Основні теоретичні відомості. Призначення захисних апаратів полягає в тому, що вони унеможливлюють появу на електроустановках небезпечних для її ізоляції перенапруг

Призначення захисних апаратів полягає в тому, що вони унеможливлюють появу на електроустановках небезпечних для її ізоляції перенапруг. Найпростішим захисним пристроєм є іскровий захисний проміжок (ПЗ), який приєднується паралельно ізоляційній конструкції. Для попередження перекриття або пробою ізоляції вольтсекундна характеристика (ВСХ) захисного пристрою (рис. 5.1, крива 2)повинна бути розташована нижче BСХ ізоляції установки (рис.5.1, крива 1), тобто напруга пробою захисного апарату повинна бути меншою, ніж розрядна напруга ізоляції, яку він захищає. При цьому поява небезпечних для ізоляції електрообладнання перенапруг неможлива, оскільки при набігаючому імпульсі перенапруги U_п відбувається пробій ПЗ з наступним різким падінням ("зрізом") напруги. Таким чином, принцип координаціїізоляції полягає у погодженні робочих характеристик захисного апарата з параметрами електричної міцності ізоляції.

Після пробою ПЗ по його іонізованому проміжку протікає струм, обумовлений робочою напругою промислової частоти - який зветься супроводжуючим струмом. Для електроустановки з глухозаземленою нейтраллю це відповідає однофазному короткому замиканню (KЗ). При роботі ПЗ одночасно на двох або трьох фазах дуга супроводжуючого струму може не погаснути і такий режим відповідає аварійному. Для запобігання цьому слід забезпечити гасіння дуги супроводжуючого струму за час, менший ніж час дії релейного захисту (за півперіода промислової частоти). Обрив супроводжуючого струму при використанні ПЗ здійснюється за допомогою апаратів повторного ввімкнення (АПВ).

а) б)

Рис. 5.1 - Принцип дії захисного пристрою: а - схема підключення ПЗ;

б - принцип координації ізоляції: 1 – ВСХ ізоляції, 2 – ВСХ ПЗ.

Захисні апарати, що забезпечують не тільки захист ізоляції від перенапружень, але й швидке гасіння дуги супроводжуючого струму, називають захисними розрядниками.

Використовують декілька способів гасіння дуги: у трубчатих розрядниках гасіння здійснюється за рахунок інтенсивного повздовжнього дуття інертного газу, що виділяється з пластмасового корпуса під дією високої температури дугового розряду; у вентильних розрядниках - завдяки зниженню величини супроводжуючого струму за допомогою нелінійного резистора, який включений послідовно з багаторазовим іскровим проміжком (ІП), який охолоджує дугу і виключає механізм термоіонізації.

У нелінійних обмежувачах перенапружень (ОПН) завдяки нелінійності резистора (варистора) супроводжуючий струм при робочій напрузі складає долі міліампера і дуга не може існувати. Тому ОПН не мають іскрового проміжку і при робочій напрузі поводять себе як звичайні опорні ізолятори.

На рис. 5.2 показаний приклад встановлення захисних апаратів на підстанції 100/10 кВ та вибору їх BСX відповідно до принципу координації ізоляції. Якщо на ВЛ 110 кВ внаслідок грозової діяльності утворився імпульс перенапруження, то, падаючи на точку A - місце встановлення трубчатого розрядника РТІ, він завдяки пробою ІП РТІ перетворюється в імпульс з крутим фронтом (α₂>α₁), обмежений за амплітудою (імпульс 2). Останній в точці В встановлення розрядника РТ2 ще раз обмежується за амплітудою, чим забезпечується виконання умови координації ізоляції (імпульс 3):

U_{Р РТ2}< U_{Р 50 %}(5.1)

де U_{Р РТ2} – розрядна напруга РТ2, U_{Р 50 %} - п'ятидесятивідсоткова розрядна напруга ізоляції ВЛ 110 кВ.

ВСХ РВ 110 кВ повинна відповідати умові: U_{ОСТ РВ 110}< U_{Р РТ2}.

Рис.5.2 - Приклад встановлення захисних апаратів

У результаті після пробою РB-110 кВ, утворюється імпульс 4 з достатньо пологим фронтом.

У випадку відмови РВ-110, якщо виконується умова (5.1), імпульс 3 не є небезпечним для ізоляції 110 кВ. При цьому по ємності міжобмоточної ізоляції проходитиме струм:

, (5.2)

де а= крутизна фронту; U_М - максимальна напруга імпульсу, кВ;

τ_Ф - тривалість фронту імпульсу, мкс; С -міжобмоточна ємність ізоляції. Записуючи (5.2) з урахуванням закону Ома, отримаємо:

. (5.3)

Тут τ_Ф/С - опір міжобмоточної ємності, який при крутому фронті малий, тому імпульс, переходячи на сторону 10 кВ (імпульс 5), може бути небезпечним для ізоляції 10 кВ. Це вимагає встановлення безпосередньо на шинах трансформатора 10 кВ вентильного розрядника РВ-10 за умов виконання співвідношення

U_{ОСТ РВ10}< U_{Р 50 % 10 кВ} (5.4)

Основні принципи захисту електрообладнання підстанцій від набігаючих хвиль перенапружень такі:

-необхідно виключити прямі удари блискавки поблизу (150-200 м) від основного об'єкта захисту (стержневі блискавковідводи, грозозахисні троси на підході до станції);

- для запобігання руйнуванню захисних апаратів електродинамічними силами струмів блискавки необхідно дискретно знижувати найбільшу амплітуду імпульса перенапруження в такій послідовності: РТ-1, РТ-2, РВ-110, PB-10 (рис.5.2);

-обмежувати найбільшу величину імпульса перенапружень після включення захисних апаратів малим імпульсним опором заземлення - R_ЗІ (рис. 5.2).