 |
ЗАЩИТА ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ
НА ПОДСТАНЦИЯХ И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
Защита вторичных цепей на электрических станциях и подстанциях от действия электромагнитных помех и перенапряжений является одной из наиболее актуальных проблем
надежности энергообъектов. В нашей стране эта проблема рассматривается как одна из
важнейших составляющих проблемы ЭМС систем РЗА, АСУ, АСКУЭ и связи.
О способах защиты вторичных цепей и подключенной к ним аппаратуры рассказывают московские специалисты.
Михаил Матвеев, к.ф.-м.н., директор
Михаил Кузнецов, к.ф.-м.н., зам. технического директора
ООО «ЭЗОП», г. Москва
Следует отметить, что первый отечественный документ, посвященный проблематике ЭМС на энергообъектах, назывался «Методические
указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех [1].
Проблема состоит в том, что вторичные цепи электрических
станций (ЭС) и подстанций (ПС) проходят по территории распределительных устройств (РУ) и, следовательно, находятся в зоне с жесткой
электромагнитной обстановкой (ЭМО). Они часто оказываются передатчиками электромагнитных помех с РУ объекта к микропроцессорной аппаратуре РЗА, АСКУЭ, АСУ ТП и связи (размещаемой, как правило, на распределительном релейном щите (РЩ) или в ОПУ). Кроме
того, изоляция самих вторичных цепей может быть повреждена под
действием электромагнитных помех. Наиболее мощными источниками помех, воздействующих на вторичные цепи, являются: короткие
замыкания в сетях выше 1 кВ, молниевые разряды в молниеотводы
ПС, коммутационные операции [2, 3].
Известно, что при протекании тока через заземляющие устройства
(ЗУ), например, при КЗ или ударе молнии, возникают разности потенциалов между различными точками ЗУ. Эти разности потенциалов при
прочих равных условиях увеличиваются с возрастанием расстояния
между точками и влияющего тока.
Отметим, что разности потенциалов между элементами ЗУ – не
единственный путь проникновения помех во вторичные цепи. Влияние
сильных электромагнитных полей (особенно высокочастотных) способно наводить помехи во вторичных цепях, особенно при отсутствии
эффективно заземленных экранов. Кроме того, импульсные помехи
могут передаваться во вторичные цепи непосредственно через фильтры
присоединения, трансформаторы напряжения и тока.
Как правило, чем больше размеры объектов и чем больше токи КЗ,
тем более остро стоит вопрос защиты протяженных вторичных цепей
и подключенной к ним аппаратуры. В некоторых случаях, правда,
увеличенная длина цепей, напротив, способствует затуханию помехи.
В первую очередь это касается распространения высокочастотных
помех в экранированных вторичных кабелях [4], однако не играет
существенной роли на промышленной частоте.
ПРИМЕРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОМЕХ
К сожалению, авторам не удалось найти отечественную статистику, отражающую степень опасности воздействия электромагнитных
помех на вторичные цепи ЭС и ПС. Тем не менее опыт работы нашей
организации на сотнях ЭС и ПС России и СНГ показывает, что на
практике подобные проблемы возникают довольно часто. Рассмотрим
несколько типичных ситуаций.
На одной из ПС 500/220 кВ в европейской части России при КЗ
по стороне 220 кВ с токами 20–30 кА фиксировались повреждения
вторичных цепей с ОРУ 220 кВ. ЗУ объекта было спроектировано в
70-е годы прошлого века по нормам на напряжение прикосновения.
По оценкам, сделанным на основании имитационного моделирования,
разности потенциалов в пределах ЗУ ПС при КЗ в сети 220 кВ могли достигать 2–4 кВ. Такая ситуация наблюдалась даже при КЗ на аппараты
и конструкции, металлосвязь которых с ЗУ не была нарушена вследствие коррозии или некачественного монтажа, а также при близких
внешних КЗ. Косвенным признаком недостаточности существующего
ЗУ послужил тот факт, что, помимо повреждения вторичных цепей, на
объекте фиксировалось «прогорание» воздуховодов. В местах перекрытия с воздуховода на расположенные рядом металлоконструкции
протекавший по нему ток «прожег» стенку трубы (как это происходит
при использовании сварочного оборудования в режиме резки).
На ПС в южной части cтраны было зафиксировано нарушение
нормальной работы аппаратуры РЗА, а также оборудования связи при
молниевом разряде в совмещенную молниеотводную/прожекторную
мачту. Мачта располагалась вблизи магистрального кабельного канала, связывающего ОРУ и здание ОПУ, на расстоянии менее 5 м. Более
того, оказалось, что заземление мачты производится преимущественно через PEN-проводник кабеля питания прожекторов, проложенный
в том же магистральном кабельном канале, что и цепи РЗА.
На нескольких подстанциях 330 кВ и выше при работе разъединителя под действием коммутационных перенапряжений происходил
пробой изоляции цепей, питающих привод разъединителя. В результате питание привода отключалось и разъединитель «зависал» в промежуточном положении, причем горение дуги продолжалось. Таким
образом, даже локальная проблема нарушения изоляции вторичных
цепей может привести непосредственно к серьезному нарушению
работы первичного оборудования.
Этот список можно было бы продолжать, но подробный анализ
аварийных ситуаций выходит за рамки данной статьи.
Здесь мы рассмотрим основные решения по защите вторичных
цепей, которые могут применяться на ЭС и ПС. Некоторые из них
требуют радикального пересмотра компоновки объекта и могут
быть реализованы лишь при новом строительстве и капитальной
реконструкции.
ЧТО ОПАСНО?
Прежде чем говорить о снижении перенапряжений, приложенных
к вторичным цепям, следует ответить на вопрос: какие перенапряжения следует считать опасными? Напомним, что в условиях ЭС и ПС
прокладка большинства вторичных цепей выполняется стандартным
кабелем типа КВВГ, КВВГЭ или аналогичными.
Типичное длительно допустимое напряжение для таких кабелей –
600 В переменного или 1000 В постоянного тока. Кратковременно
допустимые перенапряжения обычно выше длительно допустимых.
Так, в ГОСТ Р 50514-93 указывается, что для цепей, рассчитанных на
номинальное напряжение 660 В, кратковременное испытательное
напряжение должно быть не менее 1,5–3 кВ (в зависимости от степени влияния окружающей среды, напряженности работы изоляции
и значимости последствий повреждения изоляции), а для цепей,
подключаемых непосредственно к измерительным трансформаторам,
испытательное напряжение должно быть не менее 2 кВ. Согласно же
ГОСТ 50571.18-2000, напряжение, которое может быть приложено к
изоляции в электроустановке до 1 кВ при КЗ в электроустановке выше
1 кВ, не должно превышать 1,2 кВ (точнее, 1,2 кВ + номинальное напряжение в цепи до 1 кВ).
Поскольку большинство вторичных кабелей на ПС являются, по
сути, теми же кабелями, что и в электроустановках до 1 кВ, представляется разумным применять эту норму и в данном случае.
Дальнейшее завышение требований к изоляции вторичных цепей
вряд ли целесообразно, поскольку, во-первых, трудно гарантировать
выполнение этих требований для всех используемых типов кабелей,
электроустановочных изделий, клеммных сборок и т.п.; во-вторых,
как показывает практика, при допустимых разностях потенциалов при КЗ порядка 2 кВ и выше, на многих объектах возникают проблемы с
термической стойкостью экранированных кабелей при двухсторонней
схеме заземления экранов.
Отказываться от двухсторонней схемы заземления экранов нет
необходимости, поскольку она обеспечивает эффективное снижение
импульсных помех и перенапряжений [2, 4]. Если допустимый уровень
разностей потенциалов на промышленной частоте принят равным
1,2 кВ, проблем с термической стойкостью кабельных экранов обычно
не возникает при временах отключения КЗ порядка 0,1–0,5 с. Принимать значительно больший уровень перенапряжений нецелесообразно также потому, что, согласно ГОСТ Р 50514-93, минимальное
кратковременное испытательное напряжение для цепей класса
250 В составляет 1 кВ, для цепей 660 В – 1,5 кВ.
Что же касается импульсной прочности изоляции кабелей, то здесь
можно руководствоваться требованиями ГОСТ Р 50571.19-2000, по
которым допустимый уровень импульсных перенапряжений, приложенных к изоляции цепей до 1 кВ, зависит от выбранной категории
импульсного сопротивления, но не превосходит 6 кВ (IV кат.)
Следует принимать во внимание и требования помехоустойчивости
МП аппаратуры, подключаемой к этим цепям. Так, например, при заземлении цепей измерительных трансформаторов на ОРУ образуется
цепь, по которой разность потенциалов между точкой заземления
цепей на ОРУ и заземлением РЩ оказывается приложенной к входам
аппаратуры. В этом случае в части устойчивости к импульсным помехам при молниевом разряде, например, действуют требования ГОСТ Р
51317.4.5-99. Как правило, это означает, что допустимое напряжение
помехи составляет не более 4 кВ (4 класс жесткости).
Опыт показывает, что эти значения могут многократно превышаться
на действующих энергообъектах [3]. Чтобы избежать проблем при эксплуатации, решение проблемы ЭМС (и защиты вторичных цепей в первую
очередь) должно начинаться еще на стадии выбора компоновки объекта.
РАЗЛИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ПС
Классическая компоновка большинства ПС в нашей стране такова: проводные вторичные цепи с электроаппаратов на различных РУ
сводятся в единый центр управления – ОПУ. Здесь располагаются
РЩ, узел связи, ГЩУ и т.п.
Активно внедряемая в настоящее время концепция «распределенного РЩ» заключается в следующем: предлагается устанавливать несколько отдельных помещений релейных панелей (блоков)
непосредственно на территории каждого ОРУ (рис. 1). В них предполагается размещение МП аппаратуры нижнего уровня, в первую
очередь РЗА, обслуживающей одну или несколько ячеек первичного
оборудования. Обмен информацией с аппаратурой верхнего уровня
(по-прежнему размещаемой в ОПУ) осуществляется посредством
оптоволоконных линий связи.
Помимо этого, активно используется промежуточный вариант: несколько РЩ (например, по одному РЩ на каждое РУ), цепи с которых
сводятся в единый центр управления (предполагается, что обмен при
этом осуществляется посредством оптических каналов).
При классической компоновке длина проводных вторичных цепей
максимальна. Соответственно к ним будут приложены максимальные
разности потенциалов при КЗ, а также при молниевых разрядах.
В результате могут возникнуть проблемы с воздействием опасных перенапряжений на вторичные цепи и подключенную к ним аппаратуру.
Так, например, на одной из ГРЭС на юге России размеры ОРУ 220 кВ
составляют 90 х 570 м, причем ток КЗ может достигать 50 кА. Расчеты
показывают, что в этих условиях, даже при использовании заземляющей
сетки 10 х 10 м сечением 160 мм2, разности потенциалов, приложенные к
вторичным цепям, могут достигать 4 кВ. Использование меди в качестве
материала заземлителей способно несколько улучшить ситуацию, но
разности потенциалов всё равно остаются слишком велики. В подобных условиях концепция «распределенного РЩ» является, пожалуй,
наилучшим средством решения проблемы.
Однако эта концепция имеет и свои недостатки. Когда блоки с МП
аппаратурой размещаются непосредственно на ОРУ, это может приводить к увеличению уровня помех, воздействующих на МП аппаратуру,
за счёт уменьшения расстояния до первичного оборудования. К таким
помехам в первую очередь относятся магнитные поля, создаваемые
в штатном режиме работы первичного оборудования, а также при
аварийных режимах. Поэтому при применении концепции «распределенного РЩ» следует, как правило, обеспечивать достаточное
экранирование самого оборудования.
Распространенной проблемой при использовании «распределенного РЩ» является применение проводных цепей для связей между
релейными блоками, а также между ними и ОПУ. В некоторых случаях
наличие таких связей является допустимым (например, между соседними релейными блоками). Тем не менее следует понимать, что
во многих случаях наличие подобных связей может полностью свести
на нет преимущества от использования «распределенного РЩ» (по
крайней мере, по условиям защиты вторичных цепей). В частности,
централизованное питание аппаратуры в релейных блоках от оперативной батареи в ОПУ является не лучшим решением.
Часто оптимальным оказывается именно промежуточное решение,
когда каждое РУ имеет один собственный РЩ, расположенный на таком
расстоянии от РУ, чтобы разности потенциалов не представляли опасности для вторичных цепей, а опасность воздействия электромагнитных
полей от силового оборудования прямо на аппаратуру была бы не столь
велика, как при расположении релейных блоков прямо на РУ.
Разумеется, описываемые компоновочные решения должны реализовываться в комплексе с мерами по организации заземления,
питания, выбору структуры систем РЗА, АСУ, АИИСКУЭ и связи, молниезащиты, выбору способа и трасс прокладки вторичных цепей и т.п.
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Протекание через ЗУ токов КЗ, молнии, ВЧ-токов при коммутациях приводит к возникновению разностей потенциалов, опасных
для вторичных цепей. Поскольку уровень этих потенциалов зависит
от характеристик ЗУ, его правильное выполнение играет важнейшую
роль в вопросах защиты вторичных цепей.
При выборе параметров ЗУ по условиям ЭМС в первую очередь
принимаются во внимание величины токов КЗ на землю в сетях выше
1 кВ. Задача заключается в том, чтобы при любых КЗ на объекте или
подходящих ЛЭП разности потенциалов, приложенные к вторичным
цепям, не превосходили определенных выше предельно допустимых
значений. Для этого должны быть выбраны подобающим образом
материал, сечение, средний размер ячейки сетки ЗУ для каждого РУ,
а также количество металлосвязей между различными РУ, зданиями
и сооружениями на объекте.
На стадии проектирования объекта определение разностей потенциалов между элементами ЗУ производится расчетным путем
(например, с использованием ПО «Контур» разработки ООО «ЭЗОП»).
На существующем объекте применяются методы имитационного
моделирования КЗ [5]. На основании расчетов должны выбираться
требуемое сечение заземлителей и размер ячейки заземляющей
сетки. Понятно, что одного и того же эффекта можно, в принципе,
достичь как путем увеличения сечения заземлителей, так и путем
уменьшения размера ячейки заземляющей сетки. Последний способ
представляется более правильным. Действительно, более частая
сетка обеспечивает более эффективное выравнивание потенциала по
территории РУ, что важно как по условиям защиты вторичных цепей,
так и по условиям обеспечения электробезопасности персонала.
Кроме того, сетка оказывается намного более эффективной на высоких частотах, где первоочередное значение имеет количество путей
растекания тока, а не сечение и прочие характеристики отдельных
проводников [2]. Разумеется, минимальные требования к сечению
заземлителей ([6], п. 1.7.111, 112) должны быть выполнены в любом
случае, а на участках, где имеется только один путь растекания тока
(например, заземляющие спуски электроаппаратов) имеет смысл
использовать проводники увеличенного сечения.
Следует отметить, что ПУЭ не регламентирует разности потенциалов, создаваемые в пределах ЗУ энергообъектов на расстояниях
порядка десятков и сотен метров. Ограничиваются лишь напряжение
прикосновения и напряжения на ЗУ в целом относительно «удаленной
земли». Такой подход сегодня вряд ли можно считать достаточным:
недооценка роли разностей потенциалов, приложенных к вторичным
цепям, нередко приводит к опасным последствиям.
Рассмотрим простой пример. На ПС, заземление которой выполнено согласно требованиям к напряжению прикосновения, разность
потенциалов при КЗ в сети 500 кВ между заземлением аппаратов
на ОРУ 500 кВ и заземлением РЩ составляет около 4–5 кВ. Данный
результат получен путем проведения расчетов в программе «Контур»
на стадии анализа проектной документации (рис. 2). Сравнение с
приведенными выше характеристиками прочности изоляции показывает, что опасность повреждения вторичных цепей и входов
аппаратуры действительно существует. Поэтому в рассмотренном
примере потребовалась прокладка дополнительных заземлителей
(на рис. 2 показаны красным) с целью выполнения условий защиты
вторичных цепей.
По поводу материала заземляющего устройства следует отметить
появившуюся тенденцию к использованию медного ЗУ. Так, например,
для одной из ПС в Москве были рассчитаны два варианта выполнения
ЗУ: медным прутком диаметром 14 мм и стальным прутком диаметром 25 мм. Разности потенциалов при использовании медного ЗУ
не превысили 1,2 кВ, в то время как для стального ЗУ они достигали
нескольких кВ. В то же время на высоких частотах (в частности, соответствующих фронту молниевого импульса) использование медных
заземлителей не дает столь заметного выигрыша, поскольку в данном
случае первоочередное значение приобретает геометрия ЗУ.
МОЛНИЕЗАЩИТА
Ток молнии является одним из наиболее мощных источников
помех, способных влиять на вторичные цепи: его амплитуда может
достигать 100 кА и более [2, 7, 8]. К тому же сравнительно высокочастотный характер тока молнии существенно снижает эффективность
протяженных заземлителей.
Чтобы определить основные принципы построения систем
молниезащиты и заземления ПС (ЭС), были проведены расчеты
распределения потенциалов по элементам ЗУ энергообъекта при
молниевом разряде для различных вариантов схем молниезащиты и заземляющего устройства. Основная идея предлагаемой си-
стемы молниезащиты состоит в том, чтобы максимально удалить
молниеприемники и их заземлители от трасс прокладки вторичных
цепей. В первую очередь – удаление от молниеотводов цепей измерительных трансформаторов, особенно точек их заземления. В
РД [1] даются усредненные значения допустимого расстояния между
молниеотводами и вторичными цепями. Но правильнее определять
их расчетным путем для параметров тока молнии, грунтовых условий,
конфигурации ЗУ, характерных для данного конкретного объекта.
При определении расстояний от молниеотводов до трасс прокладки
вторичных цепей следует руководствоваться рассмотренными выше
предельно допустимыми значениями с учетом ослабления помех
экранами кабелей [4].
По возможности молниеотводные мачты должны располагаться по
периметру ячеек РУ объекта, желательно – за его пределами. В этом
случае, естественно, высота мачт должна быть увеличена, исходя из
необходимости перекрытия оборудования объекта зоной молниезащиты. В роли молниеотводов могут выступать опоры подходящих ВЛ,
размещаемые вблизи территории ПС и снабженные стержневыми
молниеприемниками. Для увеличения зоны перекрытия могут использоваться тросовые молниеприемники.
Применение указанной системы будет целесообразно на объектах сравнительно небольшого размера. На больших объектах
применение подобных решений возможно в сочетании с концепцией
«распределенного РЩ». В этом случае молниеотводы размещаются
по периметру территории, обслуживаемой одним РЩ.
В рассматриваемом подходе к размещению молниеотводов возможны различные схемы их заземления.
Вариант 1
Вначале рассмотрим вариант, когда молниеотводные мачты имеют
обособленные заземлители, не связанные с общим заземляющим
устройством объекта. Это решение является эффективным в грунтах
со сравнительно низким удельным сопротивлением (ориентировочно
до 50–70 Ом·м) при условии выполнения пункта 4.2.137 [6].
Однако в грунтах с более высоким удельным сопротивлением
оказывается сложным выполнить отдельный контур заземления молниеотвода с сопротивлением порядка нескольких Ом. В этом случае
при токе молнии порядка 100 кА потенциал на заземлении мачт может
достигать нескольких мегавольт, в зависимости от величины удельного
сопротивления грунта. Создается возможность перекрытия (вторичного
молниевого разряда) на электроаппараты и другие проводящие элементы, включая вторичные цепи, на расстояние нескольких десятков
метров. Еще одним недостатком молниеотводов с обособленными
заземлителями является невозможность использования их для размещения цепей освещения, радиосвязи и т.п.
Вариант 2
Существенно уменьшить потенциал на заземлении молниеотводной мачты в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением
можно только одним способом – соединить заземлитель молниеотвода с ЗУ другого объекта. При этом соединение с общим ЗУ ПС
(ЭС) напрямую не всегда целесообразно, поскольку может привести к
появлению опасной неравномерности распределения потенциала на
ЗУ ПС вблизи места присоединения к нему ЗУ молниеотвода.
Наиболее эффективным оказывается соединение заземляющих
устройств всех молниеотводных мачт между собой по периметру ПС
(ЭС), как показано на рис. 3. При этом, чтобы связи между заземлителями мачт были более эффективны (учитывая высокочастотный
спектр тока молнии), необходимо использовать не одну, а минимум
две параллельные связи (рис. 3а).
Такая схема молниезащиты и заземления позволяет добиться
снижения максимальных разностей потенциалов между различными
элементами заземляющего устройства ПС (ЭС) до 4–6 кВ.
Вариант 3
В некоторых случаях описываемый способ заземления и молниезащиты может оказаться неприемлемым, например, когда ВЧ-связь
осуществляется по грозотросам, при размещении на молниеотводах
цепей освещения, радиосвязи, а также при защите отдельных ячеек,
ЗУ которых связано с единым ЗУ ЭС (ПС). Тогда схема заземления
молниеотводных мачт может быть изменена следующим образом (рис.
3б). Заземлитель молниеотводных мачт, проложенный по периметру,
соединяется с общим контуром заземления ПС (ЭС) таким образом,
чтобы места присоединения:
- были равноудалены от молниеотводных мачт;
- находились на максимально возможном расстоянии от ОПУ, релейных блоков или других мест размещения микропроцессорной аппаратуры, а также трасс прохождения вторичных цепей;
- располагались по возможности в противоположных частях защищаемой ПС (ЭС) или группы ячеек.
Выбор той или иной схемы молниезащиты и заземления зависит
от особенностей конкретных объектов. Необходимо учитывать множество факторов: трассы прокладки вторичных цепей, количество
цепей, подходящих к той или иной группе электроаппаратов, удельное
сопротивление грунта, геометрию объекта, вопросы защиты людей и
животных от импульсных напряжений шага и прикосновения в соответствии с МЭК 62305 (особенно, когда заземлители молниезащиты
пересекают места вероятного нахождения персонала).
Такая методика была применена при разработке рекомендаций по
решению проблем ЭМС на существующих и проектируемых объектах.
На рис. 4 показаны существующая и рекомендуемая схемы ЗУ находящейся в эксплуатации ПС 110 кВ. При выполнении рекомендаций
разность потенциалов (прикладываемая к входам МП аппаратуры и
изоляции вторичных цепей) уменьшается примерно в 6 раз.
Разумеется, далеко не всегда (особенно на территории уже существующего объекта) защита вторичных цепей может быть обеспечена
только оптимизацией взаимного расположения молниеотводов и
вторичных цепей в сочетании с подобающим выбором схемы ЗУ.
К тому же молниевые разряды не являются единственными источниками импульсных помех на энергообъектах. Поэтому в дополнение к
перечисленным могут применяться следующие меры защиты.
ЭКРАНИРОВАНИЕ
Эффективным вариантом решения проблемы защиты МП аппаратуры и вторичных цепей от импульсных помех является использование
экранированных кабелей с двусторонним заземлением экранов. В
этом случае обеспечивается защита не только от наводок, но и от
импульсных разностей потенциалов, которые будут возникать между
различными элементами ЗУ ПС или ЭС. Это позволяет уменьшить
величину импульсных перенапряжений, приложенных к входам МП
аппаратуры, в несколько раз [4]. Использование экранированных
кабелей предусматривается в большинстве современных проектов.
Следует, однако, учитывать, что экранирование цепей не обеспечивает, как правило, защиты от разностей потенциалов на ЗУ при КЗ.
Эффективность экранирования кабелей может быть увеличена
за счет различных способов их прокладки. Например, прокладка в
металлическом коробе или трубе обеспечивает приемлемые характеристики экранирования, даже если кабели не имеют собственных
экранов. Необходимым условием эффективного экранирования
является обеспечение надежного контакта между секциями короба (трубы) в нескольких точках, равномерно распределенных по
периметру.
Прокладка кабелей под землей также улучшает условия экранирования. В некоторых случаях используются монолитные кабельные
каналы, армированные металлической сеткой, которая также обладает
экранирующими свойствами.
Следует принимать во внимание взаимное расположение цепей различного назначения. В РД [1] даются нормы на допустимое расстояние
между контрольными и силовыми цепями (определяемые по условиям их
взаимного влияния друг на друга). При этом не уточняется, должны цепи
быть экранированными или нет. По нашему опыту, указанные предельно
допустимые расстояния могут быть снижены при условии применения
экранированных кабелей. Но в этом случае должны быть выполнены
некоторые дополнительные мероприятия. Так, например, перед вводом
цепей с прожекторов на молниеотводах в общий кабельный канал или
лоток должно производиться повторное заземление брони кабеля (и/
или металлической трубы, в которой он проложен). Заземление должно
происходить на расстоянии не менее 10–15 м от молниеотвода.
В ряде случаев для уравнивания потенциалов вдоль кабельных
трасс, а также (в меньшей степени) дополнительного экранирования
используются шины уравнивания потенциалов (ШУП). Такие шины
прокладываются либо под трассой (например, под лотком), либо с
одной или двух сторон кабельного лотка или канала. Их эффективность
зависит от того, насколько правильно выполнено их заземление. Такие
шины должны, как правило, заземляться по концам и в промежуточных
точках. В то же время их заземление вблизи молниеотводов может
вызвать проблемы. Недопустимо также заземлять на указанные ШУП
любое высоковольтное оборудование.
ВЫБОР ТРАСС ПРОКЛАДКИ
Выше говорилось, что прокладка кабелей на должном удалении от
молниеотводов является эффективным способом защиты вторичных
цепей. В некоторых случаях она способна также снизить уровни коммутационных помех. Но при наличии длинных шинных мостов (например,
между трансформаторными группами и ОРУ) прокладка вторичных цепей на значительном протяжении непосредственно под ними способна
привести к появлению повышенного уровня помех во вторичных цепях
вследствие наводок от ВЧ переходных процессов в первичной сети.
В условиях компактных ОРУ (тем более ЗРУ и КРУЭ) эта проблема
не так актуальна. К тому же проложить вторичные цепи на значительном удалении от параллельных систем шин там зачастую просто
невозможно. Тем не менее рекомендуется выдерживать расстояние
хотя бы порядка нескольких метров между магистральными трассами
вторичных цепей и основаниями высоковольтных аппаратов и конструкций (особенно – разрядниками и ОПН, а также коммутационными
аппаратами). В этом случае обеспечивается некоторое ослабление
выносимых на кабельные трассы импульсных потенциалов при срабатывании разрядников и ОПН, коммутациях, КЗ.
ОГРАНИЧЕНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Даже совместное применение описанных выше методов не всегда может обеспечить полную защиту вторичных цепей на ЭС и ПС,
особенно в условиях уже существующих объектов, где применение
решений по изменению компоновки, переносу молниеотводов и
кабельных трасс невозможно или существенно затруднено. К тому
же в ряде случаев вторичные цепи принципиально не могут обходить
зоны с высоким уровнем помех. Это касается цепей радиосвязи (если
радиомачта находится в зоне прямого удара молнии), ВЧ-связи по
грозотросам, цепей, подходящих к коммутационным аппаратам.
Возможным решением проблемы в этом случае является применение устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
Принцип работы УЗИП основан на использовании нелинейных элементов (разрядников, варисторов, шунтирующих диодов) и в целом
аналогичен принципу работы ОПН в первичных цепях. Эксперименты,
проводившиеся в специализированной испытательной лаборатории
с подачей высоковольтных импульсов на систему «измерительный
трансформатор + экранированный вторичный кабель + имитация
входа аппаратуры + УЗИП», показали, что применение УЗИП возможно
даже в цепях измерительных трансформаторов [4].
Имеется, однако, ряд условий для эффективного применения
УЗИП во вторичных цепях. В частности, в цепях оперативного тока
или трансформаторов напряжения не рекомендуется использование
УЗИП на базе разрядников. В то же время при применении УЗИП
на базе варисторов необходима «отстройка» от перенапряжений,
обусловленных низкочастотными разностями потенциалов при КЗ.
Иначе защищаемая цепь окажется неработоспособной в течение как
минимум всего времени КЗ в первичной сети, а УЗИП может быть
выведено из строя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, защита вторичных цепей и подключенной к ним
аппаратуры должна обеспечиваться целой совокупностью технических
решений. Выбор тех или иных решений осуществляется при проектировании. Организация проектных работ по защите вторичных цепей
и обеспечению ЭМС МП аппаратуры требует, вероятно, отдельного
рассмотрения. Укажем лишь, что чем раньше будут приняты во внимание указанные факторы, тем меньше будут итоговые издержки на
обеспечение ЭМС и тем выше окажется общая надежность защиты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Методические указания по защите вторичных цепей электрических
станций и подстанций от импульсных помех. Утверждены Департаментом науки и техники 29.06.93 за номером РД 34.20.116-93.
М. – РАО «ЕЭС России». – 1993.
2. Guide on EMC in Power Plants and Substations. CIGRE Publ. 124, 1997.
3. Матвеев М.В. Электромагнитная обстановка на объектах определяет
ЭМС цифровой аппаратуры // Новости ЭлектроТехники. – 2002. –
№ 1(13), № 2(14).
4. Кузнецов М.Б., Кунгуров Д.А., Матвеев М.В., Тарасов В.Н. Проблемы
защиты входных цепей аппаратуры РЗА от мощных импульсных перенапряжений // Новости ЭлектроТехники. – 2006. – № 6(42).
5. Методические указания по определению электромагнитной обстановки на электрических станциях и подстанциях. СО 34.35.311-2004.
6. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. – М.: Издательство
НЦ ЭНАС, 2002.
7. V. Rakov, M. Uman. Lightning. Cambridge. – 2005.
8. IEC 62305 (Lightning Protection).
| 
|
