Выбор опн в нейтрали трансформаторов

Обновлено: 10.01.2025

Выбор опн в нейтрали трансформаторов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 110-750 кВ

ОАО "Институт "Энергосетьпроект"", ОАО ВНИИЭ, НТК "ЭЛ-ПРОЕКТ".

Ю.И.Лысков, Н.П.Антонова, О.Ю.Демина, А.В.Зуева - ОАО "Институт Энергосетьпроект";

К.И.Кузьмичева - ОАО ВНИИЭ.

При участии В.Н.Подъячева - АО ТЭП,

А.Г.Тер-Газаряна, Ю.И.Грабовского - НТК "ЭЛ-ПРОЕКТ".

Утверждено: Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" 30.09.99 г.

Согласовано: Департаментом электрических сетей РАО "ЕЭС России".

Предложения и замечания просим направлять по адресу:

105058 Москва, ул.Ткацкая, д.1 ,ОАО "Институт Энергосетьпроект"

1. Введение

Необходимость создания методического документа, определяющего выбор параметров ограничителей 110-750 кВ в зависимости от условий их применения для защиты оборудования 110-750 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений, обусловлена следующими причинами:

- В России заводы прекратили выпуск разрядников, перейдя на выпуск ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН), отличающихся от разрядников отсутствием искровых промежутков и высокой нелинейностью рабочих резисторов (варисторов). Энергия, которая поглощается ограничителем при коммутациях, грозовых и иных воздействиях в различных режимах (повышения напряжения в рабочих режимах, квазиустановившиеся и резонансные перенапряжения) не должна превосходить нормируемую для него величину. В противном случае наступает нарушение термической устойчивости и повреждение аппарата.

- В настоящий момент в России в электрических сетях 110-750 кВ применяются ОПН различных фирм, производящих их как на основе собственных конструкторских решений, так и по лицензиям международных электротехнических концернов. Комплектация ОПН осуществляется варисторами различных производителей, с отличающимися коэффициентами нелинейности.

Поэтому ОПН разных производителей, предназначенные для применения в одном классе напряжения, имеют характеристики, несколько отличающиеся друг от друга. При этом ряд фирм имеет в своей номенклатуре по несколько типов и модификаций ОПН в одном классе напряжения.

Для того чтобы ОПН выполнял свои функции по защите от перенапряжений оборудования 110-750 кВ и не повреждался, необходимо определить возможные воздействия в месте его установки и в соответствии с ними выбирать тип и параметры аппарата.

Неучет всех возможных воздействий явился причиной повреждения ряда ОПН в сетях 110-750 кВ.

Настоящие "Методические указания по применению ограничителей в электрических сетях 110-750 кВ" (далее - Указания), определяют выбор типа и основных параметров ограничителей в сетях 110-750 кВ с учетом схем и режимов работы, релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также надежности работы электрооборудования и коммутационной аппаратуры.

Порядок действий при выборе ОПН, изложенный в настоящих Указаниях, может применяться при выборе ОПН любой фирмы. В качестве справочного материала в Приложениях 2-6 приведены основные характеристики ОПН, выпускаемых различными производителями по согласованным с РАО "ЕЭС России" техническим условиям.

К началу 2000 г. РАО "ЕЭС России" рекомендованы к применению по согласованным техническим условиям ОПН следующих фирм:

ЗАО"Феникс-88" ЗАО СП "АББ-УЭТМ", ООО "Таврида-электрик" и часть номенклатуры НПО "Электрокерамика" (включая АООТ "КФЗ").

Кроме этих фирм на территории России занимаются производством ОПН 110-750 кВ: АО ХК "Московский электрозавод", ООО "АФ-Полимер", Siemens и Gec Alcthom.

2. Основные положения

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) является одним из основных элементов подстанции, обеспечивающим защиту оборудования распределительного устройства (РУ) и линий от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Настоящие Указания предназначены для использования персоналом проектных и эксплуатационных организаций РАО "ЕЭС России" и АО-энерго для определения характеристик и выбора по ним типа ограничителя перенапряжений по условиям его работы в заданной точке электрической сети 110-750 кВ при плановой замене разрядников, техперевооружении, реконструкции и проектировании новых РУ.

Настоящие Указания не распространяются на выбор ОПН, устанавливаемых на линии электропередачи параллельно гирляндам изоляторов для защиты изоляции линии от коммутационных и грозовых перенапряжений.

В настоящем документе использована следующая терминология (на английском языке приведены названия терминов, используемые в материалах МЭК и зарубежных фирм):

2.1. Наибольшее рабочее напряжение сети (фазное), определяется в соответствии с ГОСТ 721 и 1516.3. Обозначение - .

2.2. Наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальных режимах - (maximum system voltage - ) - наибольшее значение действующего фазного напряжения промышленной частоты в нормальных режимах в точке установки ОПН. Определяется как наибольшее возможное фазное напряжение сети, полученное на основе замеров или расчетов по [1] для режимов суточного минимума нагрузки во время летнего минимума с учетом вывода в ремонт средств компенсации реактивной мощности на подстанции. Обозначение - , кВ действ.

2.3. Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя - (continuos operating voltage - ) - наибольшее значение действующего напряжения промышленной частоты, которое неограниченно долго может быть приложено между выводами ограничителя. Обозначение - , кВ действ.

2.4. Временно допустимое повышение напряжения на ограничителе - наибольшее действующее значение напряжения, которое может быть приложено между выводами ограничителя в течение заданного изготовителем времени без сокращения его нормируемого срока службы. Обозначение - , кВ действ.

2.5. Номинальное (расчетное) напряжение ограничителя - (rated voltage - ) - наибольшее допустимое действующее значение напряжения промышленной частоты на выводах ОПН, используемое при рабочих испытаниях и определяющее его работу при квазиустановившихся перенапряжениях. Обозначение - , кВ действ. По стандарту МЭК 99-4 ОПН должны выдерживать эту величину в течение 10 с после предварительного нагрева до 60° и воздействия 2-х импульсов тока, соответствующих классу удельной энергоемкости данного типа ограничителя.

2.6. Коммутационные перенапряжения - перенапряжения, существующие во время переходных процессов при коммутации элементов сети, сопровождающих внезапное изменение ее схемы или режима. Обозначение - , кВ макс.

2.7. Квазиустановившиеся (квазистационарные) перенапряжения - (temporary overvoltage - ) - перенапряжения, возникающие после окончания переходного процесса при коммутации элементов сети и существующие до тех пор, пока не будут устранены специальными мерами или самоустранены. Обозначение - , кВ действ.

К этим перенапряжениям также относятся резонансные и феррорезонансные перенапряжения на промышленной частоте, низших и высших гармониках, перенапряжения с медленно изменяющейся вследствие затухания или изменения параметров системы (например, ЭДС и индуктивностей генераторов) частотой или амплитудой.

Нормируемая форма волны импульса тока - 30/60 мкс либо 1,2/2,5 мс.

Нормируемая форма волны тока в России и по стандарту МЭК - 8/20 мкс, нормируемые амплитуды - 3, 5, 7, 10, 15 и 20 кА в зависимости от класса напряжения ограничителя.

2.10. Энергоемкость ограничителя - значение энергии, поглощаемой ограничителем в переходном процессе.

Энергоемкость ОПН определяется по одному нормируемому испытательному импульсу тока.

Нормируемые форма и длительность волны тока:

- НПО "Электрокерамика" - 1,2/2,5 мс;

- ЗАО"Феникс-88", ООО "Таврида-Электрик", ООО "АФ-Полимер" - прямоугольная длительностью 2 мс;

- СП ЗАО "АББ-УЭТМ" - прямоугольная длительностью 4 мс и 2 мс.

Энергоемкость ограничителя является характеристикой, отражающей совокупность воздействий на него в различных режимах при напряжениях выше .

2.11. Класс энергоемкости ОПН характеризуется величиной удельной поглощаемой энергии кДж на 1кВ номинального напряжения () или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН (.)

2.12.Ток срабатывания противовзрывного устройства - это значение тока однофазного или трехфазного (большего их них) короткого замыкания (, кА), при которой не происходит взрывного разрушения покрышки ограничителя. Если покрышка ограничителя все же будет повреждена, то ее элементы должны находиться внутри нормируемой зоны.

3. Выбор электрических характеристик ОПН

К основным параметрам ограничителя относятся: наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, номинальное напряжение, класс энергоемкости, уровни остающегося напряжения при коммутационном и грозовом импульсе, величина тока срабатывания противовзрывного устройства, длина пути тока утечки внешней изоляции.

Учитывая, что выбор ОПН производится среди аппаратов различных фирм с сильно отличающимися характеристиками, рекомендуется сначала провести выбор по пп.3.1 и 3.7., что в ряде случаев позволит отсеять часть производителей, а затем производить выбор в соответствии с пп.3.2.-3.6.

3.1. Выбор наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения ОПН

3.1.1. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН должно быть не ниже наибольшего рабочего напряжения сети (), нормируемого ГОСТ 721.

3.1.2. Если больше или равно , то выбирают ближайшее большее значение .

3.1.3. Повышения напряжения, возникающие при оперативных переключениях или аварийных режимах, учитываются в соответствии с п.3.3.

3.1.4. Во всех случаях для повышения надежности выбирают ограничители с наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением () не менее, чем на 2-5% выше наибольшего уровня напряжения сети в точке установки ОПН (.)

3.1.5. При возможности устойчивого существования высших гармоник в нормальных режимах в месте установки ОПН поступают следующим образом:

- если измерены амплитуды напряжений основной частоты и гармоники, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальном режиме принимают равным их сумме;

- если амплитуда гармоники неизвестна, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОП в нормальном режиме принимают равным 1,1 от наибольшего рабочего напряжения сети.

3.1.6. Устойчивое существование высших гармоник в сети возможно в следующих случаях:

- на подстанциях электрической сети, примыкающих непосредственно или через короткие линии к подстанциям с преобразователями постоянного тока;

- в послеаварийных режимах питания тупиковых ПС с резистивной нагрузкой (осветительной, нагревательной и т.п.) меньше 0,1 от натуральной мощности (), передаваемой по питающей линии длиной 180-350 км. Натуральную мощность линии определяют по формуле:

где - волновое сопротивление линии по прямой последовательности.

3.2. Выбор класса энергоемкости ОПН

3.2.1. Практическим критерием оценки энергоемкости ОПН является его способность пропускать нормируемые импульсы тока коммутационного перенапряжения без потери рабочих качеств.

В технической информации или ТУ производители обычно приводят значение удельной энергоемкости в кДж на 1 кВ номинального или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН. Так как разница между и у большинства производителей составляет около 25%, то при одинаковых значениях удельных энергоемкостей полные энергоемкости будут отличаться на 25%.

Причины аварийности аппаратов защиты от перенапряжений на предприятиях нефти и предложения по их устранению Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Хатанова Ирина Алексеевна, Лопухова Татьяна Викторовна, Хатанов Дмитрий Викторович

Рассмотрены технические и нормативные требования к ограничителям перенапряжений (ОПН) 6-35 кВ. Выполнен выбор ОПН 6 кВ по нормативным требованиям. Указаны возможные причины повреждений аппаратов защиты от перенапряжений и предложены решения по их устранению.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The causes of accidents surge protection devices at the enterprises of oil and suggested remedies

Reviewed the technical and regulatory requirements for varistors (ARF) 6-35 kV. After selecting 6 kV surge arresters on the regulatory requirements. Some possible causes of damage to the machine surge protection and solutions proposed to address them.

Текст научной работы на тему «Причины аварийности аппаратов защиты от перенапряжений на предприятиях нефти и предложения по их устранению»

ПРИЧИНЫ АВАРИЙНОСТИ АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НЕФТИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УСТРАНЕНИЮ

И.А. ХАТАНОВА, Т.В. ЛОПУХОВА, Д.В. ХАТАНОВ Казанский государственный энергетический университет

Ключевые слова: защита, перенапряжения, предприятия нефти, ограничители перенапряжений, вентильные разрядники.

Статистические данные по аварийным отключениям присоединений 6-10 кВ по трём промышленным зонам на предприятиях нефти Татарстана за период 2009-2012 гг. свидетельствуют, что примерно 20% отключений произошли в отсутствие гроз по причине внутренних перенапряжений; при грозовых перенапряжениях значительную долю аварий составили повреждения опорных и проходных изоляторов.

Целью настоящей работы является выявление причин аварийности аппаратов защиты от перенапряжений и предложения мероприятий по их устранению.

Условия, определяющие технические требования к защитным аппаратам на предприятиях нефти, рассмотрены в литературе [1]. Повышения напряжения рабочей частоты, а также длительные квазистационарные перенапряжения, вызываемые неблагоприятными сочетаниями параметров сети, являются одним из основных факторов, определяющих характеристики аппаратов защиты от перенапряжений, то есть вентильных разрядников (РВ) и нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН). Кроме того, такие повышения напряжения определяют условия работы изоляции.

Защитные аппараты с точки зрения воздействующих на них квазистационарных перенапряжений в работе [1] подразделены на три группы:

1 - аппараты, устанавливаемые на шинах или секциях;

2 - аппараты для подключения к фидерам;

3 - аппараты для установки в нейтрали.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями [1] установлено:

а) в случаях линий 6-35 кВ условия работы аппаратов первой и второй групп одинаковы;

б) в сетях 6-10 кВ, работающих в режиме с изолированной нейтралью , рабочее напряжение изменяется в широких пределах, но в любом случае напряжение между фазами и землёй меньше 1,2 Ином., то есть практически никогда не превосходит максимальное рабочее напряжение, оговорённое ГОСТом по качеству электроэнергии. При несимметричных режимах работы сетей напряжение с частотой 50 Гц также укладывается в нормы, принятые в настоящее время в России [2]. В частности, это позволяет с уверенностью утверждать, что в месте установки ОПН-6 напряжения будут не более 7,2 кВ;

в) для аппаратов второй группы важное значение имеет наличие на линиях силовых трансформаторов. При неполнофазных режимах линий с силовыми трансформаторами возможны феррорезонансные явления с амплитудой до 6 Инф, поэтому установке ОПН на линиях должны предшествовать расчеты резонансных и феррорезонансных перенапряжений в присоединении линия - трансформатор. Если существует вероятность возникновения резонансных перенапряжений, ОПН нельзя устанавливать в сети.

При выборе электрических характеристик ОПН следует учитывать величины коммутационных и импульсных токов. С учётом этого факта защитные аппараты 6-35кВ условно подразделили на аппараты для установки в закрытых (кабельных) или смешанных (кабельно-воздушных) сетях и аппараты для установки в открытых (воздушных) сетях. Благодаря большой емкости на землю кабелей в закрытых или смешанных сетях, импульсные явления в этих сетях сильно демпфируются и для аппаратов этой категории расчётным является коммутационный режим. При приходе грозовых волн импульсные токи через упомянутые аппараты не превышают 2 кА, что значительно меньше импульсных токов (5кА), указываемых в справочной литературе [2].

Согласно расчётам и непосредственным измерениям на ряде предприятий получены следующие результаты по коммутационным токам [1]: токи, по форме близкие к стандартному импульсу 1,25/2,5 мс, с амплитудой порядка 400-500 А следует ожидать при установке ОПН на шинах, а 200-300 А - при установке на фидерах . Для сетей 6-10 кВ с токами замыкания на землю не более 10 А, например для сетей 6 кВ буровых установок, коммутационные токи равны 200 и 100 А соответственно для аппаратов первой и второй модификации. Исследования показали, что величина тока зависит от места установки аппарата.

Указанные значения токов не превышают допустимых максимальных значений коммутационных токов ОПН, установленных в распределительных сетях 6-10 кВ [2].

По результатам многолетних исследований [1] сформулированы технические требования к ОПН, устанавливаемым на предприятиях нефти (табл.1).

Технические требования к ОПН 6-35 кВ

Наименование 6кВ 10 кВ 35кВ

ОПН ОПН Н ОПН ОПНН ОПН ОПН Н

Номинальное напряжение защитного аппарата, кВ 6 3,45 10 5,8 35 20,2

Наибольшее рабочее напряжение, длительно допустимое на аппарате, кВ 7,2 4,15 12 6,95 40,5 23

Расчетный ток коммутационных перенапряжений при волне 1,2/2,5 мс, выдерживаемый не менее 20 раз, А 200500 200 200-500 200 200500 300

Остающееся напряжения при расчетном токе коммутационных перенапряжений, не более, кВ 15-15,6 9,0 25,5-26 15,3 86-87 50,5

Расчетный ток грозовых перенапряжений при волне 8/20 мкс, выдерживаемый не менее 20 раз, кА 5 0,6 5 0,7 5 0,9

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Остающееся напряжение при расчетном токе грозовых перенапряжений, не более, кВ 20 11,7 33 19 115 66,5

Внешняя изоляция должна соответствовать требованиям ГОСТ для аппаратов класса напряжения, кВ 6 а 6^> 10 £ 35 В 35 ■

Климатическое исполнение У или УХЛ У или УХЛ У или УХЛ У или УХЛ У или УХЛ У или УХЛ

Категория размещения по ГОСТ 15150-69

Здесь следует отметить, что электрические характеристики ОПН 6-35 кВ, приведенные в табл.1, не превышают нормированные по ГОСТ на ОПН характеристики из справочного пособия [2], что дает возможность использовать серийные ОПН на предприятиях нефти.

Согласно данным табл.1 и методическим указаниям [2,3] нами проверена правильность выбора ОПН 6 кВ, используемых на предприятиях нефти Татарстана. Паспортные данные ОПНСп-6/ЗОО УХЛ-1 приведены в табл.2

Паспортные данные ОПНСп-6/ЗОО УХЛ-1_

№ п/п Характеристики ОПНСп-6/300 УХЛ-1

1 Класс напряжения сети, кВ действ. 6

2 Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, кВ действ. 7,2

3 Номинальный разрядный ток, кА 10

4 Остающееся напряжение при грозовых импульсах тока8/20 мкс с амлитудой: -5ООО А, кВ не более -10000 А, кВ не более 21,5 24

5 Остающееся напряжение при крутом импульсе ток 3О/6О мкс с амплитудой : 500 А, кВ не более 18,5

6 Остающееся напряжение при крутом импульсе ток 1/20 мкс с амплитудой 10 кА, кВ не более 26,2

7 Пропускная способность количество воздействий: -при импульсах тока большой длительности 2000 мкс с амплитудой 300 А -при грозовом импульсе тока 8/20 мкс с амплитудой 10000 А -при грозовом импульсе тока 8/20 мкс с амплитудой 100 кА 20 20 2

8 Напряжение на ограничителе, допустимое в течение времени, кВ действ.: -20 мин -20 с -1,0 с -0,15 с 0,8 9,1 9,9 10,3

9 Уровень частичных разрядов при напряжение 1,05 от наибольшего длительного допустимого рабочего напряжения пКл, не более 50

10 Выдерживаемое одноминутное напряжение промышленой частоты в сухом состоянии и под дождём, кВ действ., 20

11 Выдерживаемое напряжение полного грозового импульса 1,2/50 мкс, кВ 60

12 50%-ное влагоразрядное напряжение и увлажнение при удельной поверхности проводимости слоя загрязнения 10 мкСм, кВ 11,5

13 Ток проводимости при наибольшем длительно допустимом рабочем напряжении, мА не более 1,0

14 Длина пути утечки мм не менее 250

15 Масса ограничителя, кг не более 2,3

Выбор ОПН на напряжение 6 кВ[2,3]:

1. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН иНР ОПН определяется по формуле

Для ОПНСп-6/300 УХЛ-1: 7,2 кВ > 6,2 кВ - условие выполнено. При этом уровни изоляции оборудования 6 кВ (нормальная изоляция) определялись по табл. 3.

Уровни изоляции оборудования 6 кВ [2]

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ираб.наиб.ф. , кВ 4,0

Изоляция трансформаторов иисп.1 , «В 35,3

Изоляция аппаратов и исп.1 , кВ 45,1

2. Защита от грозовых перенапряжений

Номинальный разрядный ток принимают равным не менее 5 кА. Защитный уровень ОПН при грозовых перенапряжениях: и ОСТГ при импульсном токе

8/20 мкс с IГ = 5 кА должно быть не более 27 кВ. В соответствии с данными табл. 2

и ОСТ = 21,5 кВ < 27 кВ.

3. Проверка выбора ОПН по перенапряжениям, вызванным ОДЗ.

и ОСТК при импульсе тока 30/60 мкс с IК = 500 кА должно быть не менее 18 кВ [2]: 18,6 кВ >18 кВ.

В этом случае пропускная способность ОПН IПИ при Т И = 2000 мкс должна быть не менее 200 А. В соответствии с паспортными данными ОПН 300 А > 200 А.

4. Определение места установки ОПН для защиты от грозовых перенапряжений. Проверяется сеть на отсутствие резонанса.

Резонанс не возникает, если емкостный ток IС на 1 ТН более 1 А.

Емкостные токи на подстанциях:

1 - 20 А при 2-х ТН типа НТМИ,

2 - 16 А при 2-х ТН типа НАМИ, при установке которых в сети резонанс не возникает. ОПН должен быть установлен на расстоянии от трансформатора 1 опн - тр - 90 м ■

5. Проверка ОПН по уровню коммутационных перенапряжений. Допустимые кратности коммутационных перенапряжений

для трансформаторов КИ = 1,35, КдОПК = 9,06; для аппаратов КИ = 1,1,

Максимальная кратность внутренних перенапряжений (табл. 26 в работе [2]) равна 6, а с вакуумными выключателями - 7, соответственно Кдоп

6. Выбор длины утечки ОПН : где = т.к = 1 /5 =1,4; ,

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

таким образом ,2=137мм,:137 ,что удовлетворяет требованиям к изоляции ОПН [2].

Таким образом, расчёты подтверждают, что характеристики ограничителей перенапряжений ОПНСп-6/300 УХЛ-1 соответствуют нормативным условиям выбора ОПН для распределительных сетей 6-35 кВ и аварийные повреждения их не являются следствием неправильного выбора.

Возможные причины аварийных выходов из строя аппаратов защиты от перенапряжений рассмотрены в работах многих авторов. Выход из строя ограничителей в основном связан с несоответствием технических параметров аппаратов и условий их эксплуатации [1]. Приведены следующие случаи аварийности:

- в одной из энергосистем причиной массового выхода из строя ОПН-10 явились феррорезонансные явления, связанные с трансформаторами напряжения. К этой мысли привел факт выхода из строя нескольких ОПН на одной и той же фазе;

- в другом случае повреждения ОПН-6 были связаны с обыкновенными длительными металлическими замыканиями на землю, в то же время аппараты были изготовлены для горных предприятий, в которых имеет место достаточно быстрая защита от замыканий на землю;

- на одном из комбинатов повреждения ОПН были связаны с феррорезонансными перенапряжениями в присоединении «силовой трансформатор -кабель 6 кВ», возникающими при неполнофазных режимах;

- причиной повреждения ограничителей перенапряжений 10 кВ было подключение их к батарее конденсаторов, что не соответствовало их пропускной способности, а именно: энергоемкость подключенного участка сети превышала пропускную способность ОПН.

Наибольшая доля среди всех аварийных повреждений (до 80%) связана с возникновением дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях на землю [7]. Такие перенапряжения часто существуют в виде переходных процессов при перемежающейся дуге и опасны для электроустановок высокими кратностями перенапряжений = (3^-3,5)-- Л своей продолжительностью и широтой охвата сети, электрически связанной с местом повреждения.

Дуговые перенапряжения приводят к перекрытию или пробою дефектной или ослабленной (загрязненной и увлажненной) изоляции оборудования. Кроме того, воздействие перенапряжений на изоляцию способствует накоплению и развитию дефектов, что приводит к снижению уровня изоляции и повышает вероятность ее повреждения при последующих воздействиях перенапряжений.

Следует отметить также, что повсеместный переход от разрядников к нелинейным ограничителям перенапряжений (ОПН) породил проблему повышенной аварийности ОПН в сетях 6 ^ 35 кВ при дуговых однофазных замыканих на землю. Длительные воздействия дуговых перенапряжений при отсутствии средств их подавления приводят к необходимости применения ОПН с высоким уровнем © Проблемы энергетики, 2013, № 5-6

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.

Опыт эксплуатации ограничителей в сетях с разземленной нейтралью показывает случаи повреждения ОПН в режиме длительного однофазного замыкания. Такие случаи приведены в информационных материалах Башкирэнерго, Челябэнерго, Саратовэнерго, Кузбассэнерго, Новосибирскэнерго.

В сетях, работающих в режиме разземленной нейтрали, режимы длительного дугового замыкания могут привести к тепловой нестабильности ОПН. В этом случае использование ОПН возможно только при совместном подключении к нейтрали резисторов для ограничения дуговых перенапряжений [7].

Возможными причинами повреждения ОПН на предприятиях нефти Татарстана могут быть однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые часто переходят в однофазные дуговые замыкания (ОДЗ), так как релейная защита от ОЗЗ на этих фидерах настроена на сигнал и ОЗЗ могут существовать длительное время. При токах ОЗЗ ниже 5А это время составляет 2 часа и может быть увеличено до 6 часов, если ОЗЗ находится вне обмоток [2]. При этом пропускная способность ограничителей ОПНСп-6/300 УХЛ-1 при импульсе тока с амплитудой 300 А, длительностью 2000 мкс с 20-кратным количеством воздействий во много раз меньше теплового импульса тока ОЗЗ 3А, протекающего через ОПН в течение двух часов и более, что приводит к тепловому разрушению и выходу из строя аппарата защиты. Для всех известных конструкций ОПН допустимое время работы при длительных превышениях напряжения не более сотен секунд [2] , что заставляет потребителей искать другие устройства (см.табл.4) для ограничения перенапряжений.

Уровни коммутационных перенапряжений в сетях 6-35 кВ при коммутациях и ОЗЗ и устройства для их ограничения

п/п Вид коммутации Максимальная кратность неограниченных перенапряжений Рекомендуемый уровень ограничения Устройства для ограничения перенапряжений

Включение ВЛ и КЛ в нормальном симметричном режиме 2,0 - резисторы, шунтирующие дугогасящие промежутки выключателей

Отключение ненагруженных трансформаторов 5,0-6,0 3,0-4,3 ОПН

электродвигателей при нейтрали

Продолжение таблицы 4

Включение 3,4 2,6-2,8 ДГР

электродвигателей при наличии в сети 6-10 кВ Резистор в нейтрали РВ

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

электродвигателей в процессе АВР и АПВ в сети 6-10 кВ нейтрали

электродвигателей 6-10 кВ

1 индуктивных токов в сети 6—10 кВ: а) Срез тока при отключении заторможенного 5,0-8,0 2,6-2,8

2 электродвигателя в конце кабеля; б) то же, но при больших мощности 2,6-2,9

3 электродвигателя и длине кабеля; 6,0-8,0

4 в) эскалация напряжения; г) виртуальный срез тока крайне высокие кратности, но очень малая вероятность реализации

5 ОДЗ в сетях с изолированной нейтралью 3,0-3,5 2,4-2,6 Резистор в нейтрали

6 ОДЗ в сетях с резонансно заземленной нейтралью 2,7-3,5 2,4-2,6 Резистор в нейтрали

Для сетей с резистивным заземлением нейтрали, в которых допускается аварийное отключение поврежденного присоединения с однофазным замыканием, может быть использована схема с двумя ограничителями ОПН1 и ОПН2, имеющими различные уровни защиты. Схема такой защиты применительно к сети собственных нужд 6 кВ, рекомендованная в работах [2, 6], показано на рис. 1. В систему защиты, кроме резистора, входит селективная защита от замыкания на землю, действующая на отключение, и два комплекта ограничителей перенапряжений с разными уровнями защиты. Активный ток замыкания на землю создается резистором Ям « 100 Ом. На всех присоединениях секции собственных нужд 6 кВ устанавливается токовая ненаправленная защита от замыканий на землю, действующая на отключение без выдержки времени. Селективность ее определяется тем, что активный ток протекает только через поврежденное присоединение. Через остальные присоединения протекает лишь собственный емкостной ток нулевой последовательности, от которого защита отстраивается.

Рис. 1. Система защиты от перенапряжений в сети СН с резисторным заземлением нейтрали и двумя типами ОПН: Ям=100 Ом - резистор; ТТ - трансформатор тока нулевой последовательности; КА - токовое реле; КТ - реле времени; ОПН - ограничители перенапряжений; ТН - трансформатор напряжения: ПР - предохранитель; ТЗ - трансформатор заземляющий

При отказе токовых защит присоединений или при однофазных замыканиях на шинах действует защита, подключенная к трансформатору тока в цепи резистора Ям. Эта защита с временем 0,5 с действует на отключение заземляющего трансформатора вместе с резистором и ОПНЬ поэтому в схеме исключено длительное существование большинства однофазных замыканий, что благоприятно сказывается на работе оборудования. Также исключено длительное воздействие линейного напряжения на

ОПНЬ установленный у заземляющего трансформатора. Кроме того, перенапряжения от заземляющих дуг ограничены резистором в нейтрали до уровня ниже 2,4 Цф. Все это создает достаточно легкие условия работы ОПН1, который должен длительно выдерживать только фазное напряжение сети, поэтому его защитные характеристики могут быть выбраны приблизительно на уровне 2,0 Цф.

В редких случаях отказа токовых защит присоединений или возникновения однофазного замыкания на шинах сеть переходит в режим работы с изолированной нейтралью и остается под защитой ОПН2, который должен быть рассчитан на длительное воздействие линейного напряжения; поэтому этот ограничитель имеет защитные характеристики (2,9-3,0) Цф, худшие по сравнению с ОПНЬ В подавляющем большинстве случаев при нормальной работе защиты удается обеспечить уровень ограничения перенапряжений примерно до (2,1-2,3) Цф. При отказе токовых защит присоединений, когда ограничение перенапряжений осуществляется посредством ОПН2, воздействующие на оборудование перенапряжения увеличиваются примерно до (2,6-3,0) Цф. Описанная система защиты, помимо собственных нужд электрических станций, может быть применена и в других сетях 6-10 кВ.

Рассмотренная схема применяется только для сетей с резистивным заземлением нейтрали. В том случае, если не возможна дорогостоящая замена системы заземления и схемы релейной защиты, то другим техническим решением является применение разработанных нами конструкций ограничителей перенапряжений, защищённых от токов ОЗЗ [9, 10].

Предлагаемые нами полезные модели ОПН относятся к области электротехники и предназначены для защиты от перенапряжения электроустановок с защитой самих ОПН от токов короткого замыкания (КЗ) [9] и токов ОКЗ [10].

Из существующего уровня техники известен ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) на номинальные напряжения 6-10кВ, в котором нелинейные резисторы заключены между металлическими электродами с выводами для подключения к электроустановке и запрессованы в корпус из атмосферостойкого полимерного материала, который обеспечивает требуемые механические и изоляционные свойства ограничителя [11].

Недостатком указанных ОПН является взрывное разрушение их конструкции вследствие теплового пробоя нелинейных резисторов при протекании токов КЗ, что сокращает срок службы самих ОПН и электроустановок, где они расположены. В основных электрических характеристиках данных ОПН не указаны нормированные параметры взрывобезопасности: большой ток КЗ, протекающий через ОПН в течение 0,2с (1кзб, кА), и малый ток КЗ, протекающий через ОПН в течение 2с (1юм, кА).

Задачей, на решение которой направлены заявленные полезные модели, является сохранение габаритной высоты и повышение взрывобезопасности ОПН путем отключения нормированных по условиям взрывобезопасности токов КЗ.

Данная задача решается за счёт того, что заявленные полезные модели ОПН содержат герметичный изоляционный корпус, металлические электроды и нелинейные резисторы, отличающиеся тем, что для сохранения габаритной высоты и повышения взрывобезопасности ОПН путем отключения токов короткого замыкания (КЗ) в корпус встроены устройства для отключения токов КЗ, при этом отключаемые большой и малый токи КЗ, обеспечивающие взрывобезопасность ОПН, определяются из соотношений:

где 1;кзб=0,2с, 1;кзм=2с - нормированное время протекания большого и малого тока кз; А, кд , 8 - параметры устройств для отключения токов КЗ.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Техническим результатом, обеспечиваемым в предлагаемых полезных моделях, является защита ОПН от взрывного разрушения вследствие нарушения тепловой устойчивости нелинейных резисторов путем отключения токов КЗ при сохранении габаритной высоты ограничителей, обусловленных условиями их эксплуатации.

Так как согласно статистическим данным ОЗЗ на предприятиях нефти и газа происходят примерно раз в год и чаще, то срок службы аппаратов защиты от перенапряжений соответствует одному году, а должен быть не менее 25 лет согласно паспортным данным. Таким образом, кроме существенной экономии средств на системах заземления и схемах релейной защиты, предприятие получает дополнительный экономический эффект от использования разработанных нами конструкций ОПН повышенной долговечности, который тем выше, чем больше объём их производства и эксплуатации.

Для определения причин аварийности нами проверена правильность выбора ОПН, установленных на фидерах 6 кВ, согласно нормативным требованиям и сделан вывод, что выбор аппаратов защиты выполнен правильно.

Анализ литературы и технических данных по уставкам релейной защиты на предприятиях нефти Татарстана показал, что причиной аварийности ОПН-6(10) могут быть ОЗЗ, переходящие в ОДЗ, поскольку в случаях ОЗЗ релейная защита работает «на сигнал», а время действия и амплитуда тока ОДЗ превышают термическую стойкость ОПН.

Разработанные нами конструкции ограничителей перенапряжений, защищённых от токов ОЗЗ, позволят решить задачу снижения аварийности ОПН в распределительных сетях 6-10 кВ.

Keywords: Protection, surge, electrical plant, oil industry.

1. Иманов Г.М., Пухальский А. А., Халилов Ф.Х., Таджибаев А.И. Защита электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений. Санкт-Петербург: Изд. ПЭИПК Минэнерго, 1999.

2. Ограничители перенапряжений в электроустановках 6-750 кВ/ Методическое и справочное пособие/ Под ред. М.А.Аронова. М.:Знак, 2001.

3. Методические указания по выбору нелинейных ограничителей перенапряжения/ Т.В. Лопухова. Казань: КГЭУ, 2009.

4. Нормативные основы устройства и эксплуатации электроустановок Нормативно технический сборник. Барнаул, 2002.

5. РАО «ЕЭС России». Методические указания по применению ограничителей перенапряжения нелинейных в электрических сетях 6-35кВ. М.:Изд-во НТК «Электропроект» 2001.

6. РАО «ЕЭС России». Руководство по защите электрических сетей 6-1150кВ от грозовых и внутренних перенапряжений /Под науч.ред.Н.Н.Тиходеева.2-е изд. С.-Пб: Изд-во ПЭИПК, 1999.

8. Актуальные вопросы применения резистивного и комбинированного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ/ Н. И., А.И. Ширковец. Новосибирск: ТТЩТТЦ «Болид»,2006.

9. Хатанова И.А., Хатанов Д.В. Ограничители перенапряжения нелинейный. Патент №

10. Хатанова И.А., Хатанов Д.В. Ограничители перенапряжения нелинейный. Патент на полезную модель №126188.

Поступила в редакцию 8 апреля 2013 г.

Аппараты для защиты от перенапряжений , страница 6

Вентильные разрядники раньше использовались также для защиты изоляции незаземлённых нейтралей трансформаторов на 110-220 кВ.

В 7-м издании ПУЭ для защиты нейтрали трансформаторов на 110 кВ рекомендуется устанавливать только ОПН, способные выдерживать в течение нескольких часов квазиустановившиеся перенапряжения при обрыве фазы линии [10.1, п. 4.2.152]. Раззаземлять нейтраль трансформаторов на 220 кВ больше не допускается. Основные электрические характеристики ОПНН-110 [10.2] приведены в табл. 10.9.

Основные электрические характеристики ОПНН-110

Наибольшее рабочее напряжение, кВ действ.

Напряжение на ОПН, допустимое в течение 1мин, кВ действ.

Расчётный ток коммутационного перенапряжения, волна 300/800мкс, А

Остающееся напряжение при расчётном токе коммутационного перенапряжения, кВ, не более

Пропускная способность 20 имп. тока 2000мкс с амплитудой, А

10.3.4.Ограничители перенапряжений на 0.4 кВ

Ограничители перенапряжений предназначены для защиты сетей переменного тока 220/380 В частотой 50. 60 Гц от грозовых и коммутационных перенапряжений. Основные электрические характеристики ОПН-0.4 кВ приведены в табл. 10.10

Основные электрические характеристики ОПН на класс напряжения 0,38 кВ

пропускная способность, А

Номинальный разрядный ток, кА

Остающееся напряжение при волне импульсного тока 8/20 мкс с амплитудой, кВ, не более

10.1. Правила устройства электроустановок. Раздел 4. 7-е издание. М. Изд-во НЦ ЭНИС, 2003. 104 с.

10.2. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. СПб, 1999. 353 с.

10.3 Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ.- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. - 80 c.

10.6. Каталог ограничителей перенапряжений РК «ТАВРИДА Электрик», г. Москва.

10.7.Выбор, испытание и применение металлоксидных ограничителей перенапряжений в сетях среднего напряжения.ABB. Switzerland, 1994.

Выбор опн в нейтрали трансформаторов

НАШИ КОНТАКТЫ:

Телефон (812) 331-40-40

Офис: 188668, Ленинградская область, Всеволожский район, д. Лесколово,
Зелёная, 2а ;

Почтовый адрес: 191144, г.Санкт-Петербург, а/я 1;

Правила ведения реестра акционеров

Окончательный выбор ограничителей производится с учетом всех электрических и неэлектрических воздействий. При этом необходимо особое внимание обратить на возможные квазистационарные перенапряжения, если на линиях установлены силовые трансформаторы или шунтирующие реакторы. Эти перенапряжения должны быть рассчитаны по требованиям Заказчика ограничителей.

При окончательном выборе ограничителей перенапряжений следует особое внимание уделить расстояниям между ОПН и защищаемой изоляцией. При вновь строящихся объектах это расстояние определяется расчетным путем. При замене вентильных разрядников на ОПН, расстояние от ОПН до защищаемой изоляционной конструкции может быть определено по формуле

L ОПН = L РВ (U_исп - U ОПН ) / (U_исп - U РВ ),

где U_исп – испытательное напряжение защищаемого оборудования при полном грозовом импульсе (смотри таблицы 2.5 и 2.6);

L РВ - расстояние от защищаемого оборудования до РВ, нормируемое ПУЭ

(смотри таблицы 4.2.8, 4.2.9 и 4.2.10 [13]);

U ОПН - остающееся напряжение на ОПН при разрядном токе 10 (5) кА;

U РВ – то же на вентильном разряднике при разрядном токе 10 (5) кА.

Рассмотрим пример выбора ОПН.

Пример 1. Выбрать ОПН ЗАО «Полимер – Аппарат» для установки на узловой подстанции 110 кВ и в нейтрали трансформаторов, если I_р = 7 кА; I_к =500 А; Е*= 1,05; I_кз = 15 кА; район загрязнения II.

Из рис. 2.3 для t = 0.2 с Кв = 1,43 поэтому для ОПН, устанавливаемого в нейтрали U_рнр = 76,6/1,43 = 53,6 кВ.

Из каталога ЗАО «Полимер – Аппарат» выбираем ограничители ОПНп- 110/550/77/10 (II) – УХЛ1 и ОПНН - П - 110/420/56/10 (II) – УХЛ1. Результаты сопоставления требуемых и фактических параметров для выбранных ОПН сведены в таблицу 2.9. Как видно из этой таблицы, выбранные аппараты во всех аспектах обеспечивают защиту изоляции и собственную “живучесть”.

Читайте также: