Файл: Вятский государственный университет.doc

Некоторое улучшение характеристик может быть получено путем принудительного гашения дуги. Для этого искровые промежутки помещают в трубку из газогенерирующего материала. Такой защитный аппарат называется трубчатым разрядником (рисунок 2). Разрядник имеет внешний искровой промежуток S₁ и внутренний S₂, размещенный внутри трубки 1 из изолирующего газогенерирующего материала. Дугогашение обеспечивает промежуток S₂, образованный между стержневым 2 и кольцевым 3 электродами. Промежуток S₁ служит для отделения газогенерирующей трубки от сети. Это позволяет избежать разложения материала трубки под влиянием тока утечки при длительном воздействии рабочего напряжения.

Искровые промежутки S₁ и S₂ пробиваются при появлении перенапряжений на фазном проводе. Через них протекает импульсный ток молнии и ток короткого замыкания рабочей частоты. Под действием высокой температуры дуги в трубке происходит интенсивное газовыделение и давление в ней нарастает до нескольких десятков атмосфер. Газы, выходя через открытый конец трубки, создают продольное дутье, и при первом же прохождении тока через нуль дуга гаснет.


Рисунок 2 - Схема устройства и включения в сеть трубчатого разрядника
Трубчатые разрядники лишены одного из основных недостатков защитных искровых промежутков - образования длительного короткого замыкания, отключаемого сетевыми выключателями. Однако другие недостатки защитных промежутков (нестабильность вольт-секундных характеристик, наличие срезов напряжения) имеются и у трубчатых разрядников. Эти недостатки, а также наличие зоны выхлопа исключают возможность применения трубчатых разрядников в качестве основного аппарата для защиты подстанционного оборудования.

Учитывая перечисленные недостатки, а также большие эксплуатационные расходы на обслуживание трубчатых разрядников, в настоящее время их установка во вновь сооружаемых сетях не предусматривается.

Широкое распространение в сетях высокого напряжения нашли вентильные разрядники. Они состоят из искровых промежутков и последовательных нелинейных сопротивлений (рисунок 3, а). В большинстве вентильных разрядников параллельно искровым промежуткам присоединяются шунтирующие резисторы или емкости. Они дают возможность управлять распределением напряжения по большому числу последовательно соединенных искровых промежутков вентильных разрядников. Шунтирующие резисторы служат для создания более равномерного распределения напряжения рабочей частоты и внутренних перенапряжений между искровыми промежутками. Шунтирующие емкости могут использоваться как для выравнивания напряжения, так и для принудительного создания более неравномерного его распределения между искровыми промежутками при грозовых перенапряжениях, что позволяет снизить импульсное пробивное напряжение разрядников за счет каскадного пробоя искровых промежутков.

---

Рисунок 3- Принципиальная схема вентильного разрядника (а), остающееся напряжение и импульсный ток при его срабатывании (б), напряжение промышленной частоты и сопровождающий ток (в)

При воздействии на вентильный разрядник перенапряжения U_пep, превышающего его пробивное напряжение U_пp (рисунок 3,б), происходит пробой искровых промежутков (ИП), и нелинейное последовательное сопротивление (НС) присоединяется к сети. После пробоя ИП действующее на изоляцию перенапряжение определяется в основном падением напряжения на НС (остающимся напряжением U_ocm на разряднике) вследствие протекания через него импульсного тока. Напряжение U_ocm на 20-30% должно быть меньше допустимого для защищаемой изоляции. Ток, протекающий через разрядник под действием напряжения промышленной частоты, называется сопровождающим током I_сопр (рисунок 3, в). Он ограничивается нелинейным последовательным сопротивлением разрядника, величина которого резко возрастает при снижении напряжения на разряднике. При переходе тока через нуль дуга в искровых промежутках гаснет, и разрядник приходит в исходное состояние.

Наиболее широкое распространение в сетях высокого напряжения получили вентильные разрядники (РВ) (рисунок 4), которые имеют пологую ВСХ. Они состоят из нескольких искровых промежутков (ИП), включенных последовательно, нескольких последовательно нелинейных рабочих сопротивлений (НС) и шунтирующих сопротивлений (R_ш).



Рисунок 4- Устройство вентильного разрядника:

ИП – искровые промежутки;
НС – нелинейное рабочее сопротивление;
R_ш – шунтирующее сопротивление

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам с резко нелинейной вольт-амперной характеристикой и достаточной пропускной способностью. Таким требованиям отвечают резисторы из полупроводникового материала на базе оксида цинка. Защитные аппараты, изготовленные из таких резисторов, носят название нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Высоконелинейные оксидно-цинковые резисторы (варисторы) в настоящее время выпускаются в виде дисков диаметром от 28 до 115 мм. Вольт-амперные характеристики варисторов диаметром 28 мм приведены на рисунок 5, где напряжение указано в относительных единицах, причем за базисную величину принято остающееся напряжение на варисторе при токе 100 А.

---

Рисунок 5- Вольт-амперные характеристики оксидно-цинковых резисторов на постоянном токе и при импульсах (а) и на переменном токе частотой

50 Гц (б)

Вольт-амперная характеристика варисторов (см. рисунок 5) позволяет комплектовать нелинейные ограничители перенапряжений с улучшенными характеристиками без искровых промежутков.

Нелинейные ограничители перенапряжений, обладая лучшими защитными характеристиками по сравнению с вентильными разрядниками, так же, как и вентильные разрядники, оказываются не в состоянии обеспечить ограничение перенапряжений ниже некоторого минимального уровня. Это связано с особенностью нелинейных сопротивлений, изготовленных на основе оксида цинка. Их характеристики могут необратимо изменяться под действием длительно приложенного рабочего напряжения, если при этом ток через нелинейное сопротивление превосходит величину порядка нескольких десятых долей миллиампера.

Поэтому вольт-амперную характеристику ОПН приходится поднимать вверх по оси напряжения до тех пор, пока ток нормального рабочего режима не понизится до значения 0,1 мА. Технически это достигается путем увеличения числа последовательно соединенных элементов нелинейных сопротивлений. При этом пропорционально возрастают и все остальные ординаты вольт-амперной характеристики ОПН. Например, если при одинаковой толщине дисков ОПН 220 кВ будет иметь вдвое больше последовательных элементов по сравнению с ОПН 110 кВ, то и уровень ограничения грозовых перенапряжений при токе 5 кА у него будет в два раза выше, чем у ОПН 110 кВ, т. с. кратность ограничения перенапряжений при заданном токе через ОПН останется той же самой. Некоторого, весьма небольшого изменения крутизны вольт-амперной характеристики удается достичь путем увеличения площади дисков нелинейных элементов или параллельного соединения нескольких цепочек из нелинейных элементов.

Для коммутационных перенапряжений уровнем ограничения считается напряжение, соответствующее некоторому характерному значению тока через ОПН на вольт-амперной характеристике (порядка сотен ампер). Для грозовых перенапряжений уровнем ограничения считается напряжение, соответствующее токам 5-20 кА:

Номинальное напряжение сети, кВ 35 110 150 220 330  500

Расчетный ток коммутационных импульсов, А 350 500 500 500 700 1200

Напряжение на ОПН при расчетном

коммутационном токе (в долях амплитуды

---

фазного напряжения) 4,05 2,0 2,0 2,0 1,93 1,84

Напряжение на ОПН при грозовом

импульсе с током 5000 А (в долях амплитуды

фазного напряжения) 4,5 2,4 2,4 2,4 2,4 2,1
Конструктивно ограничители перенапряжения состоят из колонки варисторов, спрятанной под изоляционной оболочкой. При этом, исходя из необходимых характеристик и конструкции устройства, таких колонок может быть несколько. В качестве оболочки обычно выступает стеклопластиковая труба, которая способна воспринимать практически любой вид механической нагрузки, тем самым обеспечивая необходимую прочность устройству.

На эту трубу путем бесшовного прессования помещена трекингостойкая кремнийорганическая резина, которая образует внешнюю защитную оболочку с ребрами. Колонку варисторов с двух сторон поджимают два вывода в виде фланцев, которые ввернуты в трубу с двух сторон. Для их изготовления используется электротехнический алюминий, стойкий к коррозии.

Чтобы ограничители перенапряжения ОПНП хорошо выполняли свою задачу, они хорошо герметизированы. Осуществляется это надежным соединением фланцев, а также заполнением внутренней полости трубы желеподобным кремнийорганическим (силиконовым) каучуком. На случай внутреннего пробоя в трубе ограничителя предусмотрены отверстия, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и закрытые защитной оболочкой. Это позволяет сбросить внутреннее давление устройства без разрушения на части.


Рисунок 6 - Устройство ограничителя перенапряжения

---

1.3 Шунтирующие реакторы

Шунтирующий реактор – эффективное средство ограничения установившихся перенапряжений за счет емкостного эффекта в неперегруженных ВЛ СВН как при симметричном, так и при несимметричном режиме электропередачи. Наиболее эффективным является включение шунтирующего реактора, например, на подстанциях, в середине ВЛ или в промежуточных точках. Включение шунтирующего реактора па стороне НН трансформаторов менее эффективно.

Для ограничения установившихся перенапряжений в неполнофазных режимах электропередачи находят применение схемы четырехлучевого шунтирующего реактора.

В качестве заземляющего луча используется реактор на 35 кВ. Когда необходимо подключить дополнительные ШР, это осуществляется через искровые промежутки, которые пробиваются при возникновении перенапряжений. Искровые промежутки затем шунтируются выключателями.

1.4 Дугогасящие реакторы

Дугогасящие реакторы включаются в нейтрали трансформаторов сетей с Uном=6–35 кВ для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю. Выпускаются ДГР двух модификаций: со ступенчатым (тип РЗДСОМ) и плавным (тип РЗДПОМ) регулированием тока.

Ступенчатое регулирование производится вручную штурвалом на отключенном ДГР, число ответвлений – пять. Плавное регулирование осуществляется путем изменения зазора в магнитопроводе с помощью электропривода, управляемого устройством автоматической компенсации тока замыкания на землю. При этом дугогасящий реактор не отключается, а замыкание на землю должно отсутствовать.

1.5 Размещение на подстанции и на ВЛ средств защиты от перенапряжений

Расстояния по шинам, включая ответвления, от разрядников до трансформаторов и другого оборудования должны быть не более указанных в таблице 1. При превышении указанных расстояний должны быть дополнительно установлены защитные аппараты на шинах или линейных присоединениях.
Таблица 1- Наибольшие допустимые расстояния от вентильных разрядников до защищаемого оборудования 35-220 кВ

#G0Номи- льное напря- ние, кВ	Тип опор на подходах ВЛ к РУ и подстан- циям	Длина защи- щен- ного тросом подхода ВЛ, км	Расстояния до силовых трансформаторов, м												Расстояния до остального оборудования, м
			Тупиковые РУ				РУ с двумя постоянно включенными ВЛ				РУ с тремя или более постоянно включенными ВЛ				Тупиковые РУ				РУ с двумя или более постоянно включенными ВЛ
			Разрядники III гр.		Разрядники II гр.		Разрядники III гр.		Разрядники II гр.		Разрядники III гр.		Разрядники II гр.		Разрядники III гр.		Разрядники II гр.		Разрядники III гр.		Разрядники II гр.
			1хPBC	2хРВС	1хРВМГ	х2РВМГ	1хPBC	2хРВС	1хРВМГ	2хРВМГ	1хPBC	2хРВС	1хРВМГ	2хРВМГ	1хPBC	2хРВС	1хРВМГ	2хРВМГ	1хPBC	2хРВС	1хРВМГ	2хРВМГ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
35	Опоры с горизон- тальным располо- жением проводов	0,5	20	30	-	-	30	40	-	-	35	45	-	-	25	40	-	-	30	50	-	-
		1,0	40	60	-	-	50	100	-	-	90	120	-	-	75	100	-	-	100	150	-	-
		1,5	60	90	-	-	80	120	-	-	120	150	-	-	100	130	-	-	125	200	-	-
		2,0 и более	75	100	-	-	100	150	-	-	150	180	-	-	125	150	-	-	150	200	-	-
	Опоры с негоризон- тальным располо- жением проводов	1,0	20	30	-	-	30	40	-	-	40	50	-	-	40	60	-	-	50	100	-	-
		1,5	30	50	-	-	50	60	-	-	60	70	-	-	60	90	-	-	80	120	-	-
		2,0 и более	45	70	-	-	70	90	-	-	90	100	-	-	70	120	-	-	90	150	-	-
110	Опоры с горизон- тальным располо- жением проводов	1,0	30	50	40	100	50	70	60	120	70	90	80	125	120	140	130	180	130	150	140	190
		1,5	50	80	70	150	70	90	80	160	90	110	100	175	140	170	150	200	200	200	180	200
		2,0	70	100	90	180	80	120	100	200	110	135	120	250	170	200	180	220	200	200	200	200
		2,5	90	165	120	220	95	150	125	250	125	180	135	250	190	200	220	250	200	200	200	200
		3,0 и более	100	180	150	250	110	200	160	250	140	200	170	250	200	200	250	250	200	200	250	250
	Опоры с негоризон- тальным располо- жением проводов	1,0	15	20	20	50	20	30	30	75	30	40	40	100	70	90	80	110	100	130	120	170
		1,5	30	55	40	80	40	60	50	100	50	70	60	130	110	130	120	160	150	180	160	200
		2,0	50	75	70	120	60	90	70	150	70	100	90	190	120	150	140	180	200	200	180	250
		2,5	65	100	90	160	70	115	100	200	80	125	120	250	130	200	160	230	200	200	200	200
		3,0 и более	80	140	120	200	80	140	130	250	95	150	140	250	150	200	180	250	200	220	220	250
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
150- 220	Опоры с горизон- тальным располо- жением проводов	2,0	-	-	20	65	-	-	60	100	-	-	90	110	90	160	100	210	150	220	200	280
		2,5	-	-	35	75	-	-	70	140	-	-	100	150	110	180	120	250	170	280	250	350
		3,0 и более	-	-	80	100	-	-	90	170	-	-	120	180	120	200	160	280	190	310	270	400
	Опоры с негоризон- тальным располо- жением проводов	2,0	-	-	10	35	-	-	35	60	-	-	45	65	60	90	75	130	90	120	100	150
		2,5	-	-	15	70	-	-	65	90	-	-	80	90	80	120	100	180	120	160	140	220
		3,0	-	-	40	90	-	-	85	110	-	-	100	120	100	160	140	230	150	200	180	300

---