Ограничители перенапряжений
Ограничение коммутационных и грозовых перенапряжений в электрических сетях повышает надежность работы электротехнического оборудования.
Кроме того, внедрение нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) обусловлено следующими преимуществами по сравнению с вентильными разрядниками:
· более низкий защитный уровень для всех видов перенапряжений;
· отсутствие сопровождающего тока после воздействия импульса перенапряжений (за счет высокой нелинейности);
· высокая удельная энергоемкость;
· низкие эксплуатационные затраты на техническое обслуживание (не требуется настроек и регулировок);
· малые габариты и масса.
Нелинейные ОПН не имеют искровых промежутков. Степень нелинейности их рабочих сопротивлений такова, что они выдерживают длительное воздействие рабочего напряжения, пропуская ток, измеряемый долями миллиампера. При перенапряжениях ток увеличивается до сотен и тысяч ампер, что и приводит к ограничению перенапряжений. Эта особенность ОПН определяет возможность значительно более глубокого ограничения перенапряжений, чем при использовании разрядников.
 |
Ограничители ОПН и ОПНИ отличаются схемой соединения (рис. 2.16, а, б). Ограничители с искровыми промежутками (ОПНИ) ограничивают также межфазные перенапряжения (ОПНИ-500 — до 1260 кВ при токе 1200 А). Длина пути тока утечки изоляции ограничителей — не менее 1,8 см/кВ.
Современные ОПН позволяют ограничить коммутационные перенапряжения до уровня 1,8 Uф раб.mах (максимальное фазовое рабочее напряжение), а грозовые перенапряжения — до 2,0— 2,211Uф раб. mах- При таком глубоком ограничении изоляционные расстояния на линиях и подстанциях могут быть сокращены, а надежность работы внутренней изоляции всего оборудования высокого напряжения значительно возрастает. Эффективность применения ОПН вместо разрядников продемонстрирована на примере подстанции на напряжение 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС, где ОПН позволили сократить площадь ОРУ 500 кВ вдвое и разместить его в створе р. Карловой вблизи ГЭС.
Вначале ОПН выпускались на базе варисторов диаметром 28 мм, что определило конструкцию ОПН, в которой было много параллельных колонок. Освоение производства варисторов большего диаметра (45, 60 мм и более) и повышение их качества позволили значительно сократить число параллельных колонок.
В течение десятилетий ОПН выпускались только в фарфоровых корпусах, взрывоопасность которых требовала увеличения диаметра корпуса и массы ОПН. Недостатки старых ОПН обусловили поиск других конструктивных решений, в частности переход к корпусам из полимерных материалов. При этом значительно уменьшается масса ОПН и достаточно просто обеспечивается их взрывобезопасность.
Центр энергетических защитных аппаратов (ЦЭЗА) Санкт-Петербургского ГТУ производит нелинейные ОПН только в одноко-лонковом исполнении на базе варисторов диаметром от 45—46 мм (для ОПН 3—150 кВ на расчетный ток коммутационных перенапряжений 300—400 А) до 115 мм (для ОПН 750 кВ, 2000 А).
Большинство типов ОПН выпускается в полимерных корпусах (в виде стеклопластикового цилиндра с металлическими оконцевателями), несущих механическую нагрузку, вызываемую собственной массой, внешними воздействиями (гололеда, ветра, подводящих проводов) и ребристым защитным покрытием из кремнийорганической резины, соединенной с корпусом специальным составом, обеспечивающим высокую прочность соединения.
Стеклопластиковые цилиндры перфорируются, так как отверстия необходимы для выхода газов в случае повреждения варисторов. Число и диаметр отверстий подбираются таким образом, чтобы исключить повреждение корпуса при прохождении расчетного тока короткого замыкания (20—40 кА) через ОПН. Эти отверстия заполняются резиной при формовании защитного покрытия, делая корпуса герметичными.
Узкая полость между варисторами и корпусом (примерно 2— 2,5 мм), как и пустоты в нижней и верхней частях ОПН, заполняется эластичным герметиком на основе кремнийорганической резины, поэтому ограничитель абсолютно герметичен, следовательно, исключаются искровые перекрытия по внутренней поверхности стеклопластиковой трубы и поверхности варисторов. Это обстоятельство значительно повышает надежность работы ОПН, а также увеличивает пропускную способность колонок варисторов.
Высокая механическая прочность стеклопластиковых цилиндров обеспечивает возможность как опорного, так и подвесного исполнения ограничителей, рассчитанных на все классы напряжения. Наиболее благоприятные условия для их работы в подвесном исполнении возникают в том случае, когда корпус ОПН подвергается воздействию только растягивающих усилий, к которым полимерные материалы чрезвычайно устойчивы. Ограничители с полимерным корпусом обозначаются ОПНп. Они производятся с 1992 г.
 |
Все ОПН на напряжение до 110 кВ выпускаются в цельном корпусе высотой до 1050 мм (рис. 2.17, а), свыше напряжения 110 кВ — собранными из отдельных модулей (рис. 2.17, б). Все модули высотой до 1050 мм абсолютню герметичны, транспортируются и складируются отдельно друг от друга. Сборка ОПНп из отдельных модулей производится на месте установки. При этом соединительным элементом является цилиндрическая муфта с внутренней резьбой, которая навинчивается на стыкуемые оконцеватели модулей. Для обеспечения электрического соединения модулей предусмотрен розеточный контакт, надежно изолированный от металлического оконцевателя.
Распределение напряжения вдоль столба варисторов в рабочем режиме выравнивается с помощью тороидальных экранов двух диаметров: большого (со стороны высокого напряжения) и малого (со стороны заземленного конца).
Следует отметить, что размеры экранов зависят от высоты ОПН и не зависят от класса напряжения ОПН. При большой неравномерности распределения напряжения вдоль колонки ОПН через варисторы протекает дополнительный емкостный ток, который может вызвать их перегрев и преждевременное повреждение, поэтому распределение напряжения вдоль ОПН обязательно следует выравнивать. Конструкции ОПН на напряжения ПО—500 кВ показаны на рис. 2.18.
Ограничители перенапряжений выпускаются нескольких типов на каждый класс напряжения, которые отличаются величиной длительно допустимого рабочего напряжения и расчетного тока коммутационных перенапряжений. Полимерная покрышка ОПНп позволяет не только значительно снизить его массу, но и облегчить условия работы варисторов, что в конечном счете повышает надежность работы ОПНп. Кремнийорганическая резина по своим технологическим и прочностным свойствам (как механическим, так и электрическим) дает возможность создавать ребра малой толщины (примерно 7 мм в основании и 2 мм у конца). Поэтому необходимую длину пути тока утечки можно обеспечить увеличенным числом ребер с небольшим вылетом.