Выбор, испытание и применение металлооксидных ОПН в сетях СН - Выбор ОПН

6.      Выбор ограничителей перенапряжений и определение Uc
Для того, чтобы ограничитель отвечал потребностям системы, при выборе максимального продолжительного рабочего напряжения Uc необходимо выполнить два условия:

1. Uc должно быть большим, чем величина рабочего напряжения промышленной частоты на выводе ограничителя;
2. Тх Uc должно быть большим, чем ожидаемое кратковременное перенапряжение на выводе ограничителя. Согласно Рис. 3, Т определена продолжительностью t кратковременного перенапряжения. Таким образом, в определении Т, t также должен приниматься во внимание. Из соображений безопасности будет использоваться преимущественно нижняя кривая с Рис. 3.

При выборе ограничителей в трехфазных сетях местоположение ограничителя играет решающую роль: между фазой и землей, между нейтралью трансформатора и землей или между фазами. Максимум рабочего напряжения на объединенных выводах ограничителей может быть рассчитан с помощью максимального межфазного напряжения Um. Если оно неизвестно, тогда Um должно заменяться наибольшим напряжением сети или наивысшим напряжением для электрического оборудования.
В трехфазных сетях особое внимание должно быть уделено кратковременным перенапряжениям UTOV. Они наиболее часто происходят при коротких замыканиях на землю. Их значения зависят от способа заземления нейтрали. Кроме того, важна система управления сетью, так как здесь регулируется продолжительность t кратковременного перенапряжения, которая через величину T(t), влияет на выбор Uc:

c - T(t)
6.1      Сети с компенсацией емкостного тока замыкания на землю или с изолированной нейтралью
В условиях короткого замыкания, напряжение на "здоровых" фазах увеличивается до значения U :
 

Uc > Um - для ограничителя между фазами и землей.
Напряжение нейтрали трансформатора может достигнуть максимума

Uc > -т|- - для ограничителя между нейтралью трансформатора и землей.
У каждой сети существуют индуктивность и емкость, образующие колебательные контура. Если их резонансная частота близка с рабочей частотой, тогда напряжение между фазой и землей может легко стать выше чем Um при однофазном замыкании на землю.
При управлении работой сети необходимо избегать возникновения таких резонансов. Если это невозможно, тогда должен быть выбран Uc соответствующей величины.
6.2     Сети с изолированной системой нейтрали и автоматическим отключением тока замыкания на землю

Кратковременные перенапряжения имеют ту же величину, что и в пункте 6.1. Однако раннее прекращение замыкания на землю способствует снижению Uc из-за фактора Т. Если, например, время замыкания сокращается до t=10 с, тогда, согласно Рис. 3, следует, что Т=1.25:
Uc > — р- - для ограничителя между фазой и землей;
Uc > — - для ограничителя между нейтралью трансформатора и землей.
6.3     Сети с системой глухо-заземленной нейтрали
(СЕ<1.4)
В сети этого типа имеется достаточно трансформаторов с заземленной, нейтралью, и в течение короткого замыкания фазное напряжение никогда не превышает 1.4 у. е. во всей системе (коэффициент замыкания СЕ<1.4). Следовательно: UTOV<1.4 Um/V3. Можно допустить, что время отключения замыкания равно t=3 с Из этого вытекает, что Т=1,28 и, следовательно:
для огРаничителеи между фазой и землей
Напряжение нейтрали незаземленных трансформаторов достигает максимума UTOV=0.4xUm:
04xU
Uc > - — — = 0.32 х Um - для ограничителей между нейтралью трансформатора 1.2 о
и землей

6.4     Сети с заземлением нейтрали
трансформатора, но имеющие
различный СЕ^1.4

Для ограничителей вблизи заземленных нейтралей трансформаторов Uc может быть выбрано согласно пункту 6.3 с СЕ<1.4, который применим также и здесь. Осторожность требуется, если ограничитель расположен в нескольких километрах от трансформатора, например, в месте отдаленного соединения между воздушной линией и выходом кабеля. Если грунт сухой или состоит из скальных пород, тогда оно имеет относительно высокое сопротивление. Это может привести к появлению на фазе, к которой подключен ограничитель, линейного напряжения. В этом случае рекомендуется, чтобы
Uc > -~- - для ограничителей между фазой и землей
Вообще говоря, защита от замыкания на землю отключает замыкание быстрее (t < 3s): поэтому Т=1.28.
При экстремальных условиях заземления, например, в пустынных областях, в случае отдаленного замыкания, протекает лишь небольшой ток замыкания. Если он не контролируется защитой, отключения не произойдет. Ограничители вблизи места замыкания в течение длительного периода времени будут находиться под напряжением Um. В таких случаях желательно выбрать Ur>U .

Помните: Если, как в вышеописанной сети, ограничитель расположен возле трансформатора с заземленной нейтралью, тогда допустимо Uc > 1.4 xUm /1.28 х л/3 . Рекомендуется, чтобы заемления ограничителей имели гальваническую связь с баком трансформатора, и эти связи должны быть как можно короче.
6.5     Сети с заземленною нейтралью и СЕ>1.4
Это касается сетей, которые заземлены через сопротивление так, что ток замыкания ограничен, например, 2-мя kA. В случае короткого замыкания напряжение на "здоровой" фазе возрастает до Um. При нейтрали, заземленной через активное сопротивление, напряжение может быть на 5% выше, чем Um. Если время отключения замыкания не превышает 10 с, тогда из этого следует что, с Т=1.25,

6.6     Ограничители между фазами (схема "Трезубец")
В специальных случаях, например, если трансформаторы установлены при дуговых печах, могут происходить коммутационные перенапряжения, которые недостаточно ограничить ограничителями между фазой и землей. В этом случае должны использоваться ограничители между фазами.

Uc > Um - для ограничителей между фазами.
Устройство защиты тогда состоит из 6 ограничителей: 3 между фазой и землей и 3 между фазами.
На Рис. 4 показан вариант расположения ОПН, который из-за конфигурации известен как схема "Трезубец". Она состоит из 4-х идентичных ограничителей. Два ограничителя последовательно соединены между фазами и землей и между фазами. Эта конфигурация обеспечивает защиту от перенапряжений между фазой и землей, а также между фазами. Однако эта схема имеет заметный недостаток по сравнению с вышеописанной конфигурацией из 6 ограничителей. В случае замыкания, например, в фазе ограничителя А1, ограничители А1 и А4 оказываются соединенными параллельно.
Так как ограничители под рабочим напряжением ведут себя подобно емкостям, все 4 ограничителя вместе создают асимметричную емкостную систему. Это приводит к достижению на ограничителях А2 и A3 значений напряжения, равных 0.662 X Um. Для всех 4 ограничителей Uc должно поэтому определяться как: Uc > 0.662 X Um. Уровень ограничения этого устройства, в котором всегда имеются два ограничителя, соединенные последовательно, такой же как для ограничителя с Uc > 1.324 X Um, в то время как конфигурация с 6-ю ограничителями удовлетворяет условию Uc > Um. Следовательно, уровень ограничения схемы "Трезубец" на 33 % выше, чем у конфигурации с 6-ю ограничителями.
а)                                                       b)                                                т

Рис. 4 Защита от перенапряжений между фазами и между фазой и землей.
Т: Трансформатор
а: схема защиты с помощью 6 ограничителей
b: схема "Трезубец"

Al, A2, A3, A4: четыре идентичных ограничителя с Uc> 0.662 X Um.
6.7     Рабочее напряжение
с гармоническими колебаниями
Гармонические токи порождают гармонические колебания при частотах рабочего напряжения. По этой причине возможно, что максимальное значение межфазного напряжения может быть большим, чем л/2 х Um. Если это различие составляет менее чем 5 %, тогда должно применяться и более высокое Uc, поскольку для ограничителей между фазой и землей Uc менее 1.05xUm/V3 , и менее 1.05 xUm для ограничителей между фазами. С другой стороны, если благодаря гармоникам увеличение напряжения составляет более 5 %, выбор Uc должен быть обсужден с поставщиком ограничителей. То же самое имеет силу для форм напряжения, которые часто наблюдаются вблизи тиристорных преобразователей (инверторов напряжения): скачки напряжения, пики поджига, асимметрия в двух полупериодах.