Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях

Введение - Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях

Оглавление
Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях
Введение
Параметры импульсных волн напряжения в месте удара молнии
Функции распределения амплитуд грозовых волн напряжения в месте удара молнии
Математическое ожидание числа грозовых волн напряжения на воздушной линии
Затухание грозовых волн напряжения
Функции распределения амплитуд волн напряжения, набегающих на подстанцию
Математическое ожидание числа срабатываний вентильных разрядников
Импульсные токи в вентильных разрядниках
Методика анализа и примеры расчета
Классы напряжения 35 и 110 кВ
Классы напряжения 220-750 кВ
Регистрация числа срабатываний и измерение параметров импульсных волн тока
Характеристики высоконелинейных керамических резисторов и ОПН

Вентильный разрядник — аппарат для защиты оборудования подстанций и линий электропередачи от перенапряжений — состоит из нелинейного резистора и искрового промежутка. Защитная функция вентильного разрядника проявляется с момента, когда под действием напряжения, превышающего определенный уровень, пробивается искровой промежуток разрядника и нелинейный резистор оказывается подключенным к сети высокого напряжения. Вследствие падения напряжения на сопротивлении, включенном последовательно с разрядником, и поглощения энергии нелинейным резистором перенапряжение на нем ограничивается заданным уровнем.
Описание конструкций и технические характеристики вентильных разрядников приведены в [7, 11], режимы работы вентильных разрядников при коммутационных перенапряжениях рассмотрены в [3, 4, 35, 36], схемы грозозащиты подстанций с применением вентильных разрядников описаны в монографиях [13, 18, 36].
Вентильные разрядники рассматриваемых классов напряжения от 35 кВ и выше, за редкими исключениями, устанавливаются на подстанции либо на отходящем конце воздушной линии (ВЛ).
Физическая картина явлений при ударе молнии на некотором расстоянии от подстанции представляется в следующем виде. При ударе молнии в линию на фазных проводах возникают импульсные волны. Максимальное значение волны напряжения и форма грозовых волн зависят от параметров разряда молнии и места, в которое молния ударила (в провод, в опору, трос или в заземленный объект вблизи линии). Возникновению импульсной волны на проводе может предшествовать перекрытие с троса или с опоры на провод (так называемое обратное перекрытие). В свою очередь грозовая волна на проводе может стать причиной перекрытия с провода на опору, на соседние фазы, на землю. При ударе молнии в провод напряжение импульсной волны может и не приводить к перекрытию изоляции линии. Последнее тем более вероятно, чем выше уровень импульсной прочности изоляции линии.

Независимо от того, сопровождается удар молнии перекрытием или нет, от места своего возникновения импульсные волны распространяются по линии в обе стороны. На пути к подстанции волны напряжения под действием короны и сопротивления земли, тросов и проводов деформируются и затухают. Затухание волн тем сильнее, чем выше напряжение и больше путь, пройденный волной.
Импульсная волна напряжения, набегая на подстанцию, преломляется и отражается в ее узловых точках. В предельном случае тупиковой подстанции с малой входной емкостью напряжение набегающей волны удваивается. По мере увеличения числа линий, подключенных к подстанции, и с увеличением входной емкости аппаратов подстанции перенапряжение и крутизна фронта преломленной волны уменьшаются.
При определенной амплитуде импульсной волны, набегающей на подстанцию, напряжение на разряднике достигает наибольшего значения, допустимого по условиям координации изоляции. Это то значение остающегося напряжения, при котором еще обеспечивается грозозащита подстанции и которая характеризует импульсный защитный уровень разрядника. Импульсный ток, протекающий через разрядник при этом напряжении, представляет собой номинальный ток разрядника. При импульсных токах в разряднике, превышающих номинальное значение, грозозащита подстанции не обеспечивается.
Еще 20—30 лет тому назад, пока классы напряжения были низкими, а уровни изоляции сравнительно с настоящим временем высокими, вентильные разрядники были достаточно просты по устройству, дешевы по стоимости и были способны пропускать относительно умеренные импульсные токи. С повышением номинального напряжения сетей и по мере уменьшения уровня их изоляции становятся противоречивыми технические требования, предъявляемые к разрядникам: увеличиваются импульсные токи, нормируемые для разрядников, и вместе с тем снижаются их защитные уровни. Эти требования не могут быть удовлетворены, если придерживаться прежнего подхода к выбору нормируемого импульсного тока, определявшегося по предельно возможной амплитуде волны напряжения, набегающей с линии на подстанцию. Для удовлетворения современных требований необходим вероятностный подход, который основывается на анализе фактических условий работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях. Такой подход принят при анализе условий работы ряда элементов энергетических систем (1, 2, 3). Применение вероятностных и статистических методов, которые позволяют учитывать совокупность явлений, влияющих на расчетные параметры, дает возможность полнее использовать внутренние ресурсы аппарата.
При рассмотрении режимов работы вентильных разрядников в условиях грозового перенапряжения необходимо считаться со следующим:
а.      Параметры разряда молнии и возможное место разряда молнии в линию заранее не могут быть определены, они носят случайный характер.
б.        На пути к подстанции грозовые волны напряжения затухают. Волны, возникшие на относительно отдаленном от подстанции расстоянии, на своем пути к ней снижают свою амплитуду в заметной степени; волны напряжения, возникающие вследствие близких ударов молнии, набегают на подстанцию с амплитудами близкими к первоначальным.

Рис. 1. Схема расчета
Следовательно, и амплитуды волн напряжения, набегающих с линии на подстанцию, и соответствующие им импульсные токи, протекающие в вентильных разрядниках, также являются случайными величинами. По этой причине выбор нормируемых импульсных токов разрядников должен быть сделан в результате изучения параметров статистического распределения амплитуд волн напряжения, набегающих с линии на подстанцию.

В настоящей книге используется статистический подход к анализу работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях (9). С помощью предложенного метода решаются следующие задачи:
а)     определение математического ожидания числа срабатываний вентильных разрядников,
б)     установление функции распределения импульсных токов, протекающих через разрядники,
в)     выбор нормируемых импульсных токов с заданной степенью надежности.

Ход решения поставленных задач схематически показан на рис. 1.
Предполагается известной грозопоражаемость линии: удельное число ударов молнии в линию (в провод, в защитный трос, в опору) и удельное число обратных перекрытий с опоры на провод. С учетом импульсной прочности изоляции линии устанавливается функция распределения амплитуд первоначальных волн напряжения в месте удара молнии. Далее исходя из затухания волн на ВЛ и функции распределения ударов молнии вдоль линии определяется закон распределения амплитуд волн напряжения, набегающих на подстанцию.
При известных параметрах вентильных разрядников и схемы подстанции с помощью этого закона устанавливается функция распределения амплитуд волн напряжения, вызывающих срабатывание разрядников, и функция распределения импульсных токов, протекающих в разрядниках. Наконец, исходя из определенного критерия надежности — среднего периода повторяемости импульсного тока — устанавливаются нормируемые импульсные токи разрядников.



 
« Разработка ВДК 10 кВ, 31,5 к А и номинальными токами 1600 и 3200 А   Ремонтные работы вблизи действующего оборудования »
электрические сети