 |
Определение защитного уровня ОПН
|
|
|
|
При коммутационных перенапряжениях
Остающееся напряжение на ОПН при расчетном токе коммутационных перенапряжений Uостк должно быть не менее чем на 15÷20 % ниже испытательного напряжения коммутационным импульсом Uки защищаемого оборудования:
Uостк £ (0,8¸0,85)Uки.
Испытательное напряжение коммутационным импульсом нормируется ГОСТ 1516.3-96 для электрооборудования 330 кВ и выше. Для оборудования низших классов напряжения нормируется одноминутное испытательное напряжение U1мин. В этом случае уровень изоляции защищаемого трансформаторного оборудования может быть определен как
Uки = Ки×Кк×U1мин 
,
где Ки – коэффициент импульса при воздействии коммутационных перенапряжений; Кк – коэффициент кумулятивности. Для трансформаторов и автотрансформаторов Ки=1,35, Кк=0,9; для аппаратов Ки=1,1, Кк=1. Значения одноминутных испытательных напряжений и коммутационных импульсов приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5. Значения одноминутного испытательного напряжения и
коммутационных импульсов для электрооборудования 110÷750 кВ
| Класс напряжения, кВ | |||||||||
| Уровень изоляции | а | б | а | б | а | б | |||
| Трансформаторы, шунтирующие реакторы | 1550/ | ||||||||
| Др. электрооборудование |
Примечания: 1. Уровень изоляции: а – при применении для защиты ОПН; б – при применении для защиты вентильных разрядников. 2. Для Uном=750 кВ в знаменателе указано значение для шунтирующих реакторов.
Расчетный ток коммутационных перенапряжений Iрк зависит от вида и величины неограниченных перенапряжений. В зависимости от интенсивности переходных процессов и требуемой надежности защиты его значение принимается равным 500 или 1000 А. Если нет расчетных данных, можно принять Iрк=500 А для Uном=110÷220 кВ и Iрк=1000 А для Uном=330÷750 кВ.
|
|
|
Координационный интервал по коммутационным перенапряжениям, %,
,
где Uостк – остающееся напряжение на ограничителе при расчетном токе коммутационных перенапряжений (500 А, 1000 А или 2000 А). Значение DUк должно быть не менее 15¸20 %.
При необходимости статистической координации изоляции с 2 %–й вероятностью (для случаев трехфазного АПВ после неуспешного повторного включения, отключения асинхронного хода на конце длинной линии, передающей большие мощности) значение остающегося напряжения определяется из решения системы уравнений
,
,
где С – постоянная, определяемая по нормируемым значениям Iрн и
Uосткн,
;
Iр – разрядный ток через ОПН;
a@0,05 – коэффициент нелинейности ОПН;
Uк – неограниченное коммутационное перенапряжение в сети, при-
нимаемое равным при отсутствии расчетов 3,5Uф для воздуш-
ных линий;
Ккн=1,2¸1,3 – коэффициент несимметрии, учитывающий неодно-
временность срабатывания ОПН в разных фазах;
Z – волновое сопротивление линии по прямой последовательности.
Решение получают графоаналитическим образом. Строится вольтамперная характеристика ОПН 
или часть ее в диапазоне токов выше и ниже Iрн и напряжений в области Uосткн, затем строится прямая 
. Точка пересечения этих зависимостей дает значения Uостк и Iр при заданном Uк. Все расчеты выполняются в амплитудных значениях напряжения и тока.
Определение защитного уровня ОПН при грозовых
Перенапряжениях
Остающееся напряжение на ОПН при грозовых перенапряжениях Uостг при токе координации 10(5) кА должно быть скоординировано с испытательным напряжением полной волной Uпги защищаемого оборудования. Координационный интервал DUг должен быть не менее 20 % и определяется по формуле
|
|
|
%,
где Uостг – остающееся напряжение на ограничителе при токе координации (импульс 8/20 мкс).
Значения токов координации и испытательных напряжений полным импульсом приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6. Значения испытательных напряжений полной волной (кВ) и токов координации (кА)
| Класс напряжения, кВ | |||||||||
| Уровень изоляции | а | б | а | б | а | б | |||
| Силовые трансформаторы | |||||||||
| Шунтирующие реакторы | |||||||||
| Эл. магн. тр–ры напряжения | |||||||||
| Тр–ры тока, аппараты | |||||||||
| Ток координации | 10÷15 |
Примечание. Уровень изоляции: а – при применении для защиты ОПН; б – при применении для защиты вентильных разрядников.
Координация также считается выполненной, если расстояние между защищаемым оборудованием и ОПН не превышает допустимых значений. Правилами устройств электроустановок (ПУЭ) нормированы допустимые расстояния от вентильных разрядников (РВ) до защищаемого оборудования [2, табл. 4.2.10÷4.2.13]. Допустимые расстояния определяются до ближайшего РВ.
При использовании ОПН вместо РВ или при изменении испытательных напряжений защищаемого оборудования ПУЭ позволяют производить пересчет допустимого расстояния до силовых трансформаторов или другого электрооборудования по формуле
,
где Lопн – допустимое расстояние от ОПН до защищаемого трансфор-
матора или другого оборудования;
Lрв – допустимое расстояние от разрядника до защищаемого транс-
форматора или другого оборудования, нормируемое ПУЭ;
Uопн и Uрв – остающиеся напряжения соответственно на ОПН и РВ
при токе 5 кА – для классов напряжения 110÷220 кВ,
10 кА – для классов напряжения 330 кВ и выше.
Вместе с тем есть мнение [7], что пересчет расстояний от защитного аппарата до наиболее удаленного оборудования РУ недопустим.
При большом числе присоединенных линий (более 7, 6, 4 линий соответственно на напряжении 110, 150, 220 кВ) ПУЭ допускают не ограничивать расстояние между защитным аппаратом и защищаемым оборудованием. В работе [7] рекомендуется ограничить расстояние от защитных аппаратов до максимально удаленного оборудования РУ при большом числе присоединенных ВЛ максимально допустимыми расстояниями, установленными ПУЭ при числе присоединенных ВЛ 6, 5, 3 соответственно для напряжений 110, 150, 220 кВ.
|
|
|
Для повышения надежности молниезащиты оборудования подстанций рекомендуется устанавливать ОПН на присоединенных ВЛ в непосредственной близости от РУ (например, на ближайшей опоре). Это необходимо делать и в случае повышенных (более 20 Ом) сопротивлений заземления опор на подходе к подстанции.
Установка ОПН на присоединенных к распределительному устройству воздушных линиях 500÷750 кВ (на подстанции или на ближайшей опоре) обязательна [7] по условиям защиты от коммутационных и грозовых перенапряжений.
Пример выбора ОПН
Схема ОРУ 330 - «треугольник»; автотрансформатор 330/110/10 кВ подключен к системе шин без выключателя. Разрядник типа РВМГ-330 установлен у автотрансформатора. Других разрядников на ОРУ 330 кВ нет. К ОРУ подходят две воздушные линии длиной 82 и 106 км.
Максимальные значения токов короткого замыкания на шинах подстанции: трехфазного КЗ 7350 А, однофазного КЗ 5820 А.
Наибольшее напряжение сети Uнс=341,6 кВ. IIСЗА. Данные, необходимые для расчета квазиустановившихся перенапряжений, имеются (здесь не приводятся).
Требуетсявыбрать ОПН для замены РВМГ-330.
• Выбор наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения и энергоемкости ОПН. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН, применяемых в сетях с глухозаземленной нейтралью, должно быть взято с 5 %-м запасом по отношению к наибольшему рабочему фазному напряжению сети (табл. 1.1), если Uнрф > Uнс. В соответствии с табл. 1.2 принимаем Uнро=220 кВ.
В схеме ОРУ «треугольник» возможна неполнофазная коммутация линии с подключенным автотрансформатором, поэтому в этом случае рекомендуется [6] выбирать ограничитель с повышенной энергоемкостью (не ниже 4÷4,5 кДж/кВUн).
Предварительно выберем ограничитель типа РEXLIM P276 производства ЗАО «АВВ УЭТМ» с характеристиками, приведенными в табл. 1.7.
|
|
|
Таблица 1.7. Характеристики РЕХLIM P276
| Uнро, кВ | Uн, кВ | I2000, А | Iсp , А | Lу, см | Wопн, кДж | Uостк, при токах, А | Uостг, при I, кА | U/Uн=а–blgt | ||||
| а | b | |||||||||||
| 771,7 | 1,116 | 0,06 |
Примечание. Уравнение U/Uн = a–b∙lgt справедливо для диапазона времени от 0,1 с до 104 c. Значения коэффициентов а и b приведены для характеристики с предварительным нагружением нормированным импульсом.
• Проверка выбранного ОПН на соответствие характеристики «напряжение – время» квазиустановившимся перенапряжениям. Анализ режима работы подстанции со стороны 330 кВ совместно с ВЛ 330 кВ и соседних подстанций показал возможность коммутации схемы линия – автотрансформатор. Расчетами, которые здесь не приведены, установлено, что определяющими выбор ОПН являются квазиустановившиеся перенапряжения, возникающие при отключении несимметричного КЗ и несимметричной коммутации блока линия – автотрансформатор, при которой выявлена возможность возникновения переходного феррорезонанса.
Расчетное значение квазиустановившегося перенапряжения при отключении несимметричного КЗ Uу1 = 1,35Uнрф = 283,5 кВ. Длительность перенапряжения принята равной длительности ликвидации несимметричного КЗ с учетом действия первых и последних ступеней линейных и трансформаторных релейных защит ty1= 5 c.
Расчетное значение квазиустановившегося перенапряжения при несимметричной коммутации блока линия – автотрансформатор Uу2 = 1,22Uнрф = 256,2 кВ. Длительность перенапряжения tу2= 4 с. При наличии переходного резонанса значение перенапряжения определяется путем добавления 0,3 к значению Uу2 [6], т. е. Uу3 = (1,22 + 0,3)Uнрф = =319,2 кВ. Это перенапряжение длится tу3= 0,5 с, а затем снижается до значения Uу2.
По характеристике «напряжение – время» определяем расчетные значения номинальных напряжений ограничителя:
, тогда Uн1=Uу1/1,118=283,5/1,118=253,6 кВ;
, тогда Uн2=Uу2/1,124=256,2/1,124=227,9кВ;
, тогда Uн3=Uу3/1,178=319,2/1,178=271 кВ.
Для выбранного ОПН Uн=276 кВ, что больше 271 кВ.
Проверим достаточность параметров выбранного ОПН по условиям работы в квазиустановившихся режимах, для чего определим нормируемые допустимые длительности tндi для действующих на данный ОПН квазиустановившихся перенапряжений. Значения tндi определяем исходя из значений Кti = Uyi/Uн, по зависимости Кt = f(t) типа В «без предварительного нагружения энергией», так как удельная энергоемкость ОПН составляет Wуопн = Wопн/Uн = 1932/276 = 7 кДж/кВUн, что более 5 кДж/кВUн.
Кt = f(t) = 1,194 – 0,056lgt; Кt1 = Uy1/Uн = 283,5/276 = 1,027;
, tнд1= 959,4 с.
При определении временно допустимой длительности для перенапряжения Uу3 необходимо иметь в виду, что это перенапряжение действует в течение 0,5 с, а затем снижается до значения Uу2, которое существует 3,5 с.
|
|
|
Кt3 = Uy3/Uн = 319,2/276 = 1,157;
по характеристике Kt = f(t) типа В определяем:
, tнд3= 4,58 с.
ОПН имеет запас по времени на следующую коммутацию, так как tнд3 > ty3.
После первого воздействия значение квазиустановившегося перенапряжения снижается до Uy2=256,2 кВ, чему соответствует Кt2 = Uу2/Uн = 256,2/276 = 0,928. Тогда по характеристике Kt = f(t) типа В tнд2 > 10000 c (производитель дает характеристику Kt = f(t) только до 10000 с). Примем tнд2=10000 с. С учетом предыдущего воздействия допустимая длительность текущего воздействия будет более
с.
Таким образом, допустимые длительности воздействий квазиустановившихся перенапряжений превышают соответствующие значения реальных длительностей и выбранный ограничитель эту проверку выдержал.
• Определение защитного уровня ОПН при коммутационных перенапряжениях. Остающееся напряжение на ОПН при расчетном токе коммутационных перенапряжений Uостк должно быть не менее чем на 15÷20 % ниже испытательного напряжения коммутационным импульсом Uки защищаемого оборудования
Uостк £ (0,8¸0,85)Uки.
Испытательное напряжение коммутационным импульсом нормируется ГОСТ 1516.3-96 для электрооборудования 330 кВ Uки=850 кВ. Остающееся напряжение на ограничителе при расчетном токе коммутационных перенапряжений 1000 А Uостк=558 кВ.
%,
что более чем достаточно.
• Определение защитного уровня ОПН при грозовых перенапряжениях. Остающееся напряжение на ОПН при токе координации 10 кА Uостг=628 кВ должно быть скоординировано с испытательным напряжением полной волной для автотрансформатора Uпги=950 кВ и для другого оборудования Uпги=1050 кВ (табл. 1.6). Тогда координационный интервал для автотрансформатора
%,
для другого оборудования – 40,2 %, что больше допустимых 20 %.
Допустимое расстояние от ОПН до защищаемого автотрансформатора может быть оценено по формуле
,
где Lрв – допустимое расстояние от разрядника до защищаемого авто-
трансформатора, нормируемое ПУЭ;
Uопн и Uрв – остающиеся напряжения соответственно на ОПН и РВ
при токе 10 кА.
Для вентильного разрядника РВМГ-330 Uрв=800 кВ при токе 10 кА. Тогда
.
Следовательно, ОПН может быть установлен на место, занимаемое вентильным разрядником, при этом надежность молниезащиты будет выше.
• Проверка по взрывобезопасности и длине пути утечки. Ток срабатывания противовзрывного устройства Iср=63 кА превышает значение 40 кА, поэтому 10 %-й запас не требуется. Условие взрывобезопасности Iср > Iмакс кз = 7,35 кА выполняется.
Допустимая длина пути утечки для IIСЗА
Lу = 1,2lэUном = 1,2×1,5×330 = 594 см.
Длина пути утечки выбранного ОПН равна 771,7 см.
Таким образом, выбранный ограничитель соответствует условиям эксплуатации и может быть установлен вместо РВМГ-330.
|
|
|
