Определение параметров резисторов и оптимизация их конструкции

ООО "ПНП Болид" занимается разработкой и изготовлением приборов и оборудования электроэнергетического назначения на основе нового композиционного электропроводного керамического материала «ЭКОМ». На основе этого материала разработана конструкция резисторов для заземления нейтрали сети (ТУ 3414-006-11840528-97 "Резистор защитный типа РЗ"), и налажен их серийный выпуск. Установка резистора позволяет уменьшить перенапряжения, возникающие при однофазных дуговых замыканиях и увеличить срок службы и надежность работы электрооборудования. Разработанный резистор принципиально отличается от любых других резисторов (бетэловых, проволочных) тем, что он способен выдерживать нагрузки в течение времени, достаточного для обнаружения персоналом места замыкания на землю и принятия адекватного решения в сложившейся аварийной обстановке.

Резистор состоит из отдельных элементов ЭРЗ (ТУ 3414-005-11840528-97), каждый из которых представляет собой резистивную пластину или несколько пластин, помещенных в кожух с диэлектрической теплопроводной прокладкой между кожухом и пластиной. Элементы соединяют последовательно, ориентируют вертикально и закрепляют на раме. Величина зазора определяется уровнем допустимого пробивного напряжения и теплоотводом.

Пластины изолированы от металлического корпуса изолирующими прокладками. Металлический герметичный корпус снабжен устройством для выравнивания давления внутри тела резистивного элемента.

Конструктивное выполнение резистора в виде набора вертикально

ориентированных отдельных пластин создает хороший теплоотвод от пластин в воздух за счет естественной конвекции. Это дает возможность стационарной работы резистора в режиме однофазного замыкания на землю. В соответствии с правилами эксплуатации электроустановок режим 0ЗЗ может продолжаться до 6 часов без отключения потребителей и резистора.

Композиционный материал имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). При последовательном соединении элементов отрицательный ТКС позволяет выравнивать выделяемые мощности в различных резистивных элементах.

Выполнение резистора из набора отдельных пластинчатых элементов дает возможность легко и быстро подобрать необходимое количество составляющих элементов для обеспечения нужного сопротивления и мощности в сетях от 3 до 35 кВ.

Определение электрической схемы резистора, состоящей из последовательно-параллельных элементов резистора, расчетной нагрузки на элементы резистора (ЭРЗ) осуществляется в следующей последовательности.

Полагаем, что резистор состоит из k -параллельных ветвей, состоящих из n -резистивных элементов, где k = 1÷∞; n = 1÷∞. Тогда сопротивление элемента резистора R э = R pез k / n, а мощность рассеиваемая резистором Р р= Р эк / n, откуда Р э= Р р / (k n) ≤ Р эдоп.

Падение напряжения на каждом из ЭРЗ должно быть меньше допустимого U доп = 350 В.

С точки зрения конструктивных особенностей элементов резистора ЭРЗ (ТУ 3414-005-11840528-97), а также из опыта эксплуатации для резисторов наружной установки, допустимая мощность рассеивания одним элементом ЭРЗ из 14 ЭНГФ 15.15.1,0 не должна превышать 1000 Вт для резисторов наружной установки, 850 Вт - для резисторов внутренней установки. Тогда для резистора 750 Ом k n ≥ Р / Р доп = 4500/850 = 52,9

Для обеспечения высокой надежности функционирования резистора, снижения тока через элементы резистора принимаем k = 2, т.е. резистор состоит из двух ветвей. В связи с этим, а также обеспечением некоторого запаса по мощности принимаем число элементов резистора 60 (по 30 в каждой ветви). Откуда следует, что сопротивление резистивного элемента ЭРЗ R э = 750 · 2 /60/2 = 50 Ом.

Максимальное падение напряжение на каждом ЭРЗ при U фм равно U э = 6900/30 = 230 В, что меньше допустимого.

Максимальный ток через каждую цепочку в режиме устойчивого
однофазного замыкания I э = U фм / R = 6900/750/2 = 4,6 А.

Таким образом, резистор РЗ-750-45-10 для заземления сети 10 кВ номиналом 750 Ом состоит из 60 резистивных элементов номиналом 50 Ом каждый, включенных в две параллельных цепи по 30 элемента последовательно.

Конструкция резистора для заземления нейтрали. Резисторы для заземления нейтрали выполняются по унифицированной конструкции.

Конструкция резистора РЗ-750-45-10 показана на рис. 1.9.

Рама-основание установлена на 4-х опорных стойках.

Основание установлено на 4-х опорных стойках. На основание установлены изоляторы типа ИОР-10-7,5 УХЛ2. Закрепленные на изоляторах изоляционные пластины служат опорой для расположенных в два ряда 60-и элементов резистора защитного (ЭРЗ). В жестко закрепленных на изоляторах вертикальных стойках установлена регулируемая по высоте изоляционная пластина, с помощью которой производится фиксация сверху элементов резистора ЭРЗ.

В состав резистора входит ЗИП с элементами резистора ЭРЗ в количестве 2 шт.

Климатическое исполнение резистора - УХЛ 2 по ГОСТ 15150.

Внешние металлические детали резистора защищены от коррозии.

Пожарная безопасность резистора обеспечивается исключением применения изделий, способных выделять токсичные продукты горения в количествах, представляющих опасность для жизни и здоровья людей по ГОСТ 12.2.007.0.

Конструкция резистора ремонтопригодна и обеспечивает восстанавливаемость резистора. Среднее время восстановления - 24 часа.

Гарантийный срок эксплуатации - 24 месяца с момента получения резистора потребителем при наработке, не превышающей 3000 часов в режиме однофазного замыкания на землю. Размещение резисторов в помещении с трансформатором ДГР и ДГР показано на рис. 1.10. Рекомендуется подключение резистора к нейтрали сети выполнить через разъединитель.

Опыт эксплуатации резисторов заземления нейтрали сетей 6÷35 кВ. Внастоящее время изготовлено и введено в эксплуатацию более ста восьмидесяти резисторов на номинальное напряжение 3, 6, 10, 35 кВ, которые установлены в сети собственных нужд ТЭЦ, распределительной кабельно-воздушной сети с различными режимами заземления нейтрали.

Эксплуатация резисторов типа РЗ осуществляется на распредустройствах генераторного напряжения, собственных нужд 3-10 кВ на Тобольской ТЭЦ-1 (1996 г.), Барнаульской ТЭЦ-2 (1998 г.), Новосибирской ТЭЦ-2 (1997 г.), Новосибирской ТЭЦ-4 (1998 г.), Энгельской ТЭЦ-3 (2000 г.), Саратовской ГРЭС-1 (2003 г.), "Саратовэнерго" и распределительных устройствах подстанций 6-35 кВ на КНС "Давыдовская" ("Мострансгаз" ОАО Газпром) (1999 г.), Тобольском Нефтехимкомбинате (1996 г.), Омском нефтерерабатывающем заводе (ОРУ-35 кВ) (2001 г.), ГТШ-220 6 кВ (2004г.), ПС "Тяжинская" и ПС "Тисульсая" (ОРУ-35 кВ) (2001-2002 г.), ПС "Макарак" (2003г.) ВЭС "Кузбассэнерго", ПС "Мирный" ЗЭС "Якутскэнерго"(2001 г.), ПС "Шексна" (2003г.) ЧЭС "Вологдаэнерго", ПС "Парабель" (2003г.), ПС Вертикос (2004г.) "Томсктрансгаз", ПС Лодейное Поле (2004г.) «Ленэнерго», ПС Еланцы, ПС Хужир ВЭС «Иркутскэнерго» (2005г.).

Основные типы электрических сетей, эксплуатирующих РЗ:

1. Сети собственных нужд электрических станций: блочных - (Саратовская ТЭЦ-3), схемы СН, запитанные с ГРУ (Барнаульская ТЭЦ-2, Кемеровская ТЭЦ).

2. Сети 6 - 10 кВ в системах электроснабжения предприятий
(Сибнефть-ОНПЗ, компрессорные станции ОАО «Газпром»,
насосноперекачивающие станции «Транснефти»)

3. Кабельные сети 35 кВ (ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 OAK «Омскэнерго» - ОНПЗ.

4. Воздушные сети 35 кВ (ряд подстанций ВЭС ОАО «Кузбассэнерго»,
ПС "Лодейное Поле" «Ленэнерго», ПС Вологда-Южная ОАО
«Вологдаэнерго»).

Основной побудительный мотив для применения мероприятий по ограничению перенапряжений в сетях, содержащих высоковольтные двигатели - это большое количество однофазных замыканий на землю (в связи ослабленной за многие годы эксплуатации изоляцией), приводящих к повреждению статорной изоляции двигателей вследствие дуговых перенапряжений. Высокая стоимость ремонта статорной изоляции, зачастую соизмеримая со стоимостью нового двигателя, и их ответственность в технологическом процессе - вот причины интереса к предложениям по ограничению перенапряжений при дуговых замыканиях.

  Рис. 1.9.. Конструкция резистора РЗ-750-45-10

Рис. 1.10.Размещение резисторов в помещении с трансформатором и ДГР.

Кабельные сети 35 кВ - это, как правило, распределительные сети в системах электроснабжения крупных промышленных предприятий. Сети эти, в основном компенсированные, проблемы, возникающие при замыканиях на землю - перенапряжения, зачастую сопровождающиеся резонансными явлениями и приводящие к выходу из строя трансформаторов напряжения и междуфазным замыканиям.

Замыкания на землю в воздушных сетях 35 кВ имеют иные причины, нежели в КЛ, и существенно отличаются характером протекания. Из последствий, приводящих к аварийному состоянию - повреждения ТН, перекрытия в ячейках, сопровождающиеся короткими замыканиями. Воздушные сети 35 кВ при значительной протяженности характеризуются существенной несимметрией (в силу отсутствия транспозиции ВЛ). Это обстоятельство приводит к смещению нейтрали, напряжение на нейтрали в компенсированной сети (в опыте значения достигают 8÷20 кВ) превышает допустимые нормативными документами значения. Установка в нейтраль резистора с достаточно высоким номиналом (8 кОм) вводит напряжение смещения в допустимые пределы (не более 3 кВ).

Повсеместный переход от разрядников к нелинейным ограничителям перенапряжений (ОПН) породил проблему повышенной аварийности ОПН в сетях 6 ÷ 35 кВ при дуговых замыкания на землю. Длительные воздействия дуговых перенапряжений при отсутствии средств их подавления приводят к необходимости применения ОПН с высоким уровнем ограничения, что снижает их эффективность при коммутационных перенапряжениях. В противном случае, при неквалифицированном подходе к выбору ОПН, они не выдерживают режима ОДЗ и выходят из строя, зачастую с развитием аварии.

В сетях 35 кВ ВЭС ОАО«Кузбассэнерго» экспериментально установлено, что применение высокоомного резистивного заземления нейтрали в схемах сети с ДГК позволяет обеспечить снижения напряжения смещения нейтрали до уровня, нормируемого ПТЭ, и эффективно ограничивать перенапряжения, возникающие при ОДЗ. Эксплуатирующей организацией отмечается простота эксплуатации, надежность конструкции данных резисторов для заземления нейтрали.

Кабельная сеть 35 кВ, СарГРЭС-ТЭЦ-1 эксплуатируемая Центральными электрическими сетями "Саратовэнерго", является важнейшим звеном в электроснабжении г.Саратова и находится в эксплуатации более 60 лет. За это время в два раза превышен срок амортизационных отчислений на эксплуатацию кабельных линий. Протяженность сети составляет более 35 км. При этом на некоторых участках (кабели СарГРЭС-ТЭЦ-1 I и II ц) количество соединительных муфт приближается к 200, т.е. одна муфта приходится на 25 30 метров. Кроме того, в актах технического состояния засвидетельствовано:

• свинцовая оболочка кабелей на отдельных участках повреждена
коррозией до изоляции (кабель при этом увлажнятся);

• участках сближения и пересечения с теплотрассами изоляция
кабелей осушена;

• из-за длительного срока эксплуатации произошло изменение
химического состава (изоляционных характеристик) заливочного масла в
соединительных и концевых муфтах кабельных линий):

В связи с этим многие однофазные замыкания на «землю» из-за действующих в сети дуговых перенапряжений приводят к междуфазным замыканиям и, как следствие, к многоместным аварийным повреждениям кабелей.

В условиях города имеют место значительные трудности по отысканию места повреждений на трассах кабеля, очень затруднены вскрышные работы. Как следствие - КЛ зачастую находятся в ремонте до одного месяца.

Для ограничения перенапряжений при ОДЗ в воздушно-кабельной сети 35 кВ СарГРЭС - ТЭЦ 1 - ПС "Кировская" ОАСГСаратовэнерго" был проведен комплекс расчетов переходных процессов и определены необходимые но-миналы резисторов для эффективного ограничения данных перенапряжений.

Резисторы РЗ-4000-102-35 были смонтированы на ОРУ СарГРЭС и в сентябре 2003 года введены эксплуатацию. За год эксплуатации резисторов на СарГРЭС снизилось количество замыканий на землю в кабельной сети 35 кВ. Так в среднем за год до установки резисторов возникало 5,25 ОЗЗ, в 2001 году - 7 ОЗЗ, в 2002 году - 4 ОЗЗ. Практически каждое дуговое замыкание на землю в кабельной сети 35 кВ приводило к развитию аварии - повреждению нескольких кабельных линий. А за период 2003-2004 года зарегистрированы 3 ОЗЗ, причем ни одно из них не перешло в многоместное замыкание на землю.

Данные эксплуатации сетей с резисторами типа РЗ показывают снижение повреждаемости электрооборудования на присоединениях секций

шин с установленными резисторами, что подтверждает реальное ограничение дуговых перенапряжений при подключении резистора.

Результаты, полученные в результате экспериментальных проверок при создании искусственных дуговых замыканий, подтвердили реальное ограничение перенапряжение при ОДЗ.

Ограничение дуговых перенапряжений приводит к уменьшению числа перекрытий изоляции и снижению общего числа ОЗЗ, и, кроме того, снижение кратностей коммутационных перенапряжений на "здоровых" фазах в режиме ОЗЗ приводит также к уменьшению количества переходов ОЗЗ в двойные замыкания.

Также в результате эксплуатации было выявлено, что введение высокоомного резистора в нейтраль повышает селективность определения аварийного фидера существующими вариантами защит. Номинал резистора может быть не только по условию ограничения дуговых перенапряжений но и условию устойчивого срабатывания защит однофазных замыканий на землю.

Ограничение перенапряжений с помощью резистивного заземления нейтрали позволяет эффективно координировать ОПН, выбирая их с более глубоким уровнем ограничения и с меньшими энергетическими характеристиками. Это подтверждается и экспериментальными данными, и опытом установки и эксплуатации ОПН в сетях 35 кВ ОАО «Кузбассэнерго».

Дата добавления: 2014-01-04