Перенапряжений в электрических сетях напряжением до 35 кВ

Особенности выбора ОПН для ограничения внутренних

Координация изоляции по уровню внутренних перенапряжений

Уровень внутренней и внешней изоляции электрооборудования должен быть скоординирован с воздействующими на нее внутренними перенапряжениями.

Для координации электрической прочности изоляции со значениями воздействующих на нее внутренних перенапряжений установлены испытательные кратковременные напряжения промышленной частоты.

При их определении за основу берется расчетное значение внутренних перенапряжений U_{расч вн} = К_р U_нр, где К_р – расчетная кратность внутренних перенапряжений, значения которой приведены в табл.6.1; U_нр – наибольшее рабочее напряжение.

Таблица 6.1 Расчетные кратности внутренних перенапряжений

Uном, кВ	3 - 10	15; 20		110 - 220
Кр	4,5		3,5		2,7	2,5	2,1	1,8

Испытательные напряжения коммутационных импульсов установлены для электрооборудования 330 – 500 кВ. Изоляция аппаратов, изоляторов и измерительных трансформаторов испытывается апериодическими импульсами 250/2500 мкс. Для испытания внутренней изоляции силовых трансформаторов применяются колебательные импульсы 100/1000 мкс.

В частности, испытательные напряжения коммутационных импульсов для изоляции относительно земли установлены на 15% выше амплитудного значения верхнего предела пробивного напряжения при промышленной частоте вентильных разрядников, используемых для ограничения внутренних перенапряжений. Этот интервал учитывает возможность уменьшения кратковременной прочности внутренней изоляции в условиях эксплуатации, отличие формы испытательного импульса от реальных в эксплуатации, снижение разрядных напряжений внешней изоляции при работе оборудования на высоте 1000 м и температуре 35°С.

Расчетная кратность перенапряжений должна быть обеспечена комплексом мер по ограничению внутренних пернапряжений, в том числе правильным выбором нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), которые в настоящее время в энрегосистемах и электрических сетях устанавливают взамен вентильных разрядников.

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 U_нро выбирается равным наибольшему рабочему напряжению электрооборудования для данного класса напряжения, приведенного в табл.6.2.

Таблица 6.2. Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования

Класс напряжения, кВ
Uнр, кВ	7,2		17,5		40,5

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

K_t=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 К_и – коэффициент импульса, учитывающий упрочнение изоляции при коротком импульсе по сравнению с воздействием напряжения частоты 50 Гц; К_к – коэффициент куммулятивности, учитывающий многократность воздействия перенапряжений и старение изоляции; U_1мин – значение одноминутного испытательного напряжения. Для трансформаторов и АТР К_и=1,35; К_к=0,9; для аппаратов К_и=1,1 и К_к=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_S=0,5C[(0,82K_пU_нс)² - (1,77U_нро)²],

где C – емкость кабеля или батареи конденсаторов, мкФ; К_п – коэффициент перенапряжений, рекомендуется К_п=3; U_нс – наибольшее рабочее напряжение сети, кВ; U_нро – наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя, кВ.

6.2.1 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 1,1U_ном 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 U_нро=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_S=nW₁, где W₁ – наибольшая энергия, рассеиваемая ограничителем в одном цикле «гашение – зажигание» в кДж и определяемая по функциям W₁=f(I_c) 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× I_c, где I_с – 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)U_ф, 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 U_ф 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.

Дата добавления: 2014-01-07