Электромагнитная совместимость оборудования линий электропередач с покрытыми изоляцией проводами

ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

УДК 44.29.29(31); 44.29.37

Ю.М.БОРОДЯНСКИЙ

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ С ПОКРЫТЫМИ ИЗОЛЯЦИЕЙ ПРОВОДАМИ

Представлена методика выбора ограничителей перенапряжения (ОПН) с учетом особенностей линий электропередач. Данная методика позволяет достичь необходимого уровня электромагнитной совместимости элементов оборудования воздушных линий с изолированными проводами. Выбор ОПН производится по нескольким параметрам, в том числе координируется по грозовым и коммутационным перенапряжениям. В трехфазных сетях особое внимание должно быть уделено кратковременным перенапряжениям. Правильность выбора ОПН по этому критерию обусловлена достоверностью оценки резонансных перенапряжений или вероятностью появления дуговых перенапряжений. Данная методика позволяет достичь необходимого уровня электромагнитной совместимости элементов оборудования линий электропередач.

The technique of a choosing of overvoltage terminators in view of features of electric mains is submitted. The given technique allows to reach a necessary level electromagnetic compatibility of elements of the equipment of air-lines with isolated wires. Choice is made on several parameters, including coordinated on storm and switching overvoltage. In three-phase networks the special attention should be given to short-term overvoltage. Correctness of choice by this criterion is caused by reliability of an estimation resonant overvoltage or probability of occurrence arc overvoltage. The given technique allows to reach a necessary level electromagnetic compatibility of elements of the electric mains equipment.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) -способность технических средств функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам и недопустимых электромагнитных воздействий на биологические объекты.

В данный момент в России, как и в Европе, действует своя система стандартов и сертификации. С введением новых стандартов практически вся электротехническая 94 _

продукция подпадает под обязательную сертификацию по ЭМС.

Воздушные линии (BJI) напряжением 6(10) кВ являются одним из основных элементов систем электроснабжения, при этом надежность их работы относительно сетей более высоких классов напряжений низка. Как показывает практика, 30-50 % отключений вызвано механическими причинами (падение опор, обрыв проводов под действием ветра и гололеда, вандализм) и около 50-70 % - электрическими. Последние часто

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 2

являются следствием грозовых атмосферных явлений.

Очевидна актуальность проблемы электромагнитной совместимости уровня изоляции и параметров устройств защиты (в том числе релейной) и сетевой автоматики на линиях электропередач (ЛЭП). Увеличение электрической прочности изоляции воздушных линий путем замены проводов на изолированные и их защита от коммутационных и грозовых перенапряжений с применением ограничителей перенапряжений существенно повышает надежность и уровень электромагнитной совместимости электрооборудования электрических сетей.

Грозовые перенапряжения, обусловленные ударами молнии в фазные провода, приводят к появлению в воздушной линии волн напряжения, распространяющихся по линии и достигающих подстанции. Амплитуда волн напряжения ограничена значением пробивного напряжения линейной изоляции ЛЭП. Грозовые волны, достигая подстанции, воздействуют на установленное там оборудование. Уровень внешней и внутренней изоляции оборудования станций и подстанций ниже уровня изоляции воздушных линий электропередач. Первоначально роль защитного аппарата выполнял простой искровой промежуток с пробивным напряжением ниже, чем уровень изоляции защищаемого оборудования, но его пробой требовал отключения короткого замыкания.

Следующим защитным аппаратом стал вентильный разрядник. В нем многократный искровой промежуток включается последовательно с нелинейным сопротивлением, обычно на основе карбида кремния. Остающееся напряжение на этом сопротивлении при номинальном разрядном токе 5-10 кА, 8/20 мкс принималось равным импульсному пробивному напряжению искрового промежутка. После ликвидации импульсного перенапряжения при наибольшем допустимом напряжении промышленной частоты, благодаря нелинейности сопротивления, протекающий через вентильный разрядник сопровождающий ток снижается до 100 А и гасится искровым промежутком при первом же прохождении через нулевое значе-

ние. Это обеспечивает защиту от импульсных перенапряжений.

Ограничители представляют собой разрядники без искровых промежутков, в которых активная часть состоит из металлоок-сидных нелинейных резисторов, изготавливаемых из окиси цинка (гпО) с малыми добавками оксидов других металлов (рис. 1).

Нелинейные ОПН с полимерной внешней изоляцией предназначены для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования подстанций и сетей переменного тока. Ограничители перенапряжений устанавливаются в сетях переменного тока частотой 50 Гц с изолированной нейтралью и подключаются через искровой промежуток параллельно (желательно каждому) изолятору. Конструктивно ограничители перенапряжений выполнены в виде заключенного в полимерную покрышку блока последовательно соединенных оксидно-цинковых резисторов.

М10

I ^

2 отв.

0100

058

Рис.1. Габаритный чертеж ОПН

Санкт-Петербург. 2003

ты на выводах ограничителя. При разм нии ограничителей в трехфазных сетя; стоположение ОПН играет решающую ] между фазой и землей, между нейгр трансформатора и землей, между фа: В зависимости от способа включения 1 определяется наибольшее напряжение, действующее на ОПН. В сетях с эффект заземленной нейтралью за наибольше< бочее напряжение принимается макс ил ное фазное рабочее напряжение сети, оно не известно, то необходимо испо. вать наибольшее рабочее напряжение или наибольшее напряжение оборудов; В сетях с изолированной нейтралью с компенсацией емкостных токов за большее значение напряжения приним< линейное напряжение сети.

В трехфазных сетях особое вним должно быть уделено кратковременныл ренапряжениям. Они наиболее часто nf ходят в несимметричных и неполнофа: режимах. Значения перенапряжений заЕ от большого числа различных факт (схема сети, вид установленного обору; ния и коммутационной аппаратуры, ре работы). Продолжительность в реме i перенапряжений зависит от вида и вре! работы релейной защиты по отключе режима повышенных напряжений (за! от повышения напряжений, защита от з каний на землю). Правильность вы ОПН по этому критерию обусловлена то верностью оценки резонансных пе{ пряжений или вероятностью появление говых перенапряжений (рис.2). Хараю стика T{t) показывает максимальный межуток времени, в течение кото к ОПН может быть приложено напряж промышленной частоты, превышающее

ь*

3

100 1000 10000 10( г, с

Рис.2. Характеристика «напряжение - время*

96 _

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 2

Краткость перенапряжений

Рис.3. Зависимость уровня дуговых перенапряжений от вероятности их появления

Зависимость уровня дуговых перенапряжений от вероятности их появления (рис.3) говорит о том, что кратность перена-

пряжений 3,0£/ф возникает с вероятностью не большей 0,05. Время существования наибольших перенапряжений, на основании экспериментальных исследований, составляет 2-3 с. Таким образом, с вероятностью 0,05 в сети возможно повышение напряжения до 3,0{/ф или 1,73Оф. Эти значения необходимо сравнить со значением Т по кривой рис.2 при t = 2-нЗ с.

Предлагаемая методика выбора ОПН разработана для защиты электрооборудования электрических и промышленных сетей 6-35 кВ, обеспечивает их надежную и безопасную эксплуатацию. В настоящее время применяется в сетях нефтедобывающих предприятий.

Научный руководитель д.т.н. проф. Б.Н.Абрамович

Санкт-Петербург. 2003