На электростанциях и подстанциях

 

Контроль за режимом работы основного оборудования на электростанциях осуществляется с помощью контрольно-измерительных приборов (указывающих и регистрирующих). Приборы контроля для различных присоединений могут устанавливаться в разных цепях и разных местах: на центральном пульте управления, на главных щитах управления, на блочных щитах управления и на местных щитах. Даже на аналогичных присоединениях в зависимости от особенностей их режима работы количество контрольно-измерительных приборов может быть различным.

Однако для большинства случаев рекомендуется установка следующих измерительных приборов в цепях электрических станций и подстанций [4, 9].

Генераторы:

a) цепь статора - амперметр в каждой фазе, вольтметр, ваттметр, счётчики активной и реактивной энергии, регистрирующие ваттметр, амперметр и вольтметр;

б)цепь ротора - амперметр и вольтметр постоянного тока, регистрирующий амперметр;

в) цепь синхронизации - вольтметр, частотомер, синхроноскоп.

Трансформаторы:

1) двухобмоточные - амперметр, ваттметр, варметр с двухсто­ронней шкалой, счетчики активной, реактивной и потерь энергии. Перечисленные приборы устанавливаются на стороне низшего напряже­ния. (Если трансформатор работает в блоке с генератором, то его режим контролируется по приборам, установленным в цепи статора.) На трансформаторах, в которых направление мощности и элект­роэнергии может изменяться, устанавливают ваттметры и варметры с двухсторонней шкалой и по два комплекта счетчиков со стопорами;

2) трехобмоточные и автотрансформаторы:

а) на сторонах низшего и среднего напряжений устанавливают те же приборы, что и у двухобмоточного трансформатора;

б) на стороне высшего напряжения - один амперметр.

Сборные шины:

1) генераторного напряжения - по одному указывающему вольт­метру и частотомеру на каждую секцию и резервную систему шин; на электростанциях мощностью 50 МВт и выше на каждой секции и резервной системе шин устанавливают регистрирующие вольтметры и частотомеры, один комплект вольтметров (с переключателем) для контроля состояния изоляции;

2) повышенного напряжения - по одному указывающему вольтметру на каждой системе или секции шин, регистрирующие вольтметры и частотомеры, аварийные осциллографы;

3) понижающих подстанций - указывающий вольтметр на каждой системе и секции сборных шин всех напряжений. На шинах 6-10-35 кВ - комплект приборов контроля изоляции.

Кроме того, на подстанции устанавливаются осциллографы, за­писывающие фазные напряжения трех фаз, токи трех фаз, напряжение нулевой последовательности, токи нулевой последовательности и т.д. Эти записи позволяют выяснить картину того или иного аварийного режима.

Линии электропередач:

6-10 кВ и 35 кВ - амперметр, счетчик активной и реактивной энергии;

110 кВ и выше - один или три амперметра (при пофазном управ­лении), ваттметр и варметр, счетчики активной и реактивной энергии (на линиях связи между энергосистемами), фиксирующие приборы.

Питание приборов осуществляется от измерительных трансформа­торов тока и напряжения.

 

7. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

 

Главная схема электрических соединений отражает основные ре­шения, принятые в курсовом проекте. На чертеже главной схемы соединений должны быть показаны: генераторы, трансформаторы (силовые и измерительные), отходящие линии, сборные шины РУ всех напряжений, выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели, реакторы, предохранители и токоведущие части РУ. Кроме того, на ней рядом с основным оборудованием показываются все относящиеся к нему контрольно-измерительные приборы.

Все электрические аппараты на главной схеме электрических соединений показываются условными графическими обозначениями. При необходимости допускается размеры условных графических обозначе­ний пропорционально увеличивать или уменьшать по сравнению с рекомендованными ГОСТами. Главная схема электрических соединений изображается при отсутствии тока во всех цепях. Все коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, короткозамыкатели, отделители, заземляющие ножи) показываются в отключенном положении. Взаимное расположение частей схемы электрических соединений на чертеже должно быть наглядным, удобным для чтения, с минималь­но возможным числом пересечений и равномерным заполнением листа, чтобы четко были видны идеи, заложенные в данную схему.

Главная схема электрических соединений станции должна полно­стью соответствовать принятым конструктивным решениям. Следует стремиться, чтобы расположение присоединений к сборным шинам РУ на главной схеме соответствовало их расположению в принятой конс­трукции (лист 2). Поэтому рекомендуется сначала произвести предва­рительную (черновую) разработку схем отдельных цепей станции (ге­нераторов, трансформаторов, РУ) на миллиметровке, а затем наметить конструктивные решения по РУ. Для облегчения проектирования необ­ходимо использовать примеры выполнения главных электрических схем соединений, приведённых в [4,9,11].

Схемы цепей генераторов зависят от их типа и мощностей. В [4] показаны схемы соединений нулевых выводов различных генерато­ров с установленными в них измерительными ТТ. Силовые трансформатора изображаются со схемами соединений их обмоток. Обычно трансформаторы (блочные, связи и понижающих под­станций) имеют группу соединений Y/D -11. Нулевые выводы cиловых трансформаторов соединяются с землей по схеме, соответствую­щей режиму работы нейтрали сети. Нулевые точки силовых трансфор­маторов 110-220 кВ заземляются через разъединитель. Так как изоля­ция нулевых выводов указанных трансформаторов позволяет работу с изолированной нейтралью, то для снижения уровней однофазных КЗ в отдельных случаях на части трансформаторов станции (подстанции) их нейтрали разземляются. В таком режиме для защиты изоляции трансформатора от перенапряжений должен быть предусмотрен вентильный разрядник, включаемый параллельно разъединителю. При выборе указанных разъединителей и разрядников их рабочее напряжение принимается на класс меньше напряжения высокой стороны трансформатора. Нулевые выводы автотрансформаторов и трансформаторов напря­жением 330 кВ и выше заземляются наглухо.

Группы соединений трансформаторов СН зависят от сдвига фаз между напряжениями 6 кВ рабочих и резервных трансформаторов. При наличии сдвига фаз (когда питание резервных трансформаторов СН осуществляется от сборных шин высокого напряжения или от обмоток низшего напряжения автотрансформатора связи) рабочие трансформа­торы СН должны иметь нулевую группу соединений (Y/ Y- 0, D/D - 0 или D/D - D -0 -0), а резервные - одиннадцатую (Y/D -11). При от­сутствии сдвига фаз рабочие и резервные трансформаторы СН долж­ны иметь одинаковую группу соединений.

Для соединения выводов мощных турбогенераторов с повышающи­ми силовыми трансформаторами рекомендуется применять комплектные экранированные токопроводы, каждая фаза которых заключена в защит­ный алюминиевый кожух. Такое исполнение токопроводов обусловлено необходимостью обеспечения надежности, исключающей возможность возникновения на генераторном напряжении междуфазных КЗ, которые могут привести к повреждению лобовых частей обмоток и выходу из строя генераторов на длительный срок. Применение экранированных токопроводов обязательно для всех турбогенераторов 160МВт и выше.

В настоящее время выпускаются три основные серии токопроводов: КЭТ - с жестко закрепленными на кожухах изоляторами; TЭН - с электрически непрерывными цельносварными кожухами и выемными изоляторами, ТЭК - с выделенными изоляторами и удлиненными кожухами. В комплект заводской поставки комплектного экранированного токопровода входят следующие основные элементы: блок нуля генератора вместе с установленными ТТ; блоки выводов генератора вместе с трансформаторами тока и напряжения; блоки открытой части токопровода с отпайкам к трансформатору СН и с блоками примыкания к трансформаторам. Основные характеристики токопроводов генераторного напряжения приведены в [4].

Сборные шины РУ на главной схеме изображаются двумя параллельными линиями. Они применяются такой длины, чтобы можно было разместить все присоединения. Присоединения к сборным шинам компонуются таким образом, чтобы исключить по шинам большие перетоки мощности. Поэтому присоединения трансформаторов (блока или связи) должны чередоваться с отходящими линиями, а шиносоединительные и обходные выключатели располагаются в средней части шин. Здесь же устанавливают шинные разрядники и трансформаторы напряжения без выделения для них отдельных ячеек. При секционных системах шин присоединения размещаются так, чтобы нагрузка по секциям была одинаковой. При большом количестве однотипных присоединений на каждой секции сборных шин или групповой сборке линейных реакторов разре­шается показывать только 2-3 присоединения, изобразив при этом на шинах место разрыва, а действительное число присоединений указыва­ется подписью.

Для обеспечения безопасности людей при проведении ремонтных работ на оборудовании электрических станций необходимо ремонтируемую цепь отключить, создать видимый разрыв и заземлить. Это осуществляется при помощи выключателей и разъединителей с заземляющими ножами.

Число и размещение разъединителей в цепях присоединений определяется их назначением. Места установки заземляющих ножей на разъединителях намечаются исходя из условий возможности заземле­ния при ремонтах любых участков электростанции. Обычно заземляющие ножи предусматриваются с двух сторон на линейных разъединителях, шинных разъединителях трансформаторов напряжения и разъединителях секционных выключателей. На шинных разъединителях других присое­динений, генераторных разъединителях заземляющие ножи устанав­ливаются только со стороны выключателя.

Измерительные трансформаторы тока в сетях с заземленной нейтралью устанавливаются в трех фазах каждой цепи схемы. В установках с изолированной нейтралью ТТ могут предусматриваться в двух фазах, если применяемые виды релейных защит не требуют питания от трех фаз. Каждый трансформатор тока напряжением 6-24 кВ выполняется с двумя вторичными обмотками, 35-110 кВ - с тремя, 220 кВ - с четырьмя, а 330 кВ и выше - с четырьмя, пятью. Количество ТТ в каждой цепи определяется по [4] и зависит от назначения цепи, видов защит и других факторов.

На электростанциях (подстанциях) обычно используются встроенные в аппараты ТТ. Они имеются в нулевых выводах всех трансформаторов и автотрансформаторов (типа ТВТ) и генераторов мощностью более 300 МВт (типа ТВЛ, ТВГ и ТВВГ). Кроме того, встроенные ТТ предусматриваются в линейных вводах высшего и среднего напряже­ния силовых трансформаторов и автотрансформаторов (ТВТ), масляных выключателях с большим объемом масла (типа ТВ, ТВС, ТВД и ТВУ). Трансформаторы тока, встроенные в выключатель, показываются на схеме с двух сторон условного изображения выключателя (по два ТТ с каждой стороны). Недостающие ТТ устанавливаются отдельно стоящими. При этом их место размещения выбирается так, чтобы их вывод в ремонт, производился совместно с выключателями цепей (до выключателя со стороны генератора, трансформатора или линии).

Трансформаторы напряжения обычно устанавливаются:

в цепях генераторов - один пятистержневой (типа НAМИ или ЗхЗНОМ) и один или два комплекта однофазных трансформаторов типа НОМ или ЗОМ);

на выводах генераторного напряжения трансформаторов связи - два однофазных;

на секциях сборных шин всех напряжений - один пятистержневой типа НAМИ или комплект однофазных;

на каждой сборке групповых линейных реакторов – два однофазных ТН, включенных по схеме неполного треугольника (для пита­ния счетчиков линии);

в цепях каждой ЛЭП-330 кВ и выше – комплект из 3-х однофазных трансформаторов.

Вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напря­жения всегда заземляются. Поэтому на схемах это заземление (заземление безопасности) можно не показывать. Рабочее же заземление первичной обмотки у ТН с заземленным выводом (ЗНОЛ, ЗОМ, ЗНОМ, НКФ) показывается обязательно.

В главной схеме необходимо предусмотреть защиту изоляции от атмосферных и коммутационных перенапряжений, которые возникают при ударах молнии в электрическую установку или вблизи нее в землю. Коммутационные перенапряжения в РУ 330 кВ и ниже ограничива­ются до допустимых величин выбором рационального способа заземления нейтрали трансформаторов, применением благоприятных схем эле­ктрических соединений и параметров оборудования. В РУ более высо­кого напряжения, особенно при наличии длинных линий, в ряде слу­чаев необходимо принудительное ограничение коммутационных перенапряжений путем применения выключателей с шунтирующими сопротивле­ниями, коммутационных разрядников и искрового присоединения реак­торов поперечной компенсации.

Защита оборудования станций и подстанций от перенапряжений осуществляется вентильными разрядниками (типа РВС, РВМГ, РВМК или ограничителями перенапряжений (ОПН)). Параметры разрядников приведены в [4]. Вентильные разрядники (ОПН) размещаются в РУ напряжением до 330 кВ на сборных шинах и присоединяются к ним совместно с ТН через общий разъединитель. В РУ более высокого напряжения разрядники (ОПН) подключаются ко всем питающим и отходящим линиям без разъедините­ля. Кроме того, разрядники (ОПН) устанавливаются на вводах высшего и среднего напряжения трансформаторов (автотрансформаторов) уда­ленных от РУ на расстояние более 16 метров.

На отходящих линиях электропередач 35 кВ и выше показываются аппараты высокочастотной обработки (конденсаторы связи, фильтры присоединения и заградители) отдельных фаз для образования каналов связи по проводам ЛЭП. Конденсатор связи создает путь для токов высокой частоты от приемопередатчика в линию и одновременно отделяет приемопередатчик от высокого напряжения промышленной частоты линии. В настоящее время выпускаются бумажно-масляные конденсаторы типа СМР . На линиях 110 кВ устанавливаются два таких элемента, соединяемых последовательно, на линиях 220кВ - четыре. Для линий 500 кВ выпускаются конденсаторы типа СМР и устанавливаются четыре таких элемента. Фильтр присоединения согласовывает входное сопротивление высокочастотного кабеля с входным сопротивлением линии, соединяет конденсатор связи с землей, образуя, таким образом, замкнутый контур для токов высокой частоты. Фильтр присоединения ОФП-4, выпускаемый промышленностью, выполняется на три диапазона, охватывающих частоты 50-300 кГц. Для линий 500 кВ и выше выпускается фильтр ОКФП-500.

Заградитель преграждает выход токов высокой частоты за пределы линии. Выпускаемые промышленностью заградители ВЗ-500 рассчитаны на рабочий ток 700 А с пределами настройки 50-300 кГц. Высокочастотную обработку всех трех фаз выполняют на ЛЭП 330 кВ и выше. При меньших напряжениях обработка выполняется на двух, реже - одной фазе.

Если при разработке главной схемы соединений выясняется, что какой-либо аппарат не был выбран, то необходимо выполнить дополнительные расчеты. В принятую в начале проектирования схему вносятся все изме­нения и уточнения, которые были выявлены в результате выполнения последующих разделов проекта. После детальной разработки главная схема электрических соединений переносится из миллиметровки на стандартный лист.

На чертеже главной схемы рядом с условными обозначениями ап­паратов слева или сверху от них приводятся номенклатурные обозначения типов, номинальные параметры и другие характеристики. Все надписи рекомендуется выносить в «рамочках» как это принято в проектных организациях, чтобы они не затемняли схему. Надписи выполняются для одного присоединения каждого типа. У сборных шин указываются номинальное напряжение, материал и сечение, на токопроводах - тип, материал и сечение токоведущей части.

Полностью выполненный чертеж в правом нижнем углу должен иметь штамп установленной формы.

 

8. КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

(выбор компоновки и разработка чертежей)

 

8.1. Общие положения

 

При выборе типа конструкции РУ необходимо учитывать номинальное напряжение, схему электрических соединений, габариты устанавливаемого оборудования и условия внешней среды, которые задаются преподавателем - руководителем проекта.

РУ электрических станций и подстанций выполняются внутренней и наружной установки и соответственно называются закрытыми - с расположением оборудования в зданиях (ЗРУ) и открытыми - с располо­жением всего или основного оборудования на открытом воздухе (ОРУ). РУ могут быть комплектными для внутренней установки (КРУ), для на­ружной установки (КРУН) и с элегазовой изоляцией (КРУЭ).

ЗРУ применяются, в основном, на напряжении 6-10кВ, а также на напряжении 35-220 кВ при ограниченности площадок под РУ, в случае повышенной загрязненности атмосферы и при особо тяжелых климатических условиях (Крайний Север).

ОРУ сооружаются на электростанциях и подстанциях при напряже­ниях 35 кВ и выше при нормальных условиях внешней среды. При проектировании рекомендуется применять комплектные ячейки 6-10 кВ, комплектные РУ, а также отдельные узлы заводского испол­нения.

В курсовом проекте требуется выполнить конструктивные чертежи только для одного из РУ. По остальным РУ составляется краткое описание принятых решений. Основой для конструктивного выполнения РУ являются типовые конструктивные решения. Ведущими проектные организациями разработаны типовые конструкции РУ применительно к основным электрическим схемам, которые в настоящее время применяют на электростанциях и подстанциях. Описания и чертежи типовых конструкций РУ приведены в [2, 9, 11]. Их можно найти в кабинете курсового проектирования кафедры. Таким образом, при выборе конструкций РУ в курсовом проекте необходимо подобрать соответствующий типовой проект, скомпоновать ячейки (камеры) согласно ранее выбранной схеме электрических соединений и проверить возможность установки выбранного оборудова­ния в ячейках. После этого составляют эскизы разрезов и плана РУ и по ним выполняют чертежи.

В пояснительной записке приводится обоснование принимаемой конструкции РУ и краткое ее описание.

При выполнении чертежей должны соблюдаться следующие требования.

1. Схема принятого РУ должна точно соответствовать главной схеме электрических соединений.

2. Габаритные размеры и внешний вид электрических аппаратов, изоляторов и шин должны быть взяты из каталогов и вычерчены в соответствующем масштабе. Допускаются небольшие упрощения в изображении аппаратов, не искажающие их формы.

3. На чертежах указываются размеры строительных конструкций (или основные размеры здания) и основные электрические расстояния, нормированные ПУЭ.

4. Конструктивный чертеж РУ должен содержать спецификацию электрических аппаратов, изоляторов и шин.

 

8.2. Рекомендации по разработке конструкции РУ.

 

8.2.1. Закрытые РУ.

 

Наибольшее распространение получили генераторные распредустройства (ГРУ) 6-10 кВ с одной системой сборных шин, выполняемые в одноэтажном здании [2,9,11]. В центральной части здания располагаются сборные шины и шинные разъединители, далее следуют ячейки генераторных, трансформаторных и секционных выключателей, групповых и секционных реакторов и шинных трансформаторов напряжения. У стены здания расположены ячейки КРУ. Имеются два подземных кабельных туннеля и два вентиляционных канала. Оборудование в ГРУ располагают рядами в камерах - закрытых или огражденных. Вдоль фронта камер предусматривают коридор обслуживания. Реакторы устанавливают обычно в закрытых вентилируемых камерах, остальное оборудование - в открытых камерах, защищенных со стороны коридора сетчатым ограждением.

При разработке конструкции ГРУ с использованием типового проекта необходимо проверить соответствие размеров камер типового РУ выбранному оборудованию. Основная задача состоит в размещении секции сборных шин в ГРУ и распределении ячеек всех присоединений в пределах каждой секции. Секции сборных шин размещают последовательно друг за другом по одну или обе стороны от центрального коридора управления. Расположение ячеек в ГРУ производят в следующем порядке. Сначала размещают ячейки межсекционных связей в соответствии с принятым расположением секций; затем размещают ячейки генераторов и трансформаторов, и в последнюю очередь на свободных местах располагают ячейки трансформаторов напряжения и шиносоединительных выключателей. ГРУ с двумя системами сборных шин размещается в двухэтажном здании. На верхнем этаже монтируются сборные шины и шинные разъеди­нители, на нижнем - выключатели, реакторы и шкафы КРУ потребителей энергии на генераторном напряжении.

Таким образом, рекомендуется следующий порядок разработки кон­струкции ГРУ.

1. Изучаются типовые чертежи ЗРУ и выбирается конструкция, наиболее соответствующая схеме электрических соединений проектируемой станции.

2. Составляется схема заполнения ГРУ применительно к принятой компоновке и уточняется главная схема соединений.

3. При составлении схемы заполнения необходимо учесть, что выводы к генераторам должны быть выполнены по одну сторону ГРУ, а к трансформаторам связи - в противоположную сторону.

4. Разрабатывается поперечный разрез ГРУ в масштабе 1:20 или 1:50.

ЗРУ напряжением 35-220 кВ проектируются также с применением типовых проектов. В отличие от ГРУ они выполняются с двумя системами шин или с двумя рабочими и обходной системами шин. Все присоединения в таких ЗРУ располагаются с одной стороны здания. Оборудование в ЗРУ размещается на разных уровнях: тяжелое оборудование (выключатели) - на уровне земли, сборные шины и шинные разъединители располагаются друг над другом выше выключателей. Общие принципы компоновки ЗРУ повышенных напряжений практически не отличаются от принципов компоновки ГРУ.

 

8.2.2. Открытые РУ.

 

Компоновку ОРУ выбирают, исходя из схемы соединений, перспектив развитая и особенностей конструкции устанавливаемых электрических аппаратов. При этом большое значение имеет число рядов размещения выключателей, количество ярусов расположения проводов и тип разъединителей. В ОРУ со сборными шинами рекомендуется следующее расположение выключателей:

при схемах с одной или двумя системами шин выключатели устанавливаются в два ряда;

при схемах с обходной системой шин - в один ряд;

при схемах 3/2 выключателя на цепь - в три ряда;

при мостиковых схемах, многоугольниках и т.п. выключатели устанавливаются так, чтобы можно было осуществить расширение ОРУ без его коренной реконструкции.

Типовые проекты ОРУ разработаны для всех схем электрических соединений [2, 9, 11, 14]. Особенностью этих проектов является то, что на чертежах планов и разрезов по ячейкам показаны только мес­та установки выключателей. Установочные чертежи выключателей раз­ных типов приводятся отдельно.

Разработка ОРУ с использованием типового проекта сводится к выбору расположения ячеек и компоновке в ячейках выбранного оборудования. При расположении ячеек целесообразно:

присоединения трансформаторов чередовать с отходящими линиями;

трансформаторы напряжения и разрядники размещать в ячейках силовых трансформаторов или в линейных ячейках;

шиносоединительные и обходные выключатели располагать в средней части ОРУ.

Размещение выбранных выключателей и другого оборудования в ячейках производится при разработке эскизов разрезов по характерным ячейкам ОРУ. При этом требуется обеспечить расстояние в свету от токоведущих частей до различных элементов ОРУ не менее указанных в ПУЭ. Кроме того, необходимо учитывать особенности конструктивного исполнения разъединителей и возможности применения современных средств механизации при монтаже и ремонте выключателей и другого оборудования.

На конструктивном чертеже приводятся план ОРУ и разрезы по двум из перечисленных ячеек: трансформатора, линии, шиносоединительного выключателя, обходного выключателя по ячейке трансформаторов нап­ряжения и т.п., выполненные в масштабе 1:100 или 1:200. Разрезы конкретных ячеек принимаются по согласованию с руководителем проекта. На плане и разрезах должны быть показаны: аппараты ОРУ, ошиновка и изоляторы; порталы, опоры, места установки молниеотводов; проезды для транспорта и механизмов; кабельные каналы.

 

8.2.3. Комплектные РУ.

 

Комплектные РУ 6-35 кВ широко используются на электрических станциях и подстанциях. Применением КРУ достигаются: повышение надежности работы РУ; сокращение объема монтажных работ на месте установки и сроков сооружения РУ; повышение безопасности обслуживания; возможность быстрой замены неисправного выключателя (при использовании шкафов с выключателем на выкатной тележке). В качестве изоляции между токоведущими частями разных фаз, а также между токоведущими и заземленными частями, можно применять воздух или элегаз. Комплектные РУ компонуют из отдельных типовых шкафов, изготовленных на заводах и поставленных в сборном или полностью подготовленном для сборки виде [4]. Комплектные РУ представляют собой наиболее современное и прогрессивное конструктивное решение.

 

9. РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ

 

9.1 Общая часть

 

В качестве спецвопроса в курсовом проекте может быть задано разработка устройства молниезащиты и заземления ОРУ. Устройство молниезащиты обеспечивает защиту ОРУ oт прямых ударов молнии (ПУМ). Эта защита осуществляется стержневыми молниеотводами. Разработка молниезащиты ОРУ заключается в выборе типа, высоты и таких мест установки молниеотводов, чтобы все токоведущие части и аппараты ОРУ располагались в их зонах защиты. Необходимые для расчета зон защиты геометрические размеры ОРУ принимаются из его конструктивных чертежей.

Заземляющее устройство ОРУ используется одновременно для защитного, рабочего и грозозащитного заземлений. При проектировании устройства заземления необходимо выбрать такую его конструкцию и размеры, при которых его сопротивление растеканию тока не превышает до­пустимого по ПУЭ значения.

Результаты расчетов отражаются на графической части и в записке. На плане ОРУ указываются места установки молниеотводов и их защитные зоны. Чертеж заземления ОРУ выполняется на миллимет­ровке и приводится в расчетно-пояснительной записке.

 

9.2. Выбор типа стержневых молниеотводов

 

В состав стержневого молниеотвода входят четыре конструктив­ных элемента: молниеприёмник, несущая конструкция, токопровод и заземлитель. Если функции несущей конструкции выполняют порталы, то в качестве заземлителя используется общее заземляющее устройство ОРУ. Отдельно стоящие молниеотводы имеют обособленный заземлитель.

На порталах стержневые молниеотводы устанавливаются обычно в виде стальной трубы, нередко состоящей из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решётчатую конструкцию из угловой стали. Крепление молниеотводов к порталам ОРУ осуществляется хомутами и крепежными планками посредством болтов и сварки.

Установка молниеотводов на порталах ОРУ является наиболее простым и экономичным решением. Однако при поражении молниеотвода молнией значительно возрастает напряжение на заземляющем контуре и заземляемых частях ОРУ. Поэтому должны быть приняты меры для предупреждения обратных перекрытий изоляции. Вероятность обратных перекрытий тем выше, чем ниже U_ном ОРУ, так как с понижением U_ном снижается уровень изоляции её оборудования. Выходом из положения является установка отдельно стоящих молниеотводов с обособленным заземлителем. Наибольшее применение получили отдельно стоящие молниеотводы на металлических опорах из прокатной угловой стали с площадками для установки прожекторов высотой до 40 м, разработанные в 1976 г. Северо-западным отделением института "Энергосетъпроект". Защита от ПУМ оказывается при этом значительно надежнее, но дороже. При выборе конструкции молниеотводов ОРУ сопоставляются приведенные затраты по указанным вариантам с учетом ущерба, который может принести поражение ОРУ молнией.

Согласно руководящим указаниям в ОРУ 220 кВ и выше молниеотводы всегда устанавливают на порталах. В ОРУ 110 и 150 кВ молниеотводы на порталах устанавливаются при удельных сопротивлениях грунта (r) в грозовой сезон менее 1000 Ом×м. При 1000£r£2000 Ом×м установка молниеотводов на порталах ОРУ 110 и 150 кВ допускается при условии, что площадь, занимаемая заземляющим контуром, составляет не менее 10000 м². При таких размерах контура обеспечивается сопротивление молниеотвода, позволяющее снизить импульсное напряжение на заземлителе до безопасной величины. На конструкциях ОРУ 35 кВ молниеотводы устанавливаются при грунтах с r£500 Ом×м независимо от размеров площади заземляющего контура подстанции и при грунтах с 500£r£750 Ом×м с площадью контура не менее 10000 м². При этом фазная изоляция ОРУ 35 кВ выполняется на класс напряжения 110 кВ.

Установка молниеотводов на трансформаторных порталах допускается при соблюдении следующих условий:

а) удельное сопротивление грунта не превышает 350 Ом×м;

б) непосредственно на выводах обмоток 3-35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них должны быть установлены вентильные разрядники.

Когда перечисленные выше требования не выполняются, применяются отдельно стоящие молниеотводы с обособленным заземлителем. При их установке расстояние в земле между обособленным заземлителем и ближайшей к нему точкой заземляющего контура должно быть не менее 3 м. Аналогично расстояние по воздуху от молниеотвода до токоведущих частей ОРУ должно быть не менее 5 м. Сопротивление обособленного заземлителя не должно превышать 25 Ом. Отдельно стоящие стержневые молниеотводы выполняют также функции прожекторных мачт. Их устанавливают по углам площадки ОРУ, независимо от наличия мол­ниеотводов на порталах, и учитывают при построении защитной зоны ОРУ. Как правило, отдельно стоящие молниеотводы совместно с мол­ниеотводами, установленными на здании машзала, обеспечивают защи­ту от ПУМ гибких связей и шинных мостов.

Допускается не защищать от ПУМ:

а) ОРУ 20-35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1000 кВА и менее в районах с интенсивностью грозовой деятельности не более 70 часов в году;

б) ОРУ 20-35 кВ с интенсивностью грозовой деятельности не более 20 часов в год;

в) подстанций 220 кВ и ниже с r³2000 Ом×м с интенсивностью грозовой деятельности не более 20 часов в год.

 

9.3. Расчет зон защиты молниеотводов

 

После выбора типа стержневых молниеотводов определяется их количество, взаимное расположение и высота. Этот расчет выполняется в соответствии с [10].

Расчет молниезащиты ОРУ ведется по зонам. Зона защиты одиночного молниеотвода высотой до 60 м представляет собой круговой конус. Размеры этого конуса определены во Всесоюзном электротехническом институте на основе обширных лабораторных исследований, опыта эксплуатации и сведений о развитии разрядов молнии. При этом вероятность прорыва молнии к электрооборудованию ОРУ внутри зоны защиты не превышает допускаемой ПУЭ величины, равной 0,001 (один удар из 1000 разрядов молнии прорывается к токоведущим частям, аппаратам ОРУ, минуя молниеотвод). Для защиты ОРУ применяются многократные молниеотводы, расположенные в вершинах квадратов или в шахматном порядке. В результате общая зона защиты ОРУ слагается из ряда зон защиты трех или четырех молниеотводов. Последние при одинаковых высотах молниеотводов определяются согласно рис. 9.1. Очертание внешней зоны защиты (кривая mXO) совпадает с зоной защиты одиночного молниеотвода и определяется по формуле

, (9.1)

где r_х - радиус зоны защиты;

h_м, h_x, h_a=h_m-h_x -высота соответственно молниеотвода и защищаемого объекта, активная высота молниеотвода;

K_h - поправочный коэффициент для высоких молниеотводов;

K_h = 1 при h_м =30 м; K_h = при 30£h_м£100 м.

В общем случае следует определять радиус защитной зоны соответственно на высоте расположения токоведущих частей электрических ап­паратов, сборных шин и проводов ячейки. Высота расположения сборных шин и проводов ячейки определяется высотой шинных и ячейковых порталов ОРУ. Построение зон защиты молниеотводов начинают с проводов верхнего яруса (ячейки). Зоны защиты для проводов нижнего яруса (сборных шин и аппаратов) строят в том случае, если они не вписываются в зону защиты проводов верхнего яруса.

Очертание верхней границы (К l _м на рис. 9.1) совпадает с зоной защиты двухкратного молниеотвода и имеет вид дуги окружности, причем расстояние

, (9.2)

 

где a - расстояние между молниеотвода­ми, которое определяется из конструктивного чертежа ОРУ. Внешняя граница (pqS на рис. 9.1) образуется двумя отрезками прямых, причем расстояние r _q, равное половине наименьшей ширины зоны двухкратного молниеотвода, определяется по кривым [10] или по формуле:

(9.3)

 

Рис. 9.1. Зона защиты многократного молниеотвода

 

Образующийся внутренний многоугольник UVWKУZ также защищен достаточно надежно, если диаметр окружности:

D£8h_aK_h. (9.4)

Пример построения зоны защиты ОРУ 110 кВ от ПУМ показан на рис. 9.2. На рисунке изображены только порталы ОРУ. Так как удельное сопротивление грунта менее 2000 Ом×м, то стержневые молниеотводы устанавливаются на конструкциях порталов ОРУ. Места ус­тановки молниеотводов выбираем так, как это показано на рис. 9.2. Основанием к этому служит прикидочный расчет размещения минималь­ного числа стержневых молниеотводов с h_a= 5-10 м.

Разбиваем площадку ОРУ на секторы I-IV и определяем условия защиты каждого сектора. Минимальная активная высота молниеотводов для защиты прямоугольного сектора II

м,

для защиты прямоугольного сектора I

м;

 

для защиты треугольного сектора IV

 

м.

Рис 9.2 К примеру расчёта

 

Принимаем для всех молниеотводов высоту h_a = 7 м. Как видно из рис. 9.2, шинные порталы А и Б, имеющие высоту 8,2 м, находятся за пределами треугольных секторов III и IV. Прове­ряем защищенность этих порталов, производя построение защитных зон для двойных стержневых молниеотводов 4-8 и 6-7. Полная их высота h_м= 11 + 7 = 18 м (молниеотводы установлены на ячейковых порталах ОРУ высотой 11 м). Активная высота этих молниеотводов по отношению к шинным порталам ОРУ составляет h_a=18 - 8,2= 9,8 м. Зная h_a, строим защитную зону молниеотводов на высоте 8,2 м:

 

м.

 

Находим приближенно r_q по формуле:

 

м.

Построение, выполненное на рис. 9.2, показывает, что порталы I и 5 входят в защитную зону молниеотводов, установленных на ячейковых порталах 0РУ. Поэтому их установка на шинных порталах не требуется.

 

 

9.4. Конструктивное исполнение устройства заземления ОРУ

 

Для присоединения средств грозозащиты используется общее заземляющее устройство ОРУ. Заземляющее устройство ОРУ в общем слу­чае образуется естественными и искусственными заземлителями, а также заземляющими проводн<