Силовые трансформаторы - переключение при переходе через 0.
К
К15
Силовые трансформаторы - переключение при переходе через 0.
Братцы, есть у нас кто-то, кто владеет на современном уровне данным вопросом?
Цели - научно-познавательные. В здании стоит вводной трансформатор какой-то старинный, переключение при авариях и регламентных работах происходит вручную (РУЧНЫМ РУБИЛЬНИКОМ).
При этих коммутациях выгорает аппаратура.
Проблема может быть решена, насколько я понимаю, установкой современных быстродействующих устройств коммутации, причём переключения должны происходить строго при переходе переменного тока (фазы тока) через НОЛЬ.
Надеюсь, проблематику я понятно изложил.
Кто-то владеет этим вопросом? Какое оборудование позволяет решить данную проблему?
Причина всех бед, я так понимаю, дуга, разряд, мощная радио-помеха (как назвать, суть одно и то же), которая возникает за счёт самоиндукции при коммутации тока в обмотках силового трансформатора.
Сам я - не энергетик (а инженер по автоматике), но мне важно понимать суть проблемы и представлять способы её решения, на будущее.
Братцы, есть у нас кто-то, кто владеет на современном уровне данным вопросом?
Цели - научно-познавательные. В здании стоит вводной трансформатор какой-то старинный, переключение при авариях и регламентных работах происходит вручную (РУЧНЫМ РУБИЛЬНИКОМ).
При этих коммутациях выгорает аппаратура.
Проблема может быть решена, насколько я понимаю, установкой современных быстродействующих устройств коммутации, причём переключения должны происходить строго при переходе переменного тока (фазы тока) через НОЛЬ.
Надеюсь, проблематику я понятно изложил.
Кто-то владеет этим вопросом? Какое оборудование позволяет решить данную проблему?
Причина всех бед, я так понимаю, дуга, разряд, мощная радио-помеха (как назвать, суть одно и то же), которая возникает за счёт самоиндукции при коммутации тока в обмотках силового трансформатора.
Сам я - не энергетик (а инженер по автоматике), но мне важно понимать суть проблемы и представлять способы её решения, на будущее.
К
К15
пока поиск ничего не дал...видимо не существует за разумные деньги подобных устройств
все меры борьбы с такими помехами направлены на гашение дуги и экранирование устройств или объёмов в которых эти устройства (источники помех) смонтированы
все меры борьбы с такими помехами направлены на гашение дуги и экранирование устройств или объёмов в которых эти устройства (источники помех) смонтированы
s
sergkn
А чем не устраивает схема АВР?
W
Werter
Ежели не специалист, то и ни к чему лазить к общедомовому рубильнику, дергать его не по делу. А хороший электрик - он интуитивно улавливает нужный момент, когда сдвиг по фазе такой, что ничего не шароебнет. (Когда трезвый, естественно.) :-)
К
К15
можете описать, что за схема, в чём суть?
Вы технарь или гуманитарий? (просто комментарий мутноватый...)
Вы технарь или гуманитарий? (просто комментарий мутноватый...)
К
К15
Это не дом жилой, а завод, и потребление - соответствующее.
B
Beta_version
По поводу переключения при переходе через ноль:
Как обеспечить одновременный переход через ноль в трех фазах?
Даже если переключать в ноле напряжения одну фазу, то ток в трансформаторе, от которого отключается нагрузка быстро не превется, и в момент коммутации будет всплеск напряжения.
Переключения ручным способом нужно осуществлять после отключения всех цепей нагрузки. Если вы этого не делаете у вас так и будет вылетать аппаратура.
Как обеспечить одновременный переход через ноль в трех фазах?
Даже если переключать в ноле напряжения одну фазу, то ток в трансформаторе, от которого отключается нагрузка быстро не превется, и в момент коммутации будет всплеск напряжения.
Переключения ручным способом нужно осуществлять после отключения всех цепей нагрузки. Если вы этого не делаете у вас так и будет вылетать аппаратура.
B
Beta_version
У нас на предприятии АВР регулярно страбатывают. Когда поставщики на подстанциях без предупреждения чото там отрубают. Автоматика переводит ввод на другую подстанцию. При этом происходят скачки напряжения, лампы мигают, у компов некоторые бесперебойники пищат. Но как ни странно компы без
бесперебойников спокойно переносят эти переключения и не отключаются.
Что за системы АВР у нас на зданиях стоят не скажу, автоматика какая-то отечественная до 100А...
Но когда поставщики предупреждают о плановых отключениях, мы всех предупреждаем о отключении, большинство отрубают свои компы, мы открываем шкафы и постепенно отключаем всех потребителей. Потом делаем переключение. И после этого обратно постепенно подключаем внутренних потребителей. Заниматься этим должен человек, имеющий не ниже 3 группы допуска по электробезопасности.
Что за системы АВР у нас на зданиях стоят не скажу, автоматика какая-то отечественная до 100А...
Но когда поставщики предупреждают о плановых отключениях, мы всех предупреждаем о отключении, большинство отрубают свои компы, мы открываем шкафы и постепенно отключаем всех потребителей. Потом делаем переключение. И после этого обратно постепенно подключаем внутренних потребителей. Заниматься этим должен человек, имеющий не ниже 3 группы допуска по электробезопасности.
Как обеспечить одновременный переход через ноль в трех фазах?
Вот вот, видимо это должен быть независимый выключатель всех фаз
В здании стоит вводной трансформатор
какой-то старинный .
не суть
переключение при авариях и регламентных работах происходит вручную (РУЧНЫМ РУБИЛЬНИКОМ
Однолинейную схему можно?
какая?
Сам я - не энергетик (а инженер по автоматике)
серьезно?
все меры борьбы с такими помехами направлены на гашение дуги
***выдержка из литературы*** Однако и в том случае, когда выключение не сопровождается заметной вольтовой дугой, например у масляных выключателей, может получиться у обмотки большое перенапряжение, на этот раз вследствие быстрого убывания тока, т. е. вследствие значительно превосходящей нормальную величину отношения di/dt ; быстро убывающее поле индуктирует в этом случае большое напряжение в обмотке трансформатора.
Поэтому быстро погасив дугу, можно ничего не добиться, в помощь вам вентильные разрядники РВН-0,5 МН У1
РВН-0,5 МН Т1
[Сообщение изменено пользователем 17.08.2016 00:02]
М
Мoзгoпрaв и мoзгoвeд©
А чем не устраивает схема АВР?
Рубильник тоже ВР только ручной.
Это не дом жилой, а завод, и потребление - соответствующее.
Пошутили и ладно, тут дурдуина - верх сложностей, а вы про заводскую автоматику, ну
Но! Всё зависит от мощностей, заводы бывают свечные, а бывают сталелитейные...
s
sergkn
Рубильник тоже ВР только ручной.
сравни время переключения у АВР (миллисекунды) и ручного
N
Nefоrmаtus©
При этих коммутациях выгорает аппаратура.
Подать иск в суд на собственника здания с нихилой цифрой, т.к. по их вине причинен ущерб, вот пусть собственник и решает этот вопрос. Денег у него до жопы, всё купит
М
Мoзгoпрaв и мoзгoвeд©
сравни время переключения у АВР (миллисекунды) и ручного
все зависит от мощности.
К
К15
типичное время отключения приводится в каталогах (например СИМЕНС и т.п.)
0.01сек.
то есть, теоретически, можно сделать, например, устройство, чисто электро-механическое, допустим, со скоростью срабатывания
0.001сек.
и чтобы был выбран оптимальный момент для размыкания
расстояние в современных размыкателях (из этих же каталогов) может составлять 3мм
пусть будет 5мм
тогда получаем скорость движения размыкающего контакта
5мм / 0.001сек. = 0.05м/0.001с = 50 м/с, пиропатрон нужен считать ускорение лень, но получается подобно выстрелу
0.01сек.
то есть, теоретически, можно сделать, например, устройство, чисто электро-механическое, допустим, со скоростью срабатывания
0.001сек.
и чтобы был выбран оптимальный момент для размыкания
расстояние в современных размыкателях (из этих же каталогов) может составлять 3мм
пусть будет 5мм
тогда получаем скорость движения размыкающего контакта
5мм / 0.001сек. = 0.05м/0.001с = 50 м/с, пиропатрон нужен считать ускорение лень, но получается подобно выстрелу
К
К15
ещё интересны схемы шунтирования дуги
емкостями
дросселями
разрядниками газовыми...
вообще, научную бы работу какую-нибудь на эту тему, литературу хорошую
во всём должен быть научный подход
интерес - больше познавательный, т.к. денег никто не даст на эту науку (удовлетворение любопытства за счёт государства или за чужой счёт = наука т.п.)
емкостями
дросселями
разрядниками газовыми...
вообще, научную бы работу какую-нибудь на эту тему, литературу хорошую
во всём должен быть научный подход
интерес - больше познавательный, т.к. денег никто не даст на эту науку (удовлетворение любопытства за счёт государства или за чужой счёт = наука т.п.)
К
К15
Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ
(к.т.н. Дмитриев М.В., ЗАО «Завод энергозащитных устройств»)
Как известно, основными защитными аппаратами для защиты изоляции
от грозовых и коммутационных перенапряжений являются вентильные
разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений. В настоящее время
вентильные разрядники практически сняты с производства, а в эксплуатации в
большинстве случаев отслужили нормативный срок службы. Построение схем
защиты изоляции оборудования как новых, так и модернизируемых
распределительных устройств от грозовых и коммутационных перенапряжений
теперь оказывается возможным только с использованием ОПН. Именно
поэтому сейчас важно разработать научно обоснованные и доступно
изложенные рекомендации по применению нелинейных ограничителей
напряжения, основанные на опыте эксплуатации, результатах аналитических
расчетов и подробного компьютерного моделирования.
В статье даются краткие определения различным характеристикам ОПН и
отмечается, что лишь две из них являются основополагающими, а также
приводятся особые случаи применения ОПН в сетях 6-35 кВ и 110-750 кВ – это
случаи, когда необходимо предъявлять «нестандартные» требования к местам
установки и к характеристикам ОПН.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПН
К сожалению, в России до сих пор нет утвержденного государственного
стандарта (ГОСТ) на ограничители перенапряжений, т.е., в частности, нет
общепризнанной терминологии и системы обозначений. Учитывая это, ниже
кратко дадим свои (на наш взгляд, логичные и понятные) определения
основным характеристикам ОПН, разбив их на три смысловые группы.
Характеристики ОПН, от которых зависит его надежная работа в сети под
рабочим напряжением и при воздействии
квазистационарных перенапряжений
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение ОПН, кВ –
наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты U НРО ,
которое неограниченно долго может быть приложено к ОПН (при напряжении
большем, чем наибольшее рабочее, ток через ОПН начинает заметно
возрастать, что может привести перегреву и повреждению аппарата).
Номинальное напряжение ОПН, кВ – действующее значение напряжения
промышленной частоты, которое ОПН в определенных условиях может
выдержать в течение 10 секунд после воздействия на него импульсов тока с
нормированными параметрами.
Следует отметить, что в России традиционно под номинальным напряжением
оборудования понимали то напряжение, которое может воздействовать на оборудование
неограниченного долго – в этом смысле «номинальное напряжение ОПН» (10-секундное
www.zeu.ru 2
напряжение ОПН) является неудачным переводом английского слова «rated», которое можно
перевести и как «расчетное». Вместе с тем, под номинальным напряжением разрядника
понимали то наибольшее напряжение, при котором конструкция разрядника обеспечивала
отключение сопровождающего тока промышленной частоты после срабатывания искровых
промежутков.
Характеристика «напряжение-время» ОПН – определяется как
зависимость действующего значения выдерживаемого ОПН напряжения
промышленной частоты от времени его приложения. Иногда указывается для
случая с предварительным нагружением ОПН импульсами тока с
нормируемыми параметрами, а иногда для случая без нагружения.
Характеристики ОПН, от которых зависит защищенность оборудования от
грозовых и коммутационных перенапряжений
Остающееся напряжение ОПН, кВ – наибольшее значение напряжения
на ОПН при протекании через него импульса тока указанного максимального
значения и формы.
Остающееся напряжение определяется при импульсных токах
стандартной формы.
Грозовой импульс тока формы 8/20 мкс – импульс тока, используемый
для определения остающегося напряжения на ОПН в режиме ограничения
грозовых перенапряжений.
Коммутационный импульс тока формы 30/60 мкс – импульс тока,
используемый для определения остающегося напряжения на ОПН в режиме
ограничения коммутационных перенапряжений.
Крутой импульс тока формы 1/10 мкс – импульс тока, используемый
для определения остающегося напряжения на ОПН при большой скорости
нарастания протекающего в нем импульсного тока.
Характеристики ОПН, от которых зависит его надежная работа
при ограничении грозовых и коммутационных перенапряжений
Номинальный разрядный ток ОПН, кА – максимальное значение
грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН и
характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых
перенапряжений, вызванных удаленными от ОПН ударами молнии.
Импульс большого тока, кА – максимальное значение грозового импульса
тока 4/10 мкс, используемое для оценки устойчивости ОПН к прямым ударам
молнии.
Ток пропускной способности (импульс тока большой длительности), А –
максимальное значение П I прямоугольного импульса тока длительностью не
менее 2000 мкс, используемое для классификации ОПН и характеризующее его
способность рассеивать энергию коммутационных перенапряжений.
Рассеиваемая (поглощаемая) энергия, кДж – рассеиваемая ОПН энергия,
полученная им при приложении одного импульса тока пропускной способности
П I в процессе испытаний ОПН (иногда указывается энергия двух импульсов
тока пропускной способности).
www.zeu.ru 3
Удельная рассеиваемая (поглощаемая) энергия (энергоемкость), кДж/кВ
– рассеиваемая ограничителем энергия WУД одного импульса (иногда – двух
импульсов) тока пропускной способности ПI , отнесенная к наибольшему
рабочему напряжению ОПН (иногда к номинальному напряжению ОПН),
полученная в процессе испытаний ОПН, используемая для классификации ОПН
и характеризующая его способность рассеивать энергию коммутационных
перенапряжений.
ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИК ОПН В ТИПОВЫХ И ОСОБЫХ СЛУЧАЯХ
Ограничитель перенапряжений представляет собой колонку рис.1 из
последовательно соединенных N нелинейных сопротивлений – варисторов,
изготавливаемых в виде шайб той или иной высоты h и диаметра D . В ряде
случаев ОПН представляет собой несколько колонок варисторов, работающих
параллельно.
Рис.1. Внешний вид колонки из N последовательно соединенных варисторов.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН и энергоемкости – это,
соответственно, выбор высоты H = N ⋅ h и диаметра D колонки варисторов. В
свою очередь, известные высота (наибольшее рабочее напряжение U НРО ) и
диаметр (энергоемкость WУД ) колонки варисторов практически однозначно
определяют все остальные характеристики ОПН. Поэтому и в типовых, и в
особых случаях выбор характеристик ОПН сводится к определению его
наибольшего рабочего напряжения и энергоемкости с последующей проверкой
достаточности в конкретных условиях эксплуатации прочих характеристик
(остающихся напряжений и др.) такого ОПН. Именно этот подход к выбору
характеристик ОПН представляется рациональным.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН В СЕТЯХ 6-35 кВ
В сетях 6-35 кВ места установки и характеристики ОПН допустимо
определять упрощенно за исключением особых случаев, перечисленных ниже и
требующих проведения расчетов (аналитических или с использованием
компьютерного моделирования процессов).
www.zeu.ru 4
Защита от коммутационных перенапряжений конденсаторных батарей
ОПН может устанавливаться у батареи конденсаторов для ее защиты от
коммутационных перенапряжений; при этом недопустимо наличие
коммутационных аппаратов в цепи между ней и защитным аппаратом, так как в
противном случае защита батареи от коммутационных перенапряжений,
возникающих при ее включении и отключении, не обеспечивается.
Энергия, которая выделяется в ОПН, установленном у конденсаторной
батареи, может быть значительной и определяется:
− величиной емкости батареи;
− возможностью возникновения повторных пробоев в межконтактном
промежутке выключателя.
Проведение расчетов необходимо, главным образом, с целью
правильного выбора энергоемкости ОПН (WУД ), обеспечивающей его надежную
работу в режиме ограничения коммутационных перенапряжений. Остальные
характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
Защита от грозовых перенапряжений изоляции ВЛ 6-35 кВ
В силу сравнительно невысокой импульсной прочности изоляция ВЛ 6-35
кВ достаточно часто перекрывается даже от индуцированных грозовых
перенапряжений, вызванных ударами молнии вблизи от ВЛ (тем более такая
изоляция перекрывается при прямых ударах молнии в ВЛ).
Установка ОПН на опорах ВЛ 6-35 кВ для защиты ее изоляции от
грозовых перенапряжений является особым случаем использования ОПН, так
как наиболее часто ОПН все же применяются в распределительных устройствах
станций и подстанций.
Подвесные ограничители перенапряжений ОПН 6-35 кВ устанавливаются
на опорах ВЛ 6-35 кВ параллельно гирляндам линейных изоляторов, т.е. между
фазным проводом и траверсой опоры.
На основе ряда расчетов, проведенных для ВЛ 6-35 кВ, сделаны
следующие обобщающие рекомендации относительно мест установки ОПН:
− для эффективной защиты изоляции всей ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН на каждой опоре (или
через опору);
− для эффективной защиты изоляции отдельных опор ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН только на этих опорах;
− для исключения перекрытий изоляции на одноцепной опоре
необходима установка ОПН сразу во все фазы на опоре;
− для исключения двухцепных перекрытий изоляции на двухцепных
опорах установка ОПН достаточна только в фазы одной из цепей.
Система молниеотводов исключает прямые удары молнии в
оборудование распределительных устройств, а значит и в установленные там
ОПН. В случае установки ОПН на опорах ВЛ становятся возможными прямые
удары молнии в ОПН, т.е. существует реальный риск выхода из строя этих
защитных аппаратов. Особенно такой риск велик в случае установки ОПН на
www.zeu.ru 5
ВЛ, не оснащенных грозозащитным тросом, так как в этом случае значительная
часть ударов молнии в ВЛ приходится не на заземленный грозозащитный трос,
а в фазные провода, т.е. фактически непосредственно в ОПН.
Снижение риска повреждения ОПН 6-35 кВ в случае их применения на
воздушных линиях 6-35 кВ достигается:
− совместным применением ОПН с грозозащитными тросами;
− выбором ОПН повышенной энергоемкости с допустимым для него
импульсом большого тока (импульс 4/10 мкс) амплитудой 100 кА;
− увеличением числа опор ВЛ, на которых установлены ОПН, так как
это приводит к снижению выделяющейся энергии в каждом аппарате
за счет рассеивания энергии разряда молнии не в одном ОПН, а в
большом количестве работающих параллельно аппаратов.
Конкретное значение энергоемкости ОПН для ВЛ 6-35 кВ зависит от
многих факторов (например, от наличия грозотроса) и должно определяться на
основе расчетов. В частности, применение ОПН на ВЛ 6-35 кВ без тросовой
защиты не рекомендуется, если энергоемкость ОПН менее WУД = 4 кДж/кВ
(приведено к U НРО ). Остальные характеристики ОПН могут быть определены
упрощенно.
Защита от перенапряжений сетей генераторного напряжения
Выбор ОПН для защиты изоляции генераторов, а также другого
оборудования сетей генераторного напряжения традиционно рассматривается
отдельно. С одной стороны, это вызвано высокой стоимостью и
ответственностью защищаемого оборудования, а с другой – необходимостью
учета при выборе характеристик ОПН особенностей установленных на
генераторах регуляторов возбуждения.
Защита от перенапряжений изоляции «экран-земля»
однофазных кабелей высокого напряжения
В последнее время силовые кабели высокого напряжения 6-500 кВ все
более широко используются для передачи и распределения электроэнергии,
особенно в крупных городах и на промышленных предприятиях, где уровень
электропотребления и плотность нагрузки весьма значительны. Наибольшее
распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из
сшитого полиэтилена.
Экраны кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена выполнены из
хорошо проводящего материала (алюминия или меди); заземление экранов
более чем в одной точке ведет к появлению в них значительных токов,
сопоставимых с током жилы кабеля. Если по условиям ограничения
напряжения на экране обязательно его заземление в нескольких точках, то для
снижения токов в экранах при трехфазной группе однофазных кабелей может
быть применена транспозиция экранов.
www.zeu.ru 6
Установка ОПН класса 3-35 кВ между экраном и землей для защиты
изоляции «экран-земля» от грозовых и коммутационных перенапряжений
необходима:
− на том конце том конце кабеля, на котором экран не заземлен (рис.2);
− если применена транспозиция экранов трехфазной группы кабелей, то
в каждом узле транспозиции (рис.3).
Рис.2. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена в случае, когда экран заземлен только с одной стороны.
Рис.3. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена в случае, когда экран заземлен с двух сторон и применен один цикл
транспозиции экранов.
Характеристики ограничителя перенапряжений, предназначенного для
защиты изоляции экрана кабеля, должны выбираться исходя из двух основных
критериев:
− обеспечения надежной защиты изоляции экрана при грозовых и
коммутационных перенапряжениях;
− обеспечения надежной работы самого ОПН при квазистационарных
перенапряжениях в месте его установки как в нормальном режиме, так
и в аварийном режиме короткого замыкания вне кабеля.
Проведение расчетов необходимо с целью выбора наибольшего рабочего
напряжения ОПН (U НРО ), которое определяется напряжением на изоляции
«экран-земля» однофазных кабелей (см. журнал «Электро-Info», март 2007 г.).
Нормальный длительно существующий симметричный режим и режим
короткого замыкания (однофазного, двухфазного, двухфазного на землю,
www.zeu.ru 7
трехфазного) в сети вне кабеля, длительность существования которого
определяется релейной защитой и не превосходит нескольких секунд, а также
характеристика «напряжение-время» ОПН являются основой для выбора
наибольшего рабочего напряжения U НРО .
Если для выбранного ОПН остающееся напряжение U8/ 20 при расчетном
грозовом токе (форма 8/20 мкс) составляет не более чем 0.9 от импульсной
прочности ГРОЗ ИСП
U изоляции экрана при грозовых перенапряжениях, то выбор
ОПН произведен правильно. Если напряжение U8/ 20 выше импульсной
прочности изоляции экрана
ГРОЗ U ИСП , то необходимо изменять число циклов
транспозиции и/или мест заземления экранов, что позволяет применять ОПН с
меньшим рабочим напряжением U НРО и, соответственно, меньшими
остающимися напряжениями. Остальные характеристики ОПН могут быть
определены упрощенно.
Защита от перенапряжений в сетях
с повышенным содержанием гармоник
Среди сетей с повышенным содержанием гармоник в качестве примера
можно рассмотреть случай, когда ОПН устанавливается для защиты двигателя,
оснащенного системой частотного пуска.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН (и других его
характеристик) при наличии в сети высших гармоник является сложной
задачей, не имеющей обоснованного решения.
Защита от перенапряжений в сетях с резистивно-заземленной нейтралью
В сетях с резистивно-заземленной нейтралью величина резистора
выбирается в зависимости от решаемых задач:
− снижения дуговых и феррорезонансных перенапряжений;
− обеспечение селективности работы релейной защиты по поиску
поврежденного присоединения.
В первом случае величина резистора выше, чем во втором, и поэтому в
первом случае говорят о высокоомном заземлении нейтрали. Резистор,
выбранный во втором случае исходя из обеспечения селективности работы
релейной защиты, одновременно позволяет снизить до безопасного уровня
дуговые и феррорезонансные перенапряжения, т.е. позволяет решать сразу две
задачи.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН 6-35 кВ в сетях,
имеющих резистивное заземление нейтрали, должен проводиться на основе
расчетов с учетом величины резистора и максимальной длительности
существования режима однофазного замыкания на землю. Остальные
характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
www.zeu.ru 8
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН В СЕТЯХ 110-750 кВ
В сетях 110-750 кВ места установки и характеристики ОПН допустимо
определять упрощенно за исключением особых случаев, перечисленных ниже и
требующих проведения расчетов (аналитических или с использованием
компьютерного моделирования процессов).
РУ с присоединенными ВЛ 500-750 кВ длиной более 200-300 км
Проведение расчетов внутренних перенапряжений на ВЛ 500-750 кВ
длиной более 200-300 км и в РУ 500-750 кВ, к которым эти ВЛ присоединены,
необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений и оценки их
опасности для оборудования и, в частности, для ОПН;
− определения комплекса мер, направленных на снижение
квазистационарных перенапряжений в тех случаях, когда они
представляют реальную опасность для оборудования; например, такие
опасные перенапряжения резонансной природы могут возникать в
цикле ОАПВ на отключенной фазе линии «резонансной» длины,
зависящей от числа присоединенных к ней шунтирующих реакторов;
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
Расчеты внутренних перенапряжений, которые можно провести
аналитически или с использованием компьютерного моделирования, являются
основой для выбора характеристик ОПН (U НРО , WУД ), устанавливаемых на ВЛ
500-750 кВ (например, в непосредственной близости от входа РУ для защиты
оборудования от грозовых перенапряжений).
Блочные и полублочные передачи 110-750 кВ
Схемами, в которых возможно возникновение опасных внутренних
перенапряжений, являются так называемые блочные и полублочные передачи,
в которых воздушная линия коммутируется в блоке с силовым
трансформатором или автотрансформатором. В проектной практике следует
избегать блочных и полублочных схем как опасных для оборудования и, в
частности, для ОПН, однако ряд таких электропередач уже эксплуатируется и
требует проведения расчетов в рамках замены устаревших вентильных
разрядников на ОПН.
Проведение внутренних перенапряжений в блочных и полублочных
передачах необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений и оценки их
опасности для оборудования и, в частности, для ОПН;
− определения комплекса мер, направленных на снижение
квазистационарных перенапряжений в тех случаях, когда они
представляют реальную опасность для оборудования;
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
www.zeu.ru 9
Следует понимать, что в блочных и полублочных передачах наибольшее
рабочее напряжение ОПН, обеспечивающее его надежную эксплуатацию при
квазистационарных перенапряжениях, может оказаться заметно выше фазного
значения наибольшего рабочего напряжения сети, т.е. такой ОПН в ряде
случаев будет неэффективно ограничивать грозовые и коммутационные
перенапряжения на оборудовании.
В качестве примера на рис.4 приведена достаточно редко встречающаяся
схема блочной передачи 750/500 кВ, в которой воздушная линия 500 кВ может
коммутироваться в блоке с автотрансформатором 750кВ/500кВ выключателями
750 кВ.
Рис.4. Схема блочной передачи 750/500 кВ.
Значительно более распространенными являются полублочные передачи
110-220 кВ (рис.5), в которых понижающие трансформаторы (110-220)/(6-10)
кВ не имеют собственных выключателей 110-220 кВ и коммутируются в блоке
с питающими ВЛ 110-220 кВ – это, как правило, тупиковые подстанции,
транзитные подстанции, подстанции на отпайках, питаемые по ВЛ 110-220 кВ
длиной до 40-50 км. Нейтрали трансформаторов 110-220 кВ на таких
подстанциях зачастую разземлены.
Рис.5. Пример полублочной передачи 110 кВ.
Основные характеристики ОПН для полублочных передач 110-220 кВ,
определенные расчетным путем и проверенные опытом эксплуатации, таковы:
− наибольшее рабочее напряжение ОПН 110-220 кВ принимается на 20%
выше наибольшего рабочего (фазного) напряжения сети;
− остальные характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
www.zeu.ru 10
Электропередачи, оснащенные устройствами продольной компенсации
Проведение расчетов внутренних перенапряжений в схемах с
устройствами продольной компенсации (УПК) необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений (в том числе в
режиме короткого замыкания, когда токи короткого замыкания могут
создавать значительное падение напряжения частоты 50 Гц на емкости
УПК);
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
Расчеты внутренних перенапряжений являются основой для выбора
характеристик ОПН (U НРО , WУД ), устанавливаемых для защиты УПК.
Схемы электроснабжения тяговых подстанций
переменного тока 27.5 кВ от сетей 110-220 кВ
Рекомендации по выбору характеристик ОПН 110-220 кВ,
устанавливаемых на стороне 110-220 кВ тяговых подстанций (ТПС)
однофазного тока промышленной частоты 27.5 кВ, а также способы снижения
риска повреждения этих ОПН приведены в журнале «Энергетик» №12 за 2006
год.
Эти исследования позволили с новых позиций обосновать необходимость
проявления повышенного внимания к вопросам электроснабжения
электрифицированных железных дорог от высоковольтных сетей общего
назначения и сделать ряд важных выводов:
− В типовых схемах питания тяговых подстанций переменного тока 27.5
кВ в случае возникновения короткого замыкания на питающих
воздушных линиях с их последующим отключением выделяется
участок сети с изолированной нейтралью, что является нарушением
требований ПУЭ.
− Наличие присоединенного к ТПС выделенного участка питающей сети
с изолированной нейтралью при определенных обстоятельствах
приводит к «обратной трансформации» на него напряжения из
контактной сети 27.5 кВ, что вызывает в ряде случаев опасные для
изоляции оборудования квазистационарные и коммутационные
перенапряжения.
− Для исключения повреждений оборудования в схемах питания
тяговых подстанций переменного тока 27.5 кВ рекомендуется:
по возможности заземлять нейтрали силовых трансформаторов на
ТПС;
заменить вентильные разрядники 110-220 кВ на нелинейные
ограничители перенапряжений, наибольшее рабочее напряжение
которых U НРО на 20% больше фазного значения наибольшего
рабочего напряжения сети, а удельная поглощаемая энергия одного
импульса WУД ≥ 4 кДж/кВ (приведено к U НРО );
www.zeu.ru 11
обеспечить координацию действий релейных защит электрических
сетей общего назначения и системы электроснабжения
электрифицированных железных дорог;
при коротком замыкании в питающей сети отключать рабочий
трансформатор ТПС от тяговой сети 27.5 кВ (например,
выключателем на стороне 27.5 кВ) до выделения изолированного
участка питающей сети 110-220 кВ.
Перечисленные меры обладают различной эффективностью и
возможностью реализации.
Защита от грозовых перенапряжений изоляции ВЛ 110-750 кВ
В ряде случаев в силу объективных причин (высокие значения
сопротивления заземления опор ВЛ из-за высокого удельного сопротивления
грунта, невозможность применения грозозащитных тросов из-за высоких ветро-
гололедных нагрузок и т.п.) традиционные средства грозозащиты не могут
обеспечить необходимую грозоупорность ВЛ. Тогда дополнительным -
дорогим, но эффективным - способом повышения грозоупорности ВЛ может
стать установка ОПН на опорах ВЛ для защиты ее изоляции от перекрытий.
Подвесные ограничители перенапряжений ОПН 110-750 кВ
устанавливаются на опорах ВЛ 110-750 кВ параллельно гирляндам линейных
изоляторов, т.е. между фазным проводом и траверсой опоры. При этом
используются два способа подключения ОПН:
− без искрового промежутка;
− через искровой промежуток (не путать с вентильным разрядником).
На основе ряда расчетов, проведенных для ВЛ 110-750 кВ, сделаны
следующие обобщающие рекомендации относительно мест установки ОПН:
− для эффективной защиты изоляции всей ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН на каждой опоре (или
через опору);
− для эффективной защиты изоляции отдельных («проблемных») опор
ВЛ от грозовых перенапряжений необходима установка ОПН только
на этих опорах;
− для снижения числа грозовых отключений, вызванных прорывами
молнии на фазные провода, наиболее эффективно устанавливать
защитные ОПН в верхние фазы (при вертикальном расположении или
расположении проводов в «треугольник») и в крайние фазы (при
горизонтальном расположении проводов);
− для снижения числа грозовых отключений, вызванных обратными
перекрытиями изоляции с опоры на фазные провода, установка ОПН
наиболее эффективна в крайние фазы ВЛ с горизонтальным
расположением проводов, а на ВЛ с иным расположением проводов –
в зависимости от сопротивлений заземления опор (при малых
сопротивлениях заземления – в верхние фазы, а при больших
сопротивлениях заземления – в нижние фазы);
www.zeu.ru 12
− для исключения перекрытий изоляции на одноцепной опоре
необходима установка ОПН сразу во все фазы на опоре;
− для исключения двухцепных перекрытий изоляции на двухцепных
опорах установка ОПН достаточна только в фазы одной из цепей.
При установке ОПН на ВЛ 110-750 кВ важнейшим является вопрос о
выборе его энергоемкости W УД , которая существенно зависит от следующих
факторов:
− от вероятности прорыва молнии на фазный провод, на котором
установлен ОПН, а также от параметров этой молнии;
− от сопротивления заземления опоры ВЛ, на которой установлен(ы)
ОПН;
− от числа фаз ВЛ на опоре, в которые установлены ОПН;
− от наличия ОПН, расположенных в той же фазе на соседних опорах;
− от типа ОПН (с искровым промежутком или без него).
Определение энергоемкости ОПН в каждом конкретном случае
производится по результатам расчетов.
Наибольшее рабочее напряжение ОПН (U НРО ), устанавливаемых на ВЛ
110-750 кВ, зависит от типа ОПН (с искровым промежутком или без него). В
случае ОПН без искрового промежутка наибольшее рабочее напряжение ОПН
выбирается как в типовых случаях (или как в особых случаях, если есть их
признаки: большая длина ВЛ, возможность коммутации ВЛ одновременно с
трансформатором, другие признаки). В случае ОПН с искровым промежутком
рабочее напряжение ОПН выбирается исходя из условий обеспечения
надежного гашения дуги от тока промышленной частоты, который протекает в
промежутке после его срабатывания от грозовых перенапряжений.
На ВЛ 110-750 кВ рекомендуется устанавливать ОПН 110-750 кВ с
применением отделителей, включаемых последовательно с ОПН и
обеспечивающих отсоединение ограничителя перенапряжений в случае его
повреждения.
Защита от перенапряжений КРУЭ 110-750 кВ
Вольт-секундная характеристика элегазовой изоляции существенно
отличается от вольт-секундной характеристики воздушной и бумажно-
масляной. У элегазовой изоляции нет упрочнения изолирующих свойств при
малых временах воздействия перенапряжений. Поэтому для оборудования
распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) основную
опасность представляют грозовые перенапряжения (микросекундные фронты) и
высокочастотные перенапряжения (наносекундные фронты).
Источником грозовых перенапряжений является поражение молнией
присоединенных воздушных линий. Источником высокочастотных –
коммутации разъединителями и выключателями коротких участков шин внутри
КРУЭ. Эти перенапряжения являются не спецификой отдельных случаев
использования КРУЭ, а следствием свойств самого КРУЭ, его конструкции.
www.zeu.ru 13
Защита от этого вида перенапряжений предусматривается изготовителем
КРУЭ.
Выбор защиты от грозовых (и коммутационных) перенапряжений КРУЭ
(а также присоединенных к нему силовых и измерительных трансформаторов,
кабелей) осуществляется на стадии проектирования. В качестве защитных
аппаратов применяются ОПН обычного типа (с воздушной изоляцией) или
ОПН с элегазовой изоляцией (сокращенно ОПНЭ).
В случае защиты КРУЭ от перенапряжений необходимо проведение
оценок и расчетов, которые позволят решить следующие задачи:
− принимая во внимание высокую стоимость КРУЭ, обосновать места
установки ОПН, обеспечивающие надежную защиту изоляции КРУЭ
от грозовых и коммутационных перенапряжений;
− выбрать тип защитного аппарата (ОПН или на порядок более дорогой
ОПНЭ);
− выбрать характеристики ОПН и/или ОПНЭ.
Выбор характеристик ОПН и ОПНЭ, устанавливаемых для защиты
КРУЭ, производится как в типовых случаях (или как в особых случаях, если
есть их признаки: большая длина ВЛ, возможность коммутации ВЛ
одновременно с трансформатором, другие признаки).
Защита от перенапряжений разземляемой нейтрали 110-220 кВ
В связи с развитием энергосистем увеличиваются токи короткого
замыкания, что приводит к росту динамических воздействий на обмотки
трансформаторов, утяжелению работы коммутирующей аппаратуры. Частичное
разземление нейтралей силовых трансформаторов 110-220 кВ применяется в
качестве эффективной меры ограничения токов однофазного короткого
замыкания, которые составляют основную долю в общем числе коротких
замыканий. Кроме того, разземление нейтралей силовых трансформаторов в
ряде случаев способствует организации релейной защиты.
Разземление нейтрали силового трансформатора приводит к
необходимости защиты изоляции нейтрали от воздействующих на нее в
процессе эксплуатации грозовых (и коммутационных) перенапряжений, для
чего в нейтраль устанавливаются специальные ОПН, обозначаемые ОПНН.
(к.т.н. Дмитриев М.В., ЗАО «Завод энергозащитных устройств»)
Как известно, основными защитными аппаратами для защиты изоляции
от грозовых и коммутационных перенапряжений являются вентильные
разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений. В настоящее время
вентильные разрядники практически сняты с производства, а в эксплуатации в
большинстве случаев отслужили нормативный срок службы. Построение схем
защиты изоляции оборудования как новых, так и модернизируемых
распределительных устройств от грозовых и коммутационных перенапряжений
теперь оказывается возможным только с использованием ОПН. Именно
поэтому сейчас важно разработать научно обоснованные и доступно
изложенные рекомендации по применению нелинейных ограничителей
напряжения, основанные на опыте эксплуатации, результатах аналитических
расчетов и подробного компьютерного моделирования.
В статье даются краткие определения различным характеристикам ОПН и
отмечается, что лишь две из них являются основополагающими, а также
приводятся особые случаи применения ОПН в сетях 6-35 кВ и 110-750 кВ – это
случаи, когда необходимо предъявлять «нестандартные» требования к местам
установки и к характеристикам ОПН.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПН
К сожалению, в России до сих пор нет утвержденного государственного
стандарта (ГОСТ) на ограничители перенапряжений, т.е., в частности, нет
общепризнанной терминологии и системы обозначений. Учитывая это, ниже
кратко дадим свои (на наш взгляд, логичные и понятные) определения
основным характеристикам ОПН, разбив их на три смысловые группы.
Характеристики ОПН, от которых зависит его надежная работа в сети под
рабочим напряжением и при воздействии
квазистационарных перенапряжений
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение ОПН, кВ –
наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты U НРО ,
которое неограниченно долго может быть приложено к ОПН (при напряжении
большем, чем наибольшее рабочее, ток через ОПН начинает заметно
возрастать, что может привести перегреву и повреждению аппарата).
Номинальное напряжение ОПН, кВ – действующее значение напряжения
промышленной частоты, которое ОПН в определенных условиях может
выдержать в течение 10 секунд после воздействия на него импульсов тока с
нормированными параметрами.
Следует отметить, что в России традиционно под номинальным напряжением
оборудования понимали то напряжение, которое может воздействовать на оборудование
неограниченного долго – в этом смысле «номинальное напряжение ОПН» (10-секундное
www.zeu.ru 2
напряжение ОПН) является неудачным переводом английского слова «rated», которое можно
перевести и как «расчетное». Вместе с тем, под номинальным напряжением разрядника
понимали то наибольшее напряжение, при котором конструкция разрядника обеспечивала
отключение сопровождающего тока промышленной частоты после срабатывания искровых
промежутков.
Характеристика «напряжение-время» ОПН – определяется как
зависимость действующего значения выдерживаемого ОПН напряжения
промышленной частоты от времени его приложения. Иногда указывается для
случая с предварительным нагружением ОПН импульсами тока с
нормируемыми параметрами, а иногда для случая без нагружения.
Характеристики ОПН, от которых зависит защищенность оборудования от
грозовых и коммутационных перенапряжений
Остающееся напряжение ОПН, кВ – наибольшее значение напряжения
на ОПН при протекании через него импульса тока указанного максимального
значения и формы.
Остающееся напряжение определяется при импульсных токах
стандартной формы.
Грозовой импульс тока формы 8/20 мкс – импульс тока, используемый
для определения остающегося напряжения на ОПН в режиме ограничения
грозовых перенапряжений.
Коммутационный импульс тока формы 30/60 мкс – импульс тока,
используемый для определения остающегося напряжения на ОПН в режиме
ограничения коммутационных перенапряжений.
Крутой импульс тока формы 1/10 мкс – импульс тока, используемый
для определения остающегося напряжения на ОПН при большой скорости
нарастания протекающего в нем импульсного тока.
Характеристики ОПН, от которых зависит его надежная работа
при ограничении грозовых и коммутационных перенапряжений
Номинальный разрядный ток ОПН, кА – максимальное значение
грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН и
характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых
перенапряжений, вызванных удаленными от ОПН ударами молнии.
Импульс большого тока, кА – максимальное значение грозового импульса
тока 4/10 мкс, используемое для оценки устойчивости ОПН к прямым ударам
молнии.
Ток пропускной способности (импульс тока большой длительности), А –
максимальное значение П I прямоугольного импульса тока длительностью не
менее 2000 мкс, используемое для классификации ОПН и характеризующее его
способность рассеивать энергию коммутационных перенапряжений.
Рассеиваемая (поглощаемая) энергия, кДж – рассеиваемая ОПН энергия,
полученная им при приложении одного импульса тока пропускной способности
П I в процессе испытаний ОПН (иногда указывается энергия двух импульсов
тока пропускной способности).
www.zeu.ru 3
Удельная рассеиваемая (поглощаемая) энергия (энергоемкость), кДж/кВ
– рассеиваемая ограничителем энергия WУД одного импульса (иногда – двух
импульсов) тока пропускной способности ПI , отнесенная к наибольшему
рабочему напряжению ОПН (иногда к номинальному напряжению ОПН),
полученная в процессе испытаний ОПН, используемая для классификации ОПН
и характеризующая его способность рассеивать энергию коммутационных
перенапряжений.
ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИК ОПН В ТИПОВЫХ И ОСОБЫХ СЛУЧАЯХ
Ограничитель перенапряжений представляет собой колонку рис.1 из
последовательно соединенных N нелинейных сопротивлений – варисторов,
изготавливаемых в виде шайб той или иной высоты h и диаметра D . В ряде
случаев ОПН представляет собой несколько колонок варисторов, работающих
параллельно.
Рис.1. Внешний вид колонки из N последовательно соединенных варисторов.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН и энергоемкости – это,
соответственно, выбор высоты H = N ⋅ h и диаметра D колонки варисторов. В
свою очередь, известные высота (наибольшее рабочее напряжение U НРО ) и
диаметр (энергоемкость WУД ) колонки варисторов практически однозначно
определяют все остальные характеристики ОПН. Поэтому и в типовых, и в
особых случаях выбор характеристик ОПН сводится к определению его
наибольшего рабочего напряжения и энергоемкости с последующей проверкой
достаточности в конкретных условиях эксплуатации прочих характеристик
(остающихся напряжений и др.) такого ОПН. Именно этот подход к выбору
характеристик ОПН представляется рациональным.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН В СЕТЯХ 6-35 кВ
В сетях 6-35 кВ места установки и характеристики ОПН допустимо
определять упрощенно за исключением особых случаев, перечисленных ниже и
требующих проведения расчетов (аналитических или с использованием
компьютерного моделирования процессов).
www.zeu.ru 4
Защита от коммутационных перенапряжений конденсаторных батарей
ОПН может устанавливаться у батареи конденсаторов для ее защиты от
коммутационных перенапряжений; при этом недопустимо наличие
коммутационных аппаратов в цепи между ней и защитным аппаратом, так как в
противном случае защита батареи от коммутационных перенапряжений,
возникающих при ее включении и отключении, не обеспечивается.
Энергия, которая выделяется в ОПН, установленном у конденсаторной
батареи, может быть значительной и определяется:
− величиной емкости батареи;
− возможностью возникновения повторных пробоев в межконтактном
промежутке выключателя.
Проведение расчетов необходимо, главным образом, с целью
правильного выбора энергоемкости ОПН (WУД ), обеспечивающей его надежную
работу в режиме ограничения коммутационных перенапряжений. Остальные
характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
Защита от грозовых перенапряжений изоляции ВЛ 6-35 кВ
В силу сравнительно невысокой импульсной прочности изоляция ВЛ 6-35
кВ достаточно часто перекрывается даже от индуцированных грозовых
перенапряжений, вызванных ударами молнии вблизи от ВЛ (тем более такая
изоляция перекрывается при прямых ударах молнии в ВЛ).
Установка ОПН на опорах ВЛ 6-35 кВ для защиты ее изоляции от
грозовых перенапряжений является особым случаем использования ОПН, так
как наиболее часто ОПН все же применяются в распределительных устройствах
станций и подстанций.
Подвесные ограничители перенапряжений ОПН 6-35 кВ устанавливаются
на опорах ВЛ 6-35 кВ параллельно гирляндам линейных изоляторов, т.е. между
фазным проводом и траверсой опоры.
На основе ряда расчетов, проведенных для ВЛ 6-35 кВ, сделаны
следующие обобщающие рекомендации относительно мест установки ОПН:
− для эффективной защиты изоляции всей ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН на каждой опоре (или
через опору);
− для эффективной защиты изоляции отдельных опор ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН только на этих опорах;
− для исключения перекрытий изоляции на одноцепной опоре
необходима установка ОПН сразу во все фазы на опоре;
− для исключения двухцепных перекрытий изоляции на двухцепных
опорах установка ОПН достаточна только в фазы одной из цепей.
Система молниеотводов исключает прямые удары молнии в
оборудование распределительных устройств, а значит и в установленные там
ОПН. В случае установки ОПН на опорах ВЛ становятся возможными прямые
удары молнии в ОПН, т.е. существует реальный риск выхода из строя этих
защитных аппаратов. Особенно такой риск велик в случае установки ОПН на
www.zeu.ru 5
ВЛ, не оснащенных грозозащитным тросом, так как в этом случае значительная
часть ударов молнии в ВЛ приходится не на заземленный грозозащитный трос,
а в фазные провода, т.е. фактически непосредственно в ОПН.
Снижение риска повреждения ОПН 6-35 кВ в случае их применения на
воздушных линиях 6-35 кВ достигается:
− совместным применением ОПН с грозозащитными тросами;
− выбором ОПН повышенной энергоемкости с допустимым для него
импульсом большого тока (импульс 4/10 мкс) амплитудой 100 кА;
− увеличением числа опор ВЛ, на которых установлены ОПН, так как
это приводит к снижению выделяющейся энергии в каждом аппарате
за счет рассеивания энергии разряда молнии не в одном ОПН, а в
большом количестве работающих параллельно аппаратов.
Конкретное значение энергоемкости ОПН для ВЛ 6-35 кВ зависит от
многих факторов (например, от наличия грозотроса) и должно определяться на
основе расчетов. В частности, применение ОПН на ВЛ 6-35 кВ без тросовой
защиты не рекомендуется, если энергоемкость ОПН менее WУД = 4 кДж/кВ
(приведено к U НРО ). Остальные характеристики ОПН могут быть определены
упрощенно.
Защита от перенапряжений сетей генераторного напряжения
Выбор ОПН для защиты изоляции генераторов, а также другого
оборудования сетей генераторного напряжения традиционно рассматривается
отдельно. С одной стороны, это вызвано высокой стоимостью и
ответственностью защищаемого оборудования, а с другой – необходимостью
учета при выборе характеристик ОПН особенностей установленных на
генераторах регуляторов возбуждения.
Защита от перенапряжений изоляции «экран-земля»
однофазных кабелей высокого напряжения
В последнее время силовые кабели высокого напряжения 6-500 кВ все
более широко используются для передачи и распределения электроэнергии,
особенно в крупных городах и на промышленных предприятиях, где уровень
электропотребления и плотность нагрузки весьма значительны. Наибольшее
распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из
сшитого полиэтилена.
Экраны кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена выполнены из
хорошо проводящего материала (алюминия или меди); заземление экранов
более чем в одной точке ведет к появлению в них значительных токов,
сопоставимых с током жилы кабеля. Если по условиям ограничения
напряжения на экране обязательно его заземление в нескольких точках, то для
снижения токов в экранах при трехфазной группе однофазных кабелей может
быть применена транспозиция экранов.
www.zeu.ru 6
Установка ОПН класса 3-35 кВ между экраном и землей для защиты
изоляции «экран-земля» от грозовых и коммутационных перенапряжений
необходима:
− на том конце том конце кабеля, на котором экран не заземлен (рис.2);
− если применена транспозиция экранов трехфазной группы кабелей, то
в каждом узле транспозиции (рис.3).
Рис.2. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена в случае, когда экран заземлен только с одной стороны.
Рис.3. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена в случае, когда экран заземлен с двух сторон и применен один цикл
транспозиции экранов.
Характеристики ограничителя перенапряжений, предназначенного для
защиты изоляции экрана кабеля, должны выбираться исходя из двух основных
критериев:
− обеспечения надежной защиты изоляции экрана при грозовых и
коммутационных перенапряжениях;
− обеспечения надежной работы самого ОПН при квазистационарных
перенапряжениях в месте его установки как в нормальном режиме, так
и в аварийном режиме короткого замыкания вне кабеля.
Проведение расчетов необходимо с целью выбора наибольшего рабочего
напряжения ОПН (U НРО ), которое определяется напряжением на изоляции
«экран-земля» однофазных кабелей (см. журнал «Электро-Info», март 2007 г.).
Нормальный длительно существующий симметричный режим и режим
короткого замыкания (однофазного, двухфазного, двухфазного на землю,
www.zeu.ru 7
трехфазного) в сети вне кабеля, длительность существования которого
определяется релейной защитой и не превосходит нескольких секунд, а также
характеристика «напряжение-время» ОПН являются основой для выбора
наибольшего рабочего напряжения U НРО .
Если для выбранного ОПН остающееся напряжение U8/ 20 при расчетном
грозовом токе (форма 8/20 мкс) составляет не более чем 0.9 от импульсной
прочности ГРОЗ ИСП
U изоляции экрана при грозовых перенапряжениях, то выбор
ОПН произведен правильно. Если напряжение U8/ 20 выше импульсной
прочности изоляции экрана
ГРОЗ U ИСП , то необходимо изменять число циклов
транспозиции и/или мест заземления экранов, что позволяет применять ОПН с
меньшим рабочим напряжением U НРО и, соответственно, меньшими
остающимися напряжениями. Остальные характеристики ОПН могут быть
определены упрощенно.
Защита от перенапряжений в сетях
с повышенным содержанием гармоник
Среди сетей с повышенным содержанием гармоник в качестве примера
можно рассмотреть случай, когда ОПН устанавливается для защиты двигателя,
оснащенного системой частотного пуска.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН (и других его
характеристик) при наличии в сети высших гармоник является сложной
задачей, не имеющей обоснованного решения.
Защита от перенапряжений в сетях с резистивно-заземленной нейтралью
В сетях с резистивно-заземленной нейтралью величина резистора
выбирается в зависимости от решаемых задач:
− снижения дуговых и феррорезонансных перенапряжений;
− обеспечение селективности работы релейной защиты по поиску
поврежденного присоединения.
В первом случае величина резистора выше, чем во втором, и поэтому в
первом случае говорят о высокоомном заземлении нейтрали. Резистор,
выбранный во втором случае исходя из обеспечения селективности работы
релейной защиты, одновременно позволяет снизить до безопасного уровня
дуговые и феррорезонансные перенапряжения, т.е. позволяет решать сразу две
задачи.
Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН 6-35 кВ в сетях,
имеющих резистивное заземление нейтрали, должен проводиться на основе
расчетов с учетом величины резистора и максимальной длительности
существования режима однофазного замыкания на землю. Остальные
характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
www.zeu.ru 8
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН В СЕТЯХ 110-750 кВ
В сетях 110-750 кВ места установки и характеристики ОПН допустимо
определять упрощенно за исключением особых случаев, перечисленных ниже и
требующих проведения расчетов (аналитических или с использованием
компьютерного моделирования процессов).
РУ с присоединенными ВЛ 500-750 кВ длиной более 200-300 км
Проведение расчетов внутренних перенапряжений на ВЛ 500-750 кВ
длиной более 200-300 км и в РУ 500-750 кВ, к которым эти ВЛ присоединены,
необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений и оценки их
опасности для оборудования и, в частности, для ОПН;
− определения комплекса мер, направленных на снижение
квазистационарных перенапряжений в тех случаях, когда они
представляют реальную опасность для оборудования; например, такие
опасные перенапряжения резонансной природы могут возникать в
цикле ОАПВ на отключенной фазе линии «резонансной» длины,
зависящей от числа присоединенных к ней шунтирующих реакторов;
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
Расчеты внутренних перенапряжений, которые можно провести
аналитически или с использованием компьютерного моделирования, являются
основой для выбора характеристик ОПН (U НРО , WУД ), устанавливаемых на ВЛ
500-750 кВ (например, в непосредственной близости от входа РУ для защиты
оборудования от грозовых перенапряжений).
Блочные и полублочные передачи 110-750 кВ
Схемами, в которых возможно возникновение опасных внутренних
перенапряжений, являются так называемые блочные и полублочные передачи,
в которых воздушная линия коммутируется в блоке с силовым
трансформатором или автотрансформатором. В проектной практике следует
избегать блочных и полублочных схем как опасных для оборудования и, в
частности, для ОПН, однако ряд таких электропередач уже эксплуатируется и
требует проведения расчетов в рамках замены устаревших вентильных
разрядников на ОПН.
Проведение внутренних перенапряжений в блочных и полублочных
передачах необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений и оценки их
опасности для оборудования и, в частности, для ОПН;
− определения комплекса мер, направленных на снижение
квазистационарных перенапряжений в тех случаях, когда они
представляют реальную опасность для оборудования;
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
www.zeu.ru 9
Следует понимать, что в блочных и полублочных передачах наибольшее
рабочее напряжение ОПН, обеспечивающее его надежную эксплуатацию при
квазистационарных перенапряжениях, может оказаться заметно выше фазного
значения наибольшего рабочего напряжения сети, т.е. такой ОПН в ряде
случаев будет неэффективно ограничивать грозовые и коммутационные
перенапряжения на оборудовании.
В качестве примера на рис.4 приведена достаточно редко встречающаяся
схема блочной передачи 750/500 кВ, в которой воздушная линия 500 кВ может
коммутироваться в блоке с автотрансформатором 750кВ/500кВ выключателями
750 кВ.
Рис.4. Схема блочной передачи 750/500 кВ.
Значительно более распространенными являются полублочные передачи
110-220 кВ (рис.5), в которых понижающие трансформаторы (110-220)/(6-10)
кВ не имеют собственных выключателей 110-220 кВ и коммутируются в блоке
с питающими ВЛ 110-220 кВ – это, как правило, тупиковые подстанции,
транзитные подстанции, подстанции на отпайках, питаемые по ВЛ 110-220 кВ
длиной до 40-50 км. Нейтрали трансформаторов 110-220 кВ на таких
подстанциях зачастую разземлены.
Рис.5. Пример полублочной передачи 110 кВ.
Основные характеристики ОПН для полублочных передач 110-220 кВ,
определенные расчетным путем и проверенные опытом эксплуатации, таковы:
− наибольшее рабочее напряжение ОПН 110-220 кВ принимается на 20%
выше наибольшего рабочего (фазного) напряжения сети;
− остальные характеристики ОПН могут быть определены упрощенно.
www.zeu.ru 10
Электропередачи, оснащенные устройствами продольной компенсации
Проведение расчетов внутренних перенапряжений в схемах с
устройствами продольной компенсации (УПК) необходимо с целью:
− определения квазистационарных перенапряжений (в том числе в
режиме короткого замыкания, когда токи короткого замыкания могут
создавать значительное падение напряжения частоты 50 Гц на емкости
УПК);
− определения энергии, которая выделяется в ОПН при
коммутационных перенапряжениях.
Расчеты внутренних перенапряжений являются основой для выбора
характеристик ОПН (U НРО , WУД ), устанавливаемых для защиты УПК.
Схемы электроснабжения тяговых подстанций
переменного тока 27.5 кВ от сетей 110-220 кВ
Рекомендации по выбору характеристик ОПН 110-220 кВ,
устанавливаемых на стороне 110-220 кВ тяговых подстанций (ТПС)
однофазного тока промышленной частоты 27.5 кВ, а также способы снижения
риска повреждения этих ОПН приведены в журнале «Энергетик» №12 за 2006
год.
Эти исследования позволили с новых позиций обосновать необходимость
проявления повышенного внимания к вопросам электроснабжения
электрифицированных железных дорог от высоковольтных сетей общего
назначения и сделать ряд важных выводов:
− В типовых схемах питания тяговых подстанций переменного тока 27.5
кВ в случае возникновения короткого замыкания на питающих
воздушных линиях с их последующим отключением выделяется
участок сети с изолированной нейтралью, что является нарушением
требований ПУЭ.
− Наличие присоединенного к ТПС выделенного участка питающей сети
с изолированной нейтралью при определенных обстоятельствах
приводит к «обратной трансформации» на него напряжения из
контактной сети 27.5 кВ, что вызывает в ряде случаев опасные для
изоляции оборудования квазистационарные и коммутационные
перенапряжения.
− Для исключения повреждений оборудования в схемах питания
тяговых подстанций переменного тока 27.5 кВ рекомендуется:
по возможности заземлять нейтрали силовых трансформаторов на
ТПС;
заменить вентильные разрядники 110-220 кВ на нелинейные
ограничители перенапряжений, наибольшее рабочее напряжение
которых U НРО на 20% больше фазного значения наибольшего
рабочего напряжения сети, а удельная поглощаемая энергия одного
импульса WУД ≥ 4 кДж/кВ (приведено к U НРО );
www.zeu.ru 11
обеспечить координацию действий релейных защит электрических
сетей общего назначения и системы электроснабжения
электрифицированных железных дорог;
при коротком замыкании в питающей сети отключать рабочий
трансформатор ТПС от тяговой сети 27.5 кВ (например,
выключателем на стороне 27.5 кВ) до выделения изолированного
участка питающей сети 110-220 кВ.
Перечисленные меры обладают различной эффективностью и
возможностью реализации.
Защита от грозовых перенапряжений изоляции ВЛ 110-750 кВ
В ряде случаев в силу объективных причин (высокие значения
сопротивления заземления опор ВЛ из-за высокого удельного сопротивления
грунта, невозможность применения грозозащитных тросов из-за высоких ветро-
гололедных нагрузок и т.п.) традиционные средства грозозащиты не могут
обеспечить необходимую грозоупорность ВЛ. Тогда дополнительным -
дорогим, но эффективным - способом повышения грозоупорности ВЛ может
стать установка ОПН на опорах ВЛ для защиты ее изоляции от перекрытий.
Подвесные ограничители перенапряжений ОПН 110-750 кВ
устанавливаются на опорах ВЛ 110-750 кВ параллельно гирляндам линейных
изоляторов, т.е. между фазным проводом и траверсой опоры. При этом
используются два способа подключения ОПН:
− без искрового промежутка;
− через искровой промежуток (не путать с вентильным разрядником).
На основе ряда расчетов, проведенных для ВЛ 110-750 кВ, сделаны
следующие обобщающие рекомендации относительно мест установки ОПН:
− для эффективной защиты изоляции всей ВЛ от грозовых
перенапряжений необходима установка ОПН на каждой опоре (или
через опору);
− для эффективной защиты изоляции отдельных («проблемных») опор
ВЛ от грозовых перенапряжений необходима установка ОПН только
на этих опорах;
− для снижения числа грозовых отключений, вызванных прорывами
молнии на фазные провода, наиболее эффективно устанавливать
защитные ОПН в верхние фазы (при вертикальном расположении или
расположении проводов в «треугольник») и в крайние фазы (при
горизонтальном расположении проводов);
− для снижения числа грозовых отключений, вызванных обратными
перекрытиями изоляции с опоры на фазные провода, установка ОПН
наиболее эффективна в крайние фазы ВЛ с горизонтальным
расположением проводов, а на ВЛ с иным расположением проводов –
в зависимости от сопротивлений заземления опор (при малых
сопротивлениях заземления – в верхние фазы, а при больших
сопротивлениях заземления – в нижние фазы);
www.zeu.ru 12
− для исключения перекрытий изоляции на одноцепной опоре
необходима установка ОПН сразу во все фазы на опоре;
− для исключения двухцепных перекрытий изоляции на двухцепных
опорах установка ОПН достаточна только в фазы одной из цепей.
При установке ОПН на ВЛ 110-750 кВ важнейшим является вопрос о
выборе его энергоемкости W УД , которая существенно зависит от следующих
факторов:
− от вероятности прорыва молнии на фазный провод, на котором
установлен ОПН, а также от параметров этой молнии;
− от сопротивления заземления опоры ВЛ, на которой установлен(ы)
ОПН;
− от числа фаз ВЛ на опоре, в которые установлены ОПН;
− от наличия ОПН, расположенных в той же фазе на соседних опорах;
− от типа ОПН (с искровым промежутком или без него).
Определение энергоемкости ОПН в каждом конкретном случае
производится по результатам расчетов.
Наибольшее рабочее напряжение ОПН (U НРО ), устанавливаемых на ВЛ
110-750 кВ, зависит от типа ОПН (с искровым промежутком или без него). В
случае ОПН без искрового промежутка наибольшее рабочее напряжение ОПН
выбирается как в типовых случаях (или как в особых случаях, если есть их
признаки: большая длина ВЛ, возможность коммутации ВЛ одновременно с
трансформатором, другие признаки). В случае ОПН с искровым промежутком
рабочее напряжение ОПН выбирается исходя из условий обеспечения
надежного гашения дуги от тока промышленной частоты, который протекает в
промежутке после его срабатывания от грозовых перенапряжений.
На ВЛ 110-750 кВ рекомендуется устанавливать ОПН 110-750 кВ с
применением отделителей, включаемых последовательно с ОПН и
обеспечивающих отсоединение ограничителя перенапряжений в случае его
повреждения.
Защита от перенапряжений КРУЭ 110-750 кВ
Вольт-секундная характеристика элегазовой изоляции существенно
отличается от вольт-секундной характеристики воздушной и бумажно-
масляной. У элегазовой изоляции нет упрочнения изолирующих свойств при
малых временах воздействия перенапряжений. Поэтому для оборудования
распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) основную
опасность представляют грозовые перенапряжения (микросекундные фронты) и
высокочастотные перенапряжения (наносекундные фронты).
Источником грозовых перенапряжений является поражение молнией
присоединенных воздушных линий. Источником высокочастотных –
коммутации разъединителями и выключателями коротких участков шин внутри
КРУЭ. Эти перенапряжения являются не спецификой отдельных случаев
использования КРУЭ, а следствием свойств самого КРУЭ, его конструкции.
www.zeu.ru 13
Защита от этого вида перенапряжений предусматривается изготовителем
КРУЭ.
Выбор защиты от грозовых (и коммутационных) перенапряжений КРУЭ
(а также присоединенных к нему силовых и измерительных трансформаторов,
кабелей) осуществляется на стадии проектирования. В качестве защитных
аппаратов применяются ОПН обычного типа (с воздушной изоляцией) или
ОПН с элегазовой изоляцией (сокращенно ОПНЭ).
В случае защиты КРУЭ от перенапряжений необходимо проведение
оценок и расчетов, которые позволят решить следующие задачи:
− принимая во внимание высокую стоимость КРУЭ, обосновать места
установки ОПН, обеспечивающие надежную защиту изоляции КРУЭ
от грозовых и коммутационных перенапряжений;
− выбрать тип защитного аппарата (ОПН или на порядок более дорогой
ОПНЭ);
− выбрать характеристики ОПН и/или ОПНЭ.
Выбор характеристик ОПН и ОПНЭ, устанавливаемых для защиты
КРУЭ, производится как в типовых случаях (или как в особых случаях, если
есть их признаки: большая длина ВЛ, возможность коммутации ВЛ
одновременно с трансформатором, другие признаки).
Защита от перенапряжений разземляемой нейтрали 110-220 кВ
В связи с развитием энергосистем увеличиваются токи короткого
замыкания, что приводит к росту динамических воздействий на обмотки
трансформаторов, утяжелению работы коммутирующей аппаратуры. Частичное
разземление нейтралей силовых трансформаторов 110-220 кВ применяется в
качестве эффективной меры ограничения токов однофазного короткого
замыкания, которые составляют основную долю в общем числе коротких
замыканий. Кроме того, разземление нейтралей силовых трансформаторов в
ряде случаев способствует организации релейной защиты.
Разземление нейтрали силового трансформатора приводит к
необходимости защиты изоляции нейтрали от воздействующих на нее в
процессе эксплуатации грозовых (и коммутационных) перенапряжений, для
чего в нейтраль устанавливаются специальные ОПН, обозначаемые ОПНН.
К
К15
Вот такая вот статейка попалась неплохая. Общее некоторое введение в проблематику даёт, требуется ещё небольшое рассуждение в тёмной комнате, чтобы осознать проблематику до конца (как физики говорят).
Вообще ... немного представляю эти проблемы, т.к. ранее тяжёлая жизнь заставила изучать системы грозозащиты.
Если кому интересно будет - можете тоже эту статью пробежать (скачать с инета), может ещё что-то подобное есть.
Вообще ... немного представляю эти проблемы, т.к. ранее тяжёлая жизнь заставила изучать системы грозозащиты.
Если кому интересно будет - можете тоже эту статью пробежать (скачать с инета), может ещё что-то подобное есть.
М
Мoзгoпрaв и мoзгoвeд©
вообще, научную бы работу какую-нибудь на эту тему, литературу хорошую
не тот форум вы выбрали, ой не тот...
у меня есть человек в энергетике варится, подстанции, трансформаторы - это его все, но не думаю, что консультации будут занахаляву, как хотелось изначально.
Собственно и мне не шибко интересно сферический завод в вакууме обсуждать.
К
К15
любому человеку, а тем более радиолюбителю, полезно будет
потому что, как пишут на аппаратуре, любое излучение (электромагнитное), излучаемое, или поглощаемое, должно соответствовать стандартам (быть в допустимых пределах) и т.д. и т.п.
чтобы понимать, почему пострадала аппаратура, а не как обычно, ой, всё сгорело, иди покупай новое
потому что, как пишут на аппаратуре, любое излучение (электромагнитное), излучаемое, или поглощаемое, должно соответствовать стандартам (быть в допустимых пределах) и т.д. и т.п.
чтобы понимать, почему пострадала аппаратура, а не как обычно, ой, всё сгорело, иди покупай новое
М
Мoзгoпрaв и мoзгoвeд©
любому человеку, а тем более радиолюбителю, полезно будет
абсолютно верно. АВРы на несколько десятков/сотен кА, любому, ага, радиолюбителю интересны.
потому что, как
пишут на аппаратуре, любое излучение (электромагнитное), излучаемое, или поглощаемое, должно соответствовать стандартам (быть в допустимых пределах) и т.д. и т.п.
Это никак не связанно с топиком, совершенно.
a
alexhote
Ещё по секрету расскажу что при индуктивной нагрузке напряжение и ток проходят через ноль в разное время, делая затею ещё более бессмысленной. Хотя при наличии компенсаторов и охрененно мощных тиристоров сделать можно, но охрененно дорого
М
Мoзгoпрaв и мoзгoвeд©
Хотя при наличии компенсаторов и охрененно мощных тиристоров сделать можно, но охрененно дорого
Ну не так что бы очень дорого, но есть чем поживиться.
знакомый контору держит, как раз по компенсаторам.
Ещё по секрету расскажу что при индуктивной нагрузке напряжение
я вам по секрету расскажу шо перенапряженя свидетельствуют о резонансной нагрузке...
мало того, на частотах сети рез частота зависит от сопротивления...
енто ток для вас...
[Сообщение изменено пользователем 18.08.2016 00:19]
Авторизуйтесь, чтобы принять участие в дискуссии.