Захист електричної мережі
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Захист електричної мережі

Захист електричної мережі, система заходів, що запобігають і обмежують розвиток аварії на лініях електропередачі і електричних підстанціях. Має на меті забезпечити надійність постачання споживачів електричною енергією належної якості. Переважна кількість електроенергії розподіляється через електричній мережі загального користування. Захист таких мереж має важливе значення для нормального електропостачання промисловості, сільського господарства, же.-д.(железнодорожний) транспорту і ін. споживачів і безперервно удосконалюється. В тій чи іншій мірі захищають всі електроустановки, у тому числі і автономні джерела електричної енергії з їх малими мережами.

загрузка...

  Електричну мережу загального користування необхідно захищати від перевантаження, перенапружень і від коротких замикань, небезпечних для мережі, від пошкодження ізоляційних і підтримуючих конструкцій і обривів дротів. Небезпечні явища виникають як унаслідок атмосферних дій (наприклад, удару блискавки), так і в результаті зміни стану самій мережі, наприклад пробою ізоляції або навмисного відключення ненавантаженої лінії передачі. Пошкодження ізоляції може бути викликане старінням матеріалу або зовнішніми причинами. Підтримуючі конструкції (опори, траверси, арматура ізоляторів і т.п.) ламаються під дією вітру, від ожеледі, піддаються корозії. Можливі випадки перепалу дротів струмом і обриву їх, наприклад від вібрації. Причинами аварії можуть бути неправильна дія автоматичних пристроїв в мережі і помилки обслуговуючого персоналу. При величезних масштабах сучасних електричних мереж, що складаються з десятків тисяч км. ліній електропередачі різної напруги, тисяч електричних підстанцій, практично неможливо уникнути небезпечних ситуацій. Якщо аварія все ж виникає, то звести до мінімуму її шкідливі наслідки повинна З. е. с. Для цього необхідно щонайшвидше відключити пошкоджений елемент (ділянка) мережі, не зачіпаючи при цьому сусідні ділянки, а споживачів перекласти на живлення від резервних джерел. Проте по економічних міркуваннях безперебійне електропостачання, що досягається автоматичним включенням резерву, гарантується не всім споживачам.

  Захист від перевантажень в електричних мережах з напругою до 1000 в здійснюється за допомогою плавких запобіжників або автоматичних вимикачів. Вони відключають ділянку мережі, що захищається, коли струм перевищує деяке значення, допустиме за умовами нагріву дротів. Запобіжники діють без витримки часу, відповідно до захисної характеристики плавкої вставки. Автоматичні вимикачі забезпечуються розчіплювачами як миттєвої дії, так і із затримкою в часі, залежною від перевищення струму в лінії понад допустиме значення. У електричних мережах з напругою понад 1000 в від теплового перевантаження захищають трансформатори і окремі підземні (кабельні) лінії, які працюють в умовах систематичних перевантажень. Повітряні лінії такого захисту зазвичай не потребують.

  З. е. с. від пошкоджень ізоляції. Ізоляція повітряної лінії електропередачі складається з навколишнього повітря і фарфорових або скляних ізоляторів, на яких кріпляться дроти. Ізоляція підземних ліній, трансформаторів і різних апаратів зазвичай виконується з твердих і рідких діелектриків, які схильні до старіння. У цих пристроях можливий пробій ізоляції при робочій напрузі; аналогічне явище може мати місце в ізоляторах повітряної лінії. Основний засіб запобігання аваріям від пошкодження ізоляції — профілактика, тобто періодичний контроль за станом ізоляції з метою виявлення дефектів і своєчасної заміни або ремонту ізоляційних конструкцій. Контроль ізоляції здійснюється за допомогою випробування її при підвищеній напрузі, або непрямими методами: по опору ізоляції, по величині кута діелектричних втрат, шляхом виміру розподілу напруги (по ізоляторах гірлянди) і індикації часткових розрядів і ін. Дефекти в ізоляції розвиваються поступово, причина їх в багатьох випадках пов'язана з проникненням вологи. Профілактичні випробування виявляють елементи ізоляції з підвищеною вірогідністю пошкодження, що дає можливість своєчасно усунути небезпеку аварії. Профілактика ізоляції різко скорочує аварійність електричних установок. У приморських і степових (пустинних) районах, а також поблизу заводів на ізоляторах осідають морська сіль, пісок, уноси з промислових підприємств і т.п. У цих випадках встановлюють ізолятори спеціальній конструкції, з розвиненою зовнішньою поверхнею, а також виконують мокре очищення ізоляторів під напругою.

  З. е. с. від замикання на землю. У СРСР мережі загального користування з напругою до 0,38 кв, а також з напругою 110 кв і вище експлуатуються з глухо заземленою нейтраллю. Виключення робляться для районів вічної мерзлоти, де важко встановити заземляючі пристрої. У мережах з напругою від 3 до 35 кв нейтраль ізольована від землі або з'єднується з нею через дугогасящую котушку; в цьому випадку мережа називається компенсованою. Подібна практика відносно режиму нейтралі має місце і в ін. країнах. При заземленій нейтралі з'єднання хоч би однієї фази із землею приводить до короткого замикання. Замикання однієї фази на землю в мережі з ізольованою нейтраллю не порушує робочий режим, тому негайне відключення пошкодженої ділянки не потрібне. Проте напруга двох ін. фаз відносно землі в сталому режимі збільшується в Ö3 раз, що створює загрозу для ізоляції і небезпечно для людей. Мережі з ізольованою нейтраллю обладналися пристроями сигналізації замикання на землю, щоб пошкодження могло бути виявлене і усунене за короткий час (не більше 2 ч ) . По вимогах техніки безпеки в необхідних випадках застосовується автоматичне відключення пошкодженої ділянки мережі. Більшість замикань на землю починається з короткочасного пробою ізоляції унаслідок перенапруження і далі переходить в дуговий розряд, підтримуваний струмом короткого замикання. У мережі великої протяжності розподілена ємкість дротів відносно землі велика і сила струму на землю при ізольованій нейтралі досягає десятків і сотень а. При таких струмах дуга горить тривалий час і, як правило перекидається на сусідні фази під дією вітру, термодинамічних і електродинамічних ефектів. Замикання однієї фази на землю переходить в двух- або трифазному короткому замиканні, яке має бути негайно відключене. Розвиток аварії в мережі при великій силі струму замикання на землю запобігає заземленням нейтралі через дугогасящую котушку (котушку Петерсена). Швидке виявлення пошкодження і його усунення необхідні для компенсованої мережі так само, як і для мережі з ізольованою нейтраллю.

  З. е. с. від коротких замикань займає найважливіше місце в системі захисних заходів. Короткі замикання є основним виглядом аварії в електричних мережах як по частоті виникнення, так і за масштабом шкідливих наслідків. Захисні заходи розвиваються в двох напрямах: можливе швидше відключення пошкодженої ділянки мережі і штучне обмеження сили струму короткого замикання. Скорочення часу дії струму короткого замикання полегшує тепловий режим елементів мережі і сприяє підтримці стійкої паралельної роботи станцій. На лініях 500 кв , наприклад, застосовується релейний захист, час спрацьовування якої складає 0,04 сік; при часі дії вимикача 0,06—0,08 сік повний час відключення близько 0,1 сек. Селективність захисту забезпечує робочий режим можливо більшій частині неушкодженої мережі і відключення пошкодженої її ділянки. До заходів, що обмежують силу струму короткого замикання, відносяться: вживання блокових схем живлення, секціонування збірних шин підстанцій, послідовне включення реакторів, збільшення індуктивності розсіяння трансформаторів і т.п. Фізичний сенс цих заходів полягає в збільшенні індуктивного опору електричному ланцюгу короткого замикання. Внаслідок цього неминучі скрути з регулюванням напруги в нормальних режимах і збільшення втрат електроенергії в мережі. Це призводить до зниження в деяких випадках надійності електропостачання. Штучне обмеження сили струму короткого замикання протіворечит вимогам, які пред'являються до схеми і параметрів електричної мережі за умовами оптимізації робочого режиму. Протиріччя може бути усунене, якщо зменшити силу струму короткого замикання з допомогою послідовно включених обмежувачів, що мають незначний опір в нормальному режимі і у декілька разів більше в аварійному, коли на обмежувачі падає переважаюча частина фазної напруги. Створення таких обмежувачів сили струму короткого замикання принципово можливо.

  З. е. с. від перенапруженні включає захист від атмосферних перенапружень, що виникають при розряді блискавки в струмопровідні частини електричної установки або поблизу неї в землю (див. Грозозащита ), і захист від внутрішніх перенапружень, що викликаються навмисними або випадковими змінами стану мережі, наприклад унаслідок спрацьовування вимикача або електричного пробою ізоляції на якій-небудь ділянці мережі. Перенапруження — тимчасовий надлишок енергії електромагнітного поля на ділянці мережі. З. е. с. зводиться до того, щоб шляхом акумуляції або розсіяння надлишковій енергії забезпечити ізоляційні конструкції від електричного пробою. Атмосферні перенапруження характеризуються порівняно невеликою енергією порядка млн. дж, малою тривалістю дії (від доль до декількох десятків мксек ) і великою амплітудою (млн. в ). Внутрішні перенапруження тривають від сотих доль сік до декількох сік і більш. Їх амплітуда може значно перевищувати амплітуду робочої напруги, а енергія досягати десятків млн. дж (у електроустановках 500 кв ). Амплітуда внутрішніх перенапружень залежить від схеми електричної мережі, параметрів її елементів і живлячих електростанцій. У ряді випадків для захисту від внутрішніх перенапружень можуть бути використані перемикальні операції, що змінюють параметри мережі.

  З. е. с. від механічних пошкоджень. Підземні лінії передачі захищають від електрохімічної корозії що викликається блукаючими струмами, і в необхідних випадках від грунтової корозії. Виробництво яких-небудь земляних робіт поблизу траси підземної лінії регламентується спеціальними правилами. Повітряні лінії електропередачі і відкриті електричні підстанції проектують з врахуванням вітрових навантажень і дії ожеледі, тобто обмерзання дротів з утворенням кірки льоду товщиною 10—20 мм. Можливо і інтенсивніше обмерзання при сильному вітрі; у таких випадках лід на дротах плавлять електричним струмом. При слабкому вітрі, що дме з постійною швидкістю 0,5—5 м/сек в напрямі, перпендикулярному лінії, можуть виникнути періодичні коливання дротів у вертикальній плоскості, т.з. вібрація дротів. Частота таких коливань від одиниць до десятків гц, амплітуда не перевищує декілька див. Вібрація викликається збігом частоти аеродинамічних імпульсів, що діють на дріт, з власною частотою його вільних коливань. Наслідком вібрації є тріщини і злами жил дроту, перш за все біля виходу їх із затиску. Вібрація з великою амплітудою приводить до поломки деталей арматури і пошкодження ізоляторів, в окремих випадках — до пошкодження зварних швів металевих опор. Захист від подібних вібрацій здійснюється шляхом підвіски на дріт динамічних гасителів вібрації у вигляді чавунних вантажів, що закріплюються на тросі на відстані 0,5—2 м-код від затиску дроту і протидіючих коливанням дроту. За допомогою таких гасителів амплітуда вібрації зменшується до безпечної величини близько 1 мм. При швидкості вітру від 6 до 20—30 м/сек і ожеледі інколи спостерігаються коливання дротів з частотою 0,2—4 гц дуже великої амплітуди, що досягає декілька м-код (т.з. танець дротів). Радикальний захист від «танцю» дротів не розроблений (1971).

  Опори і що підтримують дріт конструкції захищають від атмосферної дії, а також від агресивної біосфери (грибків, бактерій, комах) за допомогою просочення дерев'яних частин або антикорозійних покриттів металевих конструкцій. Приймаються також спеціальні заходи для захисту повітряних ліній від пожеж на трасі, від падіння дерев, від снігової і кам'яної лавини, від весняного льодоходу (поблизу річок) і ін. Зокрема, уздовж траси лінії встановлюється охоронна зелена зона шириною від 20 до 100 м-код залежно від значення робочої напруги.

  Літ.: Щедрин Н. Н., Струми короткого замикання високовольтних систем, М. — Л., 1935; Глазунов А. А., Глазунов А. А., Електричні мережі і системи, 4 видавництва, М. — Л., 1960; Федосєєв А. М., Основи релейного захисту, 2 видавництва, М. — Л., 1961; Гессен Ст Ю., Аварійні режими і захист від них в сільськогосподарських електромережах, 2 видавництва, Л. — М., 1961; Андрєєв Ст А. і Фабрикант Ст Л., Релейний захист розподільних електричних мереж, М., 1965; Боровіков Ст А., Косарі Ст До., Ходот Р. А., Електричні мережі і системи, 2 видавництва, Л., 1968; Долгинов А. І., Техніка високої напруги в електроенергетиці, М., 1968; Берковіч М. А., Семенов Ст А., Основи автоматики енергосистеми, М., 1968.

  Ст Ю. Гессен.