Текст книги "История электротехники"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 21 (всего у книги 78 страниц) [доступный отрывок для чтения: 28 страниц]

Исследования показали, что с помощью электронных устройств гибких электропередач можно решить следующие задачи:

1) увеличить пропускную способность линий;

2) обеспечить принудительное распределение мощности по замкнутой сети в соответствии с требованиями диспетчера;

3) повысить устойчивость электропередач за счет плавного продольного и поперечного регулирования реактивной мощности и реактивного сопротивления линии.

Проф. О.А. Маевским (1978 г.) показано, что, используя запираемые тиристоры вместо СТК, можно получить новое качество преобразовательных схем: способность не только потреблять, но и выдавать реактивную мощность в сеть.

5.3.4. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

Назначение этих сетей – распределение электрической энергии, получаемой от источников питания (электрических станций и понижающих напряжение подстанций), по территории электроснабжаемого района и непосредственная ее подача к приемникам и потребителям. В современной электроэнергетике такую роль выполняют разветвленные электрические сети большого диапазона номинальных напряжений: сети до 1000 В – в пределах кварталов городов или некрупных поселков, цехов промышленных предприятий, производственных объектов сельского хозяйства, жилых и общественных зданий и т.п.; сети 6 и 10 кВ – в пределах микрорайонов городов, крупных поселков, промышленных предприятий, сельскохозяйственных районов, узлов железнодорожного транспорта; сети 35 и 110 кВ – на расстояния от единиц до нескольких десятков километров.

Характерными качествами распределительных электрических сетей (РЭС) является их массовость (в СССР – более 4 млн. км). На РЭС расходуется более 50% проводниковых материалов, используемых для передачи и распределения электроэнергии в энергосистемах; в них происходит более 50% суммарных потерь электроэнергии.

Развитие РЭС характеризуется ускоряющимся повышением их количественных показателей: протяженностью линий, численностью подстанций, схемными и структурными решениями, ростом требований к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии у ее потребителей. Динамика характеристик РЭС определяется быстрым ростом численности городского населения, количества городов, поселков, промышленных предприятий, электрификацией транспорта и сельскохозяйственного производства – в конечном счете ростом электрических нагрузок всех элементов электросетей и потребления электроэнергии. Яркой иллюстрацией является развитие РЭС Москвы, где их протяженность в конце XIX в. была около 60 км, в 1913 г. – 1400, в 70-х годах – более 20 тыс. и в настоящее время – более 42 тыс. км; в этой сети в 90-х годах работает более 12 тыс. двухтрансформаторных подстанций напряжением 6 и 10 кВ (ТП) и 2 тыс. распределительных пунктов этих же напряжений.

Протяженность единичных линий на начальной стадии образования РЭС городов (сети постоянного тока 110 – 127 В) составляла десятки и сотни метров. Линии 6 кВ в начале XX в. и до 20-х годов имели длину по 3–4 км, но в последующий период удлинились в городах до 6–8, а в сельских местностях до 10–20 км. С развитием электрических нагрузок прослеживается тенденция снижения протяженности единичных линий 380 В до 100–200 м в крупных городах и на промышленных предприятиях, линий 6 и 10 кВ до 1,5–3 км.

До 30-х годов РЭС низшего напряжения выполнялись при номинальных напряжениях 127 и 220/127 В. Следующей ступенью стало напряжение 6 кВ, при котором хорошие экономические показатели реализовались для электростанций мощностью до 50 МВт, при электроснабжении промышленности с наиболее крупными двигателями мощностью до 1 МВт, а также при передаче и распределении электроэнергии в городах и сельских районах. Последующее углубление электрификации промышленности, коммунально-бытового и сельского хозяйства обусловило необходимость замены напряжений 220/127 В на 380/220 В, напряжения 6 кВ на 10 кВ, а также применения в некоторых отраслях промышленности (при двигателях 150–800 кВт) напряжений 660/380 Вив отдельных случаях – 1150/660 В. В ряде РЭС (в первую очередь, городских и промышленных) пришлось осуществить перевод действующих электросетей напряжением 220/127 В на работу при напряжении 380/220 В и 6 кВ на работу при 10 кВ (В.А. Козлов, В.Д. Лордкипанидзе и др.) без замены основной части кабельных и воздушных линий при минимальной реконструкции распределительных устройств, но с соответствующей заменой трансформаторов.

Развитие РЭС связано с выполнением сетей по различным схемным принципам. Здесь различается применение трех основных типов схем:

1. Разомкнутые разветвленные сети без взаимного резервирования линий и подстанций. Такие схемы пригодны для электроснабжения потребителей, допускающих аварийные перерывы питания длительностью до 1 сут. Данный тип схем был характерен для начальных стадий развития РЭС, но применяется и в настоящее время для питания некрупных помещений и хозяйств в сельской местности и при малоэтажной застройке периферийных районов малых городов, допускающих указанные перерывы электроснабжения (И.А. Будзко, М.С. Левин, В.А. Козлов, В.В. Зорин и др.).

2. Петлевые (или кольцевые) сети с взаимным резервированием линий при однотрансформаторных подстанциях (6)10/0,38 кВ. Резервирование линий делает возможным сократить аварийные перерывы электроснабжения до 1–3 ч; при аварийных повреждениях трансформаторов (это наиболее редкие аварии в РЭС) электроснабжение части потребителей восстанавливается по резервирующим линиям низшего напряжения, а замена поврежденного трансформатора в большинстве случаев может быть осуществлена в течение одной рабочей смены. Этот тип схемы применяется достаточно давно и является наиболее распространенным в электроснабжении жилых районов городов России и ряда европейских стран, сельскохозяйственных производств и крупных населенных пунктов, а также на промышленных предприятиях, если технологические процессы цехов допускают кратковременные перерывы питания (И.С. Бессмертный, В.А. Козлов, Ю.Л. Мукосеев, В.Д. Лордкипанидзе и др.).

3. Разветвленные радиально-магистральные электросети с взаимным автоматизированным резервированием линий и трансформаторов подстанций. При этом типе схем применяются, как правило, кабельные двухцепные линии и двухтрансформаторные понижающие подстанции; при повреждении любого элемента сети напряжением 6–10 кВ потребители испытывают перерывы подачи напряжения только на время отключения повреждения и включения резервного электрооборудования (0,1–2 с); такие сети пригодны для питания наиболее ответственных потребителей (по условиям надежности электроснабжения). Их применение получило распространение в современных условиях при появлении значительной группы промышленных потребителей, многоэтажных жилых и общественных зданий в городах, а также сельскохозяйственных производств, не допускающих перерывов электроснабжения (Ю.Л. Мукосеев, Г.В. Сербиновский, Г.С. Короткое и др.).

С 1940–1950 гг. в системах электроснабжения крупных городов и промышленных предприятий применяются глубокие вводы высокого напряжения – питающие ЛЭП и подстанции напряжением 110 и 220 кВ, подающие мощность до 150 МВт непосредственно в центры зоны крупных нагрузок; аналогичное техническое решение при напряжениях 35 и 110 кВ применяется в сельскохозяйственных районах (Г.В. Сербиновский, В.А. Козлов, А.А. Глазунов, Ю.Л. Мукосеев, И.А. Будзко и др.).

По техническому назначению в структурах схем РЭС следует указать на два основных типа решения задачи передачи и распределения электроэнергии:

1. От источников питания (электростанция, понижающие подстанции 110 и 220 кВ) непосредственно отходят линии распределительных сетей, к которым присоединены потребители электроэнергии. При этом требуется достаточно большое количество присоединений распределительных линий на источниках питания, что увеличивает соответствующие распределительные устройства питающих узлов и обусловливает большую протяженность распределительных линий.

2. К источникам питания присоединяется ограниченное число крупных (по сечениям проводов и кабелей) питающих линий, которые

оканчиваются в распределительных пунктах напряжением 6 и 10 кВ или на распределительных щитах напряжением до 1000 В, к которым присоединяется необходимое количество распределительных линий. В распределительных пунктах и на щитах такого же назначения отсутствует трансформация напряжения и осуществляется только разделение потоков электроэнергии. Экономический смысл такого двухзвенного построения РЭС заключается в снижении количества коммутационного электрооборудования в распределительных устройствах источников питания, а также в уменьшении протяженности линий на участках между источником питания и районом концентрированного расположения потребителей. В РЭС напряжением 6 и 10 кВ длины питающих линий могут составлять 2–5 км, в электросетях напряжением 380/220 В – десятки метров.

В РЭС применяются как воздушные, так и кабельные линии. С начального периода развития РЭС и до настоящего времени в сельской местности применяются воздушные линии, что определяется их значительно меньшей стоимостью по сравнению с кабельными и прохождением трасс по малонаселенной местности. В современных условиях все шире в РЭС 380 В и 10 кВ, в том числе и в районах городов используются изолированные провода, получившие за рубежом массовое применение.

В городах и в промышленности РЭС выполняются кабелями, прокладываемыми в грунте или в специальных каналах, блоках и туннелях. В последнее десятилетие за рубежом прокладываются только относительно дешевые кабели с синтетической изоляцией, что повышает надежность электроснабжения. Такие кабели находят применение и в сельской местности. Здесь широко используется открытая установка трансформаторов (на повышенных фундаментах) и электрооборудования 6 (10) кВ в сочетании с закрытым шкафом распределительного щита 380/220 В. Для создания необходимой безопасности ТП окружается металлическим сетчатым ограждением.

На территориях городов большинства стран первоначальным типом ТП РЭС были отдельно-стоящие строения, внутри которых размещалось электрооборудование, включая трансформаторы. С архитектурно-градостроительных позиций в настоящее время такие решения подвергаются критической переоценке. Им на смену пришли малогабаритные ТП, изготовляемые с применением современной синтетической и элегазовой изоляции, что в 2–3 раза снижает габариты подстанций, а также ТП, встроенных в подземные или первые этажи жилых и общественных зданий. При этом применяются специальные конструктивные решения, обеспечивающие пожаробезопасность и поглощение шумов (Л.Ф. Плетнев, В.А. Козлов, В.Д. Лордкипанидзе и др.). В США и других развитых странах при электроснабжении центров крупных городов применяются погруженные в грунт герметические конструкции ТП с некрупными трансформаторами (25–50 кВ∙А); распределительный щит 380/220 В в таких случаях выносится в ближайшее здание. В промышленном электроснабжении ТП в виде отдельных зданий заменяются индустриально изготавливаемыми комплектными ТП, устанавливаемыми непосредственно в цехах предприятий (КТП) (Ю.Л. Мукосеев, А.А. Федоров и др.).

Отметим основные направления и создателей научно-методических основ прогрессивного развития РЭС в СССР и России. К ним, в первую очередь, относится создание методик расчетов РЭС на основе технических ограничений и требований, обеспечивающих надежное питание потребителей электроэнергии (А.А. Глазунов – 1925–1940 гг., В.Г. Холмский – 1940–1960 гг., Н.А. Мельников, Л.А. Жуков – 1950–1970 гг. и др.). С 30-х годов начинают развиваться методики оптимизации структур, схем, параметров линий и подстанций и режимов РЭС на основе усложняющихся технико-экономических критериев и с применением методов математической оптимизации. Здесь последовательно должны быть отмечены работы по общей теории формирования РЭС: В.М. Хрущева (Харьков), А.А. Глазунова (1935–1960 гг., Москва), В.Г. Холмского (1940–1960 гг., Киев) и др.; по промышленным РЭС: Г.М. Каялова (Новочеркасск), С.Д. Волобринского (Ленинград), А.А. Федорова (Москва), Л.М. Зельцбурга и Г.Я. Вагина (Горький) и др.; по городским РЭС: В.А. Козлова (Ленинград), В.В. Зорина (Киев), В.Д. Лордкипанидзе и А.А. Глазунова (Москва) и др.; по РЭС сельскохозяйственного назначения: И.А. Будзко, Л.М. Левина, Т.Б. Лещинской (Москва) и др.; по вопросам надежности электрических сетей: Ю.Б. Гука (Ленинград), Ю.А. Фокина (Москва) и др.; по оптимизации режимов и качеству напряжения: Л.А. Солдаткиной, Ю.С. Железко (Москва), И.В. Жежеленко (Мариуполь) и др.

5.3.5. ПОТЕРИ И КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Один из важных показателей, характеризующих экономичность передачи электроэнергии по электросетям, – уровень потерь электроэнергии.

В период 1970–1990 гг. уровень потерь в сетях Минэнерго СССР составлял 9,0–9,4% от отпуска электроэнергии в сети. В 1990 г. это соответствовало потерям энергии в абсолютных единицах более 150 млрд. кВт∙ч. Для сравнения можно привести объем полезного потребления энергии наиболее энергоемкой отраслью – черной металлургией, который в том же периоде составлял 147 млрд. кВт∙ч.

Из общих потерь электроэнергии 80–85% приходится на сети напряжением 220, 110, 35 и 6 – 10 кВ.

Мероприятия по снижению потерь включают экономические расчеты режимов сетей всех классов напряжения, определение структуры потерь, выявление причин и конкретных точек, где потери особенно велики, и выбор наиболее эффективных решений. Слабая методическая проработка этих вопросов и невысокий уровень вычислительной техники начала 70-х годов ограничивали возможности детального анализа потерь, особенно в сетях низших классов напряжения. В середине 70-х годов исследования уже привели к выводу о том, что для отечественных условий наиболее эффективны компенсирующие устройства в сетях потребителей электроэнергии, разгружающие сети всех классов напряжения от излишних потоков реактивной мощности (Ю.С. Железко, Ф.Ф. Карпов, А.А. Тайц).

Однако оснащенность отечественных сетей средствами компенсации реактивной мощности составляла менее 0,25 квар на 1 кВт максимальной нагрузки, в то время как для зарубежных энергосистем этот показатель составлял 0,6–0,8 квар/кВт.

В 1975 г. были введены нормативные документы, предусматривавшие в договорах на пользование электроэнергией индивидуальные требования по компенсации реактивной мощности (КРМ) каждому потребителю и скидки (надбавки) к тарифам на электроэнергию, стимулирующие выполнение этих требований. Требования по КРМ рассчитывались по специальной методике, учитывающей потери электроэнергии, обусловленные передачей реактивной мощности конкретному потребителю, и затраты на КУ, снижающие ее потоки по сетям (Ю.С. Железко).

Методическое и программное обеспечение таких расчетов постоянно совершенствовалось, и к 1992 г. уже 30 энергосистем перешли с более простого нормативного метода расчета на оптимизационный, предусматривающий выполнение расчета одновременно для всех потребителей, присоединенных к общей сети, с учетом взаимного влияния их реактивных нагрузок на уровень потерь. Подход к решению этих вопросов остается таким же и в настоящее время, хотя методики и программное обеспечение совершенствуются.

К середине 80-х годов к допросам расчета и анализа потерь стали подходить более тщательно. Возникла необходимость в систематизации разработанных программных средств, а также в унификации перечня возможных мероприятий по снижению потерь. Были введены новые нормативные документы, устанавливающие методы расчета и анализа потерь, типовой перечень мероприятий и методы их выбора. Современные программные средства позволяют выполнять подробный анализ потерь в сетях всех напряжений с разделением их на структурные составляющие (технические и коммерческие потери, нагрузочные, холостого хода, в различных группах элементов, с разделением по выделенным регионам и т.п.) с одновременным выявлением «очагов» потерь и выбором мероприятий по их снижению.

В последние 10–15 лет в связи с широким распространением электронной техники, чувствительной к помехам в сети питания, с одной стороны, и развитием и ростом мощностей технологического оборудования, вносящего помехи в сеть, в связи с реализуемыми электротехнологическими процессами (дуговые сталеплавильные печи, преобразовательные устройства, мощные сварочные аппараты и т.п.), с другой стороны, возросло внимание к проблеме качества электрической энергии (Л.А. Солдаткина, Н.А. Мельников, Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко, Г.Я. Вагин и др.).

Стандарт, устанавливающий перечень показателей качества и нормы, впервые был введен в нашей стране в 1967 г. (ГОСТ 13109–67). В первые годы он использовался в основном проектными организациями. В 1984 г. были введены тарифные санкции за нарушение норм стандарта (скидки и надбавки к тарифам за качество электроэнергии), которые предъявляются к потребителям, вносящим искажения в сеть (надбавки к тарифам) и при расчетах с потребителями, вынужденными потреблять некачественную электроэнергию (скидки с тарифа). В то же время житомирским заводом «Электроизмеритель» были выпущены первые в стране приборы контроля качества электроэнергии, прошедшие аттестацию и включенные в государственный реестр.

В дальнейшем стандарт был модифицирован и в значительной степени приведен в соответствие с международными требованиями. В 1987 г. была введена в действие следующая его редакция (ГОСТ 13109–87), а в 1991 г. – действующая в настоящее время (Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко).

В начале 90-х годов разработаны дополнительные документы, определяющие правила присоединения потребителя к сети по условиям влияния на качество электроэнергии, и новая редакция тарифных санкций.

5.4. ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ОТ ГРОЗОВЫХ И ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

5.4.1. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ОГРАНИЧЕНИЕ

Первоначально исследования в этой области были направлены на обеспечение надежной эксплуатации линий электропередачи и электрооборудования. Изучалась работа линейных изоляторов, электропроводность и диэлектрические потери в изоляционных материалах, грозовые перенапряжения и защита от них электрооборудования, создавались теории пробоя изоляции. В дальнейшем с повышением номинальных напряжений электропередач на первый план вышли проблемы внутренних перенапряжений, их ограничения, координации изоляции.

Грозовые перенапряжения подразделяются на перенапряжения прямого удара молнии в электрическую установку и индуцированные перенапряжения, возникающие при ударе молнии в землю или в заземленные объекты поблизости от электроустановки. При прямом ударе молнии элементы электроустановки приобретают весьма высокий потенциал, достигающий нескольких мегавольт. Индуцированные перенапряжения значительно ниже – до 200–300 кВ.

В качестве основного защитного устройства еще в начале века было рекомендовано применение на линиях электропередачи заземленных тросов. Однако трос в то время рассматривался, в основном как средство для снижения индуцированных перенапряжений, значение которых весьма преувеличивалось. Защита от прямых ударов молнии считалась практически невыполнимой, да и сами удары молнии в линию редким явлением.

Для защиты трансформаторов за рубежом применялись катушки индуктивности, включаемые перед трансформатором с целью снижения крутизны фронта приходящих на подстанцию импульсов грозовых перенапряжений. В США применялись также алюминиевые и порошковые разрядники.

Для изучения методов защиты электропередач от перенапряжений и разработки руководящих указаний в 1925 г. были созданы комиссии: в Ленинграде под руководством проф. А.А. Смурова и в Москве под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Согласованный комиссиями проект «Руководящих указаний по борьбе с перенапряжениями в электрических установках» был одобрен IX Всесоюзным электротехническим съездом в 1928 г.

В Руководящих указаниях были приведены основные решения, многие из которых действуют и поныне: глухое заземление нейтрали в электроустановках напряжением выше 35 кВ и заземление ее через дугогасящий реактор при напряжениях 35 кВ и ниже; применение заземленных тросов по всей длине линий на металлических опорах и только на подходах к станциям и подстанциям на линиях с деревянными опорами. Тросы рассматривались в основном как средство борьбы с индуцированными перенапряжениями, однако высказывалось предположение, что заземленный трос играет до некоторой степени роль громоотвода, защищающего линию. Рекомендовалось применение разрядников, но в то же время отмечались недостатки существовавших тогда иностранных разрядников [5.15; 5.16].

Появление первых линий электропередачи напряжением 110 кВ поставило вопрос об их электромагнитном влиянии на линии связи и железнодорожной блокировки, особенно сильном при коротких замыканиях и перенапряжениях. В 1923 г. были выпущены временные указания, а в 1925 г. – «Правила ограждения линий слабого тока от вредного влияния установок сильного тока». Эти, по существу, первые работы по электромагнитной совместимости электроустановок продолжались в 1938–1939 гг. специально созданной комиссией под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Комиссия усовершенствовала «Правила ограждения сооружений связи и сигнализации от вредного воздействия установок сильного тока», а также разработала нормативы по защите устройств связи от опасного и мешающего влияния линий электропередачи напряжением 400 кВ.

В послевоенные годы проблема была передана в ведение связистов, и в настоящее время действуют «Правила защиты устройств проводной связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики от опасного и мешающего влияний линий электропередачи».

Анализ аварий, произошедших в 1929–1931 гг. на линиях напряжением до 110 кВ и связанных с грозовыми перенапряжениями, показал, что прямой удар молнии в линию не такое редкое явление, как предполагалось раньше, и представляет значительно большую опасность, чем индуцированные перенапряжения.

Для исследования молнии рядом организаций (ВЭИ совместно с «Мосэнерго», Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского, «Донбассэнерго» с участием ЛЭТИ и ХЭТИ) в 1932–1938 гг. была развернута сеть полевых станций и лабораторий. С 1936 г. начата массовая установка ферромагнитных регистраторов в энергосистемах. Регистраторы представляют собой цилиндрические стерженьки из магнитного материала, которые располагаются вдоль силовых линий магнитного поля, образуемого током молнии. По остаточной намагниченности феррорегистраторов определяется максимальное значение тока молнии. В результате обширных измерений была получена кривая распределения вероятностей амплитуд токов молнии:

С 1938 г. было организовано меньшее по масштабам измерение максимальной крутизны фронта тока молнии.

С помощью фотокамер с быстро вращающейся фотопленкой (камер Бойса) было установлено, что разряд молнии состоит из двух стадий: лидерной, характеризующейся сравнительно небольшими током и скоростью развития, и главной с токами до 200 кА и скоростями развития, доходящими иногда до 0,5 скорости света.

Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского при содействии Гидрометеослужбы была составлена карта грозовой деятельности на территории страны по данным 640 метеостанций, полученным за 1920–1940 гг.

В JO-е годы в ЮАР были развернуты широкие исследования молнии с помощью камеры Бойса. Впервые было обнаружено ступенчатое развитие лидеров, развивающихся с отрицательно заряженных облаков, и получены данные по скоростям различных стадий и компонентов молнии.

В 1935 г. начаты исследования молнии, поражающей небоскреб Эмпайр стейт билдинг в Нью-Йорке (высота 410 м). Обнаружены ступенчатые лидеры, развивающиеся вверх от здания к облаку.

Параллельно в ряде лабораторий проводилось изучение искровых разрядов в длинных воздушных промежутках, показавшее в общих чертах аналогию длинной искры и молнии.

В 1930–1938 гг. в ВЭИ А.А. Акопяном были проведены работы на моделях по исследованию защитного действия молниеотводов [5.17]. В качестве аналога молнии использовался искровой разряд. В результате трудоемких опытов были определены зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов, причем впервые для двух и нескольких молниеотводов. Полученные результаты позволили с необходимой эффективностью рассчитывать защиту линий электропередачи и открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций от прямых ударов молнии. Более чем полувековой опыт эксплуатации молниезащитных устройств подтверждает обоснованность и надежность рекомендаций ВЭИ.

В более поздних американских исследованиях 1941–1942 гг. использовалась, по существу, методика, обоснованная и принятая ВЭИ.

В 1968–1975 гг. комплексные исследования молний, поражающих Останкинскую телебашню (высота 540 м), проводились Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского [5.18]. Было установлено, что телебашня поражается в среднем 30 раз в год. Поражение ее нисходящими молниями (облако – башня) происходит примерно в 8% случаев, остальные разряды восходящие (башня – облако). Около 7% ударов поражают телебашню заметно ниже ее вершины. Наблюдались удары молнии в землю на небольшом расстоянии от телебашни (до 150 м). Этот эффект успешно объясняется с помощью развитого в последние два десятилетия электрогеометрического метода.

При ударе молнии в воздушную линию электропередачи – в фазный провод или в опору (трос) с последующим перекрытием изоляции – на проводе возникает импульс грозового перенапряжения. Эти импульсы, распространяясь по проводам, достигают подстанций и могут быть опасными для электрооборудования. Существенное значение имеют при этом затухание и деформация импульсов вследствие коронирования проводов и связанных с ним потерь энергии. Экспериментальное исследование указанных процессов было проведено в Харьковском электротехническом институте на линиях напряжением 35 и 110 кВ с помощью генератора импульсных напряжений. Теоретическое исследование влияния на затухание формы импульса, его амплитуды и длины пробега импульса проведено в 1938–1939 гг. проф. A.M. Залесским (ЛПИ). Исследование заземлителей при прохождении импульсов тока в полевых условиях и на моделях проводилось в ВЭИ, ХЭТИ и МЭИ.

Обобщение и изучение эксплуатационного опыта молниезащиты было сосредоточено в ЦНИЭЛ (теперь ВНИИЭ).

Результаты глубоких экспериментальных и теоретических исследований и обобщение опыта эксплуатации находят отражение в периодически выпускаемых «Руководящих указаниях по защите от перенапряжений» (1935, 1941, 1946, 1954 гг., проекты РУ 1964, 1965 и 1975 гг., последние «Руководящие указания по защите от грозовых и внутренних перенапряжений электрических сетей 6–1150 кВ ЕЭС России», НИИПТ, 1994 г.).

К настоящему времени сложилась следующая практика молниезащиты электроэнергетических систем. В качестве своего рода авангарда выступают воздушные линии электропередачи, которые могут поражаться молнией достаточно часто – десятки раз в год, в то время как ОРУ подстанций – всего один раз в несколько лет или десятилетий. В значительном числе случаев изоляция линии электропередачи не может выдержать напряжение, возникающее на ней при ударе молнии в элементы линии (тросы, провода, опоры), и перекрывается. Нормальный режим работы на линиях напряжением 110 кВ и выше восстанавливается с помощью АПВ, на линиях напряжением 6–35 кВ – посредством компенсации емкостного тока замыкания на землю с помощью включаемого в нейтраль дугогасящего реактора [5.19; 5.20].

Поскольку повышать электрическую прочность линейной изоляции, увеличивая длину гирлянд и изоляционных воздушных промежутков, нецелесообразно, то снижение вероятности перекрытия изоляции при ударах молнии в опору производится путем уменьшения сопротивления заземления опор, а снижение вероятности удара молнии в провода – путем надлежащего подвеса защитных тросов. Установлено, что защитный угол троса должен составлять 20–30°. На линиях СВН и УВН, имеющих очень высокие разрядные напряжения гирлянд изоляторов, основной причиной грозовых отключений (до 70%) являются пробои воздушного промежутка трос – фазный провод при ударах молнии в трос в средней части пролета (В.П. Ларионов, МЭИ).

Особую озабоченность вызывает так называемая опасная зона – участок линии перед подстанцией длиной 1–3 км. При ударах молнии в эту зону появляющиеся на проводах грозовые импульсы имеют недостаточную длину пробега до электрооборудования подстанции, поэтому они слабо деформируются, прежде всего мало снижается крутизна их фронта, и они могут представлять опасность для оборудования. По этой причине в пределах опасной зоны снижаются по возможности сопротивления заземления опор и уменьшается защитный угол тросов.

На линиях с деревянными опорами защитный трос подвешивается только в пределах опасной зоны. При этом разрядное напряжение изоляции на первой подтросовой опоре оказывается практически вдвое ниже, чем на линии, и именно на этой опоре могут часто возникать перекрытия изоляции. Защита последней осуществляется трубчатыми разрядниками (РТ). С помощью РТ производится также защита ослабленных точек линии (например, изоляции переходных металлических опор на линиях с деревянными опорами), а также пролетов пересечения линий разного номинального напряжения.

Защита электрооборудования подстанций от набегающих с линий импульсов грозовых перенапряжений осуществляется с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) или вентильных разрядников (РВ). Оптимальная установка защитных аппаратов на территории подстанции рассчитывается с помощью анализаторов молниезащиты, разработанных впервые в ЛПИ, или с помощью ЭВМ.

Защита ОРУ подстанций от прямых ударов молнии производится, как правило, с помощью стержневых молниеотводов.

Внутренние перенапряжения в начале века считались синонимом коммутационных перенапряжений, связанных с плановыми (включение, отключение ненагруженных линий и трансформаторов) и аварийными коммутациями (несимметричные короткие замыкания, перемежающаяся дуга при однофазных замыканиях на землю в системах с изолированной нейтралью).

Для ликвидации перекрытий линейной изоляции, возникавших при коммутационных перенапряжениях, использовались разные подходы. В США большинство электроустановок работало с заземленной нейтралью, поэтому возникающий при перекрытии ток короткого замыкания на землю селективно отключался выключателем. В Германии сооружались сети с малыми токами замыкания на землю. В этом случае для ликвидации перекрытий изоляции между нейтралью трансформатора и землей включается катушка индуктивности (катушка Петерсена). При замыкании одного из проводов на землю на ней возникает фазное напряжение и через нее проходит индуктивный ток, компенсирующий емкостный ток замыкания на землю, что при соответствую-