Развитие методов и аппаратуры для защиты от перенапряжений

Габариты, стоимость и надежность высоковольтного электрооборудования в линиях элек­тропередачи в значительной степени зависят от уровня изоляции, который устанавливается и контролируется испытательными напряжения­ми в соответствии с ГОСТ 1516.1-76. При выбо­ре испытательных напряжений исходят из того, что высоковольтные аппараты, находясь неогра­ниченно долго под наибольшим рабочим напря­жением промышленной частоты, должны выдер­живать ограниченные по времени воздействия повышенных напряжений промышленной часто­ты и воздействия импульсных перенапряжений (коммутационных длительностью порядка не­скольких миллисекунд и грозовых длительно­стью порядка 10—100 мкс).

Ограничение уровня возможных грозовых и коммутационных перенапряжений возлагается на разрядники, являющиеся основополагающи­ми аппаратами, определяющими уровень ог­раничения перенапряжений, а соответственно и выбор уровней изоляции электрооборудова­ния, т.е. обеспечения координации изоляции.

Первоначально разрядником являлся искро­вой промежуток с пробивным напряжением ни­же, чем уровень изоляции защищаемого оборудования. Его пробой требовал отключения ко­роткого замыкания.

Для защиты от грозовых перенапряжений изоляции линейных подходов к подстанциям, участков пересечения линий различного номи­нального напряжения, а также для зашиты электрооборудования маломощных подстанций напряжением 3—10 кВ применяются трубчатые разрядники, выполняемые на напряжения до 220 кВ. Пробой искровых промежутков труб­чатого разрядника при грозовых перенапряже­ниях сопровождается прохождением тока про­мышленной частоты, который гасится автома­тически самим аппаратом, и отключение линии не требуется [5-24; 5.25].

Следующий этап — это вентильный разряд­ник, в котором многократный искровой проме­жуток включался с последовательным нелиней­ным резистором в виде отдельных последова­тельных дисков, изготовленных на базе карбида кремния (51С) с высокотемпературным обжигом в среде водорода (тирит).

Напряжение на этом резисторе (остающееся напряжение) при импульсе тока 5—10 кА (8/ 20 мкс) принимается равным пробивному импульсному напряжению искрового промежутка, что и определяет уровень ограничения пере­напряжения.

В 40-х годах на базе исследований ВЭИ был разработан многократный искровой промежуток, дугогасящая способность и стабильность про­бивного напряжения которого при предразрядных временах от 0,1 мкс до воздействия напря­жения промышленной частоты обеспечивались оригинальной конструкцией единичного искро­вого промежутка (ИП) и шунтировкой много­кратного ИП нелинейным резистором.

Для рабочего последовательного нелинейно­го резистора была разработана новая безобжиговая технология изготовления дисков (вилит). За разработку и внедрение в серийное производст­во отечественных вилитовых вентильных раз­рядников серии РВС на напряжение до 220 кВ коллективу ВЭИ и ленинградского завода «Про­летарий» (Л.И. Иванов, В/И. Дружинина, В.П, Савельев, П.С- Бловман и др.) присвоено звание лауреатов Государственной премии [5.26].

Дальнейшее совершенствование вентильных разрядников в направлении улучшения их за­щитного действия в мировой и отечественной практике проводилось путем повышения дугогасящей способности ИП, что обеспечивало воз­можность увеличения сопровождающего тока, и путем увеличения пропускной способности ИП и рабочего сопротивления (в основном увеличением диаметра дисков), а также улучше­ния нелинейности.

Рис. 5.9. Схемы аппаратов для защиты от перена­пряжений, характеризующие этапы их совершен­ствования

1 — координирующий искровой промежуток; 2 — вентильный разрядник типа РВС; 3 — магнитно-вентильный разрядник типа РВМГ; 4 — магнитно-вентильный комбинированный разрядник типа РВМК;

5 — безыскровый разрядник — ограничитель перена­пряжений нелинейный (ОПН)

В ВЭИ в 60-с годы были исследованы прин­ципы магнитного вращения и гашения дуги со­провождающего тока и разработаны конструк­ции отечественных магнитных искровых проме­жутков, защищенные авторскими свидетельст­вами. На базе этих искровых промежутков и ви­литовых дисков увеличенного диаметра была разработана серия магнитно-вентильных разряд­ников РВМГ на напряжение до 500 кВ, которые изготавливались ленинградским заводом «Про­летарий». Проектирование дальних ЛЭП СВН выявило необходимость ограничения коммута­ционных перенапряжений на концах линии при возможных коммутациях, что приводило к тяже­лым по амплитудам и длительности воздействи­ям на вентильные разрядники. Это обусловило разработку новой серии магнитно-вентильных разрядников типа РВМК, не имеющей аналогов за рубежом.

В этой серии (рис. 5.9) коммутационные пе­ренапряжения воздействуют на полное рабочее сопротивление, а при грозовых перенапряжени­ях с большими амплитудами импульсных токов часть рабочего сопротивления шунтируется ИП для снижения грозозащитного уровня.

Разработка и внедрение отечественных маг­нитно-вентильных разрядников серий РВМГ и РВМК, защищенных авторскими свидетельст­вами, позволили поднять номинальное напряже­ние ЛЭП с 400 до 500 кВ без изменения уровней изоляции всего комплекса электрооборудования, что было отмечено Ленинской премией в 1970 г. (А.А. Акопян, А.В. Панов и др.).

Серия РВМК, специально предназначенная для ограничения как грозовых, так и тяжелых ре­жимов внутренних перенапряжений, способство­вала созданию в России и СНГ ЛЭП с номиналь­ными напряжениями 330, 500, 750 и 1150 кВ, Ха­рактеристики вентильных разрядников серий РВС, РВМГ и РВМК закреплены ГОСТ 16357-83, и до настоящего времени эти вентильные разряд­ники обеспечивают координацию изоляции под­станций СВН России, СНГ и также ряда стран дальнего зарубежья.

Разработка высоконелинейных резисторов на базе оксида цинка 2п0 послужила основой создания разрядника без искровых промежут­ков, именуемого в отечественной практике огра­ничителем перенапряжений нелинейным (ОПН). Высокая нелинейность позволяет оставлять его включенным при наибольшем допустимом на­пряжении неограниченно долго. При этом уро­вень ограничения перенапряжений определяется только его вольт-амперной характеристикой (ВАХ), охватывая и область возможных комму­тационных перенапряжений с меньшими ампли­тудами токов.

Следует подчеркнуть, что вентильные раз­рядники после поглощения энергии при перена­пряжении должны поглощать еще значительную часть энергии при протекании сопровождающе­го тока, который в ОПН практически отсутству­ет (порядка нескольких миллиампер).

Однозначность защитных характеристик, уп­рощение конструкции, снижение габаритов при одновременном улучшении защитных характе­ристик столь очевидны, что ведущие фирмы от­казались от производства традиционных вен­тильных разрядников. Кроме того, наметилась тенденция замены обычного фарфорового кор­пуса на полимерные конструкции, позволяющие уменьшить массогабаритные показатели, уве­личить длины пути утечки, снизить повреждения при транспортировке и взрывобезопасность.

Основными параметрами ОПН являются:

наибольшее допустимое напряжение (U_НД или U_с по аббревиатуре МЭК 99-4) — это действующее значение напряжения промышлен­ной частоты, которое допускается на ОПН неог­раниченно долго и не приводит к потере тепло­вого равновесия после поглощения энергии в процессе ограничения перенапряжений и воз­действия повышенного напряжения в течение нормированного времени. Значение U_НД в боль­шой степени зависит от возможной деградации (старения) высоконелинейных резисторов в про­цессе эксплуатации;

пропускная способность ОПН — это способ­ность многократно (обычно 18—20 раз) погло­тить энергию при ограничении перенапряжения без разрушения и изменения характеристик. Естественно что чем ниже уровень ограничения пе­ренапряжений, тем больше должна быть пропу­скная способность ОПН;

остающиеся напряжения — это напряжения на ОПН при воздействии импульсов тока раз­личной амплитуды и формы, т.е. вольт-ампсрные характеристики ОПН, которые характеризуют уровень ограничения перенапряжений при им­пульсных воздействиях. Для грозовых воздейст­вий принимаются импульсные токи длительно­стью 8/20 мкс, а для коммутационных — с фронтом 30 мкс и более;

допустимые напряжения промышленной час­тоты в зависимости от времени их приложения. ОПН, ограничив импульсные напряжения и по­глотив определенную энергию, может оказаться на некоторое время под воздействием напряже­ния промышленной частоты выше чем U_НД (на­пример, 1,4 U_НД до отключения КЗ при эффектив­ном заземлении нейтрали).

Способность ОПН выдерживать повышенные напряжения промышленной частоты задается в зависимости от времени. Все нормируемые па­раметры ОПН подтверждаются соответствующи­ми испытаниями, объем и методы которых опре­делены международным стандартом МЭК 99-4.

Первые ОПН в практике России были разра­ботаны ПО «Электрокерамика» (Ленинград) и установлены на ряде сибирских электростанций.

Освоение технологии производства не старящихся высоко нелинейных резисторов типа МНР и конструкций с полимерной изоляцией (ВЭИ) позволило обеспечить разработку и производст­во серии ОПН на классы напряжения от 6 до 220 кВ, отвечающих международному стандарту МЭК 99-4 и не уступающих мировым аналогам.

Дата добавления: 2014-12-25