Трубчатые разрядники

Назначение

При работе электрических установок возникают напряжения, которые могут значительно превышать номинальные значения (перенапряжения). Эти перенапряжения могут пробить электрическую изоляцию элементов оборудования и вывести установку из строя. Чтобы избежать пробоя электрической изоляции, она должна выдерживать эти перенапряжения, однако габаритные размеры оборудования получаются чрезмерно большими, так как перенапряжения мо­гут быть в 6—8 раз больше номинального напряжения. С целью облегчения изоляции возникающие перенапряжения ограничивают с помощью разрядников и изоляцию оборудования выбирают по этому ограниченному значению перенапряжений. Возникающие перенапряжения делят на две группы: внутренние (коммутационные) и атмосферные. Первые возникают при коммутации электрических цепей (катушек индуктивностей, конденсаторов, длинных линий),

дуговых замыканиях на землю и других процессах. Они характеризуются относительно низкой частотой воздействующего напряжения (до 1000 Гц) и длительностью воздействия до 1 с. Вторые возникают при воздействии атмосферного электричества, имеют импульсный характер воздействующих напряжений и малую длительность (десятки микросекунд). Электрическая прочность изоляции при импульсах зависит от формы импульса, его амплитуды. Зависимость максимального напряжения импульса от времени разряда называется вольт-секундной характеристикой. Для изоляции с неоднородным электрическим полем характерна резко падающая вольт-секундная характеристика. При равномерном поле вольт-секундная характеристика пологая и идет почти параллельно оси времени.

Основным элементом разрядника является искровой промежуток. Вольт-секундная ха­рактеристика этого промежутка (кривая 1 на рис. 21.1) должна лежать ниже вольт-секундной ха­рактеристики защищаемого оборудования (кривая 2). При появлении перенапряжения промежу­ток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. После пробоя линия заземляется через сопротивление разрядника. При этом напряжение на линии определяется током, проходящим через разрядник, сопротивлениями разрядника и заземления R3. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее ограничиваются перенапряжения, т. е. больше разница между возможным (кривая 4) и ограниченным разрядником перенапряжением (кривая 3). Во время пробоя через разрядник протекает импульс тока.

Напряжение на разряднике при протекании импульса тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

рис 21.1. Согласование характеристик разрядника и защищаемого оборудования

После прохождения импульса тока искровой промежуток оказывается ионизированным и легко пробивается номинальным фазным напряжением. Возникает КЗ на землю, при котором через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Сопровождающий ток может изменяться в широких пределах.

Чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в возможно малое время (около полупериода промышленной частоты).

К разрядникам предъявляются следующие требования.

1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже характеристики защищаемого объекта и должна быть пологой.

2. Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте (50 Гц) и при импульсах.

3. Остающееся напряжение на разряднике, характеризующее его ограничивающую способность, не должно достигать опасных для изоляции оборудования значений.

4. Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отключаться за минимальное время.

5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта. РТВ()-Х-Х/ХУ1:

РТ - разрядник трубчатый; В - винипластовый; Ф – фибробакелитовый. Х - номинальное напряжение, кВ (10; 20; 35; 110); Х - нижний предел тока отключения, кА (0,5; 2; 2,5); Х - верхний предел тока отключения, кА (2,5; 10; 12,5); У1 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Принцип действия

Трубчатый разрядник (рис.21.2) при нормальной работе установки отделен от линии воздушным промежутком S2. При появлении перенапряжения пробиваются промежутки S1 и S2 и импульсный ток отводится в землю. После прохождения импульсного тока по разряднику течет сопровождающий ток промышленной частоты.

Рис. 21.2. Трубчатый разрядник

В узком канале обоймы (трубки) 1 из газогенерирующего материала (винипласта или фибры) в промежутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри обоймы поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3.

При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под действием охлаждения промежутка S1 газами, выходящими из разрядника.

В заземленном электроде 4 имеется буферный объем 5, где накапливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через нуль создается газовое дутье из буферного объема, что способствует эффективному гашению дуги.

Предельный отключаемый ток промышленной частоты определяется механической прочностью обоймы и составляет 10 кА для фибробакелитовой обоймы и 20 кА для винипластовой, упрочненной стеклотканью на эпоксидной смоле. Сопровождающий ток частотой 50 Гц определяется местом расположения разрядника и меняется в довольно широком диапазоне в зависимости от режима работы энергосистемы. Поэтому должны быть известны минимальные и максимальные значения тока КЗ в месте установки разрядника.

Минимальный ток разрядника определяется гасящей способностью трубки. Чем меньше диаметр выхлопного канала, чем больше его длина, тем меньше нижний предел отключаемого тока. Однако при больших токах в трубке возникает высокое давление. При недостаточной меха­нической прочности трубки может произойти разрушение разрядника. В настоящее время выпускаются винипластовые разрядники высокой прочности с наибольшим отключаемым током до 20 кА.

Работа трубчатого разрядника сопровождается сильным звуковым эффектом и выбросом газов. Так, зона выброса газов разрядника РТВ-110 имеет вид конуса с диаметром 3,5 и высотой 2,2 м. При размещении разрядников необходимо, чтобы в эту зону не попадали элементы, находящиеся под высоким потенциалом.

Защитная характеристика разрядника в значительной степени зависит от вольт-секундной характеристики искрового промежутка. В трубчатом разряднике промежуток образован стержневыми электродами, имеющими крутую вольт-секундную характеристику из-за большой неоднородности электрического поля. В то же время электрическое поле в защищаемых аппаратах и оборудовании стремятся сделать равномерным с целью более полного использования изоляционных материалов и уменьшения габаритов и массы. При равномерном поле вольт-секундная характеристика получается пологой, практически мало зависящей от времени. В связи с этим трубчатые разрядники, имеющие крутую вольт-секундную характеристику, непригодны для защиты подстанционного оборудования. Обычно с их помощью защищается только линейная изоляция (изоляция, создаваемая подвесными изоляторами). При выборе трубчатого разрядника необходимо рассчитать возможный минимальный и максимальный ток КЗ в месте установки и по этим токам выбрать соответствующий разрядник. Номинальное напряжение разрядника должно соответствовать номинальному напряжению сети. Размеры внутреннего S1 и внешнего S2 промежутков (рис. 21.2) выбираются по специальным таблицам.

Особенности конструкции

ФИБРОБАКЕЛИТОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ РАЗРЯДНИКИ ТИПА РТФ

Трубчатые разрядники типа РТФ (разрядник трубчатый фибробакелитовый) на все классы напряжения от 3 до 110 кВ почти одинаковы по конструкции и различаются только размерами. Кроме основных типов, разработано несколько подтипов фибробакелитовых трубчатых разрядников на одно и то же номинальное напряжение, но с различными пределами обрываемых токов промышленной частоты, в которых гарантируется надежное гашение дуги сопровождающего тока.

Трубчатые разрядники различаются также своими защитными характеристиками.

На рис. 2-1 приведена конструкция фибробакелитового трубчатого разрядника типа РТФ. Основным элементом фибробакелитового трубчатого разрядника является тонкостенная дугогасительная трубка из фибры, упрочненная несколькими слоями бакелизированной бумаги. Упрочнение трубки необходимо для того, чтобы она могла выдержать высокие внутренние давления, возникающие при работе трубчатого разрядника.

Фибробакелитовая трубка — наиболее ответственная деталь трубчатого разрядника. Она обеспечивает гашение электрической дуги, возникшей после разряда между электродами, и к ней крепятся все остальные детали трубчатого разрядника. Один конец дугогасительной трубки армируется при помощи обкатки обоймой, переходящей в газовый резервуар, второй конец арми­руется выхлопной обоймой — наконечником. Обойма с газовым резервуаром и наконечник изготавливаются из цельнотянутых стальных труб.

Для предотвращения прорыва газов из газового ре­зервуара в возможные неплотности между обоймой и фибробакелитовой трубкой в конструкцию введены спе­циальные конусная гайка и втулка. Конус в гайке облегчает истечение газов из газового резервуара.

Характерной особенностью фибробакелитовых труб­чатых разрядников является наличие у них большого газового резервуара у закрытого конца трубчатого раз­рядника.

Внутри дугогасительной трубки помещается стержне­вой электрод, который крепится ко дну резервуара на резьбе для того, чтобы можно было его заменять при сильном обгорании в процессе эксплуатации. Вторым электродом внутреннего искрового промежутка является пластинчатый электрод — стальная шайба с отверстиями в виде «звездочки», прижатая к торцу дугога­сительной трубки и приваренная к наконечнику. Звезд­чатые отверстия в электроде сделаны для того, чтобы не тормозить выхлоп газов при разработке открытого конца дугогасительной трубки.

Фибробакелитовые трубчатые разрядники могут крепиться при монтаже только за резервуар.

ВИНИПЛАСТОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ РАЗРЯДНИКИ ТИПА РТВ

Трубчатые разрядники типа РТВ (разрядник трубчатый винипластовый) на все классы напряжения от 6 до 110 кВ одинаковы по конструкции и различаются только размерами.

Рис. 2-3. Винипластовые трубчатые разрядники типа РТВ. 1 — винипластовая трубка; 2 — обойма закрытого конца (сталь); 3 —обойма открытого конца (сталь); 4 — пластинчатый электрод «звездочка» (сталь); 5 — стержневой электрод (сталь); 6 — ушко для крепления электрода внешнего искрового промежутка; 7 — указатель срабатывания (сталь); 8 — хомуты для крепления разрядника (сталь); 9 — прокладка (винипласт); 10 — электрод внешнего искрового промежутка с отверстием для крепления удлинителя (сталь).

Для генерирования газа в трубчатых разрядниках типа РТВ служит толстостенная трубка, изготовленная из винипласта, обладающая необходимой механической прочностью для того, чтобы выдерживать высокие внутренние давления, возникающие при работе трубчатого разрядника.

Дугогасительная трубка армируется по концам двумя стальными оцинкованными обоймами из цельнотянутых стальных труб при помощи обкатки по двум кольцевым проточкам с предварительной промазкой обойм перхлорвиниловым лаком. После 4—5 ч сушки при комнатной температуре перхлорвиниловый лак, заполнив все имеющиеся пустоты по проточкам между обоймами и трубкой, затвердевает, предотвращая возможный прорыв газов в этих местах при работе трубчатого разрядника.

Характерной особенностью винипластовых трубчатых разрядников является отсутствие у них газового резервуара у закрытого конца трубчатого разрядника.

Внутри дугогасительной трубки помещается стержневой электрод, который крепится при помощи резьбы в хвостовике внешнего электрода, ввернутого в свою очередь в обойму закрытого конца трубчатого разрядника.

Для предотвращения соприкосновения конца стержневого электрода со стенками дуготасительного канала на небольшом расстоянии от его конца (50—80 мм) выштампованы специальные центрирующие усики, исключающие соприкосновение конца раскаленного стерж­невого электрода со стенкой дугогасительного канала, что вызывало бы в случае их отсутствия прогар стенки и быстрый выход трубчатого разрядника из строя.

Вторым электродом внутреннего искрового промежутка является пластинчатый электрод — стальная шайба с отверстиями в виде «звездочки», прижатая к торцу дугогасительной трубки специальным кольцевым уступом в выхлопной обойме. Звездчатые отверстия в электроде сделаны для того, чтобы не тормозить выхлоп газов при разработке открытого конца дугогаси­тельной трубки.

Длина винипластового трубчатого разрядника устанавливается из условия предотвращения перекрытия по внешней поверхности трубки.

Винипластовые трубчатые разрядники могут крепиться при монтаже за любую обойму. На внешнем электроде имеется нарезное отверстие для крепления рога; на выхлопной обойме приваривается ушко с нарезным отверстием (не менее М10).

В связи с высокой влагостойкостью и атмосферостойкостью винипласта трубчатые разрядники типа РТВ не требуют сезонной профилактики — покрытия наружной поверхности трубок какими-либо защитными покровными лаками.

Дугогасительный канал, разлагаясь под действием электрической дуги, сохраняет свою поверхность относительно чистой и долго сохраняет свои газогенерирующие свойства.

ВИНИПЛАСТОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ РАЗРЯДНИКИ ТИПА РТВУ

Рис. 2-6. Винипластовые усиленные трубчатые разрядники типа РТВУ.

— винипластовая трубка; 2 — стеклоэпоксид; 3 — обойма закрытого конца (сталь); 4 — обойма открытого конца (сталь); 5 — пластинчатый электрод «звездочка» (сталь); 6 — стержневой электрод (сталь); 7 — ушко для крепления электрода внешнего искрового промежутка; 8 — указатель срабатывания (сталь); 9 — хомуты для крепления разрядника (сталь); 10 — прокладка (винипласт); 11 — электрод внешнего искрового промежутка с отверстием для крепления удлинителя (сталь)

Серия мощных трубчатых разрядников типа РТВУ (разрядник трубчатый винипластовый усиленный) на напряжение 35—110 кВ разработана в ВЭИ в 1958— 1962 гг. Разрядники этого типа предназначены для защиты узлов мощных энергосистем с токами короткого замыкания до 20—30 кАдейств.

По исследованиям ВЭИ, динамическая прочность монолитных толстостенных винипластовых труб, из которых изготавливаются дугогасительные трубки трубчатых разрядников, растет пропорционально радиальной толщине стенки до 6—8 мм; при дальнейшем монотонном наращивании толщины стенки (рис, 2-7) линейная зависимость нарушается, и даже значительное увеличение толщины стенки трубы сопровождается лишь незначительным повышением ее динамический прочности.

Об этом же говорят прямые измерения импульсных давлений в трубчатых разрядниках. При статическом нагружении винипластовые трубы с внутренним диаметром 14 мм при толщине стенки 5 мм выдерживают давления до 420 ат. Динамические нагружения, разрушающие, например, винипластовые трубчатые разрядники типа РТВ за время 0,003—0,004 сек при попытке обрыва ими тока порядка 12 кАдейств, составляют 300— 320 ат, причем дугогасительные трубки этих разрядников 55—14 опс имеют уже радиальную толщину стенки (20,5 мм).

Исследования показали, что динамическая прочность труб в существующих конструкциях винипластовых трубчатых разрядников использована полностью. Динамические нагрузки, возникающие внутри монолитных толстостенных труб, воспринимаются одновременно не всей толщей их стенок, а только близлежащими к внутренней поверхности слоями, и только после нарушения их целостности нагрузка перекладывается на более отдаленные слои.

Рис. 2-7. Динамическая прочность винипластовых труб в зависимости от толщины стенки трубы.

1 — динамическая прочность винипластовой трубы с внутренним диаметром 11 мм;

2 — динамическая прочность винипластовой трубы с внутренним диаметром 14 мм.

Повышение механической прочности винипластовых трубчатых разрядников было достигнуто путём армирования тонкостенной винипластовой дугогасительной трубки, предна­значенной только для целей генерирования газа, упрочняющей многослойной обмоткой из стекловолокнистого материала с последующей пропиткой ее влагостойкой и атмосферостойкой эпоксидной смолой и дальнейшим отверждением композиции. Способность термореактивных смол в жидком состояния заполнить все свободные промежутки позволяет получать после окончания полного процесса полимеризации глубинных слоев монолитную конструкцию, в которой практически отсутствуют газовые включения. Благодаря этому достигается высокая диэлектрическая прочность изоляции.

Промежутки между стеклянными нитями позволяют отверждённой смоле как бы заклепками сшивать отдельные слои стеклоткани, увеличивая тем самым механическую связь между отдельными слоями. Стеклоэпоксид, нанесенный на винипластовую трубку, хорошо обрабатывается, шлифуется и полируется.

Упрочненная дугогасительная трубка армируется по концам двумя стальными оцинкованными обоймами из цельнотянутых стальных труб (ГОСТ 8734-58) при помощи обкатки по двум кольцевым проточкам. Для получения более прочного и плотного соединения, исключающего продув газов, концы упрочненной дугогасйтельной трубки перед посадкой обойм смазываются эпоксидным компаундом холодного отверждения марки КЭХ-1.

Область применения

ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБЧАТЫХ РАЗРЯДНИКОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИЗОЛЯЦИИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Трубчатыми разрядниками в случае применения их для защиты изоляции линий электропередач 3—220 кВ в настоящее время защищаются места пересечений линий электропередач между собой, отдельные металлические и железобетонные опоры, деревянные опоры, у которых древесина тела опоры зашунтирована металлическими растяжками, деревянные опоры, на которых заканчивается трос, а древесина зашунтирована заземляющими спусками от троса к заземлителям, кабельные концевые муфты в местах перехода воздушных линий в кабель, транспозиционные деревянные опоры с ослабленной междуфазовой изоляцией, линейные разъединители и особо часто поражаемые нормальные деревянные опоры, выявленные на линии в процессе эксплуатации.

Линии электропередач 3—220 кВ на деревянных опорах имеют высокую грозоупорность и при грозах редко отключаются.

Высокий уровень изоляции этих линий по отношению к земле дает возможность волнам атмосферных перенапряжений с большими амплитудами распространяться далеко по их проводам.

Места с ослабленной изоляцией на таких линиях перекрываются как при близких поражениях линии, так и при отдаленных, и в течение грозового сезона дают большое количество отключений линий. Надежная защита трубчатыми разрядниками ослабленных мест, подробно перечисляемых ниже, дает значительный эффект и настоятельно рекомендуется как у нас, так и за рубежом.

1. Наиболее часто встречающимся местом с ослабленной изоляцией на линиях электропередач являются воздушные промежутки между проводами пересекающихся линий. Перекрытия таких промежутков нежелательны не только потому, что они вызывают отключения линий, но и потому, что они приводят к повреждениям оборудования.

Перекрытия между линиями высокого напряжения и линиями низкого напряжения и связи представляют прямую опасность для людей.

В том случае, когда перекрытия происходят между линиями высокого напряжения, возникающие короткие замыкания расстраивают работу релейных защит и сопровождаются системными авариями.

При перекрытиях между линиями разных номинальных напряжений в сеть с более низким напряжением попадает более высокое напряжение, которое повреждает оборудование.

Перекрытия воздушных промежутков между проводами пересекающихся линий могут происходить или при прямом ударе молнии в пролет пересечения, или от набегающей волны по проводам, как указано на рис. 6-8.

Рис. 6-8. Расчетная схема защиты пересечений линий электропередачи на деревянных опорах без троса между собой.

При выборе величины воздушных промежутков между проводами линий электропередач 110—220 кВ, пересекающихся между собой и с линиями более низких напряжений, исходят из условия прямого удара в пролет пересечения, как более жесткого требования.

Для выбора расстояний между проводами линий 35 кВ и ниже принимают во внимание только набегающие волны с линии.

При прямом ударе молнии в пролет пересечения напряжение в месте удара будет повышаться по мере нарастания тока молнии до тех пор, пока не придет к пораженной точке отраженная волна с обратным знаком от соседних опор. Следовательно, чем скорее возвратится отраженная волна, тем меньше будет напряжение в пораженной точке и тем меньше нужно расстояние между проводами. Возвращение отраженной волны зависит от электрической прочности изоляции опоры; чем она ниже, тем скорее произойдет по ней разряд, тем скорее возвратится отраженная волна. Для снижения разрядного напряжения линейной изоляции на опоры, ограничивающие пролет пересечения, устанавливаются трубчатые разрядники.

Пересечения должны защищаться трубчатыми разрядниками, устанавливаемыми на деревянных опорах, ограничивающих пролеты пересечения линий.

В том случае, когда пересечение линий находится не далее 40 м от опоры, трубчатые разрядники устанавливаются только на одной этой ближайшей опоре.

Трубчатые разрядники устанавливаются на опорах обеих линий, как секущей, так и пересекаемой, если они не имеют тросовой защиты. При наличии тросовой защиты трубчатые разрядники не устанавливаются.

Расстояния между проводами при пересечении линий электропередачи 35 кв и ниже выбираются, исходя из условий набегания волн с линии. Минимальное расстояние для этих линий принимается равным 2 м.

Защита пересечений линий 35 кВ и ниже осуществляется трубчатыми разрядниками, устанавливаемыми на опорах, ограничивающих пролет пересечения.

2. Отдельные металлические, железобетонные или деревянные опоры с металлическими растяжками в линиях на деревянных опорах имеют более слабую изоляцию по отношению к земле, чем остальные опоры.

Для защиты ослабленной изоляции на таких опорах устанавливаются трубчатые разрядники.

Если нельзя установить трубчатые разрядники непосредственно на защищаемой опоре, их можно разместить на соседних опорах с обеих сторон, что снижает надежность защиты.

3. Деревянные опоры, на которых заканчивается трос, имеют древесину опор, зашунтированную заземляющими спусками от троса. Поэтому они являются местами с ослабленной изоляцией на линии и так же, как металлические и железобетонные опоры, подлежат защите трубчатыми разрядниками.

4. При пересечениях линий электропередач между собой с железными дорогами и при прохождении по застроенной местности воздушные линии часто переходят в кабельные.

Концевые муфты кабелей, как правило, имеют в несколько раз более низкую изоляцию по отношению к земле, чем провода воздушных линий. Поэтому все подобные переходы (концевые кабельные муфты) защищаются трубчатыми разрядниками, расположенными на одной и той же опоре с кабельной муфтой. Для снижения разности потенциалов между жилами кабеля и корпусом кабельной концевой муфты заземляющие спуски трубчатых разрядников должны соединяться с корпусом кабельной муфты кратчайшим путем, что повышает надежность защиты.

5. На транспозиционных деревянных однотраверсных опорах меняются местами провода различных фаз. При этом древесина траверсы между фазами исключается, что приводит к ослаблений междуфазовой изоляции на этой опоре по сравнению с нормальными анкерными и промежуточными деревянными опорами.

Для защиты междуфазовой изоляции на этой опоре устанавливаются трубчатые разрядники на каждой фазе.

При высоких удельных сопротивлениях грунтов иногда не заземляют трубчатые разрядники, устанавливаемые на транспозиционных деревянных опорах, а только электрически соединяют вместе те концы их, которые подлежат заземлению.

Работа трубчатых разрядников без заземления в сетях с заземленной нейтралью утяжеляется в тех случаях, когда они срабатывают на всех трех фазах. Трубчатый разрядник, который первым гасит дугу, может оказаться включенным на полуторное фазовое напряжение и не погасить дуги. Поэтому для повышения надежности работы трубчатые разрядники, устанавливаемые на транспозиционных деревянных опорах, целесообразно заземлять.

6. На линиях электропередач 3—6—10 кВ весьма часто от основной магистрали делают отпайки через линейные (столбовые) разъединители, устанавливаемые на опорах на высоте 10 м от земли. Эти разъединители, как правило, имеют общую металлическую раму для всех трех фаз и привод управления разъединителями. По правилам техники безопасности привод должен быть заземлен; тем самым заземляется рама разъединителей и шунтируется древесина опоры, на которой установлены линейные разъединители.

Таким образом, на линии создается точка с ослабленной изоляцией по отношению к земле, которая также должна защищаться трубчатыми разрядниками.

7. На некоторых линиях электропередач, на деревянных опорах имеются участки, очень часто поражаемые молнией. Удары молнии на сравнительно ограниченном участке (5— 8 км) и в одни и те же опоры иногда повторяются несколько лет подряд. Такая избирательность разрядов молнии, вероятно, объясняется рельефом местности и проводимостью грунтов, по которым идет трасса линии электропередачи. Весьма часто такая избирательная поражаемость наблюдается в поймах рек и оврагах. Установка трубчатых разрядников через две-три опоры на таких участках линий дает значительный эффект — сокращает в три—пять раз количество их грозовых отключений. Поэтому целесообразно такие участки защищать трубчатыми разрядниками.

8. При поражениях молнией высоких металлических опор под тросом величина потенциала вершины опоры определяется не только величиной сопротивления ее заземления, но и величиной индуктивности самой опоры. Поэтому защитный уровень специальных высоких (более 30 м) переходных опор через реки, ущелья и пр. оказывается ниже обычных опор.

Повышение защитного уровня таких опор может быть произведено снижением сопротивления их заземления, повышением их изоляции (увеличением числа изоляторов в гирлянде) или одновременным применением обоих названных мероприятий.

Однако во многих случаях оказывается более целесообразным вместо усиления изоляции и снижения сопротивления заземления на таких опорах устанавливать трубчатые разрядники. На высоких опорах без троса защита гирлянд изоляторов должна осуществляться только с помощью трубчатых разрядников.

9. Все воздушные линии электропередач 35—220 кВ в настоящее время оснащаются устройствами автоматического повторного включения (АПВ), которые в 90— 95% случаев удерживают в работе отключающиеся линии. Для повышения грузоупорности таких линий целесообразно применять устройства АПВ в сочетании с трубчатыми разрядниками.

ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБЧАТЫХ РАЗРЯДНИКОВ

В СХЕМАХ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ПОДСТАНЦИЙ

Защиту электрооборудования мощных подстанций со стороны линий электропередач 35—110 кВ от набегающих волн атмосферных перенапряжений рекомендуется осуществлять по схеме, приведенной на рис. 6-11.

Рис. 6-11. Нормальная схема защиты подходов линий к подстанциям 35—110—220 кв.

Эта схема применяется для защиты подстанций, к которым подходят воздушные линии электропередачи на деревянных опорах, не защищенные тросом, но имеющие трос на подходе. Трубчатый разрядник РТ1, устанавливаемый на опоре в начале тросового подхода (со стороны линии), должен ограничить амплитуду набегающих волн на подстанцию до величины, при которой импульсный ток молнии (IР), проходящий через вентильный разрядник, не превышал бы нормированную ве­личину (5—10 камакс)- Величина его в значительной степени зависит от величины сопротивления заземления (Я3), трубчатого разрядника РТ1 и величины тока (м), проходящего через него.

Защита мощных подстанций со стороны 3—6— 10 кВ должна быть выполнена по схеме рис. 6-14. Подходы линий 3—6—10 кВ к подстанциям от прямых ударов молнии,не защищаются, ограничение амплитуд и крутизна волн, набегающих с линии, осуществляется трубчатыми разрядниками, установленными на подходах. Трубчатый разрядник РТ1 устанавливается на расстоянии 180—200 м от подстанции, обычно на третьей или четвертой опоре. Сопротивление заземления его не должно превышать 10 Ом. Он срезает волны, набегающие с линии. Трубчатый разрядник РТ2 в схеме с воздушным подходом защищает отключенный разъединитель и вы­ключатель и является резервной защитой при ударах молнии на участке линии между трубчатыми разрядниками РТ1и РТ2.

Рис. 6-14. Схема защиты мощных подстанций со стороны 3—10 кВ (RИ — импульсное сопротивление заземления).

а — с воздушным подходом; б — с кабельной вставкой на подходе; в — с реактором на фидере.

ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБЧАТЫХ РАЗРЯДНИКОВ В СХЕМАХ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В связи с наличием на станциях генераторов, работающих на воздушные сети без трансформации напряжения, и в связи с их низкой импульсной прочностью — в 2—2,5 раза меньшей, чем у трансформаторов того же класса напряжения, защита станций от атмосферных пе­ренапряжений весьма усложняется.

Для защиты генераторов с воздушными подходами линий действующими «Руководящими указаниями по защите от перенапряжений электротехнических установок переменного тока 3—220 кВ» рекомендуется применять схему рис. 6-15, в которой весьма большое внимание уделяется защите подходов к станции. Подход каждой линии к станции защищается от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами и от набегающих волн с линий — тремя комплектами трубчатых разрядников: РТ1, РТ2и РТ3.

Рис. 6-15. Схема грозозащиты машины с воздушным подходом, защищенным стержневыми молниеотводами.

Трубчатые разрядники РТ1устанавливаются в начале защищенного подхода и предназначаются для среза электромагнитных волн, поступающих с линии на защищенный подход. Величина сопротивления заземления этих разрядников (R3) определяется в зависимости от длины защищенного подхода из следующих соотношений:

Для облегчения выполнения заземляющих устройств трубчатых разрядников РТ1в середине защищенного подхода желательно устанавливать (второй комплект трубчатых разрядников РТ2. Тогда величина сопротивления заземления (К3) складывается из двух параллельно соединенных заземлений трубчатых разрядников РТ и РТ2.

Трубчатый разрядник РТ3 устанавливается на вводе линии и служит для защиты линейного разъединителя или выключателя.

ВЫБОР ТРУБЧАТЫХ РАЗРЯДНИКОВ

Выбор трубчатых разрядников осуществляется по:

1. Напряжению сети UН.РАЗР = UН. СЕТИ

2.

3. По отключающей способности

4. По месту установки и расстоянию до защищающего объекта

Для каждой точки электрической сети, где устанавливаются трубчатые разрядники, учитываются следующие факторы, определяющие выбор трубчатого разрядника:

а) номинальное напряжение сети;

б) величина тока короткого замыкания в этой точке сети;

в) режим работы нейтрали сети;

г) разрядные характеристики защищаемой изоляции.

Величина тока короткого замыкания в той точке сети, где предполагается установить трубчатый разрядник, должна лежать внутри диапазона обрываемых токов, указанных на заводском щитке трубчатого разрядника.

Величина тока короткого замыкания в месте установки трубчатого разрядника зависит от:

а) мощности станций, которые питают место короткого замыкания;

б) времени с начала работы трубчатых разрядников;

в) электрической удаленности станций от места установки трубчатого разрядника, т. е. от величины сопротивлений элементов электрической цепи, включенных между станциями и местом установки трубчатого разрядника;

г) количества сработавших трубчатых разрядников (на одной, двух или трех фазах);

д) величины сопротивления заземления трубчатых разрядников при их срабатывании на одной фазе или на нескольких фазах, но на разных опорах.

Переходный процесс в сети при возникновении короткого замыкания длится около 2—3 сек. При этом че­рез 0,2—0,3 сек на величине тока короткого замыкания начинает сказываться действие автоматических регуляторов напряжения (АРН) генераторов. Так как трубчатые разрядники, как правило, отключают ток короткого замыкания за один-два полупериода, то действие АРН не учитывается. Рассматривается наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания, который имеет место через 0,01 сек.

Рис. 7-1. Кривые изменения тока короткого замыкания за первые 5—10 полупериодов.

1 — полный ток короткого замыкания; 2 — апериодическая составляющая тока к. з.; 3 — периодическая составляющая тока к.з.

На рис. 7-1 показаны кривые изменений тока короткого замыкания в точке, удаленной от источников питания, за время, равное полупериодам с момента его возникновения. Из рис. 7-1 видно, что кривая полного тока короткого замыкания (Iкз) в начале процесса в первые 4—5 полупериодов смещена относительно оси времени. Смещение обусловлено тем, что переход от нормального режима к режиму короткого замыкания в цепи, содержащей активное и индуктивное сопротивления, не может произойти мгновенно, а происходит постепенно. Магнитный поток индуктивности сцепленный с контуром электрического тока, обладает инерцией — при всяких изменениях он стремится остаться неизменным и при увеличении тока наводит э.д.с., направленную против этого тока. В начальный момент ток в цепи сохраняет свою величину благодаря появлению свободного тока с противоположным направлением что приводит к смещению полного тока относительно оси времени. Полный ток короткого замыкания может быть разложен на две составляющие:

а) свободный апериодический ток /а;

б) вынужденный периодический ток /п.

Трубчатые разрядники обычно отключают ток короткого замыкания при первом — втором переходе его через нулевое значение. Поэтому при выборе типа трубчатого разрядника по обрываемым токам нужно руководствоваться величиной действующего значения тока короткого замыкания в первый полупериод. (При этом верхний предел тока, обрываемого трубчатым разрядником, указанный на заводском щитке трубчатого разрядника, должен быть больше максимального действующего значения тока короткого замыкания (с учетом апериодической со­ставляющей) в той точке сети, где устанавливается данный трубчатый разрядник, а нижний предел—не больше минимального возможного в данной точке сети значения тока короткого замыкания (без учета апериодической составляющей). В практике для выбора трубчатых разрядников пользуются теми значениями токов короткого замыкания, которые даются расчетными отделами и группами настройки релейных защит и проверки аппаратуры высокого напряжения. Обычно для однофазного, двухфазного и трехфазного токов короткого замыкания определяются:

1) действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания при времени t=0 (время первого полупериода);

2) действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания при t = 0,1 сек (время действия отключающей аппаратуры);

3) действующее значение периодической составляющей установившегося тока короткого замыкания при t = 3—5 сек.

При выборе трубчатых разрядников учитывается режим работы нейтрали сети, в которой будут работать трубчатые разрядники. Для сети с изолированной или компенсированной нейтралью выбор трубчатых разрядников производится по наибольшему току двух- или трехфазного замыкания на землю. Для сети с заземленной нейтралью выбор трубчатых разрядников произво­дится по наибольшим токам однофазного и многофазного коротких замыканий на землю.

При выборе трубчатых разрядников для сети с изолированной нейтралью следует иметь в виду, что весьмамалые токи, соответствующие значениям тока однофазного замыкания на землю, трубчатыми разрядниками гасятся, хотя это и не указывается на их заводском щитке. На основании многолетнего эксплуатационного опыта можно считать, что трубчатые разрядники в сетях 6 и 10 кВ отключают емкостные токи до 80—90 А, а в сетях 20 и 35 кВ — до 15 А.

В сетях с заземленной нейтралью при срабатывании трубчатого разрядника на одной фазе, через него проходит ток однофазного короткого замыкания, величина которого, кроме сопротивления цепи до трубчатого разрядника, определяется также величиной сопротивления заземляющего устройства; Сопротивление заземления трубчатого разрядника в некоторых случаях может огра­ничить величину однофазного тока короткого замыкания настолько, что она окажется меньше тока нижнего предела трубчатого разрядника, и трубчатый разрядник не сможет его оборвать. Длительное горение дуги в трубчатом разряднике приведет к выгоранию газогенерирующей трубки трубчатого разрядника и к перекрытию по поверхности.

Приближенный расчет величины периодической составляющей однофазного тока короткого замыкания можно производить по формуле:

где U— линейное номинальное напряжение сети, кВ;R, X— активное и реактивное сопротивления одной фазы цепи короткого замыкания, Ом.

Рис. 7-2. Зависимость величины тока однофазного короткого замыкания ()и отношения полного тока трехфазного короткого замыкания к симметричной составляющей тока однофазного короткого замыкания от величины сопротивления заземления (R3) в месте короткого замыкания.

Точка А вблизи источника питания; точка Б удалена от источника питания.

Рис. 7-3. Зависимость величины сопротивления дуги в трубчатом разряднике 6 кВ от величины

обрываемого тока.

1 -полный ток к.з; 2 — периодическая составляющая тока к.з.

Рекомендуется выбирать следующие величины сопротивления заземления трубчатых раз­рядников:

1. Трубчатые разрядники, установленные на опорах линии электропередач, должны иметь величину импульсного сопротивления заземления около 10—20 Ом.

2. Трубчатые разрядники, установленные на опорах подходов линии электропередач к подстанции, должны иметь величину импульсного сопротивления заземления для средних грунтов не более 10 Ом.

3. Трубчатые разрядники, устанавливаемые на опорах подходов линий к подстанциям и станциям с вращающимися машинами, присоединенными к шинам данного номинального напряжения, должны иметь величину импульсного сопротивления заземления около 3—5 Ом.

При выборе трубчатых разрядников должно быть учтено их номинальное напряжение — оно должно лежать выше величины возможных внутренних перенапряжений. Пробивное напряжение трубчатых разрядников определяется величиной внешнего и внутреннего искровых промежутков. В электрическом отношении искровые промежутки представляют собой две последовательно включенные емкости, и приложенное напряжение распределяется обратно пропорционально величинам их емкостей. Определяющую роль в величине пробивного напряжения трубчатых разрядников играет величина внешнего искрового промежутка.

При выборе трубчатых разрядников в каждом конкретном случае должна проверяться надежность защиты путем сравнения вольт-секундных характеристик изоляции и трубчатых разрядников и согласовываться регулировкой внешних искровых промежутков трубчатых разрядников. После выбора величины внешнего искрового промежутка трубчатого разрядника проверяется надежность защиты путем сравнения вольт-секундной характеристики трубчатого разрядника и защищаемой им изоляции. Вольт-секундная характеристика трубчатого разрядника должна лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции не менее, чем на 25—30% своего разрядного напряжения. Обе вольт-секундные характеристики должны на всем протяжении идти параллельно и не иметь пересечений. За вольт-секундную характеристику изоляции принимается нижняя огибающая разбросов ее пробивных напряжений.

Поиск по сайту: