Разработка технических требований к ОПН для защиты нейтрали трансформаторов 6-220 кВ.
Квазистационарные перенапряжения в нейтрали силовых трансформаторов.
В эксплуатации в настоящее время защита изоляции нейтрали от перенапряжения в основном осуществляется с помощью вентильных разрядников.
Вентильный разрядник, установленный в нейтрали трансформатора, должен обеспечить защиту изоляции нейтрали от грозовых перенапряжений и выдержать без разрушения воздействия внутренних перенапряжений.
Определим максимально возможный уровень квазистационарных перенапряжений, возникающий в нейтрали.
Приведенные выше исследования полнофазных и неполнофазных режимов работы сети показывают, что в нейтрали трансформатора уровень квазистационарных перенапряжений не превышает значения 0,5 и может продолжаться от полпериода промышленной частоты до времени ликвидации неполнофазного режима. Феррорезонансные перенапряжения, возникающие в сети, имеют кратность более Uф и существуют до ликвидации этого режима. Учитывая небольшую вероятность феррорезонансных перенапряжений, их не следует принимать как определяющими для выбора вентильного разрядника или нелинейного ограничителя нейтрали. Поэтому в качестве длительно воздействующего на защитный аппарат напряжения принимаем, с учетом возможного повышения напряжения в сети до 1,15U, величину, равную 0,575xUф.
При ударе молнии в линию, в сети возникает однофазное короткое замыкание и может произойти срабатывание вентильного разрядника, установленного в нейтрали трансформатора. Перенапряжения, возникающие при этом в рамках этой работы не исследовались. Однако обзор литературы показывает, что при однофазных коротких замыканиях на линии в нейтрали трансформатора возникают перенапряжения, равные значению фазного напряжения. Следовательно, после прохождения через разрядник тока грозового режима, разрядник обязан погасить дугу сопровождающего тока при напряжении на нем, с учетом возможного повышения на 15%, равном 1,15-Uф.
Таким образом, можно сформулировать два основных принципа выбора вентильных разрядников по воздействию внутренних
перенапряжений:
-длительно допустимое напряжение на разряднике — 0,575·Uф;
-напряжение гашения при номинальном напряжении разрядника по ГОСТ 16357- 83 -1,15-U.
Так, например, комбинация разрядников РВС-35 и РВС-15 для защиты нейтрали трансформаторов 110 кВ имеет Uдоп=0,7-Uф и Uгаш = 0,92-Uф Следовательно, в эксплуатации происходит разрушение
этого аппарата из-за невозможности погасить сопровождающий ток после воздействия грозового импульса при однофазных коротких замыканиях, а также при феррорезонансных явлениях.
После выбора разрядника по воздействию внутренних
перенапряжений необходимо проверить его по условию способности защищать изоляцию от грозовых перенапряжений. Необходимо, чтобы остающееся напряжение на разряднике (Uocm) при максимально возможном импульсном токе не превышало допустимого уровня перенапряжений на изоляции для грозового воздействия.
Вентильные разрядники для установки в нейтрали, как отмечалось, работают в облегченных условиях: импульсный ток через них ограничен большим по величине эквивалентным импульсным сопротивлением трансформатора и не более 1,6-2 кА. Поэтому за ток координации по грозовым воздействиям для этих разрядников можно принять ток 3 кА - минимальное значение импульсного тока, приведенного в ГОСТ.
Выбранные по этим условиям комбинации вентильных разрядников для защиты облегченной (110-210 кВ) и полной (6-35 кВ) изоляции нейтрали трансформаторов приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1
Вентильные разрядники для защиты изоляции нейтрали
Для защиты трансформаторов с полной изоляцией нейтрали можно использовать те же комбинации разрядников по номинальному напряжению с заменой разрядников серии РВМ на РВС.
Феррорезонансные перенапряжения, которые могут возникнуть в сети, опасны не только для разрядников в нейтрали, но и для облегченной изоляции нейтрали. Разрядник ограничивает эти перенапряжения, но при этом разрушается. Поэтому необходимо обеспечить защиту как изоляции нейтрали, так и разрядника от феррорезонансных перенапряжений. Наиболее эффективным способом такой защиты будет заземление нейтрали трансформатора. На рис. 5.1 предложена схема такого устройства, которая содержит делитель напряжения С1-С2, реле напряжения ΡΗ1 и РН2, реле времени РВ, промежуточное реле РП для пуска короткозамыкателя КЗ.
Рис. 5.1. Схема защиты изоляции нейтрали трансформатора от перенапряжений
Цепочка ΡΗ1-ΡΒ-ΡΠ-КЗ рассчитана на защиту разрядников, установленных в нейтрали, от длительного воздействия феррорезонансных перенапряжений при двухфазном режиме. Согласно приведенным ранее расчетам, амплитуда феррорезонансных перенапряжений в двухфазном режиме изменяется в пределах от Uф до 1,75-Uф, но в этих же пределах изменяется и амплитуда перенапряжений, возникающих при однофазных коротких замыканиях и действий АПВ.
Для того, чтобы отстроится от ложных срабатываний при АПВ, учитывая, что время действия АПВ в этих сетях не превышает 5-10 с, а вентильные разрядники в течение 20 мин. могут выдерживать напряжение, равное 1,15 -Uφ, необходимо на реле РП иметь уставку, равную 1,15·Uф /К (где К - коэффициент деления делителя С1-С2) и уставку реле РВ, равную 15 с. Таким образом, при всех кратковременных превышениях уровня напряжений в нейтрали более 1,15-Uф, с длительностями менее 15 с, нейтраль трансформатора будет сохранять свой режим.
При однофазном режиме работы линии с трансформатором и при феррорезонансном режиме возможно возникновение перенапряжений в нейтрали трансформатора от 1,75·Uф до 2,5-Uф, что недопустимо как для ее вентильных разрядников, так и для изоляции нейтрали. Следовательно, такой режим должен полностью исключаться. Реле РН2 имеет уставку 1,75xUф и при возникновении в сети однофазного феррорезонанса немедленно закорачивает нейтраль трансформатора.
Отмеченное остается в силе для трансформаторов 6-35 кВ с изолированной или резонансно-заземленной нейтралью. Однако в этом случае последовательно с короткозамыкателем должно быть включено активное сопротивление порядка 1 кОм. В качестве такого «гасителя» могут быть использованы бетэловые сопротивления.
Таким образом, использование предлагаемых вентильных разрядников в сочетании со схемой защиты обеспечивает абсолютную защиту изоляции нейтрали трансформатора и разрядников от всех видов перенапряжений, возникающих в процессе эксплуатации трансформатора с изолированной нейтралью.
В настоящее время для защиты нейтрали трансформаторов 110-220 кВ и дугогасящих реакторов 6-35 кВ все чаще применяются нелинейные ограничители перенапряжений. Поэтому приведенные выше выводы относительно вентильных разрядников остаются в силе и для этих новейших защитных аппаратов.
