Выбор, испытание и применение металлооксидных ОПН в сетях СН - ОПН среднего напряжения ABB

10.    ОПН среднего напряжения производства фирмы ABB
10.1    Описание
Требования к ограничителям зависят от эксплуатационных режимов и типа электрического оборудования, которое нужно защитить. Именно поэтому ABB предлагает полный набор различных типов ограничителей для сетей СН. Конструкция, функции и характеристики различных типов широко описаны в [5]. В Таблице 3 собраны главные электрические характеристики для основного набора СН ограничителей производства ABB.

Таблица 3. Главные электрические данные для основного набора ОПН среднего напряжения производства ABB.
Ограничители для наружной установки типов MVB, MVK, MWB и MWA имеют корпуса с юбками. Корпуса для моделей MVB, MWB и MWA выполнены из фарфора. Внешняя часть других ограничителей выполнена из кремнийполимера, который непосредственно герметизирует активную часть. Модели MVD и MWD предназначены для использования внутри помещений и поэтому не имеют юбок (Рис. 10).

Рис. 10 Ограничители для сетей среднего напряжения
Тип.............................................. Корпус.................................. Установка
MWB................................... фарфоровый............ внутренняя и наружная
MWK......................................... силикон............. внутренняя и наружная
MWD......................................... силикон................................ внутренняя
Диаметр МО резисторов определяется поглощающей способностью номинальным разрядным током 1п. Специальные ограничители типа М содержат такие же резисторы как и ограничители для высокого напряжение. Эти ограничители устанавливают новый стандарт в сети СН, выдерживая самые тяжелые имеющиеся нагрузки, и в то же время гарантируют ни уровень ограничения перенапряжений. Непрерывное рабочее напряжение Uc СН ограничителей в Таблице 3 находится в диапазоне от 4 кВ до 3
В дополнение к вышеперечисленным типам ограничителей перенапряжений, ABB производит специальный ограничитель типа MVR. Его МО резисторы расположены в прочном корпусе из эпоксидной смолы. Номинальный разрядный ток 5 кА или 10 кА, Uc находится в пределах от 140 В до 6 Этот тип ограничителя, помимо других применений, используется в СН для защиты незаземленных кабельных оболочек.
10.2   Поглощающая способность и время охлаждения
Для того, чтобы ограничитель работал надлежащим образом, его поглощающая способность должна быть большей, чем ожидаемая энергия, выдерживаемая при различных сетевых процессах. Несколько примеров для  ограничителя в сети даются в Таблице 4. Самая высокая энергия   будет при импульсе большого тока (65 и 100 к А). Поэтому контроль нагрузок должен проводиться посредством специальных типовых испытаний.

За исключением типов ограничителей MWA, MWK и MWD, энергия нагрузки при испытании высоким импульсом тока находится выше гарантированных величин, обозначенных в Таблице 3. Гарантируемые величины имеют определенный запас и не являются пределом тепловой стабильности ограничителя. В то же время гарантируемые значения для поглощающей способности проверяются испытанием импульсом большого тока.

Таблица 4. Энергия нагрузки ограничителей для сетей СН.
Гарантируемая поглощающая способность для типов ограничителей MWA, MWK и MWD (Таблица 3) подтверждена прямоугольным импульсом тока нагрузки, аналогично испытаниям для высоковольтных ограничителей.
В любом случае, ограничители значительно нагреваются при прохождении слишком большого тока молнии. Между двумя такими нагрузками для ограничителя необходимо иметь адекватное время охлаждения. Это ограничение не имеет особой важности, поскольку вероятность того, что тот же ограничитель должен отразить второй, очень высокий импульс тока молнии за время охладительной паузы, слишком мала. По этой же причине испытательный образец разрешается охлаждать до 60 °С между импульсами тока во время типовых испытаний высоким импульсом тока.
Необходимое время охлаждения ограничителя зависит от температуры окружающей среды и величины рабочего напряжения. Оно увеличивается с температурой и напряжением. В наиболее неблагоприятных случаях, при температуре воздуха 45 °С и Uc применяются следующие значения:
•  Время охлаждения между двумя импульсами тока молнии (65 кА и 100 кА):
тип MWA - пауза не требуется; другие типы ограничителей - 75 минут

•  Время охлаждения между двумя энергетическими нагрузками согласно
Таблице 3:
тип MWA - 60 минут
другие типы ограничителей - 60 минут
10.3   Номинальный разрядный ток и
энергопоглощающая способность
В сетях СН ограничители с номинальным разрядным током 5 к А доказали, что на них вполне можно положиться. Именно поэтому рекомендованы к использованию основные типы MVB, MVK и MVD. Как можно заметить в Таблицах 3 и 4, поглощающая способность этих типов 1.5 кДж/кВ UC1 находится гораздо выше ожидаемых нагрузок в сети, если исключить критически высокие токи молнии. Они также контролировались бы ограничителями. Вероятность их возникновения чрезвычайно мала, так как они могут иметь место только в результате прямого попадания молнии в ограничитель.
На линиях с деревянными опорами даже очень отдаленные удары молнии также могут вызывать относительно высокий ток через ограничитель. Если U=3000 кВ - напряжение перекрытия линии на землю и Z=450 Ом - волновое сопротивление провода, то, как следует из уравнения (3), через ограничитель могут ожидаться токи молнии величиной до 13 к А. В ограничителях с 1п=5 кА этот ток вызывает остающееся напряжение, которое на 15 % выше Up. Это приводит к превышению уровня изоляции электрического оборудования. Если, например, оборудование расположено в конце воздушной распределительной линии длиной 10 км, оно будет подвержено воздействию повышенного напряжения один раз каждые три года. По этой причине ABB включает в ассортимент СН ограничителей типы MWB, MWK и MWD. Они имеют номинальный разрядный ток 10 к А.
Их применение рекомендуется в случаях, когда предъявляются высокие требования к нагрузке, безопасности рабочей системы и уровню ограничения перенапряжений. То есть:

1. в районах с повышенной грозовой активностью;
2. в районах, где применяются распределительные линии с железобетон
   ными или деревянными опорами и незаземленными траверсами;
3. для линий, к которым предъявляются экстраординарные требования я
   отношении оперативной безопасности;
4. для защиты двигателей, генераторов и кабелей;
5. в районах с высокой степенью промышленных загрязнений или
   ограничитель расположен в 1000 или менее метрах от океана.

В случаях, когда рекомендуются ограничители с током 10 к А, требуется i более высокая поглощающая способность. Именно поэтому эти ограничите ли имеют нагрузочную способность не менее 2,5 кДж/кВ Uc.

Особенности некоторого электрического оборудования, такого как:

1. дуговые печи,
2. большие батареи конденсаторов,
3. сверхдлинные кабельные трассы,
4. дорогостоящие вращающиеся машины -

могут требовать еще большую поглощающую способность. В таких случаях предпочтителен специальный тип MWA с 8 кДж/кВ Uc.
11.    Особенности условий эксплуатации 11.1    Мощность короткого замыкания в сети
Любой ограничитель может быть перегружен. Причиной этого являются большие ударные токи молний, большое количество многократных ударов молний [16, 17] или так называемые межсистемные перекрытия, что надо понимать как короткое замыкание между двумя различными уровнями напряжений.
При таком перекрытии напряжение на ограничителе в сети низшего уровня напряжения возрастает сверх допустимого предела. Перенапряжение такого рода вызывает перекрытие или пробой резисторов. В активной части ограничителя загорается дуга. Ток этой дуги определяется мощностью короткого замыкания сети.
В ограничителях с фарфоровым корпусом горящая электрическая дуга приводит к быстрому подъему давления газа в корпусе. Если ток короткого замыкания в сети не слишком высок, клапан сброса давления на ограничителе открывается прежде, чем будет достигнуто разрушающее давление корпуса. С другой точки зрения, если ток экстремально высок, не исключена возможность взрыва корпуса. Допустимый ток короткого замыкания системы, при котором будет функционировать устройство сброса давления ограничителя, составляет:
16 кА - для типа MVB 20 кА - для типа MWB 63 кА - для типа MWA.
Для ограничителей производства ABB с кремниеполимерным корпусом опасность разрушения в случае перегрузки не существует. Они не имеют воздушного пространства между активной частью и силиконовой изоляцией, а следовательно, и места для роста давления. В случае перегрузки, в корпусе появляются отверстия, что немедленно инициирует перекрытие по внешней изоляции.

11.2    Повышение температуры окружающей среды
Гарантированные значения для Uc действительны для температуры окружающей среды до 45 °С. Для ограничителей наружной установки принимают во внимание экстремальную солнечную радиацию (1.1 кВт/м2). Если имеются другие источники высоких температур около ограничителя, увеличение времени облучения также должно быть принято во внимание и, если необходимо, должно быть увеличено значение Uc. Если температура окружающей среды превышает 45 °С, Uc должно быть увеличено на 2 % для каждых 5 градусов повышения температуры.

11.3    Механическая прочность
СН ограничители производства ABB надежны в работе даже в областях с высокой сейсмической активностью. Ограничители в фарфоровом корпусе не рассчитаны на то, чтобы выполнять функции опорной изоляции. Конструкция высоковольтного вывода ограничителя типа MWA должна быть гибкой. Как будет видно в разделе 13.8, этот ограничитель рассчитан, чтобы противостоять серьезным ударным нагрузкам в основании ограничителя. Силиконовые ограничители из ABB могут также иметь и опорные функции. Для изгибающих усилий различаются кратковременные и эксплуатационные нагрузки согласно DIN 48113. Допустимая нагрузка зависит от высоты ограничителя и максимально допустимого момента нагрузки. Для кратковременных нагрузок она составляет 350 Nm и для непрерывных эксплуатационных нагрузок - 140 Nm.
11.4 Атмосферные загрязнения.
Силикон является лучшим изоляционным материалом, устойчивым к загрязнениям - главным образом потому, что он обладает водоотталкивающими свойствами. Силиконовые ограничители ведут себя более благоприятно в условиях сильных атмосферных загрязнений, чем ограничители в фарфоровом корпусе. Кроме того, силикон демонстрирует наилучшую способность к самоочищению. Загрязнения и пыль не могут крепко закрепиться на отталкивающем покрытии и полностью смываются дождем.
В областях экстремально высоких атмосферных загрязнений желательно использовать ограничители с повышенной длиной пути утечки по поверхности.
11.5    Адаптация корпуса ограничителя к работе
на больших высотах
Обычно СН ограничители производства ABB могут использоваться на высотах до 1800 м выше уровня моря. Выше этого уровня плотность воздуха снижается до такого предела, что запаса электрической прочности (по поверхности) корпуса ограничителя больше не достаточно, и возможны перекрытия по поверхности. В этом случае неизменные активные части ограничителя (с тем же уровнем ограничения перенапряжений) должны быть помещены в более длинный корпус с большей длиной перекрытия.

Для каждых 1000 м после 1800 м над уровнем моря длина корпуса должна быть увеличена на 12 %. Для примера, на высоте 3300 м над уровнем моря длина корпуса должна быть на 18 % больше, чем у нормального ограничителя.