Защитные аппараты и устройства

Принцип действия защитного аппарата состоит в том, что он предотвращает появление на электрической установке импульсов перенапряжений, опасных для её изоляции, и не препятствует работе установки при номинальном рабочем напряжении.

ПЗ - промежуток защиты.

↑ – вольт-секундная характеристика (зависимость разрядного напряжения от времени воздействия)

1 – вольт-секундная характеристика защищаемого аппарата

2 – в-с хар-ка защитного промежутка

 

Защитные аппараты, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающегого тока в течение времени, меньше чем время действия РЗ, получили название защитных разрядников.

 

Защитные аппараты:

1) Защитные промежутки

Конструктивно ЗП выполняются в виде стержневых электродов, создающих резко неоднородное электрическое поле.

 

Переход импульсного тока при пробое защитного промежутка

в устойчивую дугу может сопровождаться аварийным отключением электрической установки или участка эл. сети. Для повышения надежности эл. снабжения ЗП устанавливаются лишь на тех участках сети, которые оборудованы устройством АПВ.

Значение расстояния между электродами ЗП для различных напряжений приведены в соответствующих таблицах.

В установках до 35 кВ ЗП имеют небольшую длину. Во избежание их случайного замыкания (например птицами☺) в заземляющих спусках защитных промежутков создаются дополнительные искровые промежутки.

Это предотвращает пробой ЗП, если там произошло замыкание.

Электроды ЗП в установках 3-10 кВ целесообразно выполнять изогнутой формы, то есть:

 

т.к. под действием эл. динамических сил и теплых потоков воздуха дуга растягивается и может погаснуть. Самопогасание дуги между электродами изогнутой формы происходит при токе дуги не превышающим 300 А:

Простота и дешевизна стержневых промежутков определяет их широкое применение в сетях низких классов напряжения.

На ЛЭП высокого и сверх высокого напряжений применяют специальные меры по ограничению перенапряжений, поэтому в таких линиях стержневые промежутки могут применяться только в качестве координирующих, то есть для ограничения максимального значения набегающего на ПС импульса перенапряжения при грозовых или коммутационных перенапряжениях.

 

 

2) Трубчатые разрядники.

Основа – пластмассовая труба

- защитные промежутки

1 – трубка из газогенерирующего материала

2 – внутренний стержневой электрод

3 – кольцевой электрод

- внутренний дугогасящий промежуток

- внешний искровой промежуток

Защитное действие трубчатого разрядника характеризуется вольт-секундной характеристикой и сопротивлением заземления.

Вольт-секундная хар-ка определяет напряжение срабатывания разрядника, а сопротивление заземления – остающееся на разряднике после его срабатывания импульсное напряжение.

В-с хар-ка зависит от длины внешнего и внутреннего промежутка в разряднике. Длина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определённых пределах.

Длина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит.

При воздействии на разрядник импульса перенапряжения оба промежутка пробиваются и происходит ограничение импульса перенапряжения. Под действием высокой температуры канала дуги в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление возрастает.

Дуга гасится при первом прохождении тока через 0.

Срабатывание разрядника сопровождается выхлопом раскалённых газов и шумовым эффектом.

Для успешного гашения дуги необходимо достаточно интенсивное газогенерирование в трубке, которое зависит от проходящего через разрядник тока.

Поэтому имеется нижний предел токов, который надёжно отключается трубчатым разрядником. При больших токах замыкания слишком интенсивное газообразование может привести к чрезмерному давлению и разрыву трубки, поэтому для трубчатых разрядников устанавливается верхний предел отключения тока при котором гашение дуги ещё не сопровождается механическим разрушением разрядника.

При установке РТ в сети, необходимо проверить соответствие токов замыкания в точке установки, диапазону отключаемых разрядником токов.

Трубчатые разрядники РТФ имеют фибробакелитовую трубку.

Разрядники типа РТВ имеют трубку из винипласта.

В маркировке трубчатых разрядников указывают номинальное напряжение и диапазон отключаемых токов, например:

РТФ110/0,8-5 (разрядник трубчатый фибробакелитовый на напряжение 110 кВ с пределами отключаемых токов 0,8-5 кА).

В результате многократной работы разрядника внутренний канал дугогасящей трубки разрабатывается. При возрастании внутреннего диаметра трубки на 20-25% трубчатый разрядник подлежит замене или перемаркировке.

Минусы – крутая в-с хар-ка и наличие зоны выхлопа не позволяет использовать трубчатый разрядник для защиты оборудования ПС.

Основное их применение – защита релейных подходов к ПС, а также защита маломощных ПС на напряжение 3-10 кВ и участков пересечения линий различных номинальных напряжений.

3) Вентильные разрядники

Служат для защиты эл. оборудования ПС. Основными элементами ВР является многократный искровой промежуток и соединённый последовательно с ним резистор с нелинейной ВАХ. В конструкции также есть многократный искровой ……. и сопротивление.

При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении резистора. Благодаря нелинейной ВАХ это падение напряжения мало меняется при существующим изменении тока.

 

У разрядника есть зона, когда напряжение практически не меняется при изменении тока.

Одной из основных характеристик РВ является остающееся напряжение при определённой величине тока (ток координации)

Остающееся напряжение должно быть на 20-25% ниже пробивного напряжения защищаемой изоляции.

Вслед за импульсным током через РВ проходит сопровождающий ток промышленной частоты. Сопротивление нелинейного резистора резко возрастает. Сопровождающий ток уменьшается и при переходе его через 0 дуга в наибольших искровых промежутках гаснет. Напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надёжно обрывается сопровождающий ток, называется напряжением гашения, а соответствующий сопровождающий ток – током гашения.

Основу нелинейного резистора разрядника составляет порошок эл.-тех. карборунда SiC. На поверхности карборунда имеется запорный слой толщиной порядка 100 мкм из окиси кремния SiO2, сопротивление которого нелинейно зависит от напряжённости эл. поля.

Свойство материала резко менять свое сопротивление в зависимости от напряжения, обеспечивая пропускание очень больших токов при высоких напряжениях и весьма малых при пониженных, называют «вентильным». Отсюда и название аппарата: вентильный разрядник.

Прохождение больших импульсных токов вызывает остаточные явления в материале нелинейного резистора, поэтому РВ имеет определённую пропускную способность, характеризующуюся гарантированным числом импульсов тока с заданными параметрами, которое может выдержать резистор.

На искровые промежутки РВ возлагается подключение нелинейного резистора при перенапряжениях и его отключение при прохождении сопровождающего тока.

Искровые промежутки бывают:

· С неподвижной дугой

· С магнитным гашением дуги

ВР делятся на 4 группы. Наилучшими защитными свойствами обладают РВ группы I, имеющие наименьшие значения остающегося напряжения.

К IV группе относятся разрядники серий РВП (подстанционный) и РВО (облегчённый, для защиты сельских сетей) на напряжение 3-10 кВ.

К III группе относятся разрядники серий РВС (станционный). Они применяются для защиты эл. оборудования напряжением 15-220 кВ.

Магнитно-вентильные разрядники на напряжение 3-35 кВ составляют серию РВМ (магнитный), а на напряжения 110-500 кВ – серию РВМГ (магнитный, грозовой). Они относятся ко II группе.

К I группе относятся разрядники серий РВТ (токоограничивающий) и РВРД (с растягивающейся дугой).

Комбинированные вентильные разрядники серии РВМК предназначены для ограничения как грозовых, так и внутренних перенапряжений в системах 330-750 кВ.

 

4) Нелинейные ограничители перенапряжений

Основной недостаток вентильных разрядников связан с тем, что резисторы на основе карборунда обладают срав­нительно невысокой нелинейностью. Снижение защитного отношения РВ достигается ценой значительного усложне­ния искровых промежутков, которые в разрядниках I груп­пы принимают на себя часть напряжений гашения.

Разработанные ещё в СССР и за рубе­жом резисторы на основе окиси цинка обладают значитель­но большей нелинейностью, чем резисторы на основе кар­борунда. Это позволило создать новый тип защитного ап­парата — нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН).

Преимуществами ОПН являются возможность глубоко­го ограничения перенапряжений, в том числе междуфазных, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, большая пропускная спо­собность.

Уровень ограничения коммутационных перенапряжений с помощью ОПН составляет (1,65÷1,8) Uф. Уровень огра­ничения грозовых перенапряжений составляет (2,2÷2,4) Uф в сетях 110 кВ и снижается до 2Uф для линий электро­передачи 750 кВ.

В ОПН отсутствует искровой промежуток. Это и плюс, и минус аппарата.

«-» — нелинейный резистор включается непосредственно на Uн электроустановки. Если напряжение повышается (при регулировании напряжения), то ОПН начинает работать, когда не должен. Эти превышения длительные (аппарат рассчитан на несколько импульсов тока) → разогрев → выход из строя.

Длительные воздействия резонансных перенапряжений, связанные с прохождением через ОПК больших токов, могут нарушить тепловую устойчивость аппарата и привести к аварии. В связи с этим для ОПН установлены допустимые длительности приложения напряжения, которые должны быть скоординированы с действием релейных защит.