1

2. Изоляция ЭУ находится под постоянным воздействием рабочего
напряжения, которое в некоторых случаях на 5—10 % выше номинального. В
процессе эксплуатации возможны повышения напряжения сверх рабочего,
называемые внутренними перенапряжениями.
Внутренние перенапряжения могут быть вызваны резкими изменениями
режима работы сетей, т.е. явиться следствием переходных электромагнитных
процессов. Эти перенапряжения возникают при оперативных переключениях
цепей высокого напряжения, при срабатывании АПВ, при внезапных изменениях
нагрузок, при повреждениях в сетях (обрыв провода, КЗ между фазами, замыкания
на землю и др.). Значения перенапряжений, как правило, не превышают фазного
значения более чем в 2,6—3 раза. Внутренние перенапряжения обычно носят
колебательный характер, так как электрическая схема содержит элементы,
способные накапливать электроэнергию (индуктивности и емкости), и элементы,
способные поглощать электроэнергию (активная нагрузка, сосредоточенные и
распределенные сопротивления и проводимости схемы).
На изоляцию ЗУ действуют также перенапряжения от грозовых разрядов,
которые являются внешними перенапряжениями. В электрическом отношении
удар молнии можно считать источником тока, так как он представляет собой
электрический разряд между облаком и землей или между облаками. В облаках
накапливаются мощные заряды в результате восходящих воздушных потоков и
интенсивной конденсации в них водяных паров. Нижняя часть грозового облака
оказывается заряженной отрицательно, а верхняя — положительно. По мере
концентрации зарядов увеличивается напряженность электрического поля, и
когда она достигает критического значения (20—25 кВ/ /см) в зависимости от
высоты облака над землей, происходит грозовой разряд.

3. Молния может разрядиться через сопротивление ЭУ или ударить вблизи защищаемого
объекта. В этом случае возникает индуцированное перенапряжение (в отличие от
перенапряжений от прямого удара молнии), от которого также должна быть
предусмотрена защита. В частности, согласно выше и на ВЛ 3 — 20 кВ, выполняемых с
помощью металлических и железобетонных опор, в районах с сильными и частыми
грозами должны предусматриваться грозозащитные тросы и разрядники.
Амплитуда индуцированного вблизи ВЛ грозового перенапряжения, кВ,
Uинд = 30Iмлhср/l (12.8)
где Iмл — амплитуда тока молнии, кА; hCР — средняя высота подвески проводов, м; l —
расстояние от места удара молнии до линии, м.
Основную опасность представляют собой прямые удары молнии в линию или в
оборудование подстанций.
Амплитуда набегающей волны грозового перенапряжения может достигнуть несколько
миллионов вольт. Такая волна, распространяясь в обе стороны по проводам, может
вызвать перекрытие изоляции на соседних с местом поражения опорах, в результате
чего после пробега небольшого расстояния (несколько пролетов) амплитуда снижается
до значения разрядного напряжения изоляции проводов линии относительно земли. В
дальнейшем может произойти полное затухание волны перенапряжения.

4. Импульсную прочность изоляции проводов относительно
земли принимают равной 50%-ному разрядному
напряжению при полной волне длиной 1,5/40 мкс. При этом
для ВЛ на металлических и железобетонных опорах
амплитуду волны принимают равной импульсной
прочности фарфоровой изоляции, а для ВЛ на деревянных
опорах— сумме разрядных напряжений фарфора и дерева.
Расчетное атмосферное перенапряжение является
определяющим для выбора количества изоляторов в
гирлянде ВЛ.
Грозозащитные тросы подвешивают на тех же опорах,
что и провода ВЛ и закрепляют при помощи стеклянных
изоляторов. При этом необходима установка искровых
промежутков с зазором 40 мм. Чтобы искровые промежутки
не пробивались от Uраб, на каждом анкерном пролете длиной
до 10 км рекомендуется заземлять трос путем устройства
перемычек на анкерной опоре. Сопротивления
заземляющего устройства нормируются .

5. Для повышения грозоупорности ВЛ, не имеющих
тросовой защиты, все места с ослабленной изоляцией
следует защищать искровыми промежутками или
трубчатыми разрядниками (РТ), в конструкцию которых
входит искровой промежуток.
Трубчатый разрядник представляет собой
электрический аппарат, ограничивающий грозовое
перенапряжение, воздействующее на линию. Трубчатый
разрядник обладает способностью самостоятельно погасить
электрическую дугу, возникающую между его электродами,
в течение небольшого промежутка времени, меньшего
времени срабатывания РЗ, благодаря чему ВЛ не
отключается. При установке на ВЛ с разрядниками
быстродействующих защит время срабатывания РЗ следует
принимать равным 0,06— 0,08 с.
Схема устройства РТ показана на рис. 12.5. Фибровая
трубка 1 одним концом заглушена металлической крышкой,
на которой укреплен внутренний стержневой электрод 2.
Кольцо 3 — второй электрод — укреплено на другом конце
трубки. Промежуток l1 называется дугогасящим
промежутком. В конструкцию входит и искровой
промежуток /2. При грозовом перенапряжении промежутки l1
и l2 пробиваются, импульсный ток молнии уходит в землю. В
трубке образуется дуга, от высокой температуры которой
фибра выделяет водород. Газы, устремляясь к открытому
концу трубки, создают продольное дутье, и возникшая дуга
гасится при первом же прохождении тока через 0.

6. Выпускаемые промышленностью разрядники с фибро-
бакелитовыми трубками типа РТФ или из финипласта (РТВ и РТВУ)
имеют различные пределы отключаемых токов. Значения верхнего и
нижнего значения отключаемых токов КЗ зависят от размеров
внутреннего канала разрядника. Выхлопные газы не должны вызывать
перекрытия междуфазной изоляции ВЛ и перекрытий на землю.
Трубчатые разрядники имеют недостатки: нестабильные
характеристики, наличие зоны выхлопа, «срез» напряжения, крутая
вольт-секундная характеристика, вследствие которых такие разрядники
не применяют для защиты электрооборудования мощных подстанций, а
используют лишь для защиты линий и маломощных ТП.
Для защиты изоляции электрооборудования подстанций
используются вентильные разрядники (РВ). Вентильный разрядник
имеет несколько искровых промежутков 1 и вилитовые диски 2 (рис.
12.6) с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При срабатывании
РВ от импульса грозового перенапряжения искровые промежутки
пробиваются и через разрядник проходит импульсный ток, создающий
падение напряжения на вилитовых дисках. Благодаря нелинейной вольт-
амперной характеристике РВ падение напряжения мало изменяется при
существенном изменении импульсного тока. Вентильный разрядник
заключен в фарфоровый корпус 3, закрытый крышкой 4. Расстояние
между искровыми промежутками регулируется сжатием пружины 5.

7. Электрооборудование подстанций защищается от прямых
ударов молнии с помощью молниеотводов. Молниеотвод
представляет собой возвышающееся над защищаемым
объектом сооружение, через которое разряд молнии, минуя
объект, отводится в землю. Молниеотвод (рис. 12.7, а) состоит
из четырех конструктивных элементов: молниеприемника /,
несущей конструкции 2, токоотвода 3 и заземлителя 4.
Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой
удар молнии, который по токоотводу уходит в землю.
Токоотвод рассчитывается на тепловые и
электродинамические воздействия, связанные с
прохождением по нему тока молнии. Заземлитель служит для
снижения потенциала элементов молниеотвода. Несущая
конструкция молниеотвода может быть выполнена в виде
деревянной, металлической или железобетонной опоры. По
типу молниеприемников токоотводы бывают стержневые
(рис. 12.7,а) и тросовые, представляющие собой горизонтально
подвешенные провода, соединенные токоотводом с
заземлителем. Тросовые молниеотводы применяются для
защиты токопроводов и гибких связей ОРУ подстанций, а
также для защиты участков ВЛ длиной 1—3 км на подходе к
подстанции. На каждой фазе ВЛ в начале защищенного
подхода к подстанции устанавливается трубчатый разрядник.
Над молниеотводом существует зона в виде перевернутого
конуса (рис. 12.7,6) с радиусом R = 3,5h, (где h — высота
молниеотвода), в которой происходит 100 %-ное поражение
молниеотвода грозовым разрядом. Вокруг молниеотвода
имеется зона, не поражаемая грозовыми зарядами «шатер»,
которая называется зоной защиты молниеотвода (рис. 12.8).
При расчете стержневых молниеотводов следует так
рассчитать высоту hx до точки на границе защищаемой зоны и
расстояние от стержня rх, чтобы защищаемый объект оказался

8. внутри зоны защиты. Для одиночных стержневых
молниеотводов высотой к до 60 м
rх =1.6 ha Кр /(1+hx /h) 12.9)
где ha=h—hx — активная высота молниеотвода, м; Кр
— коэффициент, учитывающий разные высоты
молниеотвода.
Как правило, Кр =5,5√h; hx — высота точки на
границе защищаемой зоны, м.
h0=h-a/7Kp, (12.10)
где а —расстояние между молниеотводами, м.
Наименьшая ширина зоны защиты молниеотвода bх
в горизонтальном сечении на высоте hx определяется по
кривым рис. 12.10. Для молниеотводов высотой до 30 м
отношение а/На находится в пределах 0—7. Два
молниеотвода взаимодействуют только в том случае, если
a/ha<7. Для определения ширины защитной зоны Ьх
определяют отношение а/Ла. Допустим, это соотношение
a/ha = 3. Затем находим отношение hxh. В рассматриваемом
случае оно равно 0,3. Кривая 0,3 Л на рис. 12.10, а
пересекается с ординатой, восстановленной из точки 3
абсциссы, на уровне &3c/2fta = 0,9. Теперь находим
наименьшую ширину защитной зоны Ьх на высоте hx
bx = 0,9·2 ha..
При расчетном отношении a/ha = 5-7 пользуются
кривыми рис. 12.10,6. Если расстояние a>7ha, то между
зонами 100%-ного поражения обоих молниеотводов
образуется незащищенная зона, в которой объект даже с
установленными молниеотводами может оказаться
пораженным грозовым разрядом. Зоны защиты трех и
более молниеотводов определяются аналогично.
Молниезащита зданий и сооружений должна быть