Главная Публикации Устройство глубокого ограничения перенапряжений

Устройство глубокого ограничения перенапряжений

Добавлено: 17.04.12 | Авторство: А. Н. Пасько | Просмотров: 4065

Автор: А. Н. Пасько,
Публикация: из материалов научно-технической конференции ХРНТОЭ «Ограничители перенапряжения нелинейные. Проблемы выбора, производство и эксплуатация. Нормативная база ОПН», апрель 2012 г., г. Харьков.

Нелинейные ограничители перенапряжений стали уже привычным явлением в наших электрических сетях. Положительный эффект от их внедрения в виде более глубокого чем у РВ ограничения уровня перенапряжений, снижения повреждаемости линий и подключенного к ним оборудования также несомненен. Ho при этом, массовость применения ОПН привела к некоторой небрежности при выборе ограничителей, следствием чего явилось несоблюдение соответствия их характеристик воздействиям, возможным при эксплуатации. Также несколько размывается понимание сути их работы, а именно переход в проводящее состояние при превышении номинального длительно допустимого напряжения (Uнд) и рассеивании поглощённой при этом мощности в виде тепла.

Амплитудные значения импульсных токов, которые способен пропускать ОПН, составляют сотни ампер, но длительность их протекания при этом не превышает нескольких миллисекунд. Если ограничитель вынужден длительно пропускать ток, например, при приложении к нему напряжения, превышающего Uнд, то потеря им работоспособности – лишь вопрос времени.

Рис. 1. Анализ причин отказов ограничителей перенапряжений

Это подтверждает и статистика, представленная на рис. 1. Наиболее существенными причинами выхода ограничителей из строя являются феррорезонансные перенапряжения, нарушения условий монтажа и эксплуатации, а также перенапряжения, возникающие при однофазных дуговых замыканиях (ОДЗ). И если борьба с феррорезонансными перенапряжениями носит комплексный характер, то вопрос соблюдения требований к выбору и установке ограничителей, скорее, организационный.

Наиболее частыми являются следующие нарушения:

  • жесткая ошиновка ОПН, которая приводит к его разрушению ненормированными механическими воздействиями, возникающими вследствие электродинамических или тепловых колебаний шин;
  • установка в условиях, препятствующих отводу или допускающих приток тепла к ограничителю;
  • неправильный параметрический выбор ОПН, при котором значение его номинального длительно допустимого напряжения оказывается ниже линейного напряжения в сети.

В последнем случае, электрическая энергия импульса перенапряжения преобразуется в тепловую и рассеивается ограничителем, который уже разогрет протекающим током. Как видно из графика, представленного на рис. 2, время жизни ОПН, работающего в таких условиях, сокращается на порядок.

Рис. 2. Зависимость времени безопасной работы ОПН от предварительной нагрузки

Это особенно критично при возникновении перемежающихся дуговых замыканий на землю, сопровождающихся перенапряжениями, опасными по своей кратности, длительности и широте охвата сети. Как видно из диаграммы на рис. 1, именно данный вид замыканий является причиной почти половины зарегистрированных случаев выхода ограничителей из строя вследствие термического разрушения.

Возможность длительного существования однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), которую необходимо учитывать при применении ОПН, влечёт за собой ряд негативных явлений. К ним, в частности, относится ограничение нижнего значения номинального длительного допустимого напряжения ОПН линейным, а не фазным напряжением, что, в свою очередь, приводит к повышению остающегося напряжения и сужению координационного интервала. Также, во многих случаях требования к применению ОПН с большей пропускной способностью обусловлены не энергетикой грозовых и коммутационных импульсов в линии, для защиты от которых ограничитель и предназначен, а частыми замыканиями на землю на отдельных участках сети, приводящими к выходу из строя ограничителей низших классов по пропускной способности.

Методы борьбы с этими негативными, с точки зрения применения ОПН, явлениями можно разделить на три группы:

  • заземление нейтрали для снижения уровня перенапряжений;
  • отключение линии при возникновении однофазного замыкания;
  • защита самих ограничителей: пассивная, за счёт изменения параметров ограничителя, так и активная, направленная на изменение режима его работы.

Несмотря на определённый положительный эффект, заземление нейтрали через дугогасящую катушку или активное сопротивление не всегда оказывается эффективным. Вторая группа, при всех её достоинствах, сводит на нет основное преимущество сетей с изолированной нейтралью – сохранение работоспособности при замыкании одной из фаз на землю. Воздействие перенапряжений при ОДЗ на оборудование сети не представляет опасности, потому что уровень этих перенапряжений, как правило, не приводит к отказам оборудования сети. Практически все потребители работают в режиме ОДЗ достаточно хорошо, однако подобный подход к решению проблемы бесперебойного электроснабжения приводит к преждевременному старению изоляции оборудования сети и снижению срока службы. В отдельных случаях, такой режим может быть оправдан при электроснабжении технологически ответственных потребителей. При этом, для сохранения работоспособности ОПН, необходимо или повышать его номинальное длительно допустимое напряжение, что приведёт к уменьшению глубины ограничения перенапряжений, или создавать технические решения для активной защиты ограничителей.

Примером такого решения является УГОП, устройство глубокого ограничения перенапряжения и защиты от однофазных замыканий. Оно представляет собой 3 х фазную конструкцию из ограничителей перенапряжений ОПНф (на основе ограничителей серии ОПН-PT/TEL), соединенных по схеме «звезда», нейтраль которой заземлена через замкнутые контакты вакуумной камеры (ВК). Ограничители ОПНф рассчитаны на фазное напряжение, чем обеспечивается глубокий уровень защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений (2,1 —3.6) Uф при пропускной способности 500 А.

При повышении фазного напряжения до линейного (при возникновении короткого замыкания на землю одной из фаз), блок управления УГОП реагирует на наличие импульсов тока определённой длительности в цепи замкнутых контактов ВК и с заданной выдержкой времени, обеспечивающей защиту ограничителей ОПНф от разрушения, осуществляет отключение коммутационного аппарата и заземление нейтрали «звезды» через защитный ограничитель перенапряжения ОПНл, предназначенный для нормальной работы системы при линейном напряжении в исправных фазах. В этом режиме обеспечивается защита линии от грозовых и коммутационных перенапряжений, и, соответственно, сохранность изоляции подключенного оборудования.

В последнее время, особенно по мере распространения «бюджетных» ограничителей перенапряжений, выполненных на низкокачественных варисторах, формируется мнение о низкой устойчивости ОПН к эксплуатационным воздействиям. И, в качестве меры для исправления ситуации, предлагается увеличивать номинальное длительно допустимое напряжение ограничителей в ущерб его основной функции – глубокому ограничению перенапряжений.

По нашей статистике, из общего количества ограничителей, произведённых предприятием «Таврида Электрик», в эксплуатации потеряло работоспособность не более 0,5%, что свидетельствует об их высокой надёжности. Кроме того, внимательность при выборе характеристик и соблюдение требований инструкции по монтажу ОПН способно почти втрое снизить количество отказов. И, наконец, для защиты сетей с частыми замыканиями на землю будет целесообразно применение активных устройств, обеспечивающих сохранность ОПН не теряя глубины ограничения, таких как УГОП.