Воздействия современных предприятий, в частности энергетических на природную среду, как правило, носит комплексный характер, поскольку в технологических процессах современных производств находят применение физико-механические, физико-химические и химико-биологические процессы. Выявление и определение их качественных и количественных характеристик позволяет характеризовать функционирование природно-промышленных систем и по экологическим показателям, воздействующим на природную среду. Воздействия могут протекать в открытой и скрытой формах. Так. для открытых форм воздействий характерны выбросы (в атмосферу), сбросы (в гидросферу и литосферу) а для закрытых - поля электромагнитных и ионизирующих излучений, микроконцентрации вредных веществ, как то бенз(а)пирен, диоксины и др., находящиеся в выбросах производств в окружающую среду.

Воздействия производства на природную среду проявляются в природных компонентах в виде нарушений или загрязнения. Особо следует подчеркнуть тот факт, что человек в процессе техногенеза сам оказался объектом, который в первую очередь испытывает на себе последствия антропогенной негативной деятельности, проявляющейся в нарушениях и загрязнениях природной среды.

Определить воздействия объектов энергетики на природную среду и нооценозы можно по выбросам вредных веществ в атмосферу, сбросам в гидросферу, загрязнению и нарушениям в литосфере, а также шумовому, электромагнитному и ионизирующему излучению и др. показателям. При этом необходимы точные сведения по каждому источнику выработки энергии, например, по количеству отработавшего топлива атомных электростанций, о технологиях захоронения радиоактивных отходов и их контроле, о количествах токсичных тяжелых металлов, выбрасываемых в атмосферу при сжигании многих видов угля и мазута, оксидах серы и азота, диоксинах, бенз(а)пирене, токсичных показателях продукции безотходных производств и др. Говоря об альтернативных источниках энергии, необходимо четко анализировать и альтернативные виды отходов и их токсичность, а также ущербы, наносимые ими природной среде, обществу и средствам труда.

Взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии.

Одним из факторов воздействия угольных ТЭС на окружающую среду являются выбросы систем складирования топлива, его транспортировки, пылеприготовления и золоудаления. При транспортировке и складировании возможно не только пылевое загрязнение, но и выделение продуктов окисления топлива. По-разному (в зависимости от принятой системы золошлакоудаления) воздействует на окружающую среду удаление шлака и золы.

Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Так, крупные градирни в системе охлаждения конденсаторов ТЭС существенно увлажняют микроклимат в районе станции, способствуют образованию низкой облачности, туманов, снижению солнечной освещенности, вызывают моросящие дожди, а в зимнее время - иней и гололед. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимое для сжигания топлива.

Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушением климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Основными факторами воздействия ТЭС на литосферу являются осаждение на ее поверхности твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, потребление ресурсов литосферы в том числе вырубка лесов, добыча топлива, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель и лугов под строительство ТЭС и для устройства золоотвалов. Следствием этих преобразований является изменение ландшафта.

Гидроэлектростанции (ГЭС) также оказывают существенное влияние на природную среду, которое проявляется как в период строительства, так и при эксплуатации. Сооружение водохранилищ перед плотиной ГЭС приводит к затоплению значительной прилегающей территории (лесных и сельскохозяйственных земель, жилых поселков, месторождений полезных ископаемых) и влияет на рельеф побережья в районе сооружения ГЭС, особенно при ее строительстве на равнинных реках. Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывает изменения гидрохимического и гидробиологического режимов водных масс. При интенсивном испарении влаги с поверхности водохранилищ возможны локальные изменения климата: повышение влажности воздуха, образование туманов, усиление ветров и т. п.

Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилищ и воды, поступающей в нижний бьеф. Так, при глубинном заборе воды в нижний бьеф будет поступать холодная вода, Которая может угнетать там теплолюбивые растения и микроорганизмы, служащие питательной средой для подводного животного мира, что может привести к изменению видового состава ихтиофауны.

Сооружение ГЭС существенно влияет на ледовый режим водных масс: на сроки ледостава, толщину ледяного покрова и т. п.

При сооружении крупных водохранилищ ГЭС создаются условия для развития сейсмической активности, что обусловлено возникновением дополнительной нагрузки на земную кору и интенсификацией тектонических процессов.

Основной особенностью атомной станции является наличие ядерного реактора, в котором обеспечиваются поддержание регулируемой цепной реакции деления ядер атомов урана, тория и плутония и преобразование энергии, освобождающейся при этой реакции, в теплоту.

При нормальной эксплуатации АЭС дают значительно меньше вредных выбросов в атмосферу, чем ТЭС, работающие на органическом топливе. Так, работа АЭС не влияет на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере, не меняет ее химического состояния. Основными факторами загрязнения окружающей среды здесь выступают радиационные показатели. Радиоактивность контура ядерного реактора обусловлена активацией продуктов коррозии и проникновением продуктов деления в теплоноситель, а также наличием трития. Наведенной активности подвергаются практически все вещества, взаимодействующие с радиоактивными излучениями. Прямой выход радиоактивных отходов ядерных реакций в окружающую среду предотвращается многоступенчатой системой радиационной защиты.

Воздействие воздушных линий электропередач (ВЛ) на окружающую среду связано с отчуждением земли, сокращением сельскохозяйственных, лесных и охотничьих угодий (Таблица 4.1). ВЛ нарушают целостность полей и кормовых угодий, способствуют росту сорняков, создают помехи для обработки полей с воздуха, применения агротехники, орошения. Особенно большой ущерб наносится лесным угодьям, поскольку просеки под трассами линий полностью выводятся из хозяйственного оборота, увеличивается лесоповал (вдоль трасс линий). Периодические (1 раз в 5 лет) расчистки трасс линий механическим путем и с помощью гербицидов выводят из процесса воспроизводства кислорода в атмосферу Земли тысячи гектаров лесных угодий.

Таблица 4.1 - Характеристика воздушных линий электропередач

Показатель	Напряжение, кВ
	220	330	500	750	1150
Протяженность ВЛ, тыс. км.	116,4	29,4	38,1	0,2	1,3
Расстояние между крайними проводами, м	14	18,5	3,5	40	47
Ширина просеки, м	54	58,5	63,5	80	87
Отчуждение земли в лесных массивах, тыс. га. *	300	84	120	25	6

* При условии, что половина трассы ВЛ проходит в лесном массиве.

Электрические поля под линиями вызывают накопление зарядов и повышение потенциала по отношению к земле на изолированных от земли телах, в том числе на теле человека, в обуви, на теле копытных животных, на корпусах механизмов на резиновом ходу. Повышенный потенциал на теле человека и животных приводит к возникновению разрядов с тела на траву или ветви кустарников. Из-за малости токов такие разряды не опасны для организмов, однако они вызывают неприятные ощущения и могут стать причинами травмы вторичного характера вследствие потери внимания, нескоординированных, непроизвольных движений, испуга и т. п.

Система мер по снижению ущерба от ВЛ состоит из двух групп мероприятий:

1. Совершенствование конструкций воздушных линий электропередач с целью уменьшения площади, отчуждаемой под трассы линий, увеличения их пропускной способности и ограничения напряженности электрического поля под проводами линий.

Для реализации этих задач могут быть использованы следующие технические решения: уменьшение межфазных расстояний за счет проведения мероприятий по снижению расчетной кратности перенапряжения; применение тросов биозащиты; переход от традиционных к компактным линиям электропередач повышенной пропускной способности и сниженного экологического влияния; применение комбинированных электропередач, выполненных как многоцепнные электропередачи по типу «цепь под цепью» при условии сдвига векторов напряжения верхней и нижней цепей относительно друг друга; использование растительных массивов для обеспечения экологической безопасности линий.

2. Рациональное использование трасс линий электропередач: рекультивация и окультуривание земель, отведенных под трассу, с целью вовлечения их в сельскохозяйственный оборот, передача пользователям под покосы, для разведения овощных культур, под парниковое хозяйство; передача земель пользователям для созданий плантаций новогодних елок, выращивания технических и плодово-ягодных культур, а также кустарников, ветки которых систематически подрезаются и используются как корм для скота; передача земли для строительства ферм по разведению кур, уток, кроликов, нутрий и т. п.; передача земли под садовое строительство с соблюдением правил по сооружению жилых построек вблизи трасс ВЛ.

Акустический шум, влияющий на экологическую обстановку на трассе воздушных линий электропередач сверхвысокого напряжения (ВЛ СВН), является проявлением звукового эффекта интенсивной короны, особенно при дожде.

Вредное воздействие магнитного поля проявляется только при его допустимой напряженности при нахождении в 1,0-1,5 м от проводов фазы линий, т. е. опасно только при работах под напряжением.

Для персонала линий и подстанций СВН приняты следующие нормативы:

Допустимая напряженность 5 10 15 20 25

электрического поля, кВ/м

Допустимая продолжительность Нет 180 90 10 5

пребывания персонала, мин./сут.

Выполнение этих условий для ВЛ СВН с применением указанных выше средств защиты обеспечивает самовосстановление физиологического состояния организма в течение суток без остаточных реакций и функциональных или патологических изменений. На подстанциях СВН обеспечение допустимых напряженностей электрического поля достигается применением мер по экранированию рабочих мест.

Для персонала посторонних организаций и местного населения установлены следующие нормативы: 20 кВ/м для труднодоступной местности; 15 кВ/М для ненаселенной местности. Кроме того, нормируется допустимая напряженность на границах жилых застроек - 0,5 кВ/м, что допускает пребывание человека в электрическом поле по 24 часа в сутки.

Кроме указанных экологических воздействий, ВЛ являются также источником возникновения радиопомех и помех в высоковольтных каналах связи ВЛ. На их уровень влияют конструктивные параметры проводов, погодные условия и состояние поверхности проводов.

Особое место в экологии занимают экспертные оценки, в основу которых положены теоретические исследования и конкретная экспериментальная информация о состоянии различных компонентов в сообществах нообиогеоценозов, получения как лабораторными, так и натурными исследованиями.

Основной целью экспертных оценок, называемых чаще всего инженерно-экологической экспертизой, является всесторонняя оценка воздействия предприятия на природную среду, как на стадии утверждения проекта, функционирования предприятия, так и при его расширении, составление заключения и выработка решения для утверждения или отклонения проекта, дальнейшего функционирования предприятия, ограничения масштабов выпускаемой продукции или ликвидации; принуждение к установке или применению новых природоохранных мероприятий, модернизации существующих.

Инженерно-экологическая экспертиза выявляет вероятные экологические последствия строительства, функционирования и расширения предприятия в сравнении с желательным и допустимым состоянием природной и окружающей человека среды. Предприятие не должно сверхнормативно воздействовать на природную и окружающую человека среду, не должно препятствовать собственной работе и функционированию близлежащих предприятий, нарушал через окружающую их природную среду ход технологических процессов, наносить ущерб здоровью населения.

Инженерно-экологическая экспертиза включает оценку долговременного воздействия предприятия на природные ресурсы, природные Условия, факторы дальнейшего развития народного хозяйства и условия жизни людей обычно локального участка местности.

Проекты локального уровня (строительство отдельных небольших предприятий, электростанций, осушение болот, распашка земель и т.п.) подлежат отраслевой или территориальной экспертизе лишь в части разделов "Охрана природы". Целью этой экспертизы является оценка полноты представленного материала, правильности и точности выполненных обоснований и расчетов, убедительности принятых решений.

Раздел 5. СПЕЦИАЛЬНЫЙ

5.1 Грозозащита линий электропередачи

Линии электропередачи имеют большую длину, часто подвергается ударам молнии и нуждаются в надежной грозозащите. Как характеристики грозовой деятельности (число грозовых часов или дней в году, число и место ударов молнии в линии, параметры тока молнии) так и характеристики электрической сети (вольт-секундные характеристики изоляции, вероятность перехода импульсного перекрытия в электрическую дугу, ущерб народному хозяйству) имеют случайный характер с большой дисперсией. Эмпирические зависимости дают возможность оценить эффективность грозащиты типовых линий. На основании анализа опыта эксплуатации, лабораторных исследований и расчетов эмпирические формулы уточняются.

Известно, что линии длиной L км, со средней высотой подвеса ? м, принимает на себя удары молнии с площади 1 км2 - S = 2 X 3hL -10-3. Так как число ударов на 1 км2 на 1 грозовой час равно 0,067, то число поражений линии в год при n грозовых часах в году равно:

. (5.1)

Перекрытие изоляции линии произойдет в случае, если созданное ударом молнии напряжение превысит импульсную прочность изоляции:

(5.2)

где Pпер - вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии, вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу з также зависит отряда факторов.

Однако определяющее значение имеет градиент рабочего напряжения вдоль пути перекрытия. Общее число грозовых отключений линии в год:

(5.3)

Для сравнения грозоупорности различных линий обычно используется удельное число отключений линий (nоткл), т.е. число отключений линии длиной 100 км, проходящей в районе с числом грозовых часов в году n = 30:

(5.4)

В настоящее время невозможно с помощью экономически приемлемых средств создать абсолютно грозоупорные линии электропередачи. Задачей грозозащиты линий является уменьшение до экономически целесообразного предела число грозовых отключений, т.е. расходы на усиление грозозащитных мероприятий должны быть приведены в соответствие со стоимостью ущерба от грозовых отключений, который зависят от характера потребителя, наличия быстродействующего АПВ, степени резервирования линии.

При ударах молнии в землю у поверхности земли создается значительная напряжённость электрического поля, под действием которой на линии образуется индуктированное напряжение. Они возникают также при ударе молнии в трос или опору. Накладываясь на перенапряжения прямого удара, индуктированные напряжения увеличивают разность потенциалов на проводах. Их надо учитывать при больших токах молнии в тех случаях, когда удар молнии происходит поблизости от изоляции, которая может перекрыться. В общем виде механизм образования индуктированного напряжения представлен на рисунке 5.1.



Рисунок 5.1 - Механизм образования индуктированных перенапряжений

Когда заряды лидерного канала (большей частью отрицательные) опускаются по направлению к земле, на проводе появляются связанные (положительные) заряды. Благодаря малой скорости развития лидеров свободные (отрицательные) заряды растекаются по проводу, уходя из зоны влияния лидерного канала. Поле связанных зарядов провода уравновешивается полем лидера, и потенциал провода на этой стадии равен нулю (напряжение промышленной частоты не учитывается). После того как начинается стадия главного разряда поле канала нейтрализуется и связанные заряды освобождаются, обусловливая повышение потенциала провода - индуктированное перенапряжение.

Так как вероятность перекрытия изоляции при прямых ударах молнии гораздо больше, поэтому индуктированные перенапряжения не играют существенной роли для линии 110 кВ и выше.

Прямой удap молнии в линию без тросов.

На линиях без тросов подавляющее число грозовых разрядов поражает провода линии. Примой удар молнии в провода приводит к растеканию тока и в обе стороны по пораженному проводу (Рисунок 5.2). В месте удара включается волновое сопротивление, равное Zпр/2. Волновое сопротивление провода изменяется в пределах 400...500 Ом. Из-за волнового сопротивления канала молнии в этом случае ток молнии уменьшается в два раза по сравнению с током в хорошо заземленном объекте (I=Iм /2). Максимальное значение напряжения в месте удара:

(5.5)

На линии с металлическими опорами волна перенапряжения воздействует на изоляцию провода на опоре. Токи молнии 5... 10 кА (т.е. подавляющее большинство грозовых разрядов в линию) создают перенапряжения, достаточные для перекрытия гирлянды изоляторов, вплоть до высших классов номинального напряжения. На линиях с деревянными опорами (Рисунок 5.3) волна перенапряжения воздействует на изоляцию провода относительно земли по пути "а" и к расстоянию "б". Оба пути перекрытия содержат комбинацию воздушной фарфоровой изоляции с изоляцией дерева. Опыт эксплуатации показывает; что перекрытия происходят преимущественно между фазами (путь «б»). Удельное число отключений таких линий более чем в 6 раз

меньше, чем для линий с металлическими опорами, т.е. имеют значительно большую грозоупорность.

Рисунок 5.2 - Распределение токов при ударе молнии в провод



Рисунок 5.3 - Возможные пути перекрытия изоляции линии на деревянных опорах при ударе молнии в провод

Прямой удар молнии в линию с тросами.

Грозовые отключения линий с тросами могут происходить в следующих случаях:

1) прорыв молнии мимо тросовой защиты;

2) обратное перекрытие изоляции с троса на провод при ударе в трос под влиянием высокой разности потенциалов из изоляции, возникающей при больших номинальных значениях и крутизнах тока молнии.

Рисунок 5.4 - Распределение токов при прямом ударе молнии в опору с тросами

При этом рассматривается два предельных случая: удар в вершину опоры и удар в трос в середине пролета. Число ударов молнии в опору подсчитывается по эмпирической формуле:

(5.6)

где N - общее число ударов молнии в линию, определяемое по формуле 5.1;

l - длина пролета.

В месте удара молнии в опору (Рисунок 5.4) ток разветвляется. Большая часть тока стекает на землю через заземлитель пораженной опоры, а меньшая часть проходит по тросам, направляясь к заземлителям соседних опор. При этом на изоляции линии возникают следующие составляющие напряжения:

1) падание напряжения на заземлителе пораженной опоры

магнитная составляющая индуктированного напряжения;

электрическая на проводе, индуцированного напряжения;

напряжения на проводе, индуцированное токами в тросах;

составляющая рабочего напряжения.

По экспериментальным данным строят кривую опасных параметров. Эта кривая ограничивает область D сочетаний крутизны и максимального значения тока молнии, при которых происходит перекрытие изоляции линии (заштрихованная область).

При ударе молнии и середине пролета в трос через ближайшие опоры проходит ток Iоп ? Ім/2 и вероятность перекрытия оказывается пренебрежительной миной но сравнению с вероятностью прямого удара молнии непосредственно и опору. Расчеты показывают, что при обеспечении необходимо защитного угла б и подвеске сталеалюминевых проводов и стальных тросов с допустимыми для их материала и сечения тяжениями, расстояния трос - провод в пролете достаточны, чтобы вероятность перекрытия в пролете была исчезающее мала.

На основании вышеизложенного удельное число отключений линий с тросами вычисляется по формуле:

(5.7)

где hоп - высота опоры; h - средняя высота подвеса тросов; l - длина I пролета; Ра - вероятность поражения провода; Р2 - вероятность перекрытия изоляции опоры при ударе в опору; Р3 - вероятность перекрытия изоляции трос-провод при ударе в торс в середине пролета; Р4 - вероятность перекрытия изоляции опор при ударе в трос в середине пролета; з1 - вероятность образования устойчивой силовой дуги при перекрытии изоляции опоры; з2 - тоже при пробое воздушной изоляции в пролете.

Рекомендуемые способы грозозащиты линий.

Тросы на линии 220 кВ с железобетонными опорами подвешиваются на линейных изоляторах, что позволяет уменьшить токи однофазного КЗ, а также использовать тросы дополнительно к их основному назначению для релейной защиты и связи, электроснабжения ремонтных бригад, плавки гололеда. Изоляторы шунтируются искровыми промежутками, которые пробиваются или во время лидерной стадии разряда, или после удара молнии. Дуговое замыкание искровых промежутков переводит тросы в режим заземления. Двухцепные линии могут работать надежно при сопротивлении заземления 10 Ом только при наличии АПВ.

Линии 110 кВ на металлических и железобетонных опорах рекомендуется защищать тросом по всей длине. Эксплуатация одноцепных линий возможна только при наличии АПВ.

Линии 110 кВ на деревянных опорах никакой дополнительной грозозащиты не требуют, за исключением подвески тросов на подходах к подстанциям и установки трубчатых разрядников в начале подхода. Если на линии с деревянными опорами некоторые опоры выполнены металлическими или железобетонными (например, угловые и анкерные опоры; опоры, ограничивающие переход через реки и т.д.), то на этих опорах также должны устанавливаться трубчатые разрядники. Необходимость этого мероприятия вызвана тем, что изоляция этих опор имеет электрическую прочность, гораздо более низкую, чем изоляция деревянных опор, поэтому она будет перекрываться и приводить к отключению линии даже в тех случаях, когда изоляция деревянных опор останется неперекрытой. Трубчатые разрядники, самостоятельно гася дугу, предупреждают отключение линии.

Линии 35 кВ на металлических опорах обычно не защищаются тросами, поскольку эти линии работают в системе с изолированной нейтралью; такие линии, как было показано выше, имеют относительно небольшое число грозовых отключений, возникающих в результате двухфазных и трехфазных перекрытий.

Линии 35 кВ на деревянных опорах не требуют дополнительных мер грозозащиты, благодаря меньшим значениям градиента рабочего напряжения вдоль пути перекрытия эти линии имеют даже несколько более высокие показатели, чем линии 110 кВ на деревянных опорах.

Линии 3... 10 кВ не требуют особых мероприятий по грозозащите, за исключением установки трубчатых разрядников в местах с ослабленной изоляцией и на подходах к подстанциям. Эти линии выполняются на железобетонных и деревянных опорах. Последние обладают более высокой грозоупорностью за счет использования изоляции дерева. Хотя импульсная электрическая прочность изоляции таких линий сравнительно невысока, однако вероятность перехода импульсных перекрытий в силовую дугу не превышает 0,1. Для защиты опор линий З...10 кВ, в частности деревянных, от повреждений (расщепления) при грозовых перекрытиях изоляции, применяются защитные металлические спуски, бандажи и скобки.

5.2 Грозозащита станций и подстанций

По экономическим соображениям уровень изоляции подстанционного оборудования ниже уровня изоляции линий электропередач. Из этого следует, что с линий передачи на подстанцию могут набегать волны перенапряжении, опасные для подстанционного оборудования. Перекрытие изоляции электрооборудования подстанции связано с отключением части подстанции и возможным погашением целого района. Грозозащита подстанции должна быть существенно более надежной, чем грозозащита линий. Она включает в себя следующие обязательные виды защиты:

1) от прямых ударов молнии в подстанцию;

2) от перекрытий при ударах молнии в заземленные конструкции подстанции;

3) от волн, приходящих с линий;

4) от ударом молнии в подходы линии к подстанции.

Расчетное число лет безаварийной работы подстанции определяется:

(5.8)

где в - число прорывов молнии мимо молниеотводов;

в1 - число обратных перекрытий с заземлителя на установку;

в2 - число высоких потенциалов, вызванных волнами набегающими с линии.

Учитывая, что поражаемость 1 км2 расчетной площади равна 0,067 за один грозовой час, получаем число ударов в молниеотводы подстанции при средней грозовой деятельности 30 грозовых часов:

где а - ширина подстанции;

в - длина;

? - высота молниеотвода.

В целях экономии металла и упрощения устройства ОРУ молниеотводы устанавливаются на конструкциях подстанции, осветительных мачтах и крышах зданий. Однако, при такой установке вследствие удара молнии может возникнуть перекрытие гирлянды из-за высокого импульсного напряжения между опорой и проводом; или перекрытие может произойти по воздуху между молниеотводом и оборудованием. Возникает также опасность пробоя в земле между заземлением отдельно стоящего молниеотвода и заземлителем всей подстанции. Для защиты от этих перекрытий необходимо иметь малое импульсное сопротивление заземления молниеотводов и соответствующую импульсную прочность гирлянд изоляторов и воздушных промежутков.

Для подстанции 35 кВ приемлемый показатель грозоупроности
не может быть обеспечен при высоком удельном сопротивлении грунта.
В этом случае предусматривают отдельно стоящие молниеотводы с обособленными заземлителями, которые электрически не связаны с заземлителем подстанции (Рисунок 5.5).

Потенциал индивидуального заземлителя не должен превышать
пробивного напряжения в земле между заземлителем молниеотвода и заземлителем ОРУ.

При отдельно стоящих молниеотводах не рекомендуется присоединять тросы к порталам подстанции, а защита последнего пролета производится стержневыми молниеотводами. Особую трудность представляет защита от перекрытий изоляции обмоток трансформатора 6...35кВ. При невозможности установки отдельно стоящих молниеотводов приходится устанавливать их на трансформаторном портале. Необходимо при этом выдерживать расстояние вдоль заземляющей полосы от молниеотвода до корпуса трансформатора 20...40 м и возможно ближе к трансформатору установить РВ, присоединив их к заземлению между молниеотводом и трансформатором. Набегающая на подстанцию с линии волна перенапряжения под действием импульсной короны имеет сглаженный фронт волны с максимальной амплитудой, не превышающей разрядного напряжения изоляции линии. Защита подстанционной изоляции линии. Защита подстанционной изоляции от этих волн осуществляется вентильными разрядниками.

Рисунок 5.5 - Пути обратного перекрытия с отдельно стоящих молниеотводов на заземлитель и оборудования подстанции

1 - заземлитель молниеотвода; 2 - заземлитель подстанции.

Рисунок 5.6 - Простейшая расчетная схема для определения перепада напряжения между РВ и изоляцией Р

Если разрядник установлен рядом с изоляцией (несколько метров), то напряжение на изоляции (С) равно напряжению на изоляцией (С) равно напряжению на РВ. Так как характеристики РВ скоординированы с импульсными характеристиками и изоляции, то июляция защищена от грозовых перенапряжений. Но на подстанциях разрядник должен защищать всю изоляцию ОРУ, в общем случае находящуюся на расстоянии l от разрядника (Рисунок 5.6). Между РВ и изоляции возникает перепад напряжения Дu, зависимость которого от параметров схемы и волны рассмотрены на схеме (Рисунок 5.7). Набегающая волна имеет косоугольную форму с фронтом длиной tфр и крутизной (фронта a=u0/tфр. Волновой процесс в схеме разделяется на две стадии до и после срабатывания РВ.

Рисунок 5.7 - Кривые напряжения на разряднике up и изоляции uc

До срабатывания РВ волна проходит мимо него без преломления. Напряжение на емкости:

(5.9)

где T=zC. Емкость С сглаживает фронт волны.

Напряжение на РВ до прихода отраженной от емкости волны, т.е. до момента , изменяется по закону uр=2at. При t>2ф напряжение и находится наложением волны 2at и отраженной волны от емкости волны. Максимальное напряжение на емкости (изоляции), определенное по пробивному напряжению РВ (uпр) равно:

(5.10)

Значение Дu определяется построением на рис. 14.3. В случае uпр<u* напряжение на изоляции не достигнет uпр. В этом оказывается благоприятный эффект емкости С. При времени t>t* напряжение на изоляции уже выше uпр. По мере заряда емкости перепад напряжения стремится к значению:

. (5.11)

Из этого следует, что Дu тем меньше, чем меньше крутизна набегающей волны (а) и расстояние l, а также чем больше емкость защищаемой изоляции. Таким образом, разрядник на подстанции имеет определенную зону защиты, зависящую от характеристик изоляции и РВ и параметров набегающей волны.

При прямом ударе молнии в провода или при обратном перекрытии в месте удара возникает волна, фронт которой может быть принят практически прямоугольным. После пробега расстояния L фронт волны под действием импульсной короны удлиняется с нулевого значения по длине:

, (5.12)

где u0 - амплитуда набегающей волны;

В - эмпирический коэффициент.

Крутизна фронта при этом снижается с ? до a=u0/tфр. После подстановки (5.12), получим:

(5.13)

Предположим, что при выбранном месте установки РВ на подстанции, т.е. при заданных расстояниях l от РВ до изоляции, расчетом установлено, что расчетная "а" набегающей волны не должна превышать адоп. Тогда из (5.7) находим расчетную длину, так называемой, опасной зоны на линейном подходе, т.е. зоны, в которой не допустимо появление прямоугольной волны:

(5.14)

где с=300 м/мкс;

В-выражено в 1/кВ;

адоп выражено в кВ/мкс.

Следовательно, для того чтобы ограничить ток через РВ и тем самым обеспечить его успешную работу, необходимо исключить прямые удары в провода линии вблизи подстанции или резко уменьшить вероятность таких ударов. С этой целью участки линий длиной 1 ...3 км, примыкающие к подстанции (подходы), должны защищаться от прямых ударов тросовыми молниеотводами. Если линия защищена тросами по всей длине, то на прилегающих к подстанции "подходах" особенно тщательно выполняются требования грозозащиты (малые углы защиты тросов, низкие сопротивления заземления опор).

Принципиальные схемы грозозащиты подстанций приведены на рисунке 5.8. Схема на рисунке 5.8.а относится к случаю, когда подходящая к подстанции линия выполнена на деревянных опорах без троса, который подвешивается только в пределах защищенного подхода. Так как на деревянных опорах спуски от тросов к заземлителям располагаются на стойках,

прочность изоляции относительно земли опоры с тросами существенно снижается. Например, для линии 110 кВ изоляция (гирлянда и участок траверсы длиной 2 м) имеет прочность около 850. ..900 кВ, что приблизительно в 3 раза меньше среднего разрядного напряжения обычных деревянных опор, т.е. защищенный подход является местом с ослабленной изоляцией, поэтому в его начале на каждой фразе устанавливаются трубчатые разрядники PT1. На вводе подстанции иногда устанавливается второй комплект трубчатых разрядников РТ2 или РВ, который принципиальной роли в грозозащите подстанции не играет и служит для защиты линейного выключателя в тех случаях, когда он разомкнут, а линия находится под напряжением.

Схема грозозащиты линий на металлических опорах, защищенных тросами по всей длине (Рисунок 5.8.6), отличается от схемы на рисунке 5.8.а только тем, что отпадает необходимость в установке разрядников РТ.

На мощных и отечественных гидростанциях применяются схемы, в которых связь ОРУ с трансформаторами осуществляется длинными кабелями ВН. Влияние кабеля на защитную зону РВ рассмотрим на схеме (Рисунок 5.9).

Набегающая волна испытывает в месте перехода в кабельную линию преломление. Вследствие малого переходного сопротивления кабеля (Zк==15...25 Ом) амплитуда волны снижается в 5... 10 раз. Следовательно, в первый момент кабель играет роль разрядника с малым сопротивлением. На конце кабеля амплитуда волны удваивается, но не достигает опасных значений. В процессе многократных отражений волн на кабельном участке кабель можно заместить емкостью:

(5.15)

где vк=150 м/мкс;

lк - длина кабеля, м.

Рисунок 5.8 - Принципиальная схема грозозащиты подстанции

а - линия на деревянных опорах с защищаемым подходом; б - линия с тросами по всей длинне

Рисунок 5.9 - Защита трансформаторов с кабельными вводами

В момент срабатывания РВ напряжение на трансформаторе определяется:

, (5.16)

где uпр- импульсное пробивное напряжение РВ;

u0 - падающая волна;

zк и z1 - волновые сопротивления кабеля и линии.

Разряд большой емкости кабеля через РВ приводит к прохождению через РВ больших импульсных токов, доходящих до 10... 15 кА. При большом числе кабелей на подстанции или их большой длине емкость Ск может ограничить амплитуду волны до безопасных пределов и РВ срабатывает.

Оборудование на подстанциях имеет импульсные разрядные напряжения, скоординированные с характеристиками РВ при условии установки оборудования на высотах до 1000 м над уровнем моря. С увеличением высоты импульсные разрядные напряжения внешней изоляции снижаются. Поэтому необходим выпуск специального оборудования или РВ с улучшенными защитными характеристиками. Защита оборудования облегчается благодаря тому, что токи молнии, а следовательно, и токи РВ существенно снижаются с высотой.

При отсутствии специального оборудования возможна защита подстанции защитными промежутками или РТ Разрядные напряжения ПЗ и РТ при снижении атмосферного давления снижаются в той мере, как и внешней изоляции, так что необходимая координация изоляции сохраняется. В том случае РВ могут служить для снижения коммутационных перенапряжений и тем самым предотвращать частые срабатывания ПЗ и РТ.

При воздействии волн перенапряжений на одну из обмоток трансформатора в других обмотках наводятся опасные напряжения. Для защиты от них в некоторых случаях ставят РВ, присоединяемых непосредственно к выводам как со стороны ВН, так и со стороны СН. Разрядники устанавливаются также между концами регулировочной обмотки автотрансформатора. При грозозащите столбовых подстанций и РУ 6... 10 кВ подвеска тросов на ВЛ оказывается неэффективной вследствие слабой изоляции линии и большой вероятности обратного перекрытия. Обычно устанавливают на ближайших двух - трех опорах РВ, ТР или вакуумных разрядников.

В настоящее время широко применяются подстанции 35...220 кВ на отпайках от проходящих линий. Такие подстанции имеют до двух трансформаторов и минимальные размеры. Устанавливают РВ в непосредственной близости (до 5... 10 м) от каждого трансформатора и ограничиваются тросовой защитой только собственно отпайки (длина 100...200 м). Устанавливают два комплекта РТ на отпайках или на линии в обоих направлениях на расстоянии 100...200 м от подстанции. При напряжении 110 кВ и ниже вместо вентильных разрядников возможна установка ТР на каждом питающем направлении переключательного пункта. В упрощенных схемах защиты комплексных подстанций, присоединенных к транзитным линиям без тросов посредством отпаек различной длины (Рисунок 5.10) на подходе ограничиваются установкой ТР1 на расстоянии 150...200 м от шин подстанций. Второй разрядник РТ2 ставится для защиты линейного разъединителя в том случае, если разомкнутая линия может длительно находится под напряжением со стороны противоположной подстанции.



Рисунок 5.10 - Упрощенные схемы комплектных подстанций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электроснабжение нефтяного промысла с расчетной нагрузкой 6795 кВА осуществляется по двум воздушным линиям на напряжения 110 кВ. Воздушная линия выполнена из провода марки АС- 70 на железобетонных опорах протяженностью 25 км.

Предусматривается установка понижающей подстанции с двумя трансформаторами мощностью каждый по 10000 кВА. Схема подстанции выполнена на напряжение 110 кВ с отделителями и короткозамыкателями, так же на высшем напряжении применяем разъединители РНДЗ- 110/ 630У1.

На высшем напряжение предусмотрена перемычка для параллельной работы трансформаторов в случае аварийного выхода из строя одной из линии.

На низшем напряжении 10 кВ предусмотрены распределительные устройства КРУН- К- 37. От подстанции отходят 8 отходящих линии.

Все трансформаторы, промысловая сеть, секционная ячейки, ячейка ввода защищены релейной защитой. На всех присоединениях предусматривают устройства автоматики АПВ и АВР. Для питания собственных нужд и вспомогательных нагрузок предусматривается установка каждой секции шин 10 кВ одного силового трансформатора мощностью 25 кВА.

Для защиты эксплуатационного персонала предусматривается заземляющие устройства. Обслуживание подстанции осуществляет эксплуатационным персоналом численностью 2 человека:

· 1 электромонтер 5 разряда;

· 1 электромонтер 4 разряда со среднемесячной заработной платой в размере 37675 тенге.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Энергоатомиздат 1985г.

2. Руководство материалы по проектированию электроснабжения. 1981 г.

3. А.А. Федоров. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию том I и II. Энергоатомиздат 1987г.

4. Б.Неклепаев «Электрическая часть электростанции и подстанции. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования».

Энергоатомиздат 1989 г.

5. А.Д. Смирнов. Справочная книжка энергетика. Энергоатомиздат 1984г.

6. В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию. Высшая школа

1991г.

7. В.В. Михайлов. и др. «Энергетика нефтяной и газовой промышленности».

Недра 1982.

8. С.Г.Блантер. И.И.Суд. «Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности». Недра 1980г.

9. Б.Ю. Липкин. «Электрооборудование промышленных предприятий и установок». Высшая школа 1972г.

10. Б.Ю. Липкин. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок». Высшая школа 1990г.

11. Н.Н. Синягин.и др. «Система ППР оборудование и сетей промышленной энергетики». Энергоатомиздат. 1984г.

12. Ю.Д. Сибикин. В.А. Яшков. «Электроснабжение предприятий и установок нефтяной промышленности». Недра 1983 г.

13. Б.А. Князевский. Б.Ю. Липкин. «Электроснабжение промышленных предприятий». Высшая школа 1986 г.

14 В.А. Яшков. «Электроэнергетика Прикаспийского региона РК». - Алматы: Гылым,2000. - 144 с

15 В.А.Яшков, Г.Г.Трофимов, Д.Н.Турганов. «Надёжность функционирования систем электроснабжения». Алматы: Гылым, 2001.-128 с

16 П.В. Куцын «Охрана труда в нефтяной и газовой промышленности». М.: Недра, 1987 - 247 с.

17 В.М.Блок, Г.К.Обушев и др. «Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических спец. вузов2., - М. : Высшая школа., 1990. - 383 с.

18 А.А.Федоров, В.В.Каменева «Основы электроснабжения промышленных предприятии»: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с., ил.

19 Б.Г.Меньшов, И.И.Суд, А.Д.Яризов «Электрооборудование нефтяной промышленности». - М.: Недра, 1990. - 365 с

20 Р.Я.Исакович, В.Е.Попадько «Контроль и автоматизация добычи нефти и газа». - М.: Недра, 1985. - 365 с.

Размещено на Allbest.ru