Анализ применений ограничителей перенапряжений в электросетях 0,38-110 кВ
Классификация и характеристика внутренних перенапряжений сетей 6-35 кВ. Особенность механического и электромагнитного воздействий. Основные принципы разработки систем молниезащиты. Защита линий и потребительских электроустановок напряжением 0,38 кВ.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.05.2016 |
| Размер файла | 133,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт: ЭНИН
Направление: Высоковольтная электроэнергетика и электротехника
Кафедра: ЭЭС
Учебная исследовательская
на тему: «Анализ применений ограничителей перенапряжений в электросетях 0,38-110кВ»
Выполнил
Агафонов В.М.
Проверил:
Пичугина М.Т
Томск, 2016 г.
Содержание
Введение
1. Перенапряжения в электрических сетях
1.1 Характеристика уровней изоляции сетей 6-35 кВ
1.2 Классификация и характеристика внутренних перенапряжений сетей 6-35 кВ
1.3 Квазистационарные перенапряжения
1.4 Коммутационные перенапряжения
1.5 Внешние перенапряжения
2. Защита электрических сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений
2.1 Нормативные требования
2.2 Категории оборудования импульсных перенапряжений
2.3 Средства защиты от перенапряжений
2.4 Причины импульсных перенапряжений
2.5 Основные принципы разработки систем молниезащиты
2.6 Поражаемость объектов молнией и защита электроустановок от прямого удара молнии
2.7 Защита линий и потребительских электроустановок напряжением 0,38 кВ
3. Ограничители перенапряжений нелинейные
3.1 Серия ОПН включает в себя четыре типа ограничителей
3.2 Достоинства ОПН
3.3 Пример условного обозначения ОПН
3.4 Конструкция ОПН
3.5 Принцип действия
3.6 Технические характеристики
3.7 Выбор ограничителей перенапряжений
Заключение
Список литературы
Введение
Проблема реализации защиты сетей от перенапряжений ограничителями ОПН приобретает всё большую актуальность. Важен правильный подбор соответствующих устройств для защиты электрических сетей 0,38-110 кВ.
Целью работы является рассмотрение основного ряда вопросов по проблеме ограничения перенапряжений в электросетях 0,38-110 кВ ограничителями ОПН. Широкое внедрение эл. энергии в технологические процессы производства требует высокой надёжности электроснабжения потребителей качественной электроэнергией. В её обеспечении большое значение имеет правильная организация защиты электрооборудования от перенапряжений. Экскурс используемых защит на производстве позволяет сделать вывод о предпочтении применения наиболее эффективного и надёжного средства как ОПН.
Импульсные перенапряжения в настоящее время приводят к целому ряду негативных последствий, таких как:
· разрушение вводных цепей как на платах, так и на корпусах микросхем;
· сбои и ложные срабатывания в работе оборудования;
· изменение параметров полупроводникового прибора, и вследствие этого некорректная работа схемы, собранной на базе этого прибора.[2]
Внедрение защитных аппаратов нового поколения сталкивается с значительными трудностями их правильного применения. В первую очередь это связано с недостаточностью нормативных документов, регламентирующих правильное использование ОПН в сетях 0,38 - 110 кВ. Перед энергетическими предприятиями, как правило, возникают две взаимопротиворечащие друг другу задачи. С одной стороны глубоко ограничить перенапряжения, а с другой обеспечить надежную работу самого аппарата. Если приоритет при выборе параметров ОПН отдавать первой задаче, то снизится надежность работы ОПН.
В обратном случае повышаются воздействия на изоляцию электрооборудования. Разрешению этой дилеммы посвящено руководство по эксплуатации и применению «Ограничители перенапряжений нелинейные» [1].
Экскурс самых современных фирм по производству ОПН различных типов приведён в журнале «Электро» 2006г [6]. Современные компании конкурируют на международном рынке за право быть лучшими в этой сфере. Компании специализируется на разработке и изготовлении защитных аппаратов с повышенными эксплуатационными характеристиками, учитывая при проектировании ограничителей перенапряжения особенности защищаемых объектов, место установки ограничителей и условия их эксплуатации. Использование для изготовления ограничителей перенапряжения лицензионных нестарящихся варисторов различной геометрии (диаметров и толщин) и с различными техническими характеристиками позволяют выпускать защитные аппараты на классы напряжения сетей от 0,4 до 750 кВ.
По данным самых последних источников [5, 6, 7] в настоящее время в различных городах РФ и за рубежом в эксплуатации находится более 100000 ограничителей перенапряжений и это число постоянно растёт, что свидетельствует о доверии к качеству данного средства защиты электроустановок, масштабной смене старых видов защиты на ОПНы и его дальнейшей перспективе развития.
1. Перенапряжения в электрических сетях
1.1 Характеристика уровней изоляции сетей 6-35 кВ
Перенапряжения в электрических сетях непосредственно воздействуют на изоляцию. Изоляция электроустановок распределительных сетей практически непрерывно находится под воздействием соответствующего номинального напряжения с возможным отклонением на небольшое значение в сторону превышения (+15%). В результате со временем изменяется физикохимическая структура материала изоляции, и она теряет свои защитные свойства - снижается ее электрическая прочность. При изготовлении электрического оборудования и других электротехнических изделий учитывается влияние напряженности электрического поля, длительности его воздействия на изоляцию и другие факторы, а также условия, в которых приходится работать изоляции.[3]
В соответствии с условиями эксплуатации изоляция конструкций подразделяется на внешнюю и внутреннюю.
Внешней изоляцией называется внешняя часть изоляционной конструкции, где изолирующей средой является атмосферный воздух или сочетание поверхности диэлектрика с атмосферным воздухом.
Внутренней изоляцией называется внутренняя часть изоляционной конструкции, где изолирующей средой является жидкий, твердый или газообразный диэлектрик или их комбинация, не подвергающаяся непосредственному воздействию внешних условий.
Отличительной особенностью внешней изоляции является ее свойство восстанавливать свои параметры после разряда или пробоя, что дает возможность достаточно достоверно определить ее электрическую прочность.
Достоверных сведений о характеристиках электрической прочности внутренней изоляции получить невозможно. Поэтому они косвенно характеризуются нормированными (ГОСТ 1516.3) испытательными напряжениями грозовых импульсов и нормированным испытательным напряжением промышленной частоты.
Статорные обмотки электрических машин имеют меньший уровень изоляции. Особенностью статорной изоляции является то, что ее коэффициент импульса примерно равен единице. Среди всех видов электрооборудования наименьший уровень изоляции имеют электрические машины.
1.2 Классификация и характеристика внутренних перенапряжений сетей 6-35 кВ
Перенапряжения, возникающие в результате ненормальных или аварийных режимов работы электроустановок, а также при включениях и отключениях воздушных линий и электрооборудования, называются внутренними.
Внутренние перенапряжения сетей 6-35 кВ подразделяются на два вида:
· квазистационарные перенапряжения, которые возникают при неблагоприятных сочетаниях реактивных элементов сети и ЭДС источников питания. Эти перенапряжения имеют длительный характер и существуют до тех пор, пока не исчезнет причина их возникновения;
· коммутационные перенапряжения, которые возникают при различных коммутациях электрической цепи. В реальных условиях под ними понимают все плановые и аварийные коммутации.
1.3 Квазистационарные перенапряжения
Резонансное смещение нейтрали в сети с дугогасящим реактором
Нормальная работа сети с изолированной нейтралью характеризуется наличием на нейтрали некоторого напряжения, называемого напряжением несимметрии. Это напряжение возникает при наличии несимметрии в емкостях отдельных фаз сети или при различной величине проводимостей фаз, обусловленных, например, неодинаковой степенью загрязнения.
Для сетей, заземленных через дугогасящую катушку, емкостной ток несимметрии протекает через индуктивность катушки. В этом случае может происходить резонансное смещение нейтрали, значительно превышающее обычное смещение.
Повышения напряжения в сетях 6-35 кВ при неполнофазных режимах работы сети
Резонансные повышения напряжения могут возникать не только при естественной несимметрии емкостей фаз, но и при значительной несимметрии емкостей, вызванной обрывом проводов и неполнофазными включениями линий. Предел повышения напряжения определяется насыщением магнитопровода дугогасящего реактора.
В сети без дугогасящего реактора нарушение симметрии сети, вызываемое обрывом проводов с заземлением и без заземления, неодновременным включением и отключением фаз возможны перенапряжения, обусловленные так называемым «опрокидыванием» фазы трансформатора. Перенапряжения на ёмкости линии при этом явлении могут достигать 4Uф. Явление опрокидывания возникает лишь в линиях определённой длины и слабо загруженных трансформаторах.
1.4 Коммутационные перенапряжения
Обычно в месте замыкания горит дуга. В большинстве случаев она носит неустойчивый характер, что приводит к возникновению коммутационных перенапряжений.
Перенапряжение возникают в электрических установках при резких изменениях режима их работы, главным образом в результате коммутаций (при включениях или отключениях тока, при коротких замыканиях на землю и т.п.). Коммутация сопровождается переходным процессом, после которого устанавливается новый режим работы установки. Соответственно различают кратковременные (порядка единиц и десятков мсек) коммутационные перенапряжение и длительные перенапряжение установившегося режима. Коммутационные перенапряжение, вызываемые повторными зажиганиями и гашениями электрической дуги в цепях с ёмкостной проводимостью, получаются при отключении ненагруженных линий, при замыкании на землю через дугу одной из фаз трёхфазной системы с изолированной нейтралью и т.д.
Коммутационные перенапряжение при включении линий связаны с возникновением и развитием переходного процесса в колебательном контуре, образованном ёмкостью линии и индуктивностями линии, трансформаторов и генераторов. Особенно существенные перенапряжение появляются при автоматическом повторном включении.
Сравнение допустимых уровней изоляции оборудования и кратностей внутренних перенапряжений показывает, что большинство перенапряжений не опасно для оборудования с нормальной изоляцией.
1.5 Внешние перенапряжения
При эксплуатации на изоляцию воздействуют напряжения, значительно превышающие номинальные перенапряжения. Перенапряжения, возникающие в результате грозовых разрядов вблизи электрических установок или при прямом ударе молнии в электроустановку, называются внешними, или атмосферными. Наиболее опасны для изоляции электроустановок атмосферные перенапряжения.
Грозовые перенапряжение связаны с разрядами молнии непосредственно в токопроводящие части электрической установки (перенапряжение прямого удара) или в землю вблизи установки (индуктированные перенапряжение). При прямом ударе весь ток молнии проходит в землю через пораженный объект. Падение напряжения на сопротивлении этого объекта и даёт перенапряжение, которое может достигать нескольких Мв.
Индуктированные перенапряжение возникают на проводах линий электропередачи вследствие резкого изменения электромагнитного поля вблизи земли во время удара молнии. Амплитуда индуктированных перенапряжение обычно не превышает 400-500 кв, и они представляют опасность только для электрических установок с номинальным напряжением 35 кв и ниже.
Атмосферные перенапряжения
Грозовое облако, заряженное отрицательно, и земля, на поверхности которой индуктируются положительные заряды, образуют гигантский конденсатор, причем напряженность электрического поля у земли Е может достигать 300 В/см, а у облака Е10 кВ/см, средняя же напряженность редко превышает 10 кВ/м. Однако в отдельных местах облака и на остроконечных высоких сооружениях напряженность поля может достигать критической, равной 25...30 кВ/см, что создает условия для развития грозового разряда.
В соответствии с распределением зарядов в облаке чаще всего между облаком и землей возникают разряды отрицательной полярности (60...90%) в форме линейчатой молнии. Бывают другие формы молний, неопасные для электроустановок: шаровая в виде светящегося шара и тихие разряды со слабым свечением.
Предразрядный процесс обычно начинается с внедрения лавины электронов - стримера от облака к земле, потому что наибольшая напряженность поля находится в небольшом объеме зарядов облака, представляющего как бы острие электрода по отношению к земле - плоскому электроду. Если есть высокие объекты и низкое грозовое облако, острием становится объект и развитие разряда происходит с объекта на облако. При развитии разряда из облака, расположенного высоко, на обычные объекты направление стримера случайное. Лишь с определенной высоты Н, равной 20-кратной высоте объекта или молниеотвода стример, начинает ориентироваться или избирать определенный объект. При высоте объекта больше 30 м высота ориентирования стримера H = 600 м. Ток молнии, протекая по объекту, оказывает тепловое, механическое и электромагнитное воздействие.
Тепловое воздействие, несмотря на очень большую силу тока, не так велико из-за его кратковременности.
Механическое воздействие проявляется в расколах и разрушениях каменных и кирпичных сооружений, расщеплении и расколе деревянных опор и траверс вследствие акустического удара при расширении канала молнии, действия электростатических сил и испарения влаги. Наибольшие усилия возникают при прохождении тока молнии по узким щелям и трещинам. Это учитывается в конструкциях трубчатых разрядников.
Электромагнитное воздействие особенно опасно, потому что в месте удара молнии на объекте возникает потенциал в миллионы вольт, вследствие чего с объекта на хорошо заземленные конструкции происходят вторичные разряды. Такие разряды внутри зданий опасны для жизни людей и животных, оказавшихся на пути разряда: между внутренней проводкой и хорошо заземленными конструкциями, водопроводными трубами и т. п. [2]
Вблизи входа тока молнии в землю на ее поверхности появляется такой же высокий потенциал, как на объекте разряда: дереве, опоре, здании и сооружении. Этот потенциал на поверхности земли резко снижается при удалении от входа тока молнии в землю и появляется опасность поражения людей и животных шаговым напряжением из-за разности потенциалов между двумя точками на поверхности земли. Особенно большая опасность возникает при прямом ударе молнии в провода воздушных линий электропередач, связи, радио, если они не имеют соответствующей защиты или эта защита неудовлетворительна. Под воздействием высокого напряжения повреждается изоляция оборудования и возникают аварии в электроустановках, а проникновение волны перенапряжения по проводам воздушных линий в жилые, производственные здания вызывает поражения людей, животных и пожары.
Такие же последствия вызывают перенапряжения, возникающие в воздушных линиях при прямых ударах молнии вблизи них вследствие электростатической и электромагнитной индукции.
Набегающие волны перенапряжения
Индуктированные перенапряжения. При движении грозового облака на проводах линий накапливаются заряды большой плотности вблизи формирующегося разряда, который может находиться от линии на расстоянии сотен метров. В момент главного разряда заряды на проводах теряют с ним связь и в виде электромагнитных волн распространяются в разные стороны, где потенциал ниже. Ток в линии определяется напряжением в месте начала движения электромагнитной волны и волновым сопротивлением линии. Благодаря наличию активного сопротивления проводов, а также вследствие коронирования, амплитуда волны перенапряжения с увеличением длины пробега уменьшается и фронт ее становится более пологим. Однако среднее значение напряжения волны равно 200 кВ. Изоляция трансформаторов и других аппаратов, а также кабелей напряжением 10...35 кВ не может выдержать такого перенапряжения, поэтому для защиты их изоляции устанавливают вентильные разрядники. При воздействии волны перенапряжения на линейную изоляцию ВЛ 6...35 кВ происходит разряд по ее поверхности - перекрытие, но затем электрическая прочность изоляторов восстанавливается.
2. Защита электрических сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений
Защита электрических сетей - одно из самых важных и необходимых мероприятий в электроэнергетике. Следовательно, для повышения надёжности при эксплуатации всевозможного электрооборудования с различным видом изоляции в электрических сетях необходима установка защитных средств.
2.1 Нормативные требования
При защите электрических сетей от внутренних и внешних перенапряжений необходимо использовать соответствующие комплексы государственных стандартов и нормативные правила по обеспечению надёжности эксплуатации электроустановок и всевозможных токоведущих частей. Они включают в себя различные ПУЭ, ГОСТы, СНиПы, разработанные Международной электротехнической комиссией.
В этих документах сформулированы требования к техническим средствам, направленные на устранение или ограничение до допустимого уровня кратковременных (импульсных) перенапряжений, которые могут возникать в электроустановке до 1 кВ и выше во время грозовой активности или вследствие коммутаций в цепях с большими пусковыми токами, а также изложены указания относительно способности электрической изоляции оборудования выдерживать кратковременные перенапряжения определенных значений для каждой из приведенных в стандарте четырех категорий электроприёмников.
2.2 Категории оборудования импульсных перенапряжений
Оборудование импульсных перенапряжений категории I предназначено для соединения с существующими электрическими установками зданий. Защитные средства располагают снаружи оборудования или в существующей установке, или между конкретной установкой и оборудованием, чтобы ограничить кратковременные перенапряжения до заданного уровня.
К категории II относится оборудование, которое будет соединяться с существующими электроустановками зданий посредством штепсельных розеток и других аналогичных соединителей.
К категории III относится оборудование, которое составляет часть конкретной электрической установки здания, где обеспечивается повышенная степень доступности.
Оборудование импульсных перенапряжений категории IV предназначено для использования вблизи электрических установок зданий перед главным распределительным щитом.
Соответствующие правила и стандарты по защите электрический сетей включают в себя: классификацию зданий и сооружений по устройству молниезащиты; параметры токов молнии; комплексы средств молниезащиты от прямых ударов молнии; внешнюю молниезащиту и выбор защитного оборудования для электроустановок; устройства для управления перенапряжением, включающие защитное и необходимое управление.
Требования и указания по обеспечению надёжности электроустановок сводятся в таблицу, в которой импульсное номинальное выдерживаемое напряжение оборудования должно быть не ниже требуемого.
2.3 Средства защиты от перенапряжений
Для того чтобы защититься от импульсных перенапряжений, нужно знать причины их возникновения.
2.4 Причины импульсных перенапряжений
1.Наиболее опасной причиной возникновения импульсов перенапряжения являются удары молнии. Удары молнии могут оказывать разрушающее воздействие и вызывать нарушения в работе электроустановок. Наиболее разрушительными последствиями обладают импульсы перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в защищаемый объект. Амплитуда этих импульсов может достигать десятков киловольт. Менее мощным, но таким же опасным является удар молнии на некотором удалении от защищаемого объекта.
2.Второй причиной возникновения перенапряжения могут стать процессы переключений в системе электроснабжения, например в таких случаях, как переключение трансформаторов, электродвигателей или любых индуктивностей, внезапные изменения нагрузки, отключение защитных автоматов или разъединителей (в распределительных шкафах).
3.Третья причина перенапряжений - неустойчивые наводки с неопределенными амплитудами и частотами, которые приносятся в сеть электропитания самим пользователем или его оборудованием. Такие наводки могут быть следствием работы дуговых печей, сварочных аппаратов, тиристорных устройств и др.
В техническом стандарте представлены три основных принципа разработки систем молниезащиты:
2.5 Основные принципы разработки систем молниезащиты
Принцип 1. Определение защитной зоны установленных на крыше электрических приборов для обеспечения защиты от прямого попадания молнии в здание. Для определения зоны молниезащиты необходимо применять метод угла защиты и метод защитных зон. Метод угла защиты относится к самым распространенным. В соответствие с ним угол защиты устанавливается в зависимости от класса молниезащиты объекта и высоты молниеприемника.
Принцип 2. Защита от переброса токов молнии на устройства при соблюдении минимального безопасного расстояния между молниеприемником и установленными на крыше электрическими устройствами. Устанавливаемые на крыше устройства должны быть тщательно защищены от переброса токов молнии.
Принцип 3. Установка соответствующих приборов для защиты от перенапряжения в переходных точках каждой молниезащитной зоны. Возможность повреждения оборудования вследствие опасных перенапряжений не исключена даже при полном соблюдении всех защитных мер, перечисленных в пунктах 1 и 2. Именно поэтому не менее важным фактором при проектировании системы молниезащиты является установка соответствующих устройств для защиты от перенапряжения (УЗП) в переходных точках зон молниезащиты.
МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА
Иногда нет возможности подобрать устройство, которое одновременно обладает требуемым уровнем защиты и характеристиками по току. В этом случае система защиты формируется из двух или более ступеней (Приложение 3). При этом первое устройство, которое должно обеспечивать необходимые параметры по току, устанавливается на входе в электроустановку (т.е. оно является ближайшим к точке проникновения тока от разряда молнии), а второе устройство, которое должно обеспечить требуемое остаточное напряжение защиты, устанавливается как можно ближе к защищаемому оборудованию. Расстояние между устройством защиты и защищаемым оборудованием должно быть менее 10 м. Если это невозможно, то следует установить второе устройство защиты от перенапряжения. Контуры заземления всех средств защиты должны иметь средства выравнивания потенциалов заземления.
2.6 Поражаемость объектов молнией и защита электроустановок от прямого удара молнии
Грозовая деятельность характеризуется числом грозовых часов в год а данной местности и удельным числом ударов молнии в год, приходящихся на 1 км2 земной поверхности. Среднее число грозовых часов в год для европейской части России принимается 20...40, а число ударов, приходящихся на 1 км2 поверхности земли в год на 1 грозовой час - 0,06 уд/(ч-год-км2).
Ожидаемое число поражений воздушных линий, не защищенных от прямых ударов молнии, можно определить на основе ожидаемого числа ударов в поверхность земли с учетом средней высоты подвески проводов над поверхностью земли hср. В настоящее время принято считать, что ширина полосы, на высоте которой начинается ориентация стримера на возвышающиеся объекты, равна (8…10) hср.
Для защиты от прямых ударов молнии в зависимости от площади и длины защищаемого объекта устанавливают один, два и более стержневых молниеотводов. Молниеотвод должен возвышаться над защищаемым объектом, имеющим высоту hх, на определённую высоту, называемую активной hа. Таким образом, полная высота молниеотвода h = hх + hа.
Зоной защиты молниеотвода называется пространство, защищаемое от прямых ударов молнии с достаточно высокой степенью надёжности, вероятность которой составляет 0,999, а вероятность прорыва зоны защиты током молнии составляет 0,001 или 0,1%.
2.7 Защита линий и потребительских электроустановок напряжением 0,38 кВ
В населенных пунктах линии напряжением 0,38 кВ подвергаются как прямым ударам молнии, так и индуктированным перенапряжениям, которые по проводам ВЛ 0,38 кВ и по внутренней проводке проникают в дома и производственные помещения, поражая людей, животных, изоляцию оборудования, вызывая пожары. Для снижения этих перенапряжений устраивают защитные промежутки и надежно их заземляют. Защитные промежутки выполняют путем бандажа из катанки к крюкам фазных проводов или приваривания и присоединения нулевого провода к заземляющему спуску, который присоединяют к заземляющему устройству. Такие защитные промежутки с заземлениями устанавливают на ВЛ напряжением 0,38 кВ через 100 м при числе часов грозовой деятельности в год 40 и более, а при числе грозовых часов 20...40 в году - через 200 м. Кроме того, устанавливают искровые промежутки и заземления на конечных опорах линий, имеющих ответвления к вводам в дома, если до соседнего заземления на линии более 50 м. Импульсное сопротивление заземления должно быть не более 30 Ом. Заземляющие устройства должны быть также выполнены на опорах с ответвлениями к вводам в помещения, где может быть сосредоточено большое число людей: школы, читальни, ясли, больницы и т. п., а также на опорах с ответвлениями к вводам в помещения, которые представляют большую хозяйственную ценность: животноводческие помещения, склады, мастерские и др., на вводах которых рекомендуется устанавливать вентильные разрядники типа РВН 0,5 и ГЗа 0,66/2,5.[3]
3. Ограничители перенапряжений нелинейные
Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей от коммутационных и атмосферных перенапряжений на классы напряжений от 0,38 до 110 кВ для сетей переменного тока и на напряжение от 3,3 до 27,5 кВ для подвижного состава и систем электроснабжения энергообъектов, промышленной частоты 48-62 Гц. [4]
При их разработке были использованы последние технологические достижения и опыт эксплуатации ОПН в отечественной и зарубежной практике. Ограничители рекомендуется применять вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения при проектировании, эксплуатации, техническом перевооружении и реконструкции электроустановок. перенапряжение сеть молниезащита электроустановка
3.1 Серия ОПН включает в себя четыре типа ограничителей
ОПН-KP предназначены для надежной защиты электрооборудования в сетях класса напряжения 6-10 кВ с изолированной или резонансно заземлённой нейтралью. Рекомендуются для использования в распределительных сетях для защиты трансформаторов и двигателей. Изготавливаются для внутренней установки (УХЛ2 по ГОСТ 15150) и предназначены для эксплуатации на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающей среды от минус 60°С до плюс 55°С и влажности окружающей среды:
*среднегодовое значение 80 % при 15°С;
*верхнее значение 100 % при 25°С.
ОПН-PT предназначены для гарантированной защиты наиболее ответственного электрооборудования в сетях класса напряжения3-10 кВ с изолированной или резонанснозаземлённой нейтралью. Типы ОПН-PT рекомендуется применять в условиях частых и интенсивных воздействий перенапряжений для защиты трансформаторов электродуговых печей, изоляции кабельных сетей, электрических генераторов, двигателей и т.п. Предназначены для эксплуатации на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающей среды от минус 60°С до плюс 55° С для внутренней установки (УХЛ2 по ГОСТ 15150). Влажность окружающей среды в эксплуатации:
*среднегодовое значение 80 % при 15°С;
*верхнее значение 100 % при 25° С.
ОПН - 35,110, предназначены для защиты электрооборудования подстанций и воздушных линий электропередачи от грозовых и коммутационных перенапряжений в сетях класса напряжения 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью и 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью. Предназначены для эксплуатации на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающей среды от минус 60° С до плюс 55° С в условиях наружной установки (УХЛ1 по ГОСТ 15150). Влажность окружающей среды в эксплуатации:
*среднегодовое значение 80 % при 15° С;
*верхнее значение 100 % при 25° С.
ОПН - 6, 10 предназначены для защиты электрооборудования распределительных устройств и аппаратов от грозовых и коммутационных перенапряжений в воздушных сетях класса напряжения 6-10 кВ с изолированной или резонансно заземлённой нейтралью. Ограничители могут быть использованы везде, где ранее предусматривалось применение вентильных разрядников РВО. Предназначены для эксплуатации на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающей среды от минус 60° С до плюс 55° С в условиях наружной установки (УХЛ1 по ГОСТ 15150). Влажность окружающей среды в эксплуатации:
среднегодовое значение 80 % при 15° С;
верхнее значение 100 % при 25° С.
3.2 Достоинства ОПН
Наряду с известными преимуществами металлооксидных ограничителей перенапряжений, таких, как отсутствие сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения, непрерывное подключение к защищаемой сети, способность поглощать большие энергии, и пр. ОПН обладают дополнительным набором привлекательных характеристик благодаря применению металлооксидных резисторов с нестареющими характеристиками в сочетании с применением уникальной технологии сборки в полимерный корпус:
· необслуживаемость на протяжении всего срока службы
· неограниченный коммутационный ресурс
· глубокий уровень ограничения перенапряжений
· широкий номенклатурный ряд рабочих напряжений.
· стабильность нестареющих характеристик
· взрывобезопасность и сейсмостойкость
· высокая надежность в эксплуатации
· стойкость к атмосферным загрязнениям
· удобство встраивания в распредустройства
· малые вес и габариты
При эксплуатации ОПН не требуется применение счетчика срабатывания, в следствие неограниченного коммутационного ресурса.
Ограничители перенапряжений ОПН полностью соответствуют требованиям международного стандарта МЭК 60099-4 и ГОСТ 163576-83.
Внешний вид ограничителей перенапряжений всех типов серии TEL представлен на иллюстрации ниже.(приложение 3)
Ограничители перенапряжений изготавливаются с фарфоровой и полимерной внешней изоляцией. ОПН с фарфоровой изоляцией представляют собой высоковольтный аппарат в фарфоровой покрышке на основе оксидно-цинковых высоконелинейных варисторов, без искровых промежутков. ОПН с полимерной изоляцией выполнены в виде единичного нелинейного варистора, опрессованного в оболочку из полимерного материала.
Применение полимеров для производства внешней изоляции ОПН позволило разработать ограничители, способные эксплуатироваться как в районах с высокой загрязненностью, так и в сейсмоопасных районах и в условиях сильной вибрации и частых ударов. Полимерные корпуса обеспечивают взрывобезопасность ОПН, поскольку при повышении давления внутри корпуса вскрываются отверстия в стеклопластиковой трубе, заполненные резиной покрытия, и происходит сброс давления. Разлетаются только резиновые пробки, не вызывая каких-либо повреждений.
Ограничители в полимерных корпусах меньше повреждаются при транспортировке, хранении и монтаже. Ограничители серии ОПНп 6 + 110 кВ изготавливаются в двух типоисполнениях: опорном и подвесном. В зависимости от типоисполнения выполняется и комплектация аппаратов фланцами соответствующей конструкции. Не имеющий аналогов в отечественной и мировой практике метод бесшовного прессования кремнийорганических резин горячей вулканизации позволяет формировать надежное защитное покрытие из кремнийорганической резины с любой требуемой на практике развитостью внешней поверхности (длиной пути утечки). Одновременно заполнение внутренней полости компаундом, обладающим высокой адгезией, и со стеклопластиком и с керамикой, повышает номинальный разрядный ток и пропускную способность ОПН при грозовых импульсах тока.
3.3 Пример условного обозначения ОПН
В фарфоровой и полимерной покрышках:
ОПН-0,4 УХЛ2 (в фарфоровой покрышке)
ОПН-П-0,38УХЛ1 (в полимерной покрышке)
О - ограничитель
П - перенапряжений
Н - нелинейный
П - с полимерной покрышкой
0,38; 0,4 - класс напряжения, кВ
УХЛ - климатическое исполнение по ГОСТ 15150
1,2 - категория размещения по ГОСТ 15150
3.4 Конструкция ОПН
Ограничители представляют собой высоковольтные аппараты, состоящие из последовательно соединенных металлооксидных резисторов, имеющих нелинейную вольтамперную характеристику и размещенных внутри изоляционного корпуса. Высоконелинейная вольтамперная характеристика резисторов позволяет обеспечить непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, обеспечивая при этом глубокий уровень защиты электрооборудования при возникновении перенапряжений.
При изготовлении ОПН используются нелинейные металлооксидные резисторы с нестареющими характеристиками лучших мировых производителей. Собственная технология сборки нелинейных резисторов в трекингостойкий полимерный корпус уникальна и аналогов в мировой практике не имеет.
При сборке ограничителей типов ОПН-КР, ОПН-РТ и ОПН -6, 10 колонка резисторов заключается между металлическими электродами и впрессовывается в оболочку из специального атмосферостойкого полимера, который обеспечивает требуемые механические и изоляционные свойства ограничителя. Ограничители OПH -6, 10 дополнительно покрываются оболочкой из силиконовой резины. Эта конструкция отлично зарекомендовала себя при различных условиях эксплуатации, включая районы с высоким уровнем атмосферных загрязнений. Ограничители типа OПH - 110 представляют собой аппараты вертикальной установки опорного типа. Прочный стеклоэпоксидный цилиндр с последовательно соединенными резисторами внутри обеспечивает прекрасные механические свойства. Металлические фланцы и силиконовая изоляция, образующая одновременно как внешнюю изоляционную поверхность, так и внутреннюю изоляцию колонки резисторов, определяют заданные изоляционные свойства ограничителя. Взрывобезопасность ограничителя обеспечивается наличием предохранительного устройства для сброса давления, выполненного в виде специальных противовзрывных отверстий. Ограничители ОПН -35, 110, не требуют применения экранного кольца благодаря компьютерному комплектованию ОПН резисторами с параметрами, соответствующими расчетной неравномерности распределения напряжения по высоте ОПН. Общим преимуществом в конструкциях ограничителей ОПН является отсутствие воздушных полостей внутри корпуса, что исключает возникновение перекрытия внутренней изоляции ограничителя и его выход из строя по этой причине.
Рис. 3.1 - Конструкции ОПН
3.5 Принцип действия
В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжений резисторы ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемого электрооборудования. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.
Рис. 3.2 - График изменения тока и напряжения на ОПН при повышении воздействующего напряжения
3.6 Технические характеристики
Класс напряжения - номинальное напряжение от 6 до 110 кв.
наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН - наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено непрерывно к ОПН и не приводит к повреждению или термической неустойчивости ОПН при нормированных воздействиях.
импульс тока большой длительности (прямоугольный импульс) - прямоугольный импульс, который быстро возрастает до максимального значения, остается практически постоянным в течение нормированного периода времени, а затем быстро падает до нуля. Нормированная длительность импульса - 2000 мкс.
номинальный разрядный ток ОПН - максимальное значение грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН. Для всех типов ОПН 10 кА.
импульс большого тока ОПН - импульс разрядного тока, имеющего форму волны 4/10 мкс, который используется для испытания устойчивости ОПН при прямых ударах молнии. Нормированная амплитуда импульса большого тока - 65 кА или 100 кА.
остающееся напряжение ОПН - наибольшее значение напряжения на ограничителе при протекании через него импульсного тока сданной амплитудой и длительностью фронта.
уровень остающегося напряжения при коммутационном импульсе - (U30/60) максимальное значение напряжения на ограничителе при протекании через него коммутационного импульсного тока с длительностью фронта импульса 30 мкс и временем полу спада импульса 60 мкс;
уровень остающегося напряжения при грозовом импульсе - (U8/20) ~ максимальное значение напряжения на ограничителе при протекании через него грозового импульсного тока с длительностью фронта импульса 8 мкс и временем полу- спада импульса 20 мкс;
характеристика "напряжение - время" -выдерживаемое напряжение промышленной частоты в зависимости от времени его приложения к ОПН. Показывает максимальный промежуток времени, в течение которого к ОПН может быть приложено напряжение промышленной частоты, превышающее Uнд, не вызывая повреждения или термической неустойчивости.
пропускная способность ОПН - это способность ОПН выдерживать без потери рабочих качеств воздействие 18 нормированных по максимальному значению прямоугольных импульсов тока с условной длительностью амплитуды не менее 2000 мкс и принятой последовательностью их приложения.
удельная энергия - рассеиваемая ограничителем электрическая энергия в долях наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения, которую может рассеять ОПН без паузы для охлаждения и без потери термической стабильности во время рабочих испытаний в результате приложения нормированных импульсов в соответствии с требованиями МЭК 60099-4.
Взрывобезопасный ток при коротком замыкании Iкз
Максимальное изгибающее усилие.
3.7 Выбор ограничителей перенапряжений
Рекомендации по выбору ОПН.
Внедрение защитных аппаратов нового поколения сталкивается с значительными трудностями их правильного применения. В первую очередь это связано с недостаточностью нормативных документов, регламентирующих правильное использование ОПН в сетях 0,38 - 110 кВ. Перед энергетическими предприятиями, как правило, возникают две взаимопротиворечащие друг другу задачи. С одной стороны глубоко ограничить перенапряжения, а с другой обеспечить надежную работу самого аппарата. Если приоритет при выборе параметров ОПН отдавать первой задаче, то снизится надежность работы ОПН. В обратном случае повышаются воздействия на изоляцию электрооборудования.
Методика выбора основных параметров ОПН.
При выборе ОПН необходимо решить следующие основные задачи:
ОПН должен ограничить коммутационные и розовые перенапряжения до значений, при которых обеспечивается надежная работа изоляции защищаемых электроустановок;
ОПН должен надежно работать, не теряя своей термической устойчивости, при непрерывном воздействии наибольших рабочих напряжений сети;
ОПН должен надежно работать, не теряя своей термической устойчивости, при воздействии квазистационарных перенапряжений в рабочих и аварийных режимах;
ОПН должен быть взрывобезопасен при протекании токов КЗ в результате внутренних повреждений;
ОПН должен соответствовать механическими климатическим условиям эксплуатации.
Для решения перечисленных задач необходима следующая информация о параметрах сети и оборудования:
наибольшее рабочее напряжение сети;
режим заземления нейтрали;
схема и структура защищаемой подстанции указанием расстояний по ошиновке между аппаратами;
структура сети, прилегающей к подстанции, где устанавливаются ОПН;
значения токов КЗ;
наиболее вероятные виды грозовых и внутренних перенапряжений;
данные о составе релейной защиты и автоматики уставках времени срабатывания различных устройств защиты;
сведения о характеристиках генераторов, трансформаторов, синхронных компенсаторов, электродвигателей и другой нагрузки;
допустимый уровень изоляции оборудования.
В настоящем документе рассматриваются общие рекомендации, по выбору ОПН, а также рекомендации учитывающие особенности тех или иных электроустановок.
Заключение
По итогам проделанной работы можно сделать следующие выводы:
Главным вопросом электроэнергетики является анализ применения ограничителей перенапряжений в электрических сетях 0,38-110 кВ.
Актуальной является проблема защиты различного электрооборудования и всевозможных компонентов электрических сетей от перенапряжений.
Ограничители перенапряжений в процессе эксплуатации показали себя как надёжные и необслуживаемые высоковольтные аппараты, эффективно защищающие различные типы оборудования от перенапряжений.
В ходе проделанной работы была рассмотрена проблема защиты изоляции от воздействия перенапряжений, а также разобраны различные средства защиты, в т.ч. защитные промежутки, вентильные и трубчатые разрядники, и особый класс защитных устройств длинно-искровые разрядники.
Наиболее надёжным и эффективным средством защиты являются ограничители перенапряжений, имеющие возможность глубокого ограничения коммутационных, дуговых и феррорезонансных перенапряжений, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, и имеющие большую пропускную способность. Об этом свидетельствуют высокие технические характеристики, вольт - секундные зависимости и возможность монтажа на различного рода электроустановках с широким диапазоном номинальных и допустимых рабочих напряжений.
В работе была оценена эффективность применения ОПНов для ограничения перенапряжений. Для этого был проведён расчёт и построены зависимости Uмах на изоляции от расстояния между изоляцией и разрядником в схемах тупиковой подстанции без учёта и с учётом ёмкости объекта С при защите изоляции ограничителем ОПН-110 и разрядником РВС-110.
При анализе применения ограничителей перенапряжения в электрических сетях 0,38-110 кВ можно сделать вывод о предпочтении данного вида защиты от импульсов перенапряжения по отношению к предшествующим средствам, в силу их наибольшей эффективности и надёжности в различных условиях работы.
Список литературы
1. Таврида Электрик. Руководство по эксплуатации и применению «Ограничители перенапряжений нелинейные»,2007.- 48 с.
2. Халилов Ф.Х. Проблемы ограничения от перенапряжений электрооборудования низкого и высокого напряжений сельского хозяйства России. Санкт - Петербург, 1996.
3. Гольдштейн В.Г., Халилов Ф.Х., Бобров В.П. Перенапряжения и защита от них в электрических сетях 35 - 220 кВ. Самара. Издательство СГТУ, 2001.
4. Защита от перенапряжений до 1 кВ и выше.- Новости электротехники, 2005 г. № 3, с. 80.
5. Журнал «Новости электротехники» за 2005-2006 г.
6. Журнал «Электро» за 2005-2006 г.
7. Журнал «Энергетик» за 2005-2006 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика уровней изоляции сетей 6-35 кВ, классификация и характеристика внутренних перенапряжений. Защита электрических сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений. Ограничители перенапряжений нелинейные: типы, достоинства, эффективность.
дипломная работа [4,0 M], добавлен 17.06.2012Комплексная защита подстанции. Защита подстанции от прямого удара молнии. Принцип работы молниеотвода. Аппараты защиты подстанции от импульсных перенапряжений атмосферного характера или от грозовых перенапряжений. Правила защиты электроустановок.
реферат [536,7 K], добавлен 07.05.2016Применение устройства для передачи электроэнергии по покрытым изолирующей оболочкой проводам. Конструктивные элементы воздушных линий. Защита от грозовых перенапряжений, заземление. Сцепная арматура. Крепление покрытых проводов к штыревым изоляторам.
презентация [6,8 M], добавлен 16.10.2014Расчет для определения электрических нагрузок, выбор числа и мощности трансформаторов, составление схем сетей 10 и 0.38кВ. Определение допустимых потерь напряжения и электрической энергии. Конструктивное исполнение линий и их защита от перенапряжений.
курсовая работа [594,5 K], добавлен 07.12.2010Исследование влияния параметров изоляции, режима нейтрали и структуры построения схемы электроснабжения комбината на функциональные характеристики средств защиты. Рекомендации по выбору параметров и работоспособности средств защиты от замыканий на землю.
научная работа [1,2 M], добавлен 14.11.2014Проектирование архитектуры CAD-приложения для расчета молниезащиты и заземления. Интеграция программы с САПР. Построение зон защиты молниеотводов. Моделирование грозовых перенапряжений на электрической подстанции при ударе молнии в воздушную линию.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.10.2017Действующие схемы электроустановок и соединений. Токи короткого замыкания, выбор оборудования и ошиновки. Защита от перенапряжений, молниезащита, заземление. Решения по релейной защите и вторичным соединениям. Схема организации учета электроэнергии.
отчет по практике [2,7 M], добавлен 12.01.2011Выбор оборудования: трансформаторов силового, тока и напряжения, выключателя и разъединителя, ограничителей перенапряжений, системы шин, токопровода. Характеристика их конструкций, основных особенностей и преимуществ. Компоновка и устройство подстанции.
курсовая работа [1016,8 K], добавлен 29.11.2014Методы снижения помех. Пассивные помехоподавляющие устройства: фильтры, ограничители перенапряжения и экраны. Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты и оценка вносимого затухания. Концепция ограничения перенапряжений и категории электропроводки.
презентация [2,2 M], добавлен 12.11.2013Расчет электрических нагрузок. Выбор надбавок на трансформаторе. Выбор числа и мощности трансформаторов, определение их месторасположения. Электрический расчет сети. Расчет токов короткого замыкания. Защита от перенапряжений, защита отходящих линий.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.09.2014Анализ и теоретическое обоснование принципов выбора систем напряжений распределительных электрических сетей. Статистический анализ загрузки линий напряжением. Формирование существующей схемы сетей. Выбор критерия оптимальности различных вариантов.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 14.02.2015Система автоматического управления электроприводом. Управление процессами пуска, торможения и реверсирования. Защита от кратковременных и длительных перегрузок и перенапряжений. Способы воздействия на объект регулирования. Число контуров регулирования.
лекция [703,4 K], добавлен 19.02.2014Описание коммутационного оборудования подстанции. Расчет продольной дифференциальной и максимальной токовой защиты трансформаторов. Сведения о вакуумных выключателях. Защита электрооборудования подстанции от атмосферных и внутренних перенапряжений.
дипломная работа [935,3 K], добавлен 17.06.2015Характеристика основных расчетов, связанных с защитой высоковольтных линий и понижающих трансформаторов. Анализ электрической принципиальной схемы защиты. Основные особенности цепей оперативного постоянного тока. Этапы расчета защит электроустановок.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.01.2013Понятие воздушных линий электропередач: характеристика главных составляющих их элементов. Классификация типов ВЛЭП по ряду признаков. Сущность кабельных линий сетей электроснабжения, характеристика их конструкции и составных частей. Принципы маркировки.
презентация [233,6 K], добавлен 20.10.2013Изолирующая подвеска проводов, расчет напряженности электрического поля под проводами. Определение параметров воздушной линии электропередачи и примыкающих систем, отключений при ударах молнии и обратных перекрытиях. Расчет коммутационных перенапряжений.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 16.11.2010Ограничитель перенапряжения нелинейный как электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Фарфоровые, полимерные виды ОПН. Описание конструкции и специфика обслуживания.
презентация [2,4 M], добавлен 04.05.2016Изучение и анализ зоновой концепции молниезащиты как комплекса технических решений по обеспечению безопасности здания. Требования стандартов МЭК к устройствам защиты от импульсных перенапряжений. Особенности основных типов, методика выбора и монтаж УЗИП.
реферат [584,1 K], добавлен 26.06.2011Расположение и характеристика с. Верхний Ичетуй. Определение электрических нагрузок и схемы электроснабжения села Верхний Ичетуй. Выбор числа и мощности трансформаторов на питающей подстанции. Расчет токов короткого замыкания и защита от перенапряжений.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 30.05.2023Система электроснабжения как комплекс сооружений на территории предприятия связи и в производственных помещениях. Описание буферной системы электропитания. Расчет оборудования электропитающей установки. Защита от перенапряжений и токовых перегрузок.
контрольная работа [302,2 K], добавлен 19.01.2014
