2. Вибір обмежувачів перенапруг.
НАШІ КОНТАКТИ:
Телефон (812) 331-40-40
Офіс:188668, Ленінградська область, Всеволожський район, д. Лесколове,Зелена, 2а ;
Правила ведення реєстру акціонерів
2. Вибір обмежувачів перенапруг.
2.1. Попередній вибір обмежувачів.
Обмежувач перенапруг, будучи засобом обмеження перенапруг на ізоляції електрообладнання підстанцій, ліній та електричних машин, підвищення надійності роботи об'єкта, що захищається, не повинен знижувати надійності за рахунок власного пошкодження. Тому вибір цих захисних апаратів, як і вибір будь-якого електротехнічного обладнання, має бути ретельно зважений та обґрунтований. У зв'язку з викладеним, вибір ГНН, як правило, виконується у два етапи:
1) попередній вибір;
2) після вивчення факторів, що впливають, остаточний вибір.
Першим, і найважливішим, кроком вибору обмежувачів є вибір напруги ГНН з урахуванням часу його впливу. Для цього необхідно мати максимальну інформацію про мережу (про об'єкт), де працюватиме захисний апарат.
Головною обставиною, що визначає безаварійну роботу обмежувачів, є тривала допустима робоча напруга на апараті. В Україні та більшості країн СНД воно обумовлено директивними документами в рамках відповідних правил та вимог (ПТЕ, ПУЕ, РУ). За цими вимогами напруга на підстанціях у нормальному режимі не повинна бути більшою, ніж 1,2 Uном у мережах 3-20 кВ, та 1,15 Uном – на підстанціях 35 кВ. Оскільки повітряні та кабельні лінії в мережах до 35 кВ включно мають помірну довжину, то ОПН при їх встановленні на лініях тривала допустима робоча напруга може бути прийнята такою ж, що і для ОПН, що встановлюютьсяна підстанціях.
Крім того, умови роботи обмежувачів перенапруг, виявляються різними для різних мереж:
- генераторної напруги 6-24 кВ;
- Власних потреб електростанцій 6 кВ;
- розподільних 0,5?35 кВ, що працюють в режимі ізолювання нейтралі або її резонансного заземлення через реактор, що дугогасить.
При попередньому виборі величини напруги 50 Гц, що тривало впливає на ОПН, слід мати на увазі, що в мережах до 35 кВ включно з ізольованою або резонансно-заземленою нейтраллю при замиканні на землю однієї з фаз на двох здорових фазах встановлюється лінійна напруга де Uфм - максимальна фаза напруга.
При виборі ОПН для установки в нейтралі трансформаторів для захисту дугогасних реакторів і електричних машин, що обертаються, в першому наближенні можна вважати, що на ОПН нейтралі дійсно може впливати напруга частотою 50 Гц не більше
Варистор апарату або обмежувач перенапруг, розраховані на певну тривалу напругу Uнр, пропускає через себе певний активний струм, який не порушує їхнього теплового балансу (теплову стійкість). Це дозволяє з допомогою скорочення тривалості впливу збільшити величину допустимого напруги. Такі залежності для апаратів ЗАТ 'Полімер-Апарат' наведено на рис.2.1 та 2.2.
Рис.2.1. Залежність 'напруга - час' для ГНН виробництва ЗАТ "Полімер - Апарат" на базі варисторів з діаметрами 46 мм і 60 мм А - після нагрівання до температури 60 про С без попереднього навантаження; Б – після нагрівання до температури 60 про З попереднім навантаженням двома прямокутними імпульсами 420 і 550 А.
Рис.2.2. Залежність 'напруга - час' для ГНН ЗАТ "Полімер - Апарат" на базі варисторів'Epcos': А – після нагрівання до температури 60 про З без попереднього навантаження; Б - після нагрівання до температури 60 про З попереднім навантаженням трьома прямокутними імпульсами 800, 1200, 1500 і 2100 А (для варисторів з діаметрами 60 мм, 70 мм, 78 мм і 99 мм).
Як видно з цих залежностей, вже попередньо навантажені енергією обмежувачі перенапруг також можуть протистояти квазистаціонарним підвищенням напруги, але трохи меншої тривалості.
Таким чином, для визначення розрахункової величини робочої напруги обмежувачів до 35 кВ включно необхідно знати величину максимальної допустимої робочої напруги Uнр та залежності Кв = U/Uнр з рис.2.1-2.2.
Розглянемо кілька прикладів.
Приклад 1.Визначити розрахункову величину тривалого допустимого на обмежувачі 24 кВ ЗАТ «Полімер – Апарат» напруги, що встановлюється на затискачах турбогенератора та в його нейтралі. Час дії захисту при замикання на землю 0,5 с, передбачуваний прямокутний імпульс струму 1200 А.
У переважній більшості випадків турбогенератора на 24 кВ Uнр на 10% перевищує номінальну напругу, тобто Uнр = 1,1×24 = 26,4 кВ. По рис.2.2 при tф = 0,5 с., коефіцієнт Кв змінюється від Кв = 1,43 (при попередньому навантаженні питомою енергією, що погладжується при температурі навколишнього повітря +45 про С, крива 2), до 1,51 (у вихідному стані при температурі навколишнього повітря +45 С, крива 1). Враховуючи жорсткі вимоги захисту турбогенераторів 20 кВ, мають велику одиничну потужність, із запасом приймаємо Кв = 1,43. Тому Uрнр = Uнр/КВ = 26,4/1,48 = 17,9 кВ. Аналогічно для ГНН, необхідного для встановлення в нейтралі турбогенератора, Uрнр = 15,4 / = 10 кВ.
Приклад 2.Визначитирозрахункову величину тривалої допустимої напруги на обмежувачі ЗАТ 'Полімер - Апарат', необхідного для встановлення на секціях 6 кВ мереж власних потреб турбогенератора 24 кВ. Час пошуку в ліквідації замикання на землю однієї з фаз трохи більше 20 хвилин, очікуваний через апарат струм комутаційних напруг, дорівнює 500 А.
Для власних потреб 6 кВ турбогенераторів 24 кВ Uнр = 6×1,2 = 7,2 кВ. Із залежності рис. 2.1 при t = 20 хв = 20×60 = 1200 з знаходимо, що коефіцієнт КВ дорівнює від КВ = 1,34 (ГНН у вихідному стані, крива Б) до КВ = 1,26 (ГХН при попередньому впливі двох імпульсів струму пропускної здатності тривалістю 2000 мкс з питомою енергією, що погладжується, одного імпульсу 2,1 кДж на 1 кВ Uнр, крива А). Тому Uрнр = Uнр / КВ = 7,2/1,26 = 5,8 кВ.
Приклад 3.Визначити розрахункову величину тривалої робочої напруги на обмежувачі ГНН – 35 кВ ЗАТ «Полімер – Апарат», встановленого у міській кабельній мережі 35 кВ. Час пошуку ліквідації замикання однієї фази землі 2 години. І тут Uнр = 1,15× Uном = 1,15×35 = 40,5 кВ. Розрахунковий час t = 2 60 60 = 7200 с і тому з рис. 2.1 коефіцієнт КВ = 1,18 та Uрнр = Uнр /КВ = 40,5/1,18 = 34,3 кВ. Очікуваний струм комутаційних перенапруг 420 А.
Приклад 4.Визначити розрахункову величину тривалої робочої напруги на обмежувачі 2,0 кВ ЗАТ «Полімер – Апарат», необхідного для встановлення в мережах занурювального електродвигуна нафтовидобутку для захисту від перенапруг. Час спрацьовування захисту від замикання на землю (зниження ізоляції між струмовідними частинами та землею) t = 1 с. Очікуваний струм комутаційних перенапруг - 300 А. За даними [6,7] Uнр для названої системи Uнр = Uном = 2 кВ. З кривої рис.2.1 коефіцієнт КВ при t=1 сдорівнює КВ = = 1,38. Тому Uрнр = Uнр / КВ = 2,0 / 1,38 = 1,45 кВ.
Приклад 5.Визначити розрахункову величину тривалої робочої напруги на обмежувачі 20 кВ ЗАТ «Полімер – Апарат» для встановлення в повітряній лінії невеликої довжини для захисту перетинів ліній між собою. Час пошуку та ліквідації замикання на землю 30 хвилин, очікуваний комутаційний струм через апарат
550 А. З рис. 2.1. при t = 30 хв = 1800 з визначаємо КВ = 1,22, тому Uрнр = Uнр/КВ = 24/1,22 = 19,8 кВ (Uнр = Uном×1,2 = 20×1,2 = 24 кВ ).
Приклад 6.Визначити розрахункову величину тривалої робочої напруги на обмеження 10 кВ ЗАТ «Полімер – Апарат», що встановлюється у розгалуженій кабельній мережі. Час пошуку та ліквідації замикання на землю 1 година, очікувана величина струму комутаційних перенапруг близько 800 А. Напруга Uнр для мережі 10 кВ дорівнює Uнр = 1,2×Uном=1,2×10 = 12 кВ. З рис. 2.2. при t = 1 год = 3600 з визначаємо КВ. = 1,22, тому Uрнр = Uнр / КВ = 12 / 1,22 = 9,9 кВ.
Одним із основних параметрів, що визначають електричні характеристики нелінійних обмежувачів перенапруг, є величина імпульсного (розрядного) струму Iр, допустимого через варистори згаданих захисних апаратів. При значеннях струму більше допустимого Ір для вибраних варисторів може відбутися їхнє перекриття по бічній поверхні.
Імпульсні струми через ГНН зазвичай вивчаються під час зняття кривих небезпечних хвиль [2,5] на ПЕОМ чи польових умовах. Методика дослідження імпульсних струмів така: при знятті кривих небезпечних хвиль імпульсні напруги на ізоляції електрообладнання, наприклад, силового трансформатора, збільшуються доти, доки їхня амплітуда не торкнеться рівня допустимих імпульсних впливів (на площині 'напруга -час ') Uдод.
Так, наприклад, для силових трансформаторів
для електродвигунів 6 або 10 кВ
Uдоп = ×1,7 ×Uном [8,9],
де Uпв - повна імпульсна випробувальна хвиля згідно з ГОСТ 1516.3-96;
Uном - номінальна напруга трансформатора з боку обмотки досліджуваної мережі чи електричних машин.
При торканні імпульсних перенапруг і Uдоп фіксувалася осцилограма струму через ГНН і далі визначалися амплітуда та форма струму. Така методика вивчення імпульсних струмів через ОПН, реалізовувалась за допомогою програми "ГРОЗА" для ПЕОМ, розробленої на кафедрі електроенергетики та техніки високої напруги Санкт-Петербурзького державного політехнічного університету.
Аналіз показав, що величина імпульсного струму через обмежувачі перенапруг залежить від типу підстанції (тупикова, прохідна, багатофідерна), числа і кількості захисних апаратів, типу і характеристик самих захисних апаратів, типу машин, що захищаються, конденсаторних батарей, силових фільтрів, відстані між обладнанням, що захищається. захисним апаратом, місцем встановлення ГНН (на підстанції або лінії та ін.). Однак у більшості випадків імпульсні струми не більше ніж наведені в таблиці 2.1. Тут же відзначимо, що більшість генераторів напругою 15, 18, 20, 22 і 24 кВ потужністю понад 50 МВт і синхронних компенсаторів 6 і 10 кВ потужністю більше 50 МВАр мають магнітний зв'язок з повітряними мережами (через трансформатори) і тому імпульсний струм I , встановлених поблизу згаданих машин, мають помірну величину (Ін 2-3 кА).
Форма імпульсних струмів через ОПН на підстанціях визначається крутістю приходять імпульсів напруги, вхідною ємністю електрообладнання, числом і характеристиками захисних апаратів, відстанню міжзахисними апаратами та електрообладнанням, що захищається. Довжина фронту таких імпульсів змінюється у межах від 4 до 12 мкс, довжина полуспада ('хвоста') від 15 до 40 мкс. При виборі обмежувачів орієнтуються хвилю 8/20 мкс.