лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
 Скачать 7.85 Mb.
|
|
Быстрые переходные процессы, выз ванные коммутациями в цепях низкого напряжения. В индуктивных цепях низкого напряжения, связанных с цепями управле ния выключателями или разъединителями, а также в других цепях очень низкого напря жения (12-24 В), содержащих реле, при коммутациях могут иметь место быстрые переходные процессы, амплитуда напряже ния при которых может составлять нес колько киловольт (подробнее см. §10.8). Взаимодействие с чувствительными цепями происходит при связи через общее полное сопротивление в цепях питания или посредством емкостной и индуктивной свя зей между цепями (т.е. между жилами одного кабеля или между неэкранированными кабелями, проложенными в одном пучке). Однако происходит довольно быст рое демпфирование помех, и уровень помех в соседних цепях ограничивается. Наряду с электромагнитными реле, источником помех также могут быть тирис торы, коммутации тока в цепях освещения (газоразрядные лампы). Последний источ ник создает гораздо более низкий уровень помех, чем реле и тиристоры. Разряды статического электричества. Разряды статического электричества соз дают помехи, встречающиеся в любых условиях. Однако климатические условия (температура, влажность) на обычной ПС, в общем случае, контролируются гораздо менее строго, чем на электростанции или в помещении шита управления. Кроме того, в пределах ПС могут перемещаться транс портные средства и мебель, поэтому счита ется, что вероятность возникновения силь ных разрядов статического электричества на ПС выше. Возмущения, создаваемые радиопере дающими устройствами. При работе бри гад оперативного управления и ремонтных бригад в полевых условиях, а также в пре делах здания широко используются порта тивные устройства радиосвязи Иногда эти устройства применяются вблизи чувствительного электронного обо рудования, которое может оставаться неза щищенным при работе с ним (например, при открытых дверцах шкафов). Известно, что напряженность электри ческого поля передатчика мощностью 5 Вт может превышать 10 В/м на расстоянии 50 см и 30 В/м на расстоянии 20 см от него. При воздействии этого излучения на обору дование могут происходить нежелатель ные отключения оборудования. При качест венной проводке кабелей связь между полями радиочастотного диапазона и сиг нальными или силовыми цепями возникает гораздо реже. 10.6. ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ И УРОВНИ ПОМЕХ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ Основные причины и источники воз никновения помех. Проблемы ЭМС на электростанциях по сравнению с ПС имеют меньшую остроту. Среди основных причин можно назвать большие расстояния между оборудованием высокого и низкого напряжений и наличие лучшего контура заземления. В частности, удары молнии и коммута ционные операции на РУ высокого напря жения электростанции в очень редких слу чаях могут становиться источниками помех на самой станции, между тем они могут быть причиной серьезных воздействий на ПС высокого напряжения. Однако в отличие от подстанций, на электростанциях более часты случаи рас положения чувствительного оборудования на обоих концах кабелей (например, элект ронные многофункциональные датчики на одном конце, аппаратура — на другом), что повышает требования к прокладке кабелей и выполнению их экранов. Далее сделаем обзор основных источни ков возмущений на электрических станциях. Максимальные токи КЗ в распредели тельных сетях среднего и низкого напряже ния обычно составляют 10—20 кА. Однако на шинах генераторного напряжения токи КЗ могут достигать порядка 100 кА (при этом при двухстороннем питании токи КЗ от двух источников суммируются). Очевидно, что сетка заземлителя вблизи генераторов или трансформаторов должна усиливаться в целях удовлетворения требо ваний электробезопасности. В частности, это означает что ток возмущения возвра тится к источнику по наиболее короткому пути и не будет оказывать воздействия на цепи, не находящиеся в непосредственной близости от места КЗ. Однако следует позаботиться об ограни чении токов, протекание которых возможно по экранам кабелей, присоединенных к этому оборудованию. Это может быть осу ществлено при помощи прокладки допол нительного проводника или применения кабельного лотка. Последствия удара молнии в электро станцию сильно зависят от точки удара. Если внешняя молниезащита основного здания была выполнена правильно, то не следует ожидать значительных уровней возмущений во внутренней проводке. Ситуация предстает в немного другом свете, если удар молнии происходит в уда ленную часть электростанции, располо женную не на основной части контура заземления. В этой ситуации возможно воз никновения значительного подъема потен циала заземлителя и воздействие его на некоторые специфические цепи Наличие на электростанциях многих цепей регулирования мощности, устройств изменения частоты вращения и другого оборудования делает более высокой веро ятность возникновения кратковременных повторяющихся возмущений. По этой при чине необходимо обращать особое внима ние на прокладку чувствительных цепей (емкостная и индуктивная связь) и на фильтрацию в силовых цепях (связь через общее полное сопротивление). Рис. 10.24. Пример расположения лотков для прокладки кабелей различных типов. Лотки должны быть гальванически связаны с заземленными вертикальными рейками В частности, использование раздельных кабельных лотков для кабелей, по которым передаются сигналы различных типов - это хороший способ избежать таких помех, улучшить сеть заземления (рис. 10.24). Портативные радиопередатчики на ПС являются сложно определяемыми источни ками помех, так как они могут присутство вать в любом месте и быть никак не связан ными с типом электромагнитными окру жения. Стационарные радиоустановки, подоб ные пейджинговым системам, иногда могут оказывать влияние на нормальную работу аппаратуры, если антенна установлена вблизи цепей с сигналами низкого уровня. Маловероятно, чтобы создаваемые ими поля радиочастотного диапазона оказывали непосредственное влияние на отдельные элементы аппаратуры, например интег ральные схемы, транзисторы, диоды и т.п., однако они будут оказывать влияние на раз личные проводники, а наводимые напряже ния и токи будут нежелательно воздействовать на электронные модули и оборудование, среди которых можно назвать:
В большинстве аппаратов рабочие сиг налы представляют собой сигналы посто янного или переменного токов низкой час тоты, а диапазон воздействующих РЧ-помех не совпадает с их рабочим диапазо ном. Однако наведенные помехи РУ-диапазона могут оказывать нежелательное воз действие посредством различных механиз мов связи. Может иметь место:
Поля РЧ-диапазона от локальных пере датчиков могут проникать в пределы кор пуса оборудования с очень небольшим зату ханием, если корпус выполнен не из металла или если размеры отверстий превы шают 1/10 часть длины волны в металличе ском корпусе или если боковые стенки металлического корпуса имеют плохой кон такт друг с другом. Проникновение полей РЧ-диапазона в аппаратуру через сигнальные кабели явля ется преобладающим видом воздействия во многих подверженных помехам установках, так как воздействие осуществляется на наи более чувствительные порты системы. В частности, это справедливо, если исполь зуются сигналы низкого уровня без филь трации или промежуточного преобразова ния входного сигнала. Даже в случае с сим метричными усилителями, когда наводка РЧ-диапазона является синфазной помехой, помеха все равно может иметь место, так как ослабление синфазной помехи актив ного устройства обычно уменьшается на высоких частотах и/или при высоких уров нях снижаемых синфазных напряжений. К счастью, кабели общего применения для аппаратуры обычно выполнены из диэлектрических материалов, имеющих значительные потерн на ОВЧ и УВЧ, вследствие чего в них происходит сущест венное затухание на этих частотах. Затуха ние в проводнике кабеля длиной 10 м на частоте 30 МГц может составить 10 дБ, на частоте 100 МГц - 20 дБ и на частоте 400 МГц - около 60 дБ. По этой причине, а также благодаря наличию металлических корпусов и других экранирующих элемен тов место и зона действия излучаемых полей в общем случае будут определяе мыми, а помехи - незначительными. Однако для рассматриваемого часто тного диапазона (до 470 МГц) большинство проводников заземления, связанных с элект ронным оборудованием, являются электри чески длинными. В частности, везде, где соединение между экранами кабеля и корпу сами оборудования выполнено не коаксиально (по периметру), существует вероят ность возникновения помехи. В подобной ситуации находятся цепи датчиков (например, датчиков давления), подключенных к оборудованию сигналь ными цепями на 4-20 мА и с удаленным питанием постоянным током. Наведенные в обмотках датчика напряжения порядка нескольких вольт могут с легкостью выз вать срабатывание преобразователя и изме нить значение постоянного тока в цепи. Следует отметить, что некоторые серво приводы также очень чувствительны к помехам подобного рода. По указанным причинам максимально допустимая мощ ность ручных радиопередатчиков ограни чена уровнем 200 мВт или еще меньше (на атомных электростанциях), а в некоторых странах они полностью запрещены. Другие источники воздействий. Среди других возможных источников помех сле дует отметить электросварку, которая, подобно КЗ на частоте 50/60 Гц, может вызывать протекание значительных токов по сети заземления. Однако вопреки широко распространенному мнению решением проблемы является выполнение сети зазем ления в виде многократно замкнутой, а не радиальной сети для создания кратчайшего пути возврата тока источника возмущения и снижения вероятности возникновения связи через общее полное сопротивление. Кроме НЧ-помех данного типа, свароч ные системы вследствие возникновения ВЧ-колебаний при работе сварочных пис толетов плазменного типа могут являться источниками излучения. Излучение радара находится на самом конце спектрального диапазона помех. Так как электростанции обычно распола гаются вблизи загруженных водных путей, вероятность воздействия радаров на элект ронное оборудование ПС не так уж мала. Хотя нам не известно о случаях воз действия помех такого типа на оборудова ние электростанций, на практике встреча ются случаи возникновения помех от работы микроволновых радиосистем, свя занные с прохождением судов по водным артериям вблизи объектов. Уровни испытательных воздействий на оборудование ЭС и ПС. В §10.2 и 10.4 сформулированы основные положения, касающиеся прокладки кабелей и связанные с этим способы снижения помех, на основе описаний источников помех, приведенных в гл. 3, и путей передачи помех на воспри имчивые к ним цепи (см. гл. 2). Ранее были проанализированы возмож ные уровни возмущений в цепях различ ных типов. Настоящий раздел является естествен ным продолжением предыдущих в части попыток оценить максимальный уровень возмущении, воздействующих на оборудо вание, и сопоставить его с испытатель ными воздействиями. Электромагнитная обстановка зависит от природы возмущении, механизмов их передачи, места расположения оборудова ния и способов его подключения к другим устройствам. По указанным причинам информацион ная связь между оборудованием осущест вляется при помощи портов. Дать точные значения ожидаемых уровнен помех невоз можно вследствие наличия огромного числа влияющих факторов. По этим причи нам уровни помех делятся на несколько классов, после чего становится возможным создание спецификации на тесты по поме хозащищенности. Нормы ГОСТ выделяют четыре класса ЭМО окружающей среды. В соответствии с рекомендациями МЭК, можно выделить пять (или шесть) классов ЭМО от 0 класса (очень хорошо защищен ного от помех объекта) до 4 класса (объект подвергается многим возмущениям) или даже специального класса X. Помехи на сигнальных портах оборудо вания подразделяются на четыре класса (см. рис. 10.1 и 10.2 и табл. 10.3). В данной классификации не учитыва ется, где установлено само оборудование - на электростанции, подстанции или в дру гих условиях. Это обусловлено тем, что многие источники кондуктивных помех (молния, быстрые переходные процессы в цепях низкого напряжения) не связаны с конкретным видом установки, а также потому, что методы снижения помех, в общем случае, применяются в условиях, где источники возмущений хорошо изве стны (например, быстрые переходные про цессы при коммутациях в цепях высокого напряжения подстанций). Ранее было сделано допущение о том, что воздействующие на оборудование воз мущения на ПС высокого напряжения могут быть более сильными, чем в других местах, но при этом не должны зависеть от места расположения оборудования в преде лах ПС или электростанции. Таблица 10.3. Классификация сигнальных портов оборудования по уровням воздействующих помех
Кроме того, предполагалось, что для цепей питания, по сравнению с другими цепями, ЭМО явля ется более сложной, но, опять же, не дела лось никаких различий относительно места расположения установки, так как предпо лагалось, что для всего оборудования уста новки система электропитания общая. Для получения общего представления о вероятных уровнях помех ниже приводятся некоторые типовые испытательные воз действия, используемые при сертифика ции оборудования (табл. 10.4—10.6). Приводимые данные включают в себя некоторый запас по отношению к действительному уровню помехоустойчивости не только потому, что они являются тесто выми величинами, но и потому, что их выбор основан на допущении того, что часто используется минимальный набор методов снижения помех. Также важно не путать классификацию электромагнитной обстановки, относящу юся к оборудованию (входным/выходным цепям), с уровнями воздействий при испы таниях на устойчивость к условиям среды, которые для каждой цепи в разных тестах могут отличаться друг от друга. Таблица 10.4. Уровни воздействий при типовых испытаниях сигнальных входных/выходных цепей
Таблица 10.5. Уровни воздействий при типовых испытаниях силовых цепей питания переменным и постоянным током
Таблица 10.6. Уровни воздействий при типовых испытаниях экранирующих свойств корпуса оборудования
10.7. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ СИСТЕМ КОМПЛЕКТНЫХ КРУЭ Общие положения. Поскольку пло щадь, занимаемая КРУЭ, обычно состав ляет лишь 10—25 % площади открытых ПС, достичь требуемого сопротивления заземления становится труднее. Более того, отдельные элементы оборудования нахо дятся близко друг к другу, что требует сетки высокой плотности, т.е. большего числа проводников в заданной области. Это обстоятельство позволяет снизить сопро тивление заземления, но не является эконо мически эффективным путем, поскольку увеличение площади контура заземления более эффективно, чем увеличение числа проводников на единицу площади. Следо вательно, впоследствии может оказаться необходимым применение дополнительных методов достижения необходимого сопро тивления заземления. Переходное напряжение корпуса появ ляется за счет протекания высокочастотных токов, а не токов промышленной частоты. Это напряжение возникает при ударах мол нии, срабатывании молниезащитных раз рядников, замыканиях на землю и повтор ных зажиганиях разряда между контактами при коммутациях в основном при отключе ниях. Они появляются под действием токов, протекающих через систему зазем ления и емкости КРУЭ, и могут иметь вре мена нарастания от 3 до 20 нс, но длятся не более 20—30 мс. Высокочастотные токи вызывают локаль ные повышения потенциала за счет относи тельно высокой индуктивности обычных заземляющих проводников, например один 1 м прямого медного стержня имеет реак тивное сопротивление около 60 Ом на частоте 10 МГц, тогда как на частоте 50 Гц сопротивление составляет примерно 0,003 Ом. Поэтому соединения должны короткими и прямыми насколько это можно, так как изгибы медных проводни ков также приводят к возрастанию реактив ных сопротивлений на высоких частотах. Все КРУЭ содержат преднамеренные разрывы корпуса в целях предотвращения протекания электрического тока с одной секции на другую, которые, однако, позво ляют высокочастотным процессам распро страняться за пределы КРУЭ. Разрывы существуют в местах транс форматорных или реакторных вводов; кабельных муфт; изолированных фланцев, применяемых для крепления внешних трансформаторов тока, устанавливаемых вокруг металлического корпуса; соедине ния фланцев с корпусом; устройств мони торинга; вторичных обмоток измеритель ных трансформаторов. В некоторых проектах корпусов КРУЭ основные фланцевые соединения дела ются с применением изолирующей про кладки. В этом случае должны прини маться специальные меры для предотвра щения появления искр в разрывах, которые могут вызвать срабатывание сигнализации у оперативного персонала. Переходное напряжение корпуса элект ромагнитным путем воздействует на защитные, управляющие и коммуникаци онные цепи. Если заземление недостаточно эффективно, высокочастотные напряжения на корпусе КРУЭ могут достигать 50 кВ, что делает необходимым экранирование защитных, коммуникационных и управля ющих кабелей, присоединенных к корпусу КРУЭ и отделение их от корпуса везде, где только возможно. Появление на КРУЭ переходных повы шений напряжения часто ставит вопросы безопасности персонала, имеющего доступ к подстанции. Однако переходное повы шение напряжения представляет собой кратковременное неэнергоемкое явление, и до сих пор не было оснований предпола гать, что оно напрямую опасно для персо нала, работающего на КРУЭ. Возникновение искр в местах разрывов во время коммутаций может вызвать испуг работников и тем самым причинить им вред. Следовательно, представляется целе сообразным ввести предупреждения, огра ничивающие доступ персонала во время коммутаций. Проектирование заземляющих сис тем КРУЭ. Контур заземления предназна чен для создания пути малого сопротивле ния для токов КЗ, а также для высокочас тотных токов, возникающих из-за переход ного повышения напряжения. Перед проектированием контура необ ходимо выяснить наибольший ток КЗ на землю, проводимость грунта и наибольший допустимый потенциал земли, после чего несложно рассчитать необходимое полное сопротивление заземления. Например, если наибольший допустимый потенциал сос тавляет 650 В, а ток замыкания - 10 кА, полное сопротивление заземления должно быть менее 0,065 Ом. Указания по этому вопросу имеются в многочисленных нацио нальных и международных стандартах. Для оптимизации конструкции контура заземления написаны компьютерные про граммы. Обычно на открытых ПС обеспечить достаточно низкое сопротивление заземле ния можно с помощью неизолированной медной рамки, проложенной по периметру ПС, и внутренними проводниками для под ключения различных элементов оборудова ния. Однако меньшая площадь, занимаемая КРУЭ, приводит к тому, что размеры кон тура будут меньше и, следовательно, могут потребоваться дополнительные мероприя тия. Увеличение суммарной длины провод ников, проложенных внутри одиночной рамки, снизит сопротивление сетки, но не прямо пропорционально увеличению длины (рис. 10.25). Однако, стремление обеспечить частые и короткие соединения между близко рас положенными элементами оборудования служит дополнительным стимулом для прокладки сетки высокой плотности. а) б) Рис. 10.25. Структуры сеток: а - суммарная длина проводников 55,2 м; относи тельное сопротивление 0,0518 Ом/(Ом∙м) при час тоте 50 Гц; б - суммарная длина проводников 138 м; относительное сопротивление 0,0419 Ом/(Ом∙м) при частоте 50 Гц Если используется сплошное железобе тонное основание, то соединение железной арматуры с контуром заземления безусловно приведет к снижению полного сопротивле ния заземления и обеспечит лучшее вырав нивание потенциала внутри основания и по поверхности пола. Желательно, чтобы стержни арматуры были соединены друг с другом. Это мероприятие влечет за собой ряд практических затруднений, например необходимость осуществления заземления через бетонное основание и требование исключения нежелательных контуров высо кочастотного тока. Возможно положить сетку сверху бетонного основания, но это увеличит сопротивление заземления, потому что сетка не будет проложена в земле. Снижение сопротивления заземления до допустимо малого значения невозможно с помощью описанных выше методов, поэ тому для этой цели могут оказаться полез ными вертикальные заземляющие стержни и химическая обработка грунта. Расчетные сопротивления заземления могут быть получены с помощью эмпири ческих формул, приведенных в различных стандартах, тем не менее, рекомендуется проведение измерений по завершении строительства. В случае необходимости проводят дополнительные мероприятия. Рис. 10.26. Соединения оборудования с контуром заземления Частые соединения корпуса КРУЭ с контуром заземления и то обстоятельство, что фазные оболочки также соединены друг с другом, снизит напряжения шага и прикосновения в пределах площади, заня той КРУЭ. Соединения должны быть короткими и прямыми насколько возможно для снижения их сопротивления при высо ких частотах. На рис. 10.26 показано, что оборудова ние может быть подключено в точке пере сечения сетки (а) или с помощью дополни тельных соединений (в и с). Требование выполнять соединения с землей насколько возможно короткими и прямыми предполагает, что корпус КРУЭ находится как можно ближе к поверхности земли, хотя это соображение не должно быть определяющим при проектировании самого КРУЭ. На разрывах в корпусе КРУЭ могут воз никать высокочастотные напряжения и поэ тому необходимо принять меры по их сни жению. Применение изоляционных фланцев для кабельных вводов приводит к разрыву обо лочки корпуса. Доступно простое и эконо мичное решение проблемы путем уста новки нелинейных резисторов (варисторов), симметрично подключенных корот кими соединительными проводами вокруг фланца (рис. 10.27). Вместо нелинейных Резисторов можно использовать помехопо давляющие конденсаторы. Там, где оборудование КРУЭ подключается к трансформатору, реактору и другому оборудованию с помощью вводов, требование разделить металлические оболочки двух элементов приводит к необходимости изоляции двух фланцев и соответственно к разрыву в корпусе. Высокочастотная раз ность потенциалов на разрыве может быть снижена до допустимого уровня путем установки нелинейных сопротивлений (рис. 10.28). В ряде случаев металлические оболочки принудительно соединяют друг с другом, но даже несмотря на это возможно проявление импульсного сопротивления соединений. Рис. 10.27. Включение варистора между металли ческим корпусом КРУЭ и металлическими частями кабеля: 1 - варистор; 2 - металлический корпус КРУЭ; 3 - металлическая часть концевой муфты, 4 - изолятор Рис. 10.28. Включение варистора между металли ческим корпусом КРУЭ и баком трансформатора: 1 - нелинейное сопротивление; 2 - металлический корпус КРУЭ; 3 - бак трансформатора; 4 - изолятор Если трансформаторы тока установ лены на внешней стороне корпуса, то необ ходимо устранить протекание токов про мышленной частоты по корпусу в направ лении, противоположном току КЗ в основ ном проводнике. Соответственно в этих местах необходима установка изолирую щих фланцев. Это приводит к появлению еще одного вида разрыва бака с соответс твующей опасностью появления большой разности потенциалов высокой частоты. Устранить проблему можно путем уста новки специально спроектированных шун тов вокруг ТТ или, что более предпочти тельно, варисторов, включенных симмет рично вокруг фланца (рис. 10.29). В ряде случаев можно использовать искровые про межутки. Также могут оказаться эффектив ными помехоподавляющие конденсаторы. Несмотря на то, что для элегазовых вво дов не применяют изолированные фланцы, тем не менее, за счет различия импульсных сопротивлений внутренних шинопроводов и вводов существует разрыв корпуса, и важно свести к минимуму высокочастотное сопротивление заземляющих проводников у вводов. Должны быть приняты все меры для того, чтобы устанавливать вводы как можно ближе к земле так, чтобы длина заземляющих проводников была как можно более короткой. Место, в котором КРУЭ входит в зда ние, предоставляет великолепную возмож ность улучшения соединений с землей, особенно если КРУЭ заканчивается элегазовым вводом вне здания. В этих условиях появится возможность обеспечить путь низкого сопротивления для проходящей волны. Компоновка, показанная на рис. 10.30, обеспечивает идеальный метод предотвра щения входа в здание импульсов. Для наибольшей эффективности корпус КРУЭ должен быть хорошо соединен с металли ческими частями окружающих стен, кото рые, в свою очередь, должны быть соеди нены с контуром заземления, по крайней мере, в двух точках, а желательно в боль шем количестве точек. В качестве альтер нативного варианта можно выполнить стены целиком из металла, при этом, конечно, обеспечив их хорошее соединение с корпусом КРУЭ. Рис. 10.29. Шунтирование разрыва металлического корпуса варистором: 1 - варистор; 2 - изолятор; 3 - шунт; 4 - трансформатор тока Варисторы, спроектированные специ ально для защиты разрывов корпуса КРУЭ, как правило, недоступны. Следовательно, проектировщик систем заземления должен либо адаптировать варисторы, предназ наченные для других целей, либо разрабо тать варисторы собственного производства, оптимизированные для достижения указан ной цели. Во внимание следует принять такие факторы, как реакция на ступенчатое воздействие, номинальное напряжение и поглощаемая энергия. Особое внимание должно быть уделено снижению индуктивностей путем тщательного проектирова ния заземлителей. Рис. 10.30. Экранирование элегазового ввода на входе в здание Проектировщику заземляющих систем должно быть очевидно, что при значитель ном расстоянии между концами кабелей управления и при сравнительно большом высокочастотном сопротивлении соедине ний с землей, если не принять специальные меры, возможно появление большой разно сти потенциалов между концами управля ющего кабеля (сотни киловольт). Ситуацию можно облегчить, если тща тельно выбирать пути прокладки управля ющих кабелей и экранировать их. Связь между корпусом и управляющими кабе лями можно уменьшить, если последние расположить как можно дальше от корпуса и после точек входа (например, точек под ключения ТТ) как можно быстрее увести их от корпуса. Частотный диапазон помех на КРУЭ приводит к необходимости применять сплошные экраны; плетенные экраны огра ничены в применении за счет их большого сопротивления на высоких частотах. Эффективного экранирования, тем не менее, можно добиться путем заключения отдельных кабелей в собственные экраны или заключения группы кабелей в металли ческие кабельные каналы или полностью замкнутые кабельные лотки. Эти экраны должны быть соединены с оборудованием, например реле давления газа, и заземлены на противоположном конце кабеля пря мыми короткими соединениями. Если некоторые устройства управления, защиты или телекоммуникации, связанные с КРУЭ, имеют очень высокий уровень чувствительности, или, если релейный шкаф расположен внутри КРУЭ, может оказаться необходимым осуществить пол ное экранирование шкафов, содержащих оборудование. При применении клетки Фарадея кабели от шкафа управления КРУЭ должны быть полностью экраниро ваны, и экраны соединены с экраном клетки по возможности напрямую. Для кабелей длиннее 60 м может оказаться необходимым применение разделительных трансформаторов или реле. При усиливающейся тенденции уста навливать оборудование управления вблизи коммутирующих устройств возможность опасного их взаимного влияния возрастает. Переходные напряжения, передаваемые измерительными трансформаторами во вторичные цепи, могут быть снижены путем тщательного расположения заземля ющих проводов в трансформаторе и внут реннего экранирования вторичных обмо ток. Оценка влияния переходного потенциала корпуса. Явление повышения пере ходного потенциала корпуса вследствие протекания высокочастотных токов по кор пусу, также известное как переходное повышение потенциала земли, состоит из кратковременного переходного процесса при высоких уровнях напряжения на внеш ней поверхности корпуса КРУЭ, связан ного с пробоем элегаза, внутренними пов торными зажиганиями между контактами работающих выключателей и разъедините лей или внешними пробоями изоляции. В любом случае скачок потенциала при водит к появлению импульсов, распростра няющихся во всех возможных направле ниях от точки пробоя. Эти импульсы, характеризующиеся очень короткой дли тельностью фронта, вызывают очень быст рые перенапряжения. Существуют две причины возникнове ния повышения напряжения корпуса КРУЭ:
В обоих случаях импульсы распростра няются внутри коаксиальных шин (вслед ствие поверхностного эффекта) подстанции до точки разрыва. Точку разрыва можно смо делировать двумя линиями передачи с раз ными волновыми сопротивлениями. В этой точке импульс попадает на внешнюю поверх ность корпуса КРУЭ, вызывая тем самым переходное повышение напряжения. Наиболее типично возникновение раз рывов на воздушных и на кабельных вво дах КРУЭ (рис. 10.31, 10.32). Остальные представляющие интерес разрывы возникают у трансформаторов тока, установленных снаружи корпуса, и, в ряде случаев, также у фланцев всех опор ных изоляторов. а) б) Рис. 10.31. Воздушный ввод в КРУЭ (а) и его схема замещения(б) Рис. 10.32. Схема для оценки распространения импульса за пределы КРУЭ При замыкании на землю сначала появ ляется скачкообразное изменение напряже ния, амплитуда которого на разрыве равна пробивному напряжению разрыва. Можно принять, что максимальная амплитуда импульса напряжения составляет , где коэффициент 1,2 составляет отношение между пробивными напряжениями при положительной и отрицательной полярностях; - импульсная прочность; коэф фициент 1,12 осуществляет переход от (10 %-ная вероятность пробоя) к 100 %-ной вероятности (полагая, что закон распреде ления нормальный, среднеквадратич ное отклонение ). При наличии внутренних дефектов можно получить внутренние пробои при уровнях напряжения меньших ; в этом случае возникающие отражения импульсов от разо мкнутых концов могут приводить к вторич ным пробоям на более высоких уровнях напряжения, вплоть до . В частности, это может происходить во время испытаний изоляции, даже если координация изоляции была осуществлена верно. Скачок напряжения при внутреннем пробое характеризуется временем нараста ния Т, нижний предел которого, нс, можно оценить как , где р — давление газа. При внутренних повторных зажиганиях наибольшая разность потенциалов между контактами равна примерно трехкратному номинальному напряжению, при комму тации ненагруженного трансформатора (индуктивная нагрузка) — контура — дву кратному для разъединителей. Из-за пробоя между контактами возникает два импульса напряжения, распространяющихся в проти воположных направлениях к точкам раз рыва, причем амплитуда каждого скачка составляет половину от начальной разно сти потенциалов. Далее рассматриваются коэффициенты преломления, относящиеся к распростра нению первого скачка напряжения при внутреннем пробое, для каждого из двух Равных видов разрыва в КРУЭ, т.е. для воздушных и кабельных вводов в КРУЭ. Воздушный ввод можно представить как соединение трех длинных линий (см. рис. 10.31). Преломление падающей внут ренней волны на воздушную линию и на корпус приводит к повышению напряжения относительно земли, амплитуда которого может быть получена умножением ампли туды начального скачка, появившегося внутри КРУЭ на коаксиальном шинопроводе, на коэффициент , где - волновое сопротивление коакси ального шинопровода; - волновое сопротивление линии; - волновое сопро тивление корпуса (относительно земли). Когда волна распространяется на внеш нюю сторону корпуса, в процесс вовлека ются соединительные провода с землей и соседними фазами, которые можно рас сматривать как длинные линии. Амплитуда скачка, распространяюще гося в сторону соединителей, определя ется умножением амплитуды начального скачка на передаточный коэффициент соединения (см. рис. 10.32): , где Z - волновое сопротивление заземляю щих проводников. |