Особенности выбора ОПН для ограничения внутренних перенапряжений в электрических сетях напряжением до 35 кВ

Основные параметры ОПН (в дальнейшем «ограничитель») выбираются исходя из его назначения, требуемого уровня ограничения перенапряжений, места установки, а также схемы сети и ее параметров.

Электрические сети напряжением до 35 кВ работают с изолированной или с компенсированной нейтралью и в ряде случаев допускают длительныю работу с однофазным замыканием на землю. В этом случае наибольшее длительно допустимое напряжение ограничителя Uнро выбирается равным наибольшему рабочему напряжению электрооборудования для данного класса напряжения, приведенного в табл.6.2.

Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования.

Если длительность однофазного замыкания на землю ограничена, то наибольшее длительно допустимое напряжение ОПН рассчитывается как Uнро=Uнс/Кt, где Uнс — наибольшее возможное фазное напряжение сети, длительностью не менее 6 часов в сутки, повторяющееся не менее двух раз в году, измеренное в месте установки ОПН; Кt — коэффициент, равный отношению допустимого изготовителем повышения напряжения в течение времени t к наибольшему допустимому рабочему (или номинальному) напряжению ограничителя.

Kt=A B lgt,.

где, А и В — коэффициенты, значения которых зависят от типа ОПН и фирмы-изготовителя.

Остающееся напряжение на ограничителе при расчетном токе коммутационных перенапряжений должно быть не более выдерживаемого напряжения, значения которого приведены в соответствующих таблицах [3]. Значения выдерживаемых изоляцией напряжений устанавливаются на основе значений одноминутных испытательных напряжений по формуле, кВ макс,.

.

где Ки — коэффициент импульса, учитывающий упрочнение изоляции при коротком импульсе по сравнению с воздействием напряжения частоты 50 Гц; Кк — коэффициент куммулятивности, учитывающий многократность воздействия перенапряжений и старение изоляции; U1мин — значение одноминутного испытательного напряжения. Для трансформаторов и АТР Ки=1,35; Кк=0,9; для аппаратов Ки=1,1 и Кк=1.

Расчетный ток коммутационных перенапряжений зависит от вида и величины неограниченных перенапряжений. Значение этого тока определяется в результате расчета переходных процессов для рассматриваемой коммутации или с некоторым запасом принимаемый равным 500 А при воздействии на ограничитель коммутационного импульса 30/50 мкс.

При выборе ограничителя необходимо в каждом конкретном случае учитывать и ряд других обстоятельств [4]. Например, одним из наиболее опасных энергетических воздействий на ограничитель являются коммутационные перенапряжения, возникающие при отключении длиннных кабельных линий и конденсаторных батарей с повторными пробоями между контактами выключателя. Энергия, Дж, которую должен поглотить ограничитель, может быть приближенно определена по формуле.

W=0,5C[(0,82KпUнс)2 (1,77Uнро)2].

где C — емкость кабеля или батареи конденсаторов, мкФ; Кп — коэффициент перенапряжений, рекомендуется Кп=3; Uнс — наибольшее рабочее напряжение сети, кВ; Uнро — наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя, кВ.

Особенности выбора ОПН для защиты от коммутационных перенапряжегний сети собственных нужд электростанций В сетях собственных нужд (СН) электростанций ОПН устанавливаются для защиты сети и электродвигателей от коммутационных перенапряжений, вызванных дуговыми замыканиями на землю. Электродвигатели имеют наименьший выдерживаемый уровень изоляции, поэтому ограничитель выбирается из условия ограничения перенапряжений применительно к электродвигателю. При этом наибольшее рабочее напряжение сети не должно превышать 1,1Uном электродвигателя, а длительность существования однофазного замыкания на землю не должна превышать двух часов.

Требуемый уровень ограничения коммутационных перенапряжений при дуговых замыканиях на землю обеспечивается при расчетном токе коммутационного импульса через ОПН, равном 100 А. Соответственно U500 (остающееся напряжение на ОПН при токе 500 А) для Uнро=6 кВ должно быть не более 14,5 — 14,7 кВ.

Амплитуда импульса пропускной способности ограничителя на прямоугольной волне длительностью 2000 мкс зависит от значения емкостного тока замыкания на землю в сети СН. При емкостном токе не более 10 А и работе сети с изолированной нейтралью или при емкостном токе до 100 А и работе сети со 100% компенсацией емкостного тока амплитуда импульса тока пропускной способности ограничителя должна быть не ниже 500 А. При емкостном токе замыкания на землю более 100 А и работе сети с компенсацией емкостного тока замыкания на землю амплитуда тока пропускной способности должна быть не ниже 1000 А.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью наибольшие энергетические воздействия на ОПН соответствуют работе ограничителя при дуговых перенапряжениях однофазного замыкания на землю. В случае с компенсированной нейтралью в расчетах принимают 10% недокомпенсацию емкостного тока замыкания на землю, которая моделирует возможный аварийный режим.

Суммарная энергия, рассеиваемая ограничителем в процессе дуговых замыканий на землю, с учетом повторных зажиганий дуги определяется как W=nW1, где W1 — наибольшая энергия, рассеиваемая ограничителем в одном цикле «гашение — зажигание» в кДж и определяемая по функциям W1=f (Ic) для разных классов напряжения сети разных значений остающегося напряжения ограничителя при коммутационном импульсе тока 500 А, U500 [3]; n — число зажиганий дуги с наибольшей энергией за одно зажигание.

n= 30 0,1 Ic, где Iс — емкостный ток замыкания на землю, А, для сети с изолированной нейтралью, либо ток недокомпенсации сети с компенсированной нейтралью.

В сетях СН электростанций при замыкании нейтрали заземляющего трансформатора на землю через резистор значение его сопротивления выбирается так, чтобы ток через резистор был не менее тока замыкания на землю. В этом случае перенапряжения при дуговых замыканиях на землю ограничиваются до уровня (2,2 2,4)Uф, а релейная защита надежно отключает поврежденное присоединение. В этом случае наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя выбирается из следующих условий:

наибольшее рабочее напряжение сети не должно превышать 1,1 номинального напряжения электродвигателя;

длительность однофазного замыкания на землю определяется временем действия релейной защиты на отключение поврежденного участка сети, обычно не превышающего 5 с.

При условии ограничения перенапряжений резистором до 2,4 Uф и ниже и отключения однофазного замыкания на землю не более 1 с пропускная способность ограничителя должна быть не менее 250 А. С увеличением длительности работы релейной защиты ток пропускной способности должен быть увеличен.