Защита подстанционного оборудования, от перенапряжения

Различают следующие виды перенапряжений:

1) внутренние (коммутационные и резонансные). Перенапряжения дуговых замыканий на землю в электросетях с незаземленной нейтралью достигают значений (3,5 – 3,65)·U_сp; перенапряжения при отключении ненагруженных линий достигает 3,5·U_сp ; перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов для сетей с заземленной нейтраллью достигает значения 3·U_сp , а для сетей о изолированной нейтралью - (4 - 5)·U_сp ;

2) атмосферные перенапряжения (перенапряжения прямого удара и индуцированные перенапряжения).

Для защиты линий электропередач от атмосферных перенапряжений применяют:

- трубчатые разрядники;

- грозозащитный трос;

- защитные свойства древесины на линиях с деревянными опорами в сочетании с устройствами автоматического повторного включения.

Для защиты подстанционного оборудования открытых pacпpeделительных устройств применяют:

- вентильные разрядники (или ограничители перенапряжений);

- трубчатые разрядники на подходах воздушных линий электропередач к подстанциям (для уменьшения амплитуды набегающей волны перенапряжения с линии);

- тросовые подходы к подстанциям (для уменьшения крутизны волны набегающей с линии;

- стержневые молниеотводы от прямых ударов молнии.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода r_x, м, (рисунок 7.1), определяется по следующей формуле:

,

(7.16)

где h_a - активная часть молниеотвода (превышение молниеотвода над защищаемым уровнем);

h - полная высота молниеотвода;

h_x - высота защищаемых объектов;

Р - постоянная (для молниеотводов при h < 30 м, Р= 1; при h > 30 м, .

Рисунок 7.1 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Рисунок 7.2 - Зона защиты двух стержневых молниеотводов

Ширина зоны защиты (b_х), м, определяется:

,

(7.17)

где r_x - радиус защиты для одиночного молниеотвода (определяется по формуле (7.16);

а - расстояние между молниеотводами.

В тех случаях, когда для защиты подстанции недостаточна установка одного или двух молниеотводов, устанавливают три, четыре, а иногда и более /11/, устанавливая их на входных и трансформаторных порталах подстанции. При невозможности установки стержневых молниеотводов на указанных порталах устанавливают отдельностоящие молниеотводы высотой 19 - 21 м.

Необходимым условием защищенности всей площади, подстанции на высоте h_x является:

,

(7.18)

где D - наибольшая диагональ четырехугольника (при четырех молниеотводах) или диаметр окружности проходящей через следы молниеотводов (при трех).

РУ 3 кВ и выше, к которым присоединены воздушные линии, должны быть защищены вентильными разрядниками.

Защиту подстанций 35-110 кВ с трансформаторами мощностью до 40 мВА присоединяемых к ответвлениям (протяженностью менее требуемой длины защищаемого подхода), от действующих ВЛ без троса, допускается выполнять по упрощенной схеме, включающей вентильные разрядники, устанавливаемые на подстанции на расстоянии не более 10 м от силового трансформатора.

Тросовые молниеотводы, защищающие подходы к подстанции по всей длине ответвления, при длине ответвления менее 150 м следует дополнительно защищать тросовыми иди стержневыми молниеотводами по одному пролету действующей ВЛ в обе стороны от ответвления.

Защита подстанций, на которых расстояние между вентильными разрядниками и трансформаторами превышает 10 м, выполняется в соответствии с требованиями /5/,

Для зашиты нейтралей обмоток 110-220 кВ силовых трансформаторов, имеющих изоляцию, пониженную относительно изоляции линейного конца обмотки и допускающую работу с разземленной нейтралью, следует устанавливать вентильные разрядники.

Выбор разрядников

Разрядники выбираются:

- по типу;

- по месту установки;

- по напряжению установки.

Для защиты вращающихся машин напряжением 6-10 кВ применяются магнитно-вентильные разрядники серии РВМ. Для защиты изоляции трансформаторов и оборудования РУ 3 - 10 кВ применяются вентильные разрядники серии РВП. Изоляцию оборудования напряжением 15 - 220 кВ следует защищать вентильными разрядниками серии РВС. Для защиты изоляции оборудования 15 - 35 кВ, испытательные напряжения которого снижены по сравнению с общими требованиями, должны применяться магнитно-вентильные разрядники серии РВМ. Изоляцию оборудования на номинальное напряжение 110 - 220 кВ с пониженными испытательными напряжениями, а также изоляцию оборудования 330 и 500 кВ следует защищать вентильными разрядниками с магнитным гашением дуги серии РВМГ. В тех случаях, когда на подстанции 110 кВ установлены автотрансформаторы со сниженным уровнем изоляции, для их защиты также применяют магнитно-вентильные разрядники типа РВМГ-110. Вентильные разрядники серии GZ, разрядники PC-10 и РВО-35 облегченной конструкции предназначены для защиты малооответственного оборудования 6-35 кВ. Комбинированные вентильные разрядники серии РВМК на напряжение 330 и 500 кВ предназначены для защиты изоляции напряжением 330 и 500 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. Разрядники серии РВМК применяются лишь в тех случаях, когда необходима защита изоляции от внутренних перенапряжений, а разрядники серии РВМГ не могут быть установлены вследствие их ограниченной дугогасящей и пропускной способности,

В настоящее время для защиты сетей 110-500 кВ от атмосферных перенапряжений (а также от внутренних), наряду с вентильньми разрядниками применяются ограничители перенапряжений ОПН, имеющие ряд преимуществ по сравнению с разрядниками (меньшие габариты и вес при тех же технических характеристиках), но пока еще более дорогие (подробнее см. /11/). По сравнению с серийно выпускаемыми разрядниками РВМГ нелинейные ограничители снижают уровень ограничения коммутационных перенапряжений на 30-40 процентов, атмосферных перенапряжении на 10-20 процентов.

Число и места установки вентильных разрядников следует выбирать, исходя из принятых на расчетный период схем электрических соединений, числа ВЛ и трансформаторов.

Вентильные разрядники на подстанциях 35-110 кВ с трансформаторами мощностью до 40 мВА, присоединяемых к ответвлениям, устанавливаются возможно ближе к защищаемому оборудованию, особенно к оборудованию с пониженным уровнем изоляции (вращающиеся машины, силовые трансформаторы), на расстоянии не более 10 м от тpaнсформатора.

Подходы к подстанции должны быть защищены тросовыми молниеотводами.

Для защиты РУ 6-10 кВ от волн атмосферных перенапряжений, набегающих с ВЛ, установка вентильных разрядников производится в соответствии со следующими рекомендациями:

1) установка одного комплекта вентильных разрядников на шинах РУ или у трансформатора достаточна для защиты, как трансформатора, так и изоляции РУ, если связь трансформатора с РУ выполнена кабелями длиной не более 90 м.

При выполнении связи трансформатора с РУ открытым токопроводом вентильный разрядник,, установленный на сборных шинах РУ 6 - 10 кВ, обеспечивает защиту изоляции, как РУ, так и трансформатора, если длина открытого токопровода, не превышает 60 м, а подход к линии 6-10 кВ к РУ имеет кабельную вставку;

2) при установке молниеотводов на трансформаторных порталах вентильный разрядник 6-10 кВ у вводов трансформатора обеспечивает защиту оборудования РУ при расстояниях между трансформатором и РУ не более 15 м. Защита от грозовых и кратковременных внутренних перенапряжений трансформаторов 110-220 кВ с уровнем изоляции нейтралей I и II /5/ выполняется вентильными разрядниками серии PВС. Магнитно-вентильные разрядники рекомендуется применять только для защиты трансформаторов, имеющих неотключаемые кабельные линии длиной более 110 м.

Устройство защиты нейтралей рекомендуется устанавливать непосредственно у трансформаторов. Для защиты нейтралей трансформаторов рекомендуются разрядники: при напряжении 150 кВ - РВС-11; 110 KB - РВС-60; 35 кВ - РВС-20.

В ОРУ вентильные разрядники (как и все остальное оборудование) должны устанавливаться на основаниях-фундаментах или на металлических конструкциях высотой 2,5 – 3,0 м от уровня планировки подстанции. Разрядники, у которых нижняя кромка фарфорового кожуха расположена над уровнем планировки подстанции на высоте не менее 2,5 м, разрешается не огораживать. При меньшей высоте кромки кожуха разрядники должны иметь постоянные ограждения.

На подстанциях, выполненных по упрощенным схемам, устанавливается по одному комплекту разрядников (на присоединение) и, как правило, по два комплекта на проходных и многофидерных подстанциях. На некоторых мощных ОРУ число устанавливаемых комплектов разрядников доходит до четырех-пяти.

Высокочастотная связь

На понизительных подстанциях 110/6-10 кВ без выключателей на стороне ВН во многих случаях целесообразно применение схем с передачей отключающего импульса от защит трансформатора на отключение головного выключателя питающей линии.

Наибольшее распространение получили способы передачи управляющего импульса по кабелям связи иди по проводам ВЛ с помощью высокочастотной аппаратуры. Линия электропередачи является линией высокой надежности, ее надежность в десятки раз превосходит надежность проводных линий, построенных специально для целей связи. Кроме того, каналы связи по этим линиям значительно дешевле каналов связи по специальным проводным линиям, так как отпадают затраты на сооружение и эксплуатацию линии связи.

По линиям электропередачи возможна только высокочастотная связь (ВЧ-связь), поэтому необходимо отделить напряжение сигнала связи от напряжения промышленной частоты. Для создания каналов связи используются высокочастотные заградители, врезаемые в фазный провод вблизи шин подстанции.

Заградители предназначены для ограничения зоны распространения токов высокой частоты, то есть для уменьшения утечки токов высокой частоты каналов связи по линии электропередачи в сторону противоположную направлению к корреспонденту. Заградитель представляет собой высокочастотный заградительный фильтр и состоит из силового реактора и элемента настройки. Реактор заградителя рассчитан на длительное прохождение по нему рабочего тока линии и кратковременное - токов короткого замыкания. Элемент настройки включается параллельно реактору и служит для того, чтобы повысить сопротивление заградителя на определенной частоте или полосе частот. Элемент содержит конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы. Высокочастотные заградители подвешивают на одноцепных, двухцепных гирляндах на траверсах порталов либо устанавливают на колонке конденсатора связи или шинной опоре. Характеристики высокочастотных заградителей приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Характеристики высокочастотных заградителей

Тип заградителя	Номинальные параметры сети	Тип силового реактора	Индуктивность реактора, Гн	Тип элемента, настройки	Габаритные размеры, мм
Напряжение, кВ	Ток, А	Диаметр	Высота
ВЗ-600-0,25	35-330		РЗ-600-0,25	0,25	ЭН-0,25
ЭН-600-50
ВЗ-1000-0,6	110-500		РЗ-1000-0,6	0,6	ЭН-0,6-М
ВЗ-2000-1,2	330-750		РЗ-2000-1,2	1,2	ЭН-1,2