ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ, система мероприятий, предотвращающих и ограничивающих развитие аварии на линиях электропередачи и электрич. подстанциях. Имеет целью обеспечить надёжность снабжения потребителей электрич. энергией должного качества. Подавляющее количество электроэнергии распределяется через электрич. сети общего пользования. Защита таких сетей имеет важное значение для нормального электроснабжения пром-сти, с. х-ва, ж.-д. транспорта и др. потребителей и непрерывно совершенствуется. В той или иной мере защищают все электроустановки, в т. ч. и автономные источники электрич. энергии с их малыми сетями.

Электрич. сеть общего пользования необходимо защищать от перегрузки, перенапряжений и от коротких замыканий, опасных для сети, от повреждения изоляционных и поддерживающих конструкций и обрывов проводов. Опасные явления возникают как вследствие атм. воздействий (напр., удара молнии), так и в результате изменения состояния самой сети, напр. пробоя изоляции или преднамеренного отключения ненагруженной линии передачи. Повреждение изоляции может быть вызвано старением материала или внеш. причинами. Поддерживающие конструкции (опоры, траверсы, арматура изоляторов и т. п.) ломаются под действием ветра, от гололёда, подвергаются коррозии. Возможны случаи пережога проводов током и обрыва их, напр. от вибрации. Причинами аварии могут быть неправильное действие автоматич. устройств в сети и ошибки обслуживающего персонала. При огромных масштабах совр. электрич. сетей, состоящих из десятков тысяч км линий электропередачи разных напряжений, тысяч электрич. подстанций, практически невозможно избежать опасных ситуаций. Если авария всё же возникает, то свести к минимуму её вредные последствия должна 3. э. с. Для этого необходимо как можно быстрее отключить повреждённый элемент (участок) сети, не затрагивая при этом соседние участки, а потребителей перевести на питание от резервных источников. Однако по экономич. соображениям бесперебойное электроснабжение, достигаемое автоматическим включением резерва, гарантируется не всем потребителям.

Защита от перегрузок в электрич. сетях с напряжением до 1000 в осуществляется с помощью плавких предохранителей или автоматич. выключателей. Они отключают защищаемый участок сети, когда ток превышает нек-рое значение, допустимое по условиям нагрева проводов. Предохранители действуют без выдержки времени, в соответствии с защитной характеристикой плавкой вставки. Автоматич. выключатели снабжаются расцепителями как мгновенного действия, так и с задержкой во времени, зависящей от превышения тока в линии

сверх допустимого значения. В электрич. сетях с напряжением св. 1000 в от тепловой перегрузки защищают трансформаторы и отд. подземные (кабельные) линии, к-рые работают в условиях сис-тематич. перегрузок. Возд. линии в такой защите обычно не нуждаются.

3. э. с. от повреждений изоляции. Изоляция возд. линии электропередачи состоит из окружающего воздуха и фарфоровых или стеклянных изоляторов, на к-рых крепятся провода. Изоляция подземных линий, трансформаторов и различных аппаратов обычно выполняется из твёрдых и жидких диэлектриков, к-рые подвержены старению. В этих устройствах возможен пробой изоляции при рабочем напряжении; аналогичное явление может иметь место в изоляторах возд. линии. Осн. средство предотвращения аварий от повреждения изоляции - профилактика, т. е. периодич. контроль за состоянием изоляции с целью выявления дефектов и своеврем. замены или ремонта изоляц. конструкций. Контроль изоляции осуществляется посредством испытания её при повышенном напряжении, либо косвенными методами: по сопротивлению изоляции, по величине угла диэлектрич. потерь, путём измерения распределения напряжения (по изоляторам гирлянды) и индикации частичных разрядов и др. Дефекты в изоляции развиваются постепенно, причина их во мн. случаях связана с проникновением влаги. Профилактич. испытания выявляют элементы изоляции с повышенной вероятностью повреждения, что даёт возможность своевременно устранить опасность аварии. Профилактика изоляции резко сокращает аварийность электрич. установок. В приморских и степных (пустынных) р-нах, а также вблизи заводов на изоляторах оседают морская соль, песок, уносы из пром. предприятий и т. п. В этих случаях устанавливают изоляторы спец. конструкции, с развитой наружной поверхностью, а также выполняют мокрую очистку изоляторов под напряжением.

3. э. с. от замыкания на землю. В СССР сети общего пользования с напряжением до 0,38 кв, а также с напряжением 110 кв и выше эксплуатируются с глухо заземлённой нейтралью. Исключения делаются для районов вечной мерзлоты, где трудно установить заземляющие устройства. В сетях с напряжением от 3 до 35 кв нейтраль изолирована от земли или соединяется с ней через дугогасящую катушку; в этом случае сеть наз. компенсированной. Подобная практика в отношении режима нейтрали имеет место и в др. странах. При заземлённой нейтрали соединение хотя бы одной фазы с землёй приводит к короткому замыканию. Замыкание одной фазы на землю в сети с изолированной нейтралью не нарушает рабочий режим, поэтому немедленное отключение повреждённого участка не требуется. Однако напряжение двух др. фаз относительно земли в установившемся режиме увеличивается в (3)^1/2 раз, что создаёт угрозу для изоляции и небезопасно для людей.

Сети с изолированной нейтралью оборудуются устройствами сигнализации замыкания на землю, чтобы повреждение могло быть обнаружено и устранено за короткое время (не более 2 ч). По требованиям техники безопасности в необходимых случаях применяется автоматич. отключение повреждённого участка сети. Большинство замыканий на землю начинается с кратковременного пробоя изоляции вследствие перенапряжения и далее переходит в дуговой разряд, поддерживаемый током короткого замыкания. В сети большой протяжённости распределённая ёмкость проводов относительно земли велика и сила тока на землю при изолированной нейтрали достигает десятков и сотен а. При таких токах дуга горит длит. время и, как правило, перебрасывается на соседние фазы под действием ветра, термодинамич. и электродинамич. эффектов. Замыкание одной фазы на землю переходит в двух- или трёхфазное короткое замыкание, к-рое должно быть немедленно отключено. Развитие аварии в сети при большой силе тока замыкания на землю предотвращается заземлением нейтрали через дугогасящую катушку (катушку Петерсена). Быстрое обнаружение повреждения и его устранение необходимы для компенсированной сети так же, как и для сети с изолированной нейтралью.

3. э. с. от коротких замыканий занимает важнейшее место в системе защитных мероприятий. Короткие замыкания являются осн. видом аварии в электрич. сетях как по частоте возникновения, так и по масштабу вредных последствий. Защитные мероприятия развиваются в двух направлениях: возможно более быстрое отключение повреждённого участка сети и искусств. ограничение силы тока короткого замыкания. Сокращение времени действия тока короткого замыкания облегчает тепловой режим элементов сети и способствует поддержанию устойчивой параллельной работы станций. На линиях 500 кв, напр., применяется релейная защита, время срабатывания к-рой составляет 0,04 сек; при времени действия выключателя 0,06- 0,08 сек полное время отключения около 0,1 сек. Селективность защиты обеспечивает рабочий режим возможно большей части неповреждённой сети и отключение повреждённого её участка. К числу мероприятий, ограничивающих силу тока короткого замыкания, относятся: применение блочных схем питания, секционирование сборных шин подстанций, после-доват. включение реакторов, увеличение индуктивности рассеяния трансформаторов и т. п. Физич. смысл этих мер состоит в увеличении индуктивного сопротивления электрич. цепи короткого замыкания. Вследствие этого неизбежны затруднения с регулированием напряжения в нормальных режимах и увеличение потерь электроэнергии в сети. Это приводит к снижению в нек-рых случаях надёжности электроснабжения. Искусств. ограничение силы тока короткого замыкания противоречит требованиям, к-рые предъявляются к схеме и параметрам электрич. сети по условиям оптимизации рабочего режима. Противоречие может быть устранено, если уменьшить силу тока короткого замыкания с помощью последовательно включённых ограничителей, имеющих незначит. сопротивление в нормальном режиме и в неск. раз большее в аварийном, когда на ограничителе падает преобладающая часть фазного напряжения. Создание таких ограничителей силы тока короткого замыкания принципиально возможно.

3. э. с. от перенапряжений включает защиту от атм. перенапряжений, возникающих при разряде молниив токопроводящие части электрич. установки или вблизи неё в землю (см. Грозозащита), и защиту от внутр. перенапряжений, вызываемых преднамеренными или случайными изменениями состояния сети, напр. вследствие срабатывания выключателя или электрич. пробоя изоляции на к.-л. участке сети. Перенапряжение - временный избыток энергии электромагнитного поля на участке сети. 3. э. с. сводится к тому, чтобы путём аккумулирования или рассеяния избыточной энергии обезопасить изоляц. конструкции от электрич. пробоя. Атм. перенапряжения характеризуются сравнительно небольшой энергией порядка млн. дж, малой длительностью действия (от долей до неск. десятков мксек) и большой амплитудой (млн. в). Внутр. перенапряжения длятся от сотых долей сек до неск. сек и более. Их амплитуда может значительно превышать амплитуду рабочего напряжения, а энергия достигать десятков млн. дж (в электроустановках 500 кв). Амплитуда внутр. перенапряжений зависит от схемы электрич. сети, параметров её элементов и питающих электростанций. В ряде случаев для защиты от внутр. перенапряжений могут быть использованы переключающие операции, изменяющие параметры сети.

3. э. с. от механич. повреждений. Подземные линии передачи защищают от электрохимич. коррозии, вызываемой блуждающими токами, и в необходимых случаях от почвенной коррозии. Произ-во к.-л. земляных работ вблизи трассы подземной линии регламентируется специальными правилами. Возд. линии электропередачи и открытые электрич. подстанции проектируют с учётом ветровых нагрузок и воздействия гололёда, т. е. обледенения проводов с образованием корки льда толщиной 10- 20 мм. Возможно и более интенсивное обледенение при сильном ветре; в таких случаях лёд на проводах плавят электрич. током. При слабом ветре, дующем с постоянной скоростью 0,5-5 м/сек в направлении, перпендикулярном линии, могут возникнуть периодич. колебания проводов в вертикальной плоскости, т. н. вибрация проводов. Частота таких колебаний от единиц до десятков гц, амплитуда не превышает неск. см. Вибрация вызывается совпадением частоты аэро-динамич. импульсов, действующих па провод, с собств. частотой его свободных колебаний. Следствием вибрации являются трещины и изломы жил провода, прежде всего у выхода их из зажима. Вибрация с большой амплитудой приводит к поломке деталей арматуры и повреждению изоляторов, в отд. случаях - к повреждению сварных швов металлич. опор. Защита от подобных вибраций осуществляется путём подвески на провод динамич. гасителей вибрации в виде чугунных грузов, закрепляемых на тросе на расстоянии 0,5-2 м от зажима провода и противодействующих колебаниям провода. С помощью таких гасителей амплитуда вибрации уменьшается до безопасной величины ок. 1 мм. При скорости ветра от 6 до 20-30 м/сек и гололёде иногда наблюдаются колебания проводов с частотой 0,2-4 гц очень большой амплитуды, достигающей неск. м (т. н. пляска проводов). Радикальная защита от "пляски" проводов не разработана (1971).

Опоры и поддерживающие провод конструкции защищают от атм. воздействия, а также от агрессивной биосферы(грибков, бактерий, насекомых) с помощью пропитки деревянных частей или антикоррозионных покрытий металлич. конструкций. Принимаются также спец. меры для защиты возд. линяй от пожаров на трассе, от падения деревьев, от снежных и каменных лавин, от весеннего ледохода (вблизи рек) и др. В частности, вдоль трассы линии устанавливается охранная зелёная зона шириной от 20 до 100 м в зависимости от значения рабочего напряжения.

Лит.: Щедрин Н. Н., Токи короткого замыкания высоковольтных систем, М.- Л., 1935; Глазунов А. А.. Глазунов А. А., Электрические сети и системы, 4 изд., М.- Л., 1960; Федосеев А. М., Основы релейной защиты, 2 изд., М.- Л., 1961; Гессен В. Ю., Аварийные режимы и защита от них в сельскохозяйственных электросетях, 2 изд., Л. -М., 1961; Андреев В. А. и Фабрикант В. Л., Релейная защита распределительных электрических сетей, М., 1965; Боровиков В. А., Косарев В. К.,Ходот Г. А., Электрические сети и системы, 2 изд., Л., 1968; Долгинов А. И., Техника высоких напряжений в электроэнергетике, М., 1968; Беркович М. А., Семенов В. А., Основы автоматики энергосистемы, М., 1968.

В. Ю. Гессен.