Спец вопрос

Грозозащита ВЛ 6/0,4 кВ, защита КТП от атмосферных перенапряжений.

Каждая электроустановка, предназначенная для генерации, передачи или распределения электроэнергии, имеет изоляцию, соответствующую её номинальному напряжению. Рабочее напряжение, приложенное к установке может отличаться от номинального, однако надёжна работа установи обеспечивается только в том случае, если оно не выходит за пределы наибольших рабочих напряжений, указанных в таблице —

Табл. —

Номинальное напряжение Uном, кВ

3

6

10

20

35

110

Наибольшее рабочее напряжение Uраб max, кВ

3,5

6,9

11,5

23,

40,5

126

Uном/ Uраб max

1,15

Табл. —

Превышение напряжения сверх наибольшего рабочего называется перенапряжением.

Перенапряжения, в зависимости от природы их возникновения бывают внутренние и внешние (грозовые) перенапряжения

Причиной внешних перенапряжений являются удары молнии в электроустановку или в близи неё (индуктированные перенапряжения). Поскольку значения токов молнии подвержены статическим разбросам, то и грозовые перенапряжения являются статической величиной.

Источником энергии внутреннего характера является запасённая в реактивных элементах системы (индуктивных и ёмкостных) энергия, которая обуславливает появление перенапряжений в переходных режимах, при нормальных или аварийных коммутациях. Значения внутренних перенапряжений зависят от параметров электрической системы и характеристик коммутирующих аппаратов и потому носят статический характер.

Так же перенапряжения внутреннего происхождения возникают: при скачкообразном изменении нагрузки потребителей, подачи и снятия напряжения с линии, в перерывах между короткими замыканиями на линии, при ферорезонансе.

Существует еще один особый вид внутреннего перенапряжения, возникающего в сверхпроводящем соленоиде. Это явление обусловлено мгновенным увеличением активного сопротивления катушки и наличием при этом начального значения тока. Величина электрического напряжения в этом случае достигает нескольких сотен киловольт.

Например, напряжение однофазной сети у нас составляет 220 (В). Если перевести его в амплитудное, умножив действующее напряжение на √2, то получим 310 (В). Так вот во время импульсных перенапряжений амплитудное значение напряжения может достигать значения до нескольких тысяч вольт. Длительность таких импульсных перенапряжений не велика — всего несколько миллисекунд (мсек).

Грозозащита ВЛ

Одной из основных причин аварий и нарушений питания на ВЛ 6 – 10 кВ являются грозовые воздействия, которые составляют до 40% от общего числа их отключений. Они вызывают повреждения изоляторов, опор, проводов, приводят к замыканиям на землю, дуговым перенапряжениям и автоматическим отключениям. Вследствие низкого уровня импульсной прочности линейной изоляции ВЛ 6 – 10 кВ являются весьма подверженными грозовым отключениям, так как практически все перенапряжения от прямых ударов молний, и значительная часть индуктированных перенапряжений приводят к перекрытиям изоляторов, с большой вероятностью переходящим в силовую дугу напряжения промышленной частоты.

Разрядник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».

Разрядники предназначены для защиты ВЛ 6-10 кВ от индуктированных грозовых перенапряжений. Такие перенапряжения составляют от 70% (при прохождении трассы или по открытому полю) до 100% (при прохождении трассы линии в лесу) от общего числа опасных для изоляции грозовых перенапряжений.

При однофазных замыканиях на землю ток не превышает 10 А, и петлевой разрядник с общей длиной перекрытия 80см надежно исключает установление силовой дуги.

Для ограничения тока двухфазного замыкания на землю целесообразно устанавливать по одному разряднику на опору с чередованием фаз, например, на первой опоре разрядник устанавливается на фазу А, на второй на фазу В, на третьей на фазу С и т.д.

При индуктированном грозовом перенапряжении срабатывают разрядники, установленные на разных фазах разных опор. В этом случае в контур протекания тока замыкания включаются два сопротивления заземления Rз, и ток ограничивается до необходимой величины.

Устройство разрядника.

Устройство разрядник состоит из двух элементов. Это — электрод и дугогасительная устройство.

Не много о каждом из них.

Электрод.

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику— гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).

Дугогасительное устройство.

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Существует множество видов разрядников.

Воздушный разрядник закрытого или открытого типа (трубчатый разрядник)9ш

Газовый разрядник

Вентильный разрядник

Магнитновентельный разрядник

ОПН (Ограничитель ПереНапряжения)

Стержневые искровые промежутки

РДИ (Разрядник Длинно Искровой)

Воздушный разрядник закрытого или открытого типа.

Воздушный разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полимеров, способных подвергаться термической деструкции с выделением значительного количества газов и без значительного обугливания — полихлорвинила или оргстекла (первоначально, в начале XX века, это была фибра), с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на определенном расстоянии от него (расстояние определяет напряжение срабатывания, или пробоя, разрядника) и имеет прямое электрическое подключение к защищаемому проводнику линии. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация (плазма), и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для гашения дуги. В воздушном разряднике открытого типа выброс плазменных газов осуществляется в атмосферу. Напряжение пробоя воздушных разрядников — более 1 кВ.

Газовый разрядник.

Конструкция и принцип действия идентичны воздушному разряднику. Электрический разряд происходит в закрытом пространстве (керамическая трубка), заполненном инертными газами. Технология электрического разряда в газонаполненной среде позволяет обеспечить лучшие характеристики скорости срабатывания и гашения разрядника. Напряжение пробоя газонаполненного разрядника — от 60 вольт до 5 киловольт.

Вентильный разрядник.

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких последовательно соединенных единичных искровых промежутков) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитновентельный разрядник.

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.

При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

Грозозащита воздушных линий 6(10) кВ длинно-искровыми разрядниками.

После грозового перекрытия изоляции может установиться силовая дуга промышленной частоты, но процесс этот вероятностный и дуга устанавливается не в каждом случае перекрытия изоляции. Физические закономерности, связанные с переходом импульсного перекрытия в силовую дугу, исследовались в разных лабораториях мира. Установлено, что при заданном номинальном напряжении вероятность возникновения дуги приблизительно обратно пропорциональна длине пути перекрытия. Поэтому за счет увеличения длины перекрытия можно снизить вероятность установления силовой дуги и, следовательно, сократить число отключений линий. Новый способ грозозащиты позволяет реализовать этот принцип за счет использования специальных длинно-искровых разрядников (РДИ).

Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, превышающую в несколько раз длину импульсного перекрытия защищаемого изолятора линии. Конструктивные особенности разрядника обеспечивают его более низкое разрядное напряжение при грозовом импульсе по сравнению с разрядным напряжением защищаемой изоляции. Главной особенностью длинно искрового разрядника является то, что вследствие большой длины грозового перекрытия вероятность установления дуги КЗ практически сводится к нулю.

Конструкция РДИ. Согнутый петлей изолированный металлический стержень при помощи зажима прикреплен к штырю изолятора. В средней части петли поверх изоляции установлена металлическая трубка, причем между трубкой и проводом линии должен быть воздушный промежуток. Потенциал петли и опоры одинаков, между металлической трубкой и металлической жилой петли относительно большая емкость. Из-за этого все перенапряжение, приложенное между проводом и опорой, оказывается приложенным между проводом и трубкой. При значительном перенапряжении искровой промежуток пробивается, и перенапряжение прикладывается между трубкой и металлической жилой петли к её изоляции.

Под действием перенапряжения с трубки вдоль поверхности петли, по-одному или по обоим ее плечам, развивается скользящий разряд. Он развивается до тех пор, пока не замкнётся на узле крепления, гальванически связанном с опорой. Благодаря большой длине перекрытия по поверхности петли импульсное перекрытие не переходит в силовую дугу промышленной частоты.

Вследствие эффекта скользящего разряда вольт секундная характеристика разрядника расположена ниже, чем изолятора, т.е. при воздействии грозового перенапряжения разрядник перекрывается, а изолятор нет.

Установка. Длинно искровые разрядники петлевого типа служат для защиты линий 6-10 кВ как с неизолированными, так и с изолированными проводами.

Ещё один вид защиты ВЛ от грозы является УЗПН.

Устройство УЗПН производства ЗАО «МЗВА» предназначено для защиты ВЛ 6–10 кВ от индуктированных перенапряжений и перенапряжений при прямых ударах молний. Применение УЗПН в сетях снижает число грозовых отключений воздушных линий (ВЛ) и предотвращает пережог изолированных проводов ВЛЗ.

Мировой опыт подтверждает, что устройства на базе ОПН (ограничитель перенапряжения) – наиболее эффективный способ защиты от грозовых перенапряжений как самих линий, так и подстанционного оборудования. Современные технологии позволили создать отечественные аналоги лучших зарубежных устройств линейной грозозащиты на базе ОПН, причем их стоимость сопоставима со стоимостью таких изделий, как РДИ.

Принцип действия

При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ, а также перенапряжений, вызванных прямыми ударами молнии в ВЛ, искровой промежуток УЗПН пробивается и подсоединяет к проводу ОПН. Ограничитель перенапряжений, благодаря снижению собственного сопротивления, в этот момент эффективно сбрасывает перенапряжений на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия перенапряжения, при воздействии напряжения промышленной частоты ток через ОПН за счёт возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование дуги в искровом промежутке невозможно, и дуга гаснет.

Устройство состоит из:

Ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН) специальной конструкции;

Искрового промежутка (ИП) между фазным проводом и ОПН.

Нелинейный ограничитель перенапряжений представляет собой защитный аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус. ОПН с помощью специальной арматуры крепится на опорах (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи.

При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ или при прямых ударах молнии в провода ВЛ, искровой промежуток УЗПН пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия индуктированного перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через ОПН за счет возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование дуги в искровом промежутке невозможно, и дуга гаснет.

Устройства предназначены для защиты изоляции ВЛ от индуктированных перенапряжений и перенапряжений при прямых ударах молнии в провода ВЛ с амплитудами до 65 кА. Прямое воздействие молнии с большей амплитудой может вызвать повреждение ОПН, но благодаря особенности УЗПН – наличию внешнего искрового промежутка в цепи ОПН – это не приведет к постоянному замыканию провода на землю.

Устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз.

Стержневые искровые промежутки

Стержневые искровые промежутки также известные как «дугозащитные рога» применяются для защиты от пережога защищеных проводов и перевода однофазного короткого замыкания в двухфазное. Для возникновения дуги необходим ток короткого замыкания, превышающий 1 кА. Вследствие относительно низкого напряжения (6-10 кВ против 20 кВ в сетях Финляндии) и высокого сопротивления заземления «дугозащитные рога» в российских сетях не срабатывают.

В настоящее время на ВЛ 6-10 кВ они запрещены «Положением о технической политике» ФСК.

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.

1. Общее обозначение разрядника

2. Разрядник трубчатый

3. Разрядник вентильный и магнитовентильный

4. ОПН

Рис

Предыдущий:

Следующий: