|
|
||
Статьи |
||
|
|
||
 |
|
|
|
Повышение эффективности и надежности эксплуатации нелинейных ограничителей перенапряжений
Заместитель технического директора по научной работе ЗАО «ФEНИКС-88» к.т.н. Заболотников А.П. 
Статья опубликована в журнале «Территория НЕФТЕГАЗ», №11, 2006 г. Для обеспечения надежной эксплуатации электрооборудования необходимо обеспечить на его изоляции уровни ограниченных перенапряжений, не превышающие уровень электрической прочности изоляции, гарантированный величиной испытательных напряжений. Самый низкий уровень электрической прочности имеет изоляция высоковольтных электродвигателей. Эффективное ограничение перенапряжений на изоляции электродвигателей можно обеспечить с помощью ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН). Следует отметить, что ОПН не имеют последовательных искровых промежутков и через его нелинейные элементы — варисторы — постоянно протекает ток, нелинейно зависящий от величины прикладываемого напряжения. С ростом величины прикладываемого напряжения снижается допустимое время его приложения. Ограничители перенапряжений не предназначены для ограничения временных (квазистационарных) перенапряжений, но эти временные повышения напряжения обязательно должны учитываться при выборе параметров ОПН. Для более глубокого ограничения перенапряжений требуется снижение остающегося напряжения варисторов, комплектующих ОПН. При прочих равных условиях (неизменная конструкция ОПН, неизменный диаметр варисторов и т.п.), снижение остающегося напряжения при определенном расчетном значении разрядного тока ведет к снижению устойчивости ограничителя к временным повышениям напряжения. К характерным временным перенапряжениям для сетей классов до 35 кВ следует отнести повышение напряжения на неповрежденных фазах при однофазных металлических замыканиях на землю. Кроме этого распространенным видом временных перенапряжений в рассматриваемых сетях с емкостным током до 2 А являются феррорезонансные колебания в контуре, образованном фазными емкостями сети и индуктивностью обмотки трехфазных трансформаторов напряжения типа НТМИ. Подкачка энергии в эту систему связанных нелинейных контуров может происходить в любой из фаз сети, в зависимости от соотношения угловой фазы свободных нелинейных колебаний и угловых фаз э.д.с. источника. А это соотношение, в свою очередь, определяется начальными условиями развития колебаний. Колебания могут возникнуть от возмущения в сети, вызванного кратковременной или длительной несимметрией («клевок» однофазного замыкания, перегорание предохранителя и т.п.). Типичная схема сети приведена на Рис. 1. 
Рис.1. Типичная схема насосной станции Анализ перенапряжений проводился с помощью математической модели, реализованной в виде программы. Корректность используемой математической модели для анализа переходных процессов неоднократно подтверждалась сравнением расчетов с данными эксперимента (например [1]), которое показывало хорошее количественное и качественное соответствие. Пример устойчивых феррорезонансных колебаний приведен на Рис. 2. Видно, что первая гармоника колебаний напряжения на нейтрали составляет 25 Гц, а амплитуда близка к амплитуде фазного напряжения источника. Амплитуда напряжений на фазах близка в удвоенному значению фазного напряжения источника. 
Рис.2. Пример устойчивых феррорезонансных колебаний в сети 10 кВ. Масштабы: время — 20 мс/дел., напряжение по отношению к амплитуде фазного напряжения — 1 о.е./дел., ток — 1 А/дел. Кроме воздействия на ОПН указанные процессы опасны для трансформаторов напряжения из-за больших значений токов через обмотку ВН. Так для примера на Рис. 2 действующее значение тока через фазу обмотки ВН превышает 0,4 А. Подавить феррорезонансные колебания можно включив в рассечку треугольника дополнительной обмотки трансформатора НТМИ подобранного резистора с сопротивлением порядка 25 – 100 Ом или путем заземление нейтрали сети через высокоомное сопротивление (см. Рис. 3). 
Рис.3. Подавление феррорезонансных колебаний путем подключения резистора в рассечку треугольника (а) и путем заземления нейтрали через высокоомный резистор (б). Масштаб: 20 мс/дел. Вариант заземления нейтрали сети через высокоомное сопротивление предпочтительнее, так как позволяет не только предотвратить развитие феррорезонансных колебаний, но и снизить амплитуду перенапряжений, сопровождающих горение перемежающейся дуги (однофазные дуговые замыкания на землю). Характерные осциллограммы фазных напряжений, напряжения на нейтрали, токов в обмотке ВН трансформатора напряжения (ТН) типа НТМИ и токов через ОПН приведены на Рис. 4. Еще в работе [2] было показано, что определяющими при выборе ОПН для защиты изоляции вращающихся машин при изолированной нейтрали являются воздействия при горении перемежающейся дуги. 
Рис. 4. Ограничение перенапряжений при горении перемежающейся дуги. Масштабы: время — 2 мс/дел., напряжение по отношению к амплитуде фазного напряжения — 1 о.е./дел., ток ТН — 1 А/дел., ток ОПН — 50 А/дел. Видно, что при каждом повторном зажигании дуги через ОПН проходит импульс разрядного тока сравнительно небольшой энергии. Однако суммарная энергия серии импульсов может приводить к недопустимому разогреву варисторов ограничителя. В зависимости от режима горения дуги энергетической нагрузке может подвергаться как один из ограничителей на неповрежденных фазах сети, так и оба. Заземление нейтрали сети через высокоомный резистор, подобранный надлежащим образом, позволяет снизить амплитуду перенапряжений при дуговых замыканиях (см. Рис. 5), а в ряде случаев резко сократить длительность горения перемежающейся дуги. 
Рис. 5. Процессы при горении перемежающейся дуги для случая заземления нейтрали через высокоомный резистор. Масштабы: время — 2 мс/дел., напряжение по отношению к амплитуде фазного напряжения — 1 о.е./дел. Таким образом, заземление нейтрали сети через высокоомный резистор существенно повышает надежность ОПН за счет исключения эксплуатационных воздействий при дуговых замыканиях на землю. Это, в свою очередь, позволяет глубже ограничить перенапряжения на изоляции электрооборудования, что особенно важно для сетей, содержащих вращающиеся машины. Необходимо напомнить, что ограничители перенапряжений должны подключаться на стороне коммутируемого присоединения относительно выключателя. Наилучший вариант подключения — непосредственно на зажимах защищаемого объекта. При отсутствии такой возможности ограничитель может устанавливаться в ячейке выключателя. В случае подавления опасных кратностей перенапряжений при дуговых замыканиях на землю, а также исключения возможности возникновения устойчивых феррорезонансных колебаний определяющими для выбора ОПН становятся повышения напряжений при однофазных металлических замыканиях на землю. Алгоритм учета воздействия временных перенапряжений при выборе параметров ОПН приведен в [3]. Интегральным показателем устойчивости ОПН к временным перенапряжениям является номинальное напряжение Ur. При известных значениях величин и длительностей временных перенапряжений (Ui и ti), воздействующих за время порядка 2 минут, значение номинального напряжения ОПН может быть определено из выражения
Если значение перенапряжения U можно считать постоянным в течение времени его воздействия τ, то выражение (1) примет вид:
Если воздействие временных перенапряжений может быть больше двух минут, необходимо обращаться к характеристике «напряжение — время», которая предоставляется изготовителем ОПН. Выводы:
Литература:
|
 |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
