прибору для отсчета показаний.

Работу с измерительными штангами должны проводить не менее двух работников: один - имеющий группу IV, остальные - имеющие группу III. Подниматься на конструкцию или телескопическую вышку, а также спускаться с нее следует без штанги.

Работа должна проводиться по наряду, даже при единичных измерениях с использованием опорных конструкций или телескопических вышек.

Работа со штангой допускается без применения диэлектрических перчаток. При осмотре электроустановок напряжением выше 1000 В не допускается входить в помещения, камеры, не оборудованные ограждениями или барьерами, препятствующими приближению к токоведущим частям на расстояния менее указанных в таблице 4.1. Не допускается проникать за ограждения и барьеры электроустановок.

Не допускается выполнение какой-либо работы во время осмотра.

При замыкании на землю в электроустановках напряжением 3-35 кВ приближаться к месту замыкания на расстояние менее 4 м в ЗРУ и менее 8 м - в ОРУ и на ВЛ допускается только для оперативных переключений с целью ликвидации замыкания и освобождения людей, попавших под напряжение. При этом следует пользоваться электрозащитными средствами. Отключать и включать разъединители, отделители и выключатели напряжением выше 1000 В с ручным приводом необходимо в диэлектрических перчатках.

Электроустановки осматривают без снятия с них напряжения. При осмотре электроустановок напряжением 6 - 35 кВ запрещено приближаться к токопроводящим частям на расстояние менее 0,6 м.

Для осмотра оборудования выше 1000 В открывают двери камер или ограждений. Оборудование осматривают, стоя перед барьером. Дефекты выявляют визуально и слух. Во время осмотра нельзя проникать за ограждения и барьеры или выполнять какие-либо работы.

При необходимости разрешается вход в ячейки и камеры для осмотра, если расстояние от пола до не огражденных токопроводящих частей составляет не менее указанного в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Расстояние от пола до неогражденных токопроводящих частей

Напряжение, кВ	До 10 включительно	35	110	150-220
Расстояние, м	2,5 и более	2,75	3,5	4,2

При осмотрах электроустановок напряжением до 35 кВ могут быть обнаружены замыкания на землю. Вблизи места замыкания образуется зона растекания тока, создаются высокие потенциалы на поверхности пола, земли, на корпусах оборудования и возникает опасность поражений прикосновения и шага. Поэтому к месту замыкания нельзя приближаться на расстояние менее 4 метров в ЗРУ и менее 8 метров в ОРУ. Лишь для оперативных переключений или освобождения людей, попавших под напряжение, допускается приближаться к месту замыкания (при условии принятия защитных мер) на расстояния менее указанных.

Во время осмотров помещения электроустановки запирают. Для каждого помещения имеется несколько пронумерованных комплектов ключей, которые находятся у дежурного. Одним комплектом ключей пользуется дежурный, обслуживающий данную электроустановку, другой является запасным.

Отключения и изменения в электрических схемах производят только по распоряжению старшего дежурного по смене или начальника электроцеха; в электросетях - диспетчера энергосистемы или электросети; на промышленных предприятиях - того дежурного, в оперативном управлении которого находится данное оборудование.

Повышенную опасность для персонала представляют переключения разъединителей и выключателей.

Разъединители отключают и включают без нагрузки. Лишь при необходимости допускается отключать разъединителем малые токи (нагрузочный ток трансформаторов малой мощности, зарядный ток воздушных и кабельных линий). Разъединители следует включать быстро и до отказа. Если возникает дуга, ножи надо довести до конца, в противном случае обратный ход ножа вызовет развитие дуги, в результате этого может произойти несчастный случай.

Отключать разъединители следует наоборот медленно, особенно в начальный момент. Если появится дуга при отходе ножей от губок, разъединитель следует быстро включить обратно. Разъединители отключают (включают) в диэлектрических перчатках. Разъединители с пофазным управлением и вертикальным расположением ножей отключают (включают) также в диэлектрических перчатках, стоя на изолирующем основании и используя изолирующую штангу.

Снимать и устанавливать предохранители следует при снятом напряжении.

Допускается снимать и устанавливать предохранители, находящиеся под напряжением, но без нагрузки.

Под напряжением и под нагрузкой допускается заменять: предохранители во вторичных цепях, предохранители трансформаторов напряжения и предохранители пробочного типа. При снятии и установке предохранителей под напряжением необходимо пользоваться: изолирующими клещами (штангой) с применением диэлектрических перчаток и средств защиты лица и глаз; Двери помещений электроустановок, камер, щитов и сборок, кроме тех, в которых проводятся работы, должны быть закрыты на замок.

Порядок хранения и выдачи ключей от электроустановок определяется распоряжением руководителя организации. Ключи от электроустановок должны находиться на учете у оперативного персонала. В электроустановках, не имеющих местного оперативного персонала, ключи могут быть на учете у административно-технического персонала. Ключи должны быть пронумерованы и храниться в запираемом ящике. Один комплект должен быть запасным.

Ключи должны выдаваться под расписку: - работникам, имеющим право единоличного осмотра (в том числе оперативному персоналу), - от всех помещений; - при допуске по наряду-допуску - допускающему из числа оперативного персонала, ответственному руководителю и производителю работ, наблюдающему - от помещений, в которых предстоит работать.

Ключи подлежат возврату ежедневно по окончании осмотра или работы.

При работе в электроустановках, не имеющих местного оперативного персонала, ключи должны возвращаться не позднее следующего рабочего дня после осмотра или полного окончания работы.

Выдача и возврат ключей должны учитываться в специальном журнале произвольной формы или в оперативном журнале.

При несчастных случаях для освобождения пострадавшего от действия электрического тока напряжение должно быть снято немедленно без предварительного разрешения руководителя работ.

Работы в действующих электроустановках должны проводиться по наряду-допуску (далее - наряду), по распоряжению, по перечню работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации.

Не допускается самовольное проведение работ, а также расширение рабочих мест и объема задания, определенных нарядом или распоряжением.

Выполнение работ в зоне действия другого наряда должно согласовываться с работником, ведущим работы по ранее выданному наряду (ответственным руководителем работ) или выдавшим наряд на работы в зоне действия другого наряда.

Согласование оформляется до начала выполнения работ записью "Согласовано" на лицевой стороне наряда и подписью работника, согласующего документ.

Ремонты электрооборудования напряжением выше 1000 В, работа на токоведущих частях без снятия напряжения в электроустановках напряжением выше 1000 В, а также ремонт ВЛ независимо от напряжения, как правило, должны выполняться по технологическим картам или ППР.

Производитель работ отвечает:

- за соответствие подготовленного рабочего места указаниям наряда, дополнительные меры безопасности, необходимые по условиям выполнения работ;

- за четкость и полноту инструктажа членов бригады;

- за наличие, исправность и правильное применение необходимых средств защиты, инструмента, инвентаря и приспособлений;

- за сохранность на рабочем месте ограждений, плакатов, заземлений, запирающих устройств;

- за безопасное проведение работы и соблюдение настоящих Правил им самим и членами бригады;

- за осуществление постоянного контроля за членами бригады.

Производитель работ, выполняемых по наряду в электроустановках напряжением выше 1000 В, должен иметь группу IV[14].

5. Принципы и зоны защиты молниеотводов

энергетический напряжение молниезащита

Молниеотводы, как средство защиты от прямых ударов молнии начали применять с 1794г., когда Франклин предложил защищать строения “громоотводами”- металлическими стержням. Ломоносов впервые правильно указал, что молниеотвод предотвращает поражение объектов, принимая на себя разряд молнии.

Молниезащита представляет собой комплекс мероприятий, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий, связанных с прямым ударом; к этому комплексу относятся также средства защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала.

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод -- устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю.

Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, обеспечиваю щие растекание тока молнии минуя объект, и установленные на самом объекте. При этом растекание тока происходит по контролируемым путям так, что обеспечивается низкая вероятность поражения людей (животных) , взрыва или пожара.

Установка отдельно стоящих молниеотводов исключает возможность термического воздействия на объект при поражении молниеотвода; для объектов с постоянной взрывоопасностью, отнесенных к I категории, принят этот способ защиты, обеспечивающий минимальное количество опасных воздействий при грозе. Для объектов II и III категорий,

характеризующихся меньшим риском взрыва или пожара, в равной мере допустимо использование отдельно стоящих молниеотводов и установленных на защищаемом объекте.

Молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. Однако на практике они могут образовывать единую конструкцию, например металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприемник, опору и токоотвод одновременно.

По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на стержневые (вертикальные), тросовые (горизонтальные протяженные) и сетки, состоящие из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений. Стержневые и тросовые молниеотводы могут быть как отдельно стоящие, так и установленные на объекте; молниеприемные сетки укладываются на неметаллическую кровлю защищаемых зданий и сооружений. Однако укладка сеток рациональна лишь на зданиях с горизонтальными крышами, где равновероятно поражение молнией любого их участка. При больших уклонах крыши наиболее вероятны удары молнии вблизи ее конька, и в этих случаях укладка сетки по всей поверхности кровли приведет к неоправданным затратам металла;более экономична установка стержневых или тросовых молниеприемников, в зону защиты которых входит весь объект. По этой причине укладка молниеприемной сетки допускается на неметаллических кровлях с уклоном не более 1:8. Иногда укладка сетки поверх кровли неудобна из-за ее конструктивных элементов (например, волнистой поверхности покрытия). В этих случаях допускается укладывать сетку под утеплителем или гидроизоляцией, при условии что они выполнены из несгораемых или трудносгораемых материалов и их пробой при разряде молнии не приведет к загоранию кровля.

При выборе средств защиты от прямых ударов молнии, типов молниеотводов необходимо учитывать экономические соображения, технологические и конструктивные особенности объектов. Во всех возможных случаях близко расположенные высокие сооружения необходимо использовать как отдельно стоящие молниеотводы и конструктивные элементы зданий и сооружений, например, металлическую кровлю, фермы, металлические и железобетонные колонны и фундаменты, молниеприемники, токоотводы и заземлители, где эти положения учтены. Защита от термических воздействий прямого удара молнии осуществляется путем надлежащего выбора сечений молниеприемников и токоотводов, толщины корпусов наружных установок, расплавление и проплавление которых не может произойти при указанных выше параметрах тока молнии, переносимого заряда и температуры в канале.

Защита от механических разрушений различных строительных конструкций при прямых ударах молнии осуществляется: бетона --армированием и обеспечением надежных контактов в местах соединения с арматурой; неметаллических выступающих частей и покрытий зданий -- применением материалов, не содержащих влаги или газогенерирующих веществ.

Защита от перекрытий на защищаемый объект при поражении отдельно стоящих молниеотводов достигается надлежащим выбором, конструкций заземлителей и изоляционных расстояний между молниеотводом и объектом. Защита от перекрытий внутри здания при протекании по нему тока молнии обеспечивается надлежащим выбором количества токоотводов, проложенных к заземлителям кратчайшими путями.

Защита от напряжений прикосновения и шага обеспечивается путем прокладки токоотводов в малодоступных для людей местах и равномерного размещения заземлителей по территории объекта.

Защита от вторичных воздействий молнии обеспечивается следующими мероприятиями. От электростатической индукции и заноса высокого потенциала -- ограничением перенапряжений, наведенных на оборудовании, металлических конструкциях и вводимых коммуникациях, путем их присоединения к заземлителям определенных конструкций; от электромагнитной индукции -- ограничением площади незамкнутых контуров внутри зданий путем наложения перемычек в местах сближения металлических коммуникаций. Для исключения искрения в местах соединений протяженных металлических коммуникаций обеспечиваются низкие переходные сопротивления -- не более 0,03 Ом.

Молниеотвод состоит из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, заземлителя и токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем. Различают два типа молниеотводов стержневые и тросовые. Тросовый молниеотвод расположен в виде горизонтально подвешенных тросов, стержневые в виде вертикально установленных мачт, соединённых с заземлителем.

...