Молниезащита и электромагнитная защита оборудования РЗА, АСКУЭ и связи на энергеобъектах

Опыт компании ООО «ЭЗОП» в разработке технических решений, направленных на решение проблем электромагнитной совместимости (ЭМС) микропроцессорной (МП) аппаратуры на электрических станциях (ЭС) и подстанциях (ПС), показал, что одной из наиболее сложных и затратных задач является защита от вторичных проявлений молниевых разрядов. В первую очередь это касается объектов, расположенных в районах с высоким удельным сопротивлением грунта — от 100-500 Ом•м и выше.

Причиной такой ситуации являются следующие факторы.

1. Высокая амплитуда тока молнии (до 100 кА, в отдельных случаях даже больше), даже по сравнению с ударными токами к.з.
2. Сравнительно высокая частота поражения ЭС и ПС молниевым разрядом (до нескольких раз в год для ПС большой площади в районах со средней и высокой грозовой активностью). Наличие на территории ПС высотных объектов (например, радиомачт) способно значительно увеличить частоту поражений.
3. Снижение общей эффективности заземляющих устройств (ЗУ) на частотах молниевого импульса. Поскольку полное сопротивление протяженных заземлителей возрастает с ростом частоты, заземляющие устройства ПС и ЭС не обеспечивают эффективного выравнивания потенциалов на частотах молниевого импульса, даже если на промышленной частоте такое выравнивание оказывается удовлетворительным.

Вторичные проявления молниевого разряда и их влияние на оборудование РЗА, АСУ, АСКУЭ и связи на ЭС и ПС

Под вторичными проявлениями молниевых разрядов понимаются перенапряжения, приложенные к изоляции вторичных цепей, а также электромагнитные помехи, воздействующие на аппаратуру РЗА, АСУ, АСКУЭ и связи, при ударе молнии в существующие молниеотводы объекта.

При этом, как правило, не рассматриваются случаи прорыва молнии через существующую систему защиты от прямого удара. Это, кстати, не всегда корректно — в настоящее время, согласно СО153-34.21.122-2003, молниезащиту ЭС и ПС часто проектируют с надежностью 0,9. Легко показать, что для многих ПС это означает, что среднее количество прорывов молнии будет неприемлемо высоким — иногда чаще 1 раза в 10 лет. При рассмотрении вторичных проявлений молниевых разрядов необходим вероятностный подход. Так, например, обычно экономически нецелесообразно выполнять дорогостоящую систему защиты от вторичных проявлений молнии для ПС, повреждение аппаратуры на которой возможно раз в 100-200 лет при среднем сроке службы оборудования 30-50 лет.

При этом необходимо помнить и о том, что даже при оптимально построенной системе защиты от вторичных проявлений молнии, невозможно гарантировать 100 %-ную защиту МП аппаратуры и ее цепей при молниевых разрядах.

Например, при гарантированной защите МП аппаратуры для тока молнии 100 кА аппаратура может быть выведена из строя при токе молнии 200 кА, хотя вероятность такого события очень мала.

Источниками вторичных проявлений молниевых разрядов являются разности потенциалов, возникающие между различными элементами ЗУ ПС (ЭС) при протекании через ЗУ тока молнии, а также импульсные магнитные поля, создаваемые током молнии. Как показывают эксперименты и расчеты, разность потенциалов, возникающая между различными элементами заземляющего устройства ПС (или ЭС) при ударе молнии может составлять до нескольких сотен киловольт. Разность потенциалов, возникающая при молниевом разряде между заземлением, например, релейного зала и заземлением электроаппаратов, расположенных на ОРУ, будет приложена либо напрямую к входам аппаратуры, цепи которой проходят между ОРУ и релейным залом, либо к изоляции соответствующих вторичных цепей.

Подобная ситуация может наблюдаться даже на ПС и ЭС, спроектированных без явных нарушений существующей НТД, касающейся защиты вторичных цепей.

В частности, это возможно даже в том случае, если трассы прокладки вторичных цепей проходят не ближе 10 м от заземлителей конструкций с молниеприемниками согласно РД 34.20.116-93. Например, на одной из ПС 500 кВ, расположенной в Сибири (удельное сопротивление грунта ~120 Ом•м, линейный размер ОРУ 500 кВ более 500 м), разности потенциалов, приложенные к изоляции вторичных цепей и входам МП аппаратуры, при молниевых разрядах могут достигать нескольких десятков киловольт.

В частности, при разряде в молниеприемник на входном портале разность потенциалов между трансформатором напряжения (расположенном в 15 м от портала) и ОПУ (единый центр управления) составит ~50 кВ.

Следует учитывать, что, помимо воздействия помех через вторичные цепи, сама МП аппаратура может быть подвержена воздействию импульсного магнитного поля, создаваемого током молнии. Как правило, максимальные уровни напряженности импульсного магнитного поля наблюдаются, когда здания или помещения с МП аппаратурой размещаются вблизи (на расстояниях менее 15-20 м) от конструкций с молниеприемниками.

При этом напряженность магнитного поля может превышать 1000 А/м, то есть максимальный уровень устойчивости МП аппаратуры к импульсным магнитным полям, регламентируемый ГОСТ 50649-94

. Кроме того, источниками импульсного магнитного поля (индуцированного током молнии) могут служить естественные и искусственные заземлители, проходящие в непосредственной близости от мест размещения МП аппаратуры и связанные с заземлением элементов молниезащиты. Так, например, при протекании части тока молнии по проводным коммуникациям, заходящим на конструкции с молниеприемниками (кабели питания прожекторов на молниеотводных мачтах или кабели радиосвязи на антенных опорах) внутрь зданий с МП аппаратурой, могут генерироваться поля, значительно превышающие уровень устойчивости аппаратуры.

При этом протекание даже десятой части тока молнии (при общем токе молнии 100 кА, согласно СО 153-34.21.122-2003 и МЭК 62305) по проводным коммуникациям внутри здания может приводить к генерации полей выше 1000 А/м за счет малого расстояния между источником поля и МП аппаратурой.

Особо следует отметить, что МП аппаратура, установленная или устанавливаемая на ПС (ЭС), не всегда испытана на устойчивость к импульсным магнитным полям напряженностью 1000 А/м.

Чаще всего максимальный уровень устойчивости МП аппаратуры соответствует 300 А/м (4-й класс жесткости согласно ГОСТ 50649-94). Кроме того, в опубликованном недавно ГОСТ 51317-6.52006 (где изложены требования к МП аппаратуре, устанавливаемой на ЭС и ПС) не указаны требования устойчивости МП аппаратуры к импульсным магнитным полям (что, вероятно, является недостатком указанного ГОСТа). Поэтому, дополнительной защите МП аппаратуры от импульсных магнитных полей следует уделять повышенное внимание.

Кроме прямого воздействия на аппаратуру, импульсные магнитные поля способны также создавать наводки во вторичных цепях (особенно выполненных неэкранированным кабелем).

Предельно допустимые значения вторичных проявлений молниевого разряда

Необходимо добиться того, чтобы максимальные разности потенциалов, которые могут быть приложены к входам МП аппаратуры при молниевых разрядах, не превышали 4 кВ.

Эта величина (4 кВ) выбрана на основе требований ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95) для аппаратуры, испытанной по 4-й степени жесткости на устойчивость к микросекундным импульсным помехам.

Максимальные разности потенциалов, прикладываемые к изоляции вторичных цепей, не должны превышать 6 кВ (согласно требованиям ГОСТ 50571.19-2000 [4] для импульсного сопротивления категории IV). Кроме того, максимальные импульсные магнитные поля в местах размещения МП аппаратуры не должны превышать 300 А/м (ГОСТ 50649-94).

Общий подход к защите от вторичных проявлений молниевого разряда в условиях ЭС и ПС

На первый взгляд, кажется естественным использовать для подавления помех во вторичных цепях устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), а всю аппаратуру размещать в экранирующих шкафах. Принцип работы УЗИП основан на использовании нелинейных элементов (разрядников, варисторов, шунтирующих диодов) и аналогичен принципу работы ОПН в первичных цепях.

Однако установка УЗИП во все цепи, проходящие по территории ОРУ, как правило, оказывается слишком затратным решением.

Так, например, даже на небольшой ПС будет необходимо установить по меньшей мере несколько сотен УЗИП общей стоимостью от нескольких сот тысяч до нескольких миллионов рублей (в зависимости от количества устройств и цен фирмпроизводителей). То же самое касается экранирования: хотя аппаратуру, не требующую постоянного обслуживания (например, терминал РЗА), вполне реально разместить в экранирующем шкафу, то с экранированием оборудования на ГЩУ (например, АРМ диспетчера) могут возникнуть серьезные проблемы.

В такой ситуации возникает необходимость реализации комплексного подхода к решению проблемы ЭМС МП аппаратуры, в том числе — в части защиты от вторичных проявлений молнии.

Суть такого комплексного подхода состоит в том, чтобы обеспечить максимальное подавление помех за счет оптимизации компоновки объекта с учетом факторов ЭМС, создания оптимальной конфигурации систем молниезащиты и заземления, подобающего выбора типа и способа прокладки кабелей вторичных цепей.

При этом требуемый уровень защиты достигается без массового применения УЗИП и других специальных средств помехоподавления. Помимо защиты от вторичных проявлений молнии, должны быть решены вопросы защиты МП аппаратуры и ее цепей от помех другой природы, например от перенапряжений и магнитных полей, возникающих при к.з.

В полном объеме такой подход может быть реализован при новом строительстве или комплексном техническом перевооружении объектов. Однако даже на существующих ЭС и ПС есть возможность значительно снизить риск воздействия вторичных проявлений молнии, не прибегая к дорогостоящим средствами помехоподавления.

Оптимизация компоновки объекта с учетом требований ЭМС

Классическая компоновка большинства подстанций 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 релейного щита (РЩ) заключается в следующем. Вместо создания единого РЩ энергообъекта (классическая компоновка) предлагается устанавливать несколько отдельных помещений релейных панелей непосредственно на территории ОРУ.

В таких помещениях предполагается размещение МП аппаратуры нижнего уровня (в первую очередь, РЗА), отвечающей за одну или несколько ячеек первичного оборудования.

При этом 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).

По условиям защиты МП аппаратуры и ее цепей от перенапряжений, вызванных молниевыми разрядами, концепция распределенного РЩ является наиболее выгодной. Основным недостатком классической компоновки ПС является возможность появления значительных разностей потенциалов между электроаппаратами на ОРУ и ОПУ как при молниевых разрядах на территорию ПС, так и при к.з.

Кроме того, общая длина кабелей вторичных цепей в классической компоновке значительно больше (длина отдельных цепей может достигать 500-600 м), чем при применении концепции распределенного РЩ.

При расположении блоков РЩ непосредственно на ОРУ значительно уменьшаются расстояния между аппаратурой РЗА и электроаппаратами. Соответственно, длина кабелей вторичных цепей может быть уменьшена в несколько раз. Все это приводит к значительному уменьшению разностей потенциалов (которые будут приложены к изоляции вторичных цепей и входам МП аппаратуры), возникающих при молниевых разрядах и к.з. в высоковольтных сетях.

Однако у классической компоновки ПС есть достоинства, связанные с размещением МП на большем (чем при применении распределенного РЩ) расстоянии от источников электромагнитных помех: первичного оборудования и молниеприемников.

Поэтому по условиям влияния полей непосредственно на аппаратуру определенными преимуществами обладает традиционная компоновка. Тогда как при применении концепции «распределенного РЩ» следует, как правило, обеспечивать достаточное экранирование МП аппаратуры в релейных блоках.

Распространенной проблемой при использовании концепции «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 в большинстве случаев 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.

Следует отметь, что при всей ее привлекательности, реализовывать концепцию распределенного РЩ целесообразно далеко не на всех объектах. На некоторых объектах возможно использование «промежуточной концепции», например, по одному ОПУ/РЩ на каждое ОРУ. Применение концепции распределенного РЩ оказывается наиболее целесообразным на объектах большой площади. Естественно, что принятие решения о выборе такой компоновки должно происходить на стадии проектирования нового объекта или комплексного технического перевооружения существующего. Разумеется, при принятии решения о компоновке следует руководствоваться не только соображениями молниезащиты и ЭМС, но целым комплексом факторов.

Расчеты и имитационные измерения на ПС, где концепция распределенного РЩ успешно реализована (ПС 500 кВ в Центрально-Черноземном районе России), показали, что применение этой концепции позволяет снизить разность потенциалов (которая может быть приложена к входам МП аппаратуры) в несколько раз по сравнению с традиционной компоновкой.

Так, при установке контейнеров РЩ на ОРУ 220 кВ (линейный размер которого ~350-400 м) максимальная импульсная разность потенциалов, которая может быть приложена к входам МП аппаратуры, уменьшилась до 10 кВ, тогда как при классической компоновке такая разность составила бы 25 кВ.

Оптимизация схем молниезащиты и заземления ПС

В настоящее время на большинстве ПС применяется такая схема молниезащиты, при которой в качестве опор для молниеприемников в большинстве случаев используются порталы. К достоинствам такого варианта следует отнести сравнительно небольшую высоту молниеотводов (что снижает риск поражения ПС молнией) и возможность установки большого числа таких молниеотводов без существенного удорожания проекта. Основным недостатком такой схемы является близость заземления молниеприемников и первичного оборудования (и, соответственно, трасс прокладки вторичных цепей).

Как правило, такая схема может применяться без существенных проблем на объектах, имеющих сравнительно небольшие размеры и размещенных в районах с невысоким удельным сопротивлением грунта (не более 30-50 Ом•м).

Однако на больших объектах, тем более размещенных в районах с повышенным сопротивлением грунта, такая схема молниезащиты часто приводит к проблемам при защите МП аппаратуры и ее цепей от вторичных проявлений молниевых разрядов (особенно при использовании традиционной компоновки).

Для того, чтобы определить основные принципы построения систем молниезащиты и заземления ПС (ЭС), были проведены расчеты распределения потенциалов по элементам заземляющего устройства энергообъекта при молниевом разряде для различных вариантов схем молниезащиты и заземляющего устройства.

Основная идея предлагаемой системы молниезащиты состоит в том, чтобы максимально удалить молниеприемники и их заземлители от трасс прокладки вторичных цепей. При этом молниеотводные мачты должны располагаться по периметру ячеек ОРУ объекта, желательно за его пределами. В качестве таких элементов молниезащиты могут выступать оконечные опоры ВЛ, радиомачты, мачты освещения и т.п.

В этом случае, естественно, высота мачт (а при необходимости и опор ВЛ) должна быть увеличена, исходя из необходимости перекрытия оборудования объекта зоной молниезащиты.

Для увеличения зоны перекрытия могут быть также использованы тросовые молниеотводы. На объектах большего размера (например, ОРУ 330 кВ и выше) применение подобных решений дает максимальный эффект в сочетании с концепцией «распределенного РЩ» (рис. 1). В этом случае молниеотводы размещаются по периметру территории, «обслуживаемой» одним РЩ — на максимально возможном расстоянии от трасс прокладки вторичных цепей и аппаратов, к которым они подходят.

Схемы заземления молниеотводных мачт

Вначале рассмотрим вариант, когда молниеотводные мачты имеют обособленные заземлители, не связанные с общим заземляющим устройством объекта. Указанный вариант эффективен для ПС (ЭС), размещенных врайонах с низким удельным сопротивлением грунта (не выше 30-50 Ом•м). Однако для грунтов с высоким удельным сопротивлением такой подход не применим: при токе молнии 100 кА потенциал на заземлении мачт может достигать нескольких мегавольт (например, при удельном сопротивлении грунта ~300-400 Ом•м и выше). В этом случае возможно перекрытие (вторичный молниевый разряд) на электроаппараты на территории объекта даже на расстояние в несколько десятков метров. Таким образом, при размещении молниеотводных мачт на достаточном (по условиям отсутствия вторичного молниевого разряда) расстоянии от объекта необходимая высота самих мачт значительно возрастает (до 60-70 м и более). Установка таких молниеотводов может оказаться еще более затратной, чем установка УЗИП во все вторичные цепи.

Существенно уменьшить потенциал на заземлении молниеотводной мачты в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением можно только одним способом — соединить заземлитель молниеотвода с заземляющим устройством (ЗУ) другого объекта. При этом соединение с общим 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) (рис. 2). При этом, чтобы связи между заземлителями мачт были более эффективны (учитывая высокочастотный спектр тока молнии), необходимо использовать не одну, а минимум две параллельные связи (см. рис. 2, а).

Такая схема молниезащиты и заземления позволяет добиться снижения максимальных разностей потенциалов между различными элементами ЗУ ПС (ЭС) до 4-6 кВ.

Однако в некоторых случаях описываемый способ заземления и молниезащиты может оказаться неприемлемым. Такая ситуация наблюдается, например, когда ВЧ-связь осуществляется по грозотросам, при размещении на молниеотводах цепей освещения, радиосвязи, а также при защите отдельных ячеек (например, при применении концепции распределенного РЩ, когда молниеприемники размещены по периметру групп ячеек), ЗУ которых связано с единым ЗУ ЭС (ПС). В этом случае неизбежно соединение молниеприемников с ЗУ ПС. Тогда схема заземления молниеотводных мачт может быть изменена следующим образом (см. рис. 2, б). Заземлитель молниеотводных мачт, проложенный по периметру защищаемой территории, соединяется с общим контуром заземления ПС (ЭС) таким образом, чтобы места присоединения были:

• во-первых, равноудалены от молниеотводных мачт;
• во-вторых, находились на максимально возможном расстоянии от ОПУ, релейных блоков или других мест размещения микропроцессорной аппаратуры, а также трасс прохождения вторичных цепей;
• в-третьих, располагались по возможности в противоположных частях защищаемой ПС (ЭС) или группы ячеек.

Следует отметить, что выбор той или иной схемы молниезащиты и заземления зависит от особенностей конкретных объектов. При разработке схем необходимо учитывать множество факторов, таких как трассы прокладки вторичных цепей, количество цепей, подходящих к той или иной группе электроаппаратов, удельное сопротивление грунта, геометрия объекта. Обязательно должны учитываться вопросы защиты людей и животных от импульсных напряжений шага и прикосновения всоответствии с МЭК 62305 (особенно в тех случаях, когда заземлители молниезащиты пересекают места вероятного нахождения персонала).

Предложенная методика была применена при разработке рекомендаций по решению проблем ЭМС на существующих и проектируемых объектах.

На рис. 3 показаны существующая и рекомендуемая схемы ЗУ находящейся в эксплуатации ПС 110 кВ. Для существующей схемы ЗУ ПС максимальная разность потенциалов, возникающая при молниевых разрядах между электроаппаратами (например, аппаратами, расположенными у входных порталов) и РЩ (на рис. 3, а — в здании ЗРУ 6 кВ), составит 65 кВ. При выполнении рекомендаций разность потенциалов (прикладываемая к входам МП аппаратуры и изоляции вторичных цепей) уменьшается примерно в 6 раз. В этом случае разность потенциалов составит ~11 кВ.

Экранирование вторичных цепей и МП аппаратуры

Как видно из приведенного примера, применение концепции распределенного РЩ или описанной выше методики построения системы молниезащиты не всегда позволяют снизить разности потенциалов, возникающие при молниевых разрядах, до полностью безопасного для МП аппаратуры уровня. В этом случае (особенно если речь идет о существующих объектах, не подвергаемых капитальной реконструкции) эффективным вариантом решения проблемы защиты МП аппаратуры от вторичных проявлений молниевых разрядов является использование экранированных кабелей с двухсторонним заземлением экранов. При использовании экранированных кабелей с двухсторонним заземлением экранов защита обеспечивается не только от наводок, но и от импульсных разностей потенциалов, которые будут возникать между различными элементами ЗУ ПС или ЭС. Результаты экспериментов с использованием импульсного генератора, проведенные на действующих ПС с традиционной компоновкой, показали следующее.

Импульсные помехи на входе МП аппаратуры, а также перенапряжения, приложенные к изоляции вторичных цепей, уменьшаются в 4-7 раз при заземлении экранов кабелей с двух сторон. Аналогичные эксперименты были недавно выполнены на ОРУ 220 кВ, где реализована концепция распределенного РЩ. В этом случае заземление экранов кабелей с двух сторон оказало еще больший эффект: перенапряжения на входах МП аппаратуры уменьшаются в 20 раз! На рис. 4 приведены осциллограммы, полученные в результате экспериментов для различных вариантов заземления экранов кабеля. Измерения проводились непосредственно в РЩ: разность потенциалов измерялась между заземлением РЩ и жилой фазы В трансформатора тока (ТТ), которая была заземлена на ОРУ непосредственно возле ТТ. Молниевый разряд имитировался в ближайший к ТТ молниеприемник (расстояние между ТТ и молниеприемником составляло ~6-7 м). Пересчет к току молнии (100 кА) показал, что разности потенциалов, приложенные ко входам аппаратуры РЗА, по схеме «провод-земля» составят:

13,1 кВ — в случае, если экран кабеля не заземлен;

14,1 кВ — в случае, если экран кабеля заземлен со стороны ТТ;

15,8 кВ — в случае, если экран кабеля заземлен со стороны РЩ;

0,64 кВ — экран кабеля заземлен с двух сторон.

Особо следует отметить случаи, когда заземление экранов с одной стороны не только не приводит к уменьшению импульсных перенапряжений, но и несколько увеличивает (на ~10-20 %) разности потенциалов, прикладываемые ко входам МП аппаратуры.

Таким образом, применение экранированных кабелей с двухсторонним заземлением экрана является одним из самых эффективных вариантов подавления импульсных помех. В настоящее время использование экранированных кабелей предусматривается в большинстве современных проектов, причем, помимо защиты от вторичных проявлений молниевого разряда, они используются для защиты от коммутационных помех, взаимовлияния цепей различного назначения, защиты от полей радиосредств и т.п.

Когда речь идет об экранировании, следует помнить и о необходимости экранирования самой МП аппаратуры.

Это особенно важно при применении концепции распределенного РЩ, когда МП аппаратура располагается непосредственно на ОРУ в небольших зданиях. При этом могут использоваться как специальные экранирующие шкафы, так и экранирование собственно помещений или зданий с МП аппаратурой. Измерения, проведенные на реальных ПС (где применяется концепция распределенного РЩ), показали, что использование металлических блок-контейнеров позволяет эффективно ослаблять не только импульсное магнитное поле (создаваемое током молнии), но и магнитное поле промышленной частоты (создаваемое при к.з.).

На одной из ПС 500 кВ, где реализован принцип распределенного РЩ, контейнеры для размещения аппаратуры РЗА на ОРУ представляют собой блочное модульное здание (БМЗ)

Стены БМЗ выполнены из нескольких оцинкованных стальных листов суммарной толщиной примерно 1,5-2 мм. Прямые имитационные измерения эффекта экранирования магнитного поля промышленной частоты (имитационный ток составлял ~30 А) стенками металлического блок-контейнера показали следующее.

• Металлические стенки БМЗ позволяют снизить напряженность магнитного поля (50 Гц) внутри БМЗ более чем в 3 раза.
• Наличие щелей между стенками и дверью БМЗ (зазор составлял 3-4 мм) резко снижает экранирующий эффект. Напряженность поля в контейнере БМЗ непосредственно у двери в 2 раза выше, чем на расстоянии 1 м от двери непосредственно за стенкой контейнера.
• С увеличением расстояния от стенок внутри контейнера напряженность магнитного поля спадает быстрее, чем по закону 1/r (что объясняется, вероятно, неодинаковым спадом составляющих магнитного поля, ослабленного экраном и прошедшего через щели), и на расстоянии около 1 м коэффициент ослабления магнитного поля (50 Гц) составляет около 5.
• Металлические стенки БМЗ позволяют снизить напряженность импульсного магнитного поля внутри БМЗ на расстоянии около 1 м от стенок контейнера более чем в 10 раз.

Так, например, неослабленное импульсное магнитное поле в местах размещения МП аппаратуры на РЩ составило бы ~1500 А/м. При этом металлические стенки контейнера БМЗ ослабляют поле до ~150 А/м.

. Это позволит использовать аппаратуру, испытанную по 4-му классу жесткости на устойчивость к импульсным магнитным полям (согласно ГОСТ 50649-94), без дополнительного экранирования шкафами.

Ограничение перенапряжений во вторичных цепях

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 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). 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 [5]. Имеется, однако, ряд условий 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 к.з. В противном случае защищаемая цепь окажется неработоспособной в течение как минимум всего времени к.з. в первичной сети, а УЗИП может быть выведен из строя.

ВЫВОДЫ

Таким образом, описанный комплексный подход позволит

1. Значительно снизить риск пробоя изоляции вторичных цепей, проходящих по территории ПС (ЭС), при молниевом разряде.
2. Уменьшить в 10 и более раз количество необходимых для защиты микропроцессорной аппаратуры УЗИП, а зачастую и практически полностью избавиться от необходимости их установки.
3. Значительно снизить нагрузку на устанавливаемые УЗИП.

При этом, естественно, необходимо учитывать не только факторы ЭМС, но и множество других факторов, начиная от геометрии объекта, его размеров, класса напряжения и заканчивая тем, на какой стадии проводятся работы по обеспечению защиты МП аппаратуры. Выбор метода защиты аппаратуры и ее цепей должен осуществляться на основе рассмотрения и сравнения нескольких вариантов с учетом всех значащих факторов.