Рекомендации по выбору ОПН

Правильный выбор параметров ОПН для каж􏰀дого случая применения имеет решающее зна􏰀чение в обеспечении эффективной защиты электрооборудования.

Выбор характеристик ОПН всегда является компромиссом между уровнем защиты обору􏰀 дования и безопасностью эксплуатации огра􏰀 ничителя. Оптимальность выбора определяет􏰀ся полнотой и достоверностью данных о ре􏰀альных параметрах воздействий на ОПН.

При выборе ОПН для конкретного применения всегда целесообразно использовать офици􏰀 альные рекомендации международных стан􏰀дартов или методических указаний (МЭК 60099–5, методические указания РАО «ЕЭС России» и др.).

К основным выбираемым параметрам ОПН от􏰀носятся: наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение Uнд, номинальный раз􏰀рядный ток Iн, остающиеся напряжения при коммутационных и грозовых импульсах тока Uост, поглощаемая энергия W, взрывобезопас􏰀ный ток ОПН при коротком замыкании Iкз, длина пути утечки внешней изоляции Lут. Параметры ОПН выбирают исходя из назначе􏰀ния, требуемого уровня ограничения перена􏰀пряжений, места установки, а также схемы се􏰀ти и ее параметров.

Выбор наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения

В сетях 6–35 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостного то􏰀 ка замыкания «на землю» и допускающих дли􏰀 тельное существование однофазного замыка􏰀 ния «на землю», Uнд ОПН выбирается равным наибольшему рабочему напряжению сети или электрооборудования Uнр.

Если максимальная длительность существова􏰀 ния замыкания на землю ограничена действи􏰀 ями персонала или релейной защитой, то при подключении ОПН по схеме «фаза–земля» Uнд выбирается не менее, чем Uнд = Uнр / Т(t), где Т(t) = U / Uнд – коэффициент, равный отношению допустимого для ОПН повышения напряжения промышленной частоты в течение времени t к его Uнд. Значение Т(t) определя􏰀 ют для максимально допустимого времени су􏰀ществования замыкания в сети t по характе􏰀 ристике «напряжение–время».

В сетях 110–220 кВ, работающих с эффектив􏰀ным заземлением нейтрали, ОПН подключают􏰀ся по схеме «фаза–земля». Uнд выбирается равным наибольшему фазному рабочему на􏰀 пряжению сети Uфнр или на 5–10% выше, с учетом возможного присутствия высших гар􏰀 моник в сети.

Выбор номинального разрядного тока ОПН

Номинальный разрядный ток ОПН Iн=5 кА вы􏰀 бирают для защиты оборудования от грозовых перенапряжений в сетях 6–10 кВ вместо ранее применявшихся вентильных разрядников и в сетях, в которых расстояние между местами монтажа ОПН не больше 5 км. Во всех осталь􏰀ных случаях следует использовать ОПН с но􏰀 минальным разрядным током Iн=10 кА.

Определение защитного уровня

После выбора Uнд проверяется защитный уро􏰀вень ОПН при коммутационных и грозовых пе􏰀 ренапряжениях. Для этого необходимо срав􏰀нить остающиеся напряжения ОПН Uост при коммутационном токе, равном его пропускной способности, и номинальном разрядном токе с 1􏰀минутным испытательным напряжением промышленной частоты и испытательным на􏰀пряжением грозового импульса защищаемого оборудования Uисп соответственно. Остающе􏰀 еся напряжение на ОПН должно быть менее Uисп на 15–20%.

Расчет поглощаемой энергии

Способность ограничителя поглощать энергию перенапряжений должна превышать ожидае􏰀 мые воздействия в процессе эксплуатации при разрядах молнии, коммутациях длинных воз􏰀душных линий электропередачи, отключении кабельных линий или конденсаторных бата􏰀рей.

Способность ограничителя ОПН/TEL погло􏰀щать энергию грозовых перенапряжений не требует каких􏰀либо дополнительных проверок или расчетов, так как их устойчивость при прямых или близких ударах молнии обеспечи􏰀 вается нормированием способности ОПН про􏰀тивостоять импульсам большого тока 100 кА в процессе квалификационных испытаний.

При коммутациях воздушных линий электро􏰀 передачи величину энергии W (кДж), поглоща􏰀 емую ОПН, можно оценить по формуле: W=2􏰂Uост􏰂(U–Uост)􏰂Tw/Z,где

Uост — остающееся напряжение на ОПН при коммутационном токе, равном его пропускной способности, кВ;
U — ожидаемая амплитуда коммутационного перенапряжения или зарядное напряжение линии, кВ;

Tw — время распространения волны перена􏰀 пряжения вдоль линии, Tw = L/v, мкс;
L — длина линии электропередачи, м;
v — скорость распространения волны перена􏰀 пряжения v=300 м/мкс;

Z — волновое сопротивление линии электро􏰀 передачи, Ом.
Энергия, поглощаемая ограничителем при от􏰀 ключении батареи конденсаторов или кабель􏰀ной линии при расчетной кратности коммута􏰀ционных перенапряжений 3 крата, оценивает􏰀ся по приближенной формуле:

W = 3 􏰂 С 􏰂 (Uнр2 — 0.52 􏰂 Uнд2), где
С — емкость отключаемой батареи или кабеля, мкФ.
Полученные значения необходимо сравнить со способностью поглощать энергию выбран􏰀 ного типа ограничителя. Обычно производи􏰀 тель указывает энергию, поглощаемую ОПН в процессе рабочих испытаний, отнесенную к 1 кВ Uнд. Следует учитывать, что ограничители 1􏰀го класса разряда линии по МЭК 60099–4 (приблизительно до 400 А пропускной способ􏰀ности) испытываются приложением одного импульса большого тока 100 кА, а остальные классы – двумя прямоугольными импульсами тока пропускной способности.

Выбор взрывобезопасного тока ОПН

Величина взрывобезопасного тока ОПН Iкз должна выбираться на 10% больше значения вероятного тока при коротком замыкании вну􏰀три ОПН с учетом схемы, места подключения ОПН и режима работы нейтрали сети.

Выбор длины пути утечки внешней изоляции ОПН

Длина пути утечки ОПН должна выбираться в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9920–89 в зависимости от степени загрязнения атмо􏰀сферы 1–4 (легкая, средняя, сильная, очень сильная).

Защитные расстояния ОПН

Эффективность защиты изоляции электрообо􏰀 рудования от перенапряжений зависит не только от остающихся напряжений ограничи􏰀 теля, но также и от размещения ОПН по отно􏰀шению к защищаемому оборудованию. Причиной увеличения перенапряжения на оборудовании при удалении от него ОПН явля􏰀 ется эффект отражения волн перенапряжения от концов кабеля или увеличение падения на􏰀 пряжения на индуктивном сопротивлении присоединительных проводников ОПН припрохождении через него высокочастотных им􏰀 пульсов тока.

Защитное расстояние ОПН можно приближен􏰀 но рассчитать по формуле: U=Uост+(2􏰂S􏰂L)/v,где

U — напряжение на защищаемом оборудова􏰀нии, кВ;
Uост — остающееся напряжение на ОПН, кВ; S — крутизна фронта волны перенапряжения, кВ/мкс;

L — расстояние между ОПН и оборудовани􏰀ем, м;
v — скорость распространения волны перена􏰀 пряжения, 300 м/мкс для воздушных линий и 150 м/мкс – для кабельных сетей.

Во всех случаях необходимо стремиться, что􏰀 бы расстояние между ОПН и защищаемым оборудованием было как можно меньше и не превышало 3–6 метров.

Нелинейные ограничители перенапряжений, как правило, присоединяют параллельно за􏰀щищаемому устройству между фазой и «зем􏰀лей».

Защита электродвигателей

Электродвигатели высокого напряжения, как пра􏰀 вило, не подвержены воздействию грозовых пере􏰀 напряжений. Тем не менее изоляция обмоток эле􏰀 ктродвигателей должна быть защищена от комму􏰀тационных перенапряжений, вызванных, напри􏰀мер, отключением выключателя во время разгона двигателя. Обычно для этого применяются огра􏰀 ничители, подключенные по схеме «фаза–земля». Такой метод эффективно защищает изоляцию эле􏰀ктродвигателя относительно «земли».

При необходимости защиты и межфазной изо􏰀ляции обмоток статора двигателя рекоменду􏰀ется подключение дополнительных ОПН по схеме «треугольник» (Uнд ОПН не менее Uнр сети).

В обоих случаях ОПН размещают как можно ближе к выводам электродвигателя – в клемм􏰀ной коробке или подключают к питающему двигатель кабелю на расстоянии не более 3...5 метров от его клемм. При этом внешние эксплуатационные воздействия на ОПН (меха􏰀нические усилия, температура окружающей среды и пр.) не должны превышать нормиро􏰀ванных уровней. Рекомендуемый тип ограни􏰀чителя – ОПН-РТ.

При технической невозможности монтажа ОПН в непосредственной близости от электро􏰀 двигателя ограничители (ОПН-КР) могут уста􏰀навливаться параллельно контактам коммути􏰀 рующего выключателя при длине кабеля до 200 метров. При таком подключении ОПН не􏰀обходимо предусмотреть в цепи присоедине􏰀ния наличие разъединителя для обеспечения полного обесточивания электродвигателя при его обслуживании.

Защита трансформаторов

Обычно каждый установленный в сети транс􏰀 форматор защищается от грозовых перена􏰀 пряжений ограничителями, подключенными по схеме «фаза–земля». Если опасности воз􏰀действия молнии подвергается только пер􏰀вичная обмотка трансформатора, то необхо􏰀димо защищать не только ее, но и вторичную (понижающую) обмотку, так как до 40% пе􏰀ренапряжений способно навестись на нее емкостным путем. Рекомендуемые типы огра􏰀ничителя в зависимости от класса напряже􏰀ния обмоток трансформатора – ОПН-КР или ОПН-ВР.

При вероятности воздействия грозовых пере􏰀 напряжений только на вторичную обмотку трансформатора достаточно присоединения ОПН-КР только к ней.

Защита кабельных сетей

Кабель, соединяющий воздушную линию с оборудованием подстанции, подвержен воз􏰀действию грозовых перенапряжений. При не􏰀большой длине кабельного участка рекомен􏰀дуется использовать ОПН, подключенный не􏰀посредственно к кабельным вводам со сторо􏰀ны линии. Рекомендуемый тип ограничителя для защиты кабеля от грозовых перенапряже􏰀ний – ОПН-КР.

При длине кабеля более 70 м в сетях класса напряжения 6 кВ и более 30 м в сетях 10 кВ рекомендуется защита обоих концов кабеля, при этом ОПН подключается между фазным проводом и оболочкой кабеля, непосредст􏰀 венно возле концевой муфты.

Также рекомендуется защита кабелей от коммутационных перенапряжений, которые час􏰀то являются причиной повреждения изоляции. Применение ОПН уменьшает степень деграда􏰀ции изоляции кабеля, снижает вероятность группового повреждения в сети при возникно􏰀вении дуговых однофазных замыканий и увели􏰀 чивает эксплуатационную надежность электро􏰀оборудования в целом. Для этих целей рекомен􏰀 дуется применение ограничителей типа ОПН–РТ.

Защита оборудования в цепи вакуумного выключателя

При коммутации вакуумным выключателем (ВВ) малых индуктивных токов (отключение ненагруженных силовых трансформаторов, заторможенных или запускаемых электродви􏰀гателей) при некоторых сочетаниях парамет􏰀ров присоединения и ВВ возможно появление перенапряжений, опасных для изоляции элек􏰀 трооборудования.

Установка ОПН на присоединениях с вакуум􏰀 ными выключателями ограничивает перена􏰀 пряжения, связанные с обрывом тока и эска􏰀лацией напряжений, сокращает число повтор􏰀ных зажиганий и исключает перенапряжения при виртуальном срезе.

При использовании ВВ в цепях управления электродвигателями ОПН устанавливаются па􏰀раллельно главным контактам выключателя (Uнд ОПН не менее Uнр сети). Предлагаемый метод защиты позволяет снизить перенапря􏰀 жения, действующие на изоляцию электродви􏰀 гателя, до уровня, меньшего, чем в случае при􏰀 менения масляного или маломасляного выклю􏰀чателя, однако требует наличия разъединителя для обесточивания нагрузки. Такая схема под􏰀 ключения ОПН эффективна при длине кабеля до 200 м. Рекомендуется применение ограни􏰀чителей типа ОПН–КР. При использовании бо􏰀 лее длинного кабеля ОПН должны устанавли􏰀ваться по схеме «фаза–земля» удвигателя и со стороны нагрузки у выключателя. Рекомендуе􏰀мый тип ограничителей – ОПН–РТ

При решении вопроса о необходимости исполь􏰀 зования ОПН в присоединениях с силовыми трансформаторами, коммутируемыми ВВ, необхо􏰀димо руководствоваться областями безопасной работы, построенными в координатах «ток холос􏰀того хода – емкость присоединения» в Приложе􏰀нии 2. Ток холостого хода для трансформатора из􏰀 вестной мощности является справочной величи􏰀ной, емкость присоединения принимается равной емкости подводящих кабелей.

Если расчетная точка попадает в заштрихованную зону графика Приложения 2, то рекомендуется применение ОПН, подключенных по схеме «фа􏰀за–земля» к ВВ со стороны нагрузки. За опасные перенапряжения при построении областей безо􏰀пасной работы приняты напряжения, большие или равные амплитудам испытательного напряжения для изоляции оборудования по ГОСТ 1516.1–76.

При выборе места расположения ОПН следует учитывать наличие элементов электроустанов􏰀 ки или аппаратов, которые в рабочих условиях выделяют тепло и температура вблизи кото􏰀 рых может отличаться от температуры окружа􏰀 ющего воздуха.

Болты (шпильки) для присоединения ограничи􏰀 теля к электрической цепи должны быть выпол􏰀 нены из металла, стойкого к коррозии, или по􏰀крыты металлом, предохраняющим их от корро􏰀 зии, и не должны иметь поверхностной краски. Вокруг болта (шпильки) должна быть контакт􏰀 ная площадка для присоединения проводника (шины). Площадка должна быть защищена от коррозии и не иметь поверхностной краски. Допускается обеспечивать необходимую по􏰀 верхность соприкосновения в соединении при помощи шайб.

Для данных целей рекомендуется применение ог􏰀 раничителей типа ОПН–КР или ОПН–РТ. Приведенные выше рекомендации по ограни􏰀 чению перенапряжений в цепи ВВ критичны к динамическим параметрам выключателя и ма􏰀 териалу его главных контактов и справедливы только при использовании вакуумных комму􏰀 тационных модулей серии ВВ/TEL.

Установка и монтаж ОПН–КР и ОПН–РТ

Монтаж ограничителей типа ОПН–КР и ОПН–РТ должен проводиться в соответствии с требованиями и рекомендациями настоящего Руководства.

Ограничители не требуют применения специаль􏰀 ных крепежных устройств и могут устанавливать􏰀 ся с помощью болтов (шпилек) М10. Допускается устанавливать ограничители типа ОПН–КР ис􏰀полнения УХЛ1 под углом к вертикальной оси не более 45°, ОПН–КР и ОПН–РТ исполнения УХЛ2 – в любом положении в пространстве.