Научная статья на тему 'Защита электрических сетей от кратковременных перенапряжений'

Защита электрических сетей от кратковременных перенапряжений Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

CC BY
41
9
Поделиться
Ключевые слова
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ / OVERVOLTAGE / ГРОЗОЗАЩИТНЫЙ ТРОС / GROUND WIRE / МОЛНИЕОТВОД / РАЗРЯДНИКИ / ОПН / LIGHTNING ARRESTERS / SURGE ARRESTER / OPN

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Басмановский Максим Андреевич, Сержанский Виктор Павлович, Горовой Сергей Анатольевич, Скороходов Вячеслав Игорьевич

Актуальность данной работы обусловлена тем, что перенапряжения представляют достаточно большую опасность для изоляции электрооборудования, что в свою очередь вызывает пожары и выход из строя электрооборудования, опасность для обслуживающего персонала. Данная работа посвящена исследованию защиты электрических сетей от кратковременных (грозовых и коммутационных) перенапряжений. Рассмотрены различные виды защит от кратковременных перенапряжений, такие как грозозащитный трос, молниеотводы, и защитные аппараты. Сделаны выводы о рассмотренной теме.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Басмановский Максим Андреевич, Сержанский Виктор Павлович, Горовой Сергей Анатольевич, Скороходов Вячеслав Игорьевич,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Защита электрических сетей от кратковременных перенапряжений»

2. Prusinski B., Phillips S. Expert Oracle GoldenGate. Apress, 2011. С. 35-39.

3. Using Python With Oracle Database 11g // Oracle | Integrated Cloud Applications and Platform Services/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/articles/d sl/python-091105.html/ (дата обращения: 20.10.2016).

4. Unit Testing with SQL Developer // Oracle / Integrated Cloud Applications and Platform Services [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.oracle.com/cd/E15846_01/doc.21/e15222/u nit_testing.htm/ (дата обращения: 21.11.2016).

5. Репликация (вычислительная техника) // Википедия — Свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0 %BF%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D0%B2%D1%8B %D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0% BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0)/ (дата обращения: 13.02.2017).

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ОТ КРАТКОВРЕМЕННЫХ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Басмановский М.А.1, Сержанский В.П.2, Горовой С.А.3, Скороходов В.И.4 Email: Basmanowskiy629@scientifictext.ru

'Басмановский Максим Андреевич — студент; 2Сержанский Виктор Павлович — студент; 3Горовой Сергей Анатольевич — студент; 4Скороходов Вячеслав Игорьевич — студент, кафедра электроснабжения промышленных предприятий, Энергетический институт Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: актуальность данной работы обусловлена тем, что перенапряжения представляют достаточно большую опасность для изоляции электрооборудования, что в свою очередь вызывает пожары и выход из строя электрооборудования, опасность для обслуживающего персонала. Данная работа посвящена исследованию защиты электрических сетей от кратковременных (грозовых и коммутационных) перенапряжений. Рассмотрены различные виды защит от кратковременных перенапряжений, такие как грозозащитный трос, молниеотводы, и защитные аппараты. Сделаны выводы о рассмотренной теме. Ключевые слова: перенапряжения, грозозащитный трос, молниеотвод, разрядники, ОПН.

PROTECTION OF ELECTRIC NETWORKS AGAINST SHORT-TERM

RETENSION

Basmanowskiy M.A.1, Serjhanskiy V.P.2, Gorovoy S.A.3, Skorohodov V.I.4

'Basmanovskiy Maxim Andreevich — Student; 2Serjhanskiy Viktor Pavlovich — Student; 3Gorovoy Sergey Anatolevich — Student; 4Skorohodov Vyacheslav Igorevich — Student, ENERGETICAL INSTITUTE, ENERGETICAL SUPPLY OF THE INDUSTRIAL ENTERPRISES DEPARTMENT, OMSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, OMSK

Abstract: the urgency of this work due to the fact that overvoltage is still a big danger for the insulation of electrical equipment, which in turn cause fires and failure of electrical equipment, danger to personnel. This work is devoted to the protection of electric networks from transient (lightning and switching) overvoltage. The different kinds of protection from transient overvoltage, such as ground wire, lightning arresters and protective devices are considered. Conclusions are drawn on the considered subject.

Keywords: overvoltage, ground wire, lightning arresters, surge arrester, OPN.

УДК 621.316.91

При эксплуатировании электрооборудования и линий электропередач происходят внезапные повышения напряжения до значений, опасных для изоляции электроустановки, называемые перенапряжениями.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Перенапряжения губительны по своим последствиям. Пробой изоляции, влечёт КЗ, пожары в электроустановках, опасность для жизни людей. Поэтому каждая электроустановка должна иметь защиту от перенапряжений.

Изоляция электрооборудования электрических сетей должна быть спроектирована таким образом, чтобы длительно, в течение всего срока службы электрооборудования выдерживать наибольшее нормируемое напряжение, а также кратковременные перенапряжения. К таким кратковременным перенапряжениям относятся:

1. Внутренние перенапряжения;

2. Грозовые перенапряжения.

Внутренние (коммутационные) перенапряжения возникают при резких изменениях режима работы, например, при отключении ненагруженных линий, отключении тока холостого хода трансформаторов, замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью на землю, резонансных, феррорезонансных явлений и д.р.

Грозовые перенапряжения относятся к внешним перенапряжениям. Наибольшие грозовые перенапряжения возникают при ударе молнии в электроустановку. Вследствие электромагнитной индукции близкий удар молнии создает индуктированное перенапряжение, которое приводит к дополнительному увеличению напряжения на изоляции. Дойдя до подстанции, электромагнитные волны, могут вызвать опасные перенапряжения на изоляции электрооборудования.

Величина перенапряжения при прямых ударах молнии может достигать 1 МВ, а ток молнии - 0,2 МА. Разряд молнии обычно состоит из серии отдельных импульсов (до 35 шт.) и продолжается не более долей секунды. Индуктированные перенапряжения достигают 0,1 МВ и распространяются по проводам линии электропередачи в виде затухающих волн.

Защита электрических сетей от кратковременных перенапряжений подразделяется на следующие виды:

- превентивные меры снижения перенапряжений;

- защита с помощью защитных устройств.

Превентивные меры снижения перенапряжений - это устранения возникновения перенапряжений или ограничение их величины вместе их возникновения. К таким мерам относится:

- применение грозозащитных тросов и молниеотводов;

- заземление опор линий электропередачи;

Защита с помощью защитных устройств. Устройство от перенапряжений срабатывают и соединяют защищаемую цепь с заземлением в случае, когда перенапряжение в точке их установки превышает некоторую критическую величину. К этим средствам относят:

- разрядники;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- нелинейные ограничители перенапряжений;

- шунтирующие реакторы с искровым соединением.

В настоящее время самый распространённый способ защиты воздушных линий - это применения грозозащитного троса. При прямых ударах молнии грозозащитный трос проявляет наибольшую эффективность, при этом создаётся защитная расчётная зона при заданной вероятности прорыва молнии. Но защита воздушных линий электропередач грозозащитным тросом создает немаловажные проблемы. Во-первых, стоимость линии значительно возрастает, а во-вторых, постоянная проверка грозозащитного троса на всей протяжённости линии отнимает достаточно времени.

В ПУЭ [1] записано: согласно п. 4.2. ВЛ 3-20 кВ к подстанциям в установке защиты против воздействия молнии не нуждаются. При устройстве опор для линии ВЛ 3-20 кВ из древесного материала на расстоянии от 200 до 300 м от ПС, на линии должен быть сооружен комплект защитных аппаратов. Осуществляя строительство ВЛ на опорах из металлического материала и железобетонных конструкциях, не требуется сооружать линию защитными устройствами. Но ЛЭП 110-500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов тросами по всей длине.

Вероятность прорыва молнии мимо троса можно приближенно оценить по эмпирической формуле:

Как видно из формулы, с увеличением высоты опоры необходимо уменьшать защитный угол а: так, при Ь 0 =20 м обычно применяется а =30°, при Ь 0 =30-35 м применяется а =25°, при

Ь0 =50 м - а =20°.Это обеспечивает вероятность прорыва РПР =0,002-0,003. Последующее

уменьшение угла может привести к схлестыванию троса и провода во время гололеда в случае пляски проводов (рис. 1) [2].

Молниезащита подстанции должна быть более надежной, поэтому включает следующие виды [2]:

1. от прямых ударов молнии непосредственно в подстанцию;

2. от перекрытий при ударе молнии в заземленные конструкции подстанции;

3. от волн, приходящих с линии;

4. от ударов молнии в подходы линии к подстанции.

В качестве основных защитных средств от грозовых воздействий применяют молниеотводы.

Рис. 1. Опора с грозозащитным тросом: 1 — грозозащитный трос; 2 — воздушная линия, 3 — опора;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4 — изоляторы

Так как молния поражает наиболее высокие сооружения, то установка стержневого молниеотвода должна быть выше защищаемого объекта. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода имеет вид конуса (рис. 2). При большой протяженности или ширине объекта устанавливают несколько молниеотводов. Расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом должно быть не более 5 м.

Так же надежность защиты в большей степени определяется состоянием заземления опор воздушных линий и металлических корпусов оборудования подстанций. Заземление является весьма ответственным элементом сетей высокого напряжения. Различают три основных типа заземлений [3]:

- защитное заземление, служащее для защиты персонала от напряжения, в случае пробоя изоляции электрооборудовании;

- рабочее заземление, используется для нормальной работы электроустановок;

- молниезащитное заземление, предназначенное для защиты от грозовых перенапряжений.

--3

' Сеченив зоны на уройнв /?х

Рис. 2. Зона защиты стержневого молниеотвода: кх - высота защищаемого объекта;

Иа - активная часть молниеотвода, равная превышению молниеотвода над высотой объекта;

И - высота молниеотвода

Заземление различного рода разрядников, молниеотводов и тросов способствует уменьшению вероятности перекрытия изоляции при грозовых разрядах.

Главной характеристикой заземляющего устройства является его сопротивление, определяемое как отношение потенциала на зажиме заземлителя к току, стекающему через заземлитель.

Величина сопротивления RЗ заземляющего устройства для каждого класса напряжений подстанции выбирается по ПУЭ [1]:

1. в электроустановках напряжением выше 1000 В, в сетях с эффективно заземленной нейтралью

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЯЗ < 0,5 Ома;

2. в электроустановках напряжением выше 1000 В, в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов

250

ЯЗ <-, но не более 10 Ом,

где 1З - расчетный ток замыкания на землю;

3. в электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом, в сетях с линейным напряжением соответственно 660, 380 и 220 В;

4. в электроустановках до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть

50

ЯЗ <-, но не более 4 Ом.

Для защиты от всех видов перенапряжений в электроустановках рабочим напряжением выше 1000 вольт применяются различного рода защитные аппараты.

Принцип действия защитного аппарата состоит в том, что он предотвращает появление на электроустановке импульсов перенапряжения, опасных для изоляции, и не препятствует работе электроустановки при рабочем напряжении.

К защитным аппаратам и устройствам относятся:

1. Ограничители перенапряжений (ОПН).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Вентильные разрядники.

3. Трубчатые разрядники.

4. Защитные промежутки.

В настоящее время при проектировании энергетических сетей применение вентильных и трубчатых разрядников не рекомендуется по причине их низкой надежности и из-за недостатков в технических характеристиках.

Наиболее популярным и эффективным для защиты от всех видов перенапряжений в электроустановках рабочим напряжением выше 1000 вольт является ограничитель перенапряжения (ОПН) и различного рода РДИП (Разрядник Длинно-Искровой Петлевой) (рис.3), а также РДИШ, РДИМ.

ОПН не имеют искрового промежутка, вследствие этого через него постоянно протекает ток. В эксплуатационном режиме ток через ОПН носит емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжения резисторы переходят в проводящее состояние. Вследствие высокой нелинейности варисторов через ОПН протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции электрооборудования.

Рис. 3. Установленный на опоре РДИП: 1 — РДИП; 2 — муфта крепления к опоре; 3 — провод; 4 — изолятор

1. Исключение опасных перенапряжений в электрических сетях достигается надёжным состоянием заземления опор воздушных линий и металлических корпусов оборудования подстанций.

2. Для защиты электрооборудования подстанций, а также подходов подстанций получили распространенное применения ОПН.

3. Защиту от грозовых перенапряжений (помимо РДИП и ОПН) обеспечивают молниеотводы, установленные на открытой части электроустановок (ОРУ подстанций), для защиты высоковольтных линий электропередач применяется грозозащитный трос, проходящий по всей длине защищаемой воздушной линии.

1. Правила устройства электроустановок. Разд. 4. 7-е изд. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. 104 с.

2. Шкаруба М.В. Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Конспект лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 64 с.

3. Дмитриев М.В. Грозовые перенапряжения на оборудовании РУ 35-750 кВ и защита от них. Санкт-Птербург: Изд-во СПбГТУ, 2006. 44 с.

I

Выводы:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Список литературы / References