Условия надежной защиты с помощью ОПН

На замену вентильных разрядников (РВ) пришли ограничители перенапряжений (ОПН) – защитные аппараты без искровых промежутков с высоконелинейными варисторами из металлооксидной керамики, постоянно подключенными между фазным проводом и землей. В отличие от РВ ОПН могут ограничивать и грозовые и коммутационные перенапряжения в электроустановках любых классов напряжений. Отметим также, что на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) происходит замена трубчатых разрядников (РТ) на ОПН. ОПН устанавливаются вместо РТ на опорах ВЛ в местах с ослабленной изоляцией, в начале и конце защитного подхода перед подстанцией (ПС), на опорах вокруг пересечений ВЛ, на длинных переходах ВЛ и т.д.

Отсюда возникает комплексная задача, как выбрать ОПН, чтобы он имел достаточную энергоемкость и надежно работал при длительных напряжениях и при временных повышениях напряжения, а также обеспечивал требуемое ограничение грозовых и коммутационных перенапряжений.

Для того, чтобы ограничитель отвечал потребностям электрической сети, надежно защищал оборудование и не разрушался в процессе эксплуатации, необходимо выполнение следующих условий.

1. Наибольшее допустимое напряжение ОПН должно быть больше наибольшего рабочего напряжения сети или оборудования.

> (10.1)

В сетях с эффективно заземленной нейтралью за принимается максимальное фазное рабочее напряжение сети.

В сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов за принимается междуфазное (линейное) напряжение сети.

2. Уровень квазистационарных перенапряжений должен быть меньше максимального значения напряжения промышленной частоты, выдерживаемого ОПН в течение времени t.

Т· > , (10.2)

где Т = 1,3-1,45 в зависимости от длительности квазистационарных перенапряжений, определяемой временем работы релейной защиты.

3. Поглощаемая ограничителем энергия не должна превосходить энергоемкость ОПН

· > . (10.3)

В нормальных эксплуатационных условиях, когда воздействующее напряжение не превосходит ограничителя, через ОПН протекает в основном емкостный ток. При этом выделяющаяся энергия полностью рассеивается в окружающую среду, и ограничитель работает в стабильном тепловом равновесии. Коммутационные перенапряжения, возникающие в сети, вызывают дополнительное выделение энергии. Условия сохранения теплового баланса требуют, чтобы величина этой энергии не превышала · .

Наиболее опасными, с точки зрения рассеиваемой в ОПН энергии, являются коммутации длинных кабельных линий и конденсаторных батарей. Электрическая энергия, запасенная в емкости, при перенапряжениях рассеивается на активном сопротивлении ОПН. Исходя из баланса энергий, можно оценить выделяемую в ОПН энергию по следующему выражению:

, (10.4)

где С – емкость кабеля или конденсаторной батареи;

К - кратность перенапряжений;

- наибольшее рабочее напряжение сети или оборудования;

- наибольшее допустимое напряжение ОПН.

4. Ограничитель должен обеспечить необходимый защитный координационный интервал по грозовым воздействиям

= ( )/ > (0,2-0,25), (10.5)

где - значение грозового испытательного импульса;

- остающееся напряжение на ОПН при номинальном токе;

0,2 – 0,25 – координационный интервал.

Наличие расстояния между ОПН и оборудованием вызывает повышение напряжения на оборудовании по сравнению с остающимся напряжением на ОПН. В связи с этим уровень ограничения должен быть на 20-25% ниже испытательного напряжения полного или срезанного грозового импульса (ГОСТ1516.2-98).

5. Ограничитель должен обеспечить защитный координационный интервал по внутренним перенапряжениям

= ( )/ > (0,15-0,25), (10.6)