Выбор ограничителей напряжения для защиты оборудования электрической подстанции до 35 кВ

Вариант №____

Студент: _________________________

Курс: IV. Группа: ЭЭ-1-14 (ЭЭ-2-14)

Преподаватель:

Доцент, к.т.н., доцент Е.Г. Зенина

Дата выполнения работы:

Дата сдачи работы:

Волжский, 2017 г.

Задание на работу

Электрическая подстанция питает воздушную сеть заданного класса напряжения с полной компенсацией или недокомпенсацией ёмкостного тока (см. по условию). Наибольшее напряжение сети U_нс. Емкостный ток сети I_С. Задано допустимое время работы сети при ОЗЗ. В сети имеются ВЛ с опорами определенного типа. На подстанции установлены измерительные трансформаторы напряжения типа НАМИ. Известно максимальное значение тока короткого замыкания (3-фазное КЗ) на шинах НН ПС и интенсивность грозовой деятельности.

Произвести выбор ОПН для защиты оборудования подстанции со стороны НН ПС. Указать место установки ОПН и пояснить, какое оборудование будет защищено с помощью этого аппарата защиты.

Вариант задания выбирается:

для студентов группы 2 – по порядковому номеру N в журнале группы;

для студентов группы 1 – по порядковому номеру в журнале группы, увеличенному на 14, т.е. N+14.

Основные теоретические сведения

Основные характеристики ОПН

Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение(U_нро, кВ) - наибольшее действующее напряжение промышленной частоты, которое неограниченно долго может быть приложено к выводам ограничителя.

Номинальное напряжение(U_н, кВ) – действующее значение напряжения промышленной частоты, которое ограничитель может выдерживать в течение 10 с после воздействия на него импульсов тока с нормированными параметрами. Номинальное напряжение должно быть не менее 1,25 наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения.

По стандарту МЭК 99-4 ОПН должен выдерживать эту величину в течение 10 с после предварительного нагрева до 60 °С и воздействия двух импульсов тока, соответствующих классу удельной энергоемкости данного типа ограничителя, U_н @ 1,25U_нро.

Характеристика «напряжение – время» – зависимость действующего значения выдерживаемого ОПН напряжения промышленной частоты от времени его приложения. Показывает максимальный промежуток времени, в течение которого к ОПН может быть приложено напряжение промышленной частоты, превышающее U_нро (или U_н в зависимости от вида характеристики), не вызывая повреждения или термической неустойчивости.

Характеристики «напряжение – время» (U/U_нро=f(t) или U/U_н=f(t)) предоставляются изготовителями графически чаще всего в полулогарифмическом масштабе или в табличном варианте. Характеристики даются для случая с предварительным нагружением ОПН импульсами тока с нормируемыми параметрами, а иногда и для случая без нагружения.

Остающееся напряжение при нормируемом токе коммутационных перенапряжений(U_остк, кВ) – напряжение на ограничителе при протекании нормируемого тока I_нк коммутационных перенапряжений (I_нк= 125÷2000 А в зависимости от класса напряжения сети). Нормируемая форма волны импульса тока – 30/60 мкс или 1,2/2,5 мс.

Остающееся напряжение при нормируемом токе грозовых перенапряжений(U_остг, кВ) – напряжение на ограничителе при протекании нормируемого тока грозовых перенапряжений. Нормируемая форма импульса тока 8/20 мкс, нормируемые амплитуды I_нг= 3¸20кА в зависимости от класса напряжения ограничителя и требуемого уровня защиты от грозовых перенапряжений.

Номинальный разрядный ток ОПН(I_ном, кА) – максимальное значение амплитуды грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ограничителя и характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых перенапряжений.

Ток пропускной способности ограничителя(I₂₀₀₀, кА) – амплитуда прямоугольного импульса тока длительностью не менее 2000 мкс, которая прикладывается к ограничителю в процессе испытаний на пропускную способность.

Пропускная способность – гарантированная способность ограничителя выдерживать воздействие не менее 18 раз тока I₂₀₀₀ без пробоя, перекрытий и потери рабочих качеств.

Импульс большого тока ОПН [21] (I_max, кА) – максимальное (амплитудное) значение разрядного тока, имеющего форму импульса 4/10 мкс, который используется для проверки устойчивости ограничителя к близким и прямым ударам молнии. Является консервативной оценкой энергетической стойкости к грозовым импульсам.

Требования стандарта МЭК 99-4 к стойкости ограничителя к импульсу тока 4/10 мкс в зависимости от его номинального разрядного тока приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Значения номинального разрядного тока и импульса 4/10 мкс

Iном, кА
Iмакс, кА

Вероятность возникновения разрядов с амплитудой 100 кА соответствует случаю прямого попадания молнии в ограничитель, что в реальных условиях маловероятно.

Ток взрывобезопасности или ток срабатывания противовзрывного устройства(I_сраб, кА)– значение тока однофазного или трехфазного (большего из них) короткого замыкания, при котором не происходит взрывного разрушения покрышки ОПН, а если она повреждается, то ее элементы находятся внутри нормируемой зоны.

Удельная энергоемкость ограничителя(W_у.опн, кДж/кВ) – значение энергии, поглощаемой ограничителем при воздействии одного (иногда двух) импульса тока пропускной способности и отнесенной к 1 кВ наибольшего длительно допустимого напряжения (U_нро) или номинального напряжения ограничителя (U_н). Используется для классификации ОПН и характеризует его способность рассеивать энергию коммутационных перенапряжений.

Полная энергоемкость ОПН(W_опн, кДж) – произведение нормируемой производителем удельной энергоемкости и того напряжения, по отношению к которому она приведена.

Вольт-амперная характеристика ОПН– зависимость напряжения на ОПН от амплитуды импульсного тока, протекающего через него.