Выбор ограничителей перенапряжений

Ограничители перенапряжений нелинейные с металлооксидными нелинейными резисторами (далее варисторами) предназначены для зашиты от коммутационных и грозовых перенапряжений изоляции электрооборудования переменного тока частоты 50 Гц для электроустановок с номинальным напряжением до 660 В. Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ограничителей перенапряжений к защищаемому оборудованию. Ограничители перенапряжений обладают следующими преимуществами:

• глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений, высокий уровень защиты, который не зависит от крутизны и полярности входного импульса;

• отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;

• простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;

• стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;

• способностью к рассеиванию больших энергий;

• стойкостью к атмосферным загрязнениям;

• малыми габаритами, весом и стоимостью.

В зависимости от области применения все ограничители перенапряжений можно разделить на пять видов:

1. Для защиты кабельных отводов воздушных линий электропередачи — решение, широко применяемое при подключении новых потребителей электрической энергии. В этом случае ограничители перенапряжений исполняют роль не только защиты устройств конечного потребителя, но также защищает кабель от последствий перенапряжений.

2. Для защиты присоединений воздушных линий электропередачи и элементов электроэнергетической сети. Установка ОПН гарантирует защиту устройств конечного потребителя, а также препятствует распространению волны перенапряжения по элементам сети.

3. Для защиты трансформаторов и выходных цепей НН распределительных устройств.

4. Для защиты концов воздушных радиальных линий НН.

5. Для защиты точек ответвлений воздушных линий НН.

При выборе защитных устройств на оксидно-цинковых варисторах необходимо обращать внимание на следующие параметры:

1. Номинальное напряжение (класс напряжения) ограничителя. Это номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен ОПН.

2. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение на ограничителе (максимальное рабочее напряжение). Это наибольшее

действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть длительно (в течение всего срока службы устройства) приложено к выводам ОПН. Это напряжение должно быть не ниже наибольшего рабочего фазного (амплитудного) напряжения сети, для работы в которой предназначен ОПН.

3. Классификационное напряжение ограничителя. Это действующее значение напряжения промышленной частоты, которое прикладывается к ограничителю для получения классификационного тока. Обычно классификационный ток находится в пределах от 0, 05 до 1, 0 мА на один квадратный сантиметр площади варистора (для одноколонкового ограничителя).

4. Номинальный импульсный разрядный ток. Это значение испытательного грозового импульса тока (обычно формы 8/20 мкс), при котором определяется защитный уровень ОПН и который используется для классификации ОПН. По этому параметру производится координация других характеристик ограничителя, а также норм и методов его испытаний. Номинальный импульсный разрядный ток ОПН должен пропустить без существенного изменения параметров 20 раз.

5. Максимальный импульсный ток. Это значение испытательного грозового импульса тока (обычно формы 8/20 мкс). который устройство может пропустить один раз и не выйти из строя.

6. Остающееся напряжение. Это максимальное значение падения напряжения на ограничителе при протекании через него импульса тока.

7. Уровень защиты. Это значение остающегося напряжения при протекании через варистор ограничителя номинального импульсного тока разряда.

8. Время срабатывания оксидно-цинковых варисторов обычно не превышает 25 мс.

Существует ряд других параметров, которые тоже учитываются при выборе варисторов: ток утечки, максимальная энергия, выделяемая на варисторе, ток срабатывания предохранителей (для ЗУ со встроенными предохранителями).

ЗАНЯТИЕ 22

Выбор ТТ

Трансформатор тока служит для преобразования измеряемого первичного тока I₁ во вторичный I₂.В установках высокого напряжения (U_НОМ > 1000 В) ТТ изолирует цепь измерительных и защитных устройств от цепи высокого напряжения. Схема включения ТТ приведена на рис. 22.1, а. Первичная обмотка ₁ включается в цепь последовательно с нагрузкой Z₁. Начало вторичной обмотки присоединяется к нагрузке Z₂. При замене нагрузки Z₁ или размыкании цепи нагрузки включается контакт К для того, чтобы избежать режима разомкнутой вторичной обмотки, который для ТТ является аварийным режимом.

Рис. 22.1. Схема включения ТТ

Для ТТ:

1. Номинальное напряжение ТТ U_H₀_M U_HOM_.С, где U_HOM_{. С} — номинальное напряжение сети. В сети с заземленной нейтралью к ТТ приложено фазное напряжение, а в сети с изолированной нейтралью может быть приложено линейное напряжение (если произошло замыкание одной фазы на землю).

2. Частота тока, указанная на щитке, должна соответствовать частоте сети. Для трансформаторов с U_ном 20 кВ, I_1ном = 3000 А и f = 50 Гц допускается работа при частоте до 500 Гц. При этом сопротивление нагрузки может быть удвоено по сравнению с сопротивлением при частоте f = 50 Гц при сохранении класса точности.

3. Номинальный первичный ток ТТ берется в соответствии со шкалой токов, рекомендованной ГОСТ. Если ток установки не соответствует этой шкале, то берется трансформатор с ближайшим большим током. Значительное превышение номинального первичного тока ТТ по сравнению с током установки ведет к повышению погрешности.

4. Электродинамическая и термическая стойкости должны удовлетворять следующим условиям:

динамическая стойкость

k_дин i_у/ I_1ном,

где *k_дин — коэффициент электродинамической стойкости; i_у — амплитуда ударного тока короткого замыкания сети; I_1ном — действующее значение номинального первичного тока;

термическая стойкость

I t_k I t_T

k_Т— коэффициент термической стойкости, равный I_Т /I_1номпри времени стойкости t_T; I_к — действующее значение тока КЗ при времени его действия t_k Если выбранный ТТ удовлетворяет п.З, но не проходит по п.4, то необходимо либо взять ТТ на больший первичный номинальный ток, либо перейти на другой тип ТТ, имеющий более высокую cтойкость к токам короткого замыкания. В первом случае увеличивается погрешность в номинальном режиме.

5.Класс точности ТТ выбирается в зависимости от назначения. Трансформаторы, предназначенные для питания счетчиков электроэнергии, должен иметь класс точности не ниже 0, 5. Допускается для этой цели

использование ТТ класса точности 1, 0, но при условии, что фактическая погрешность соответствует классу 0, 5 (благодаря пониженной вторичной нагрузке). К этим трансформаторам не предъявляется требование высокой предельной кратности. Иногда даже полезно насыщение магнитопровода для уменьшения термического и электродинамического воздействия на измерительные приборы.

6. Трансформатор, предназначенный для систем защиты от коротких замыканий, должен иметь погрешность, обеспечивающую устойчивую работу релейной защиты. Для оценки работы ТТ в этом режиме используются кривые предельной кратности.

При заданной вторичной нагрузке Z₂ предельнаz кратность трансформатора должна быть выше расчетной кратности т_РАСЧ (отношение тока короткого замыкания, при котором срабатывает защита, к номинальному току ТТ). Трансформаторы, комплектуемые для дифференциальной защиты, должны иметь одинаковую предельную кратность при сквозном токе короткого замыкания. Значение т_РАСЧ зависит от принципа действия защиты.

Сопротивление нагрузки Z₂ должно быть не более Z_{2 НОМ} и для простейшей однофазной схемы включения ТТ, Ом,

Z₂ = ,

где — суммарное реактивное сопротивление всех приборов нагрузки, Ом; — суммарное активное сопротивление приборов нагрузки, Ом; R_КОНТ = 0, 05-1 Ом — сопротивление контактных соединений; R_пров — сопротивление проводов, Ом.

Сечение соединительных проводов при данной длине l, м, определяется из выражения

q = l/ R_пров,

где q — сечение провода, м; — удельное сопротивление проводов, мкОм.

Обмотки тока всех приборов фазы соединяют последовательно.

По условиям механической прочности сечение медных проводов должно быть не менее 1, 5 мм, а алюминиевых — не менее 2, 5 мм².

При соединении ТТ в трехфазные группы по различным проводам протекают различные токи. Поэтому для расчета сечения соединительных проводов необходимо выбрать такой режим, при котором нагрузка на ТТ получается наибольшей.

7. При использовании встроенных ТТ, имеющих несколько магнитопроводов с обмоткой, часто возникает необходимость увеличения либо допустимой вторичной нагрузки ТТ (велика длина соединительных проводов), либо вторичного тока в нагрузке до номинального значения (из-за

того, что номинальный ток установки значительно ниже первичного тока трансформатора).

В первом случае вторичные обмотки соединяются согласно-последовательно. Если соединяются два ТТ последовательно, то вторичная ЭДС возрастает в 2 раза, что дает возможность увеличить в 2 раза нагрузку Z₂. Соединяемые ТТ должны быть однотипными и иметь одинаковые вторичные токи, равные номинальному току нагрузки.

Во втором случае вторичные обмотки соединяются согласно-параллельно. Ток в нагрузке равен сумме вторичных токов ТТ. Внутренние и внешние параметры параллельно соединяемых ТТ должны быть одинаковыми.

Встроенные ТТ могут иметь вторичную обмотку с отводами. Изменяя число вторичных витков, можно изменять номинальный коэффициент трансформации. При уменьшении числа вторичных витков обмотки вторичный номинальный ток увеличивается. Следует отметить, что в том случае, когда используемая часть вторичной обмотки неравномерно располагается по магнитопроводу, возникает сопротивление рассеяния вторичной обмотки, которое может быть соизмеримо с ее активным сопротивлением. При уменьшении числа вторичных витков погрешность ТТ возрастает.

ЗАНЯТИЕ 23

Выбор ТН

Трансформатор напряжения служит для преобразования измеряемого первичного напряжения U₁во вторичное напряжение U₂ значение которого удобно для измерения (100 или 100/ , В). В установках высокого напряжения (и_ном> 1000 В) ТН изолирует цепь измерительных и защитных устройств от цепи высокого напряжения. Схема включения однофазного ТН представлена на рис. 23. Предохранители FU₁ и FU₂ защищают сеть высокого напряжения от повреждений

Рис. 23.1. Схема включения однофазного ТН

первичной обмотки ТН. Предохранители FU₃ и FU₄ (или автоматы защищают ТН от повреждений в нагрузке V. Для ТН:

1. Номинальное напряжение первичной обмотки ТН должно быть равно номинальному напряжению установки U_{НОМ ТН} = U_{НОМ УСТ} (для систем с изолированной нейтралью). Для систем с заземленной нейтралью номинальное напряжение первичной обмотки должно быть равно фазовому напряжений установки.

2. Для питания счетчиков электроэнергии используются ТН класса 0, 5. Для щитовых приборов используются ТН классов 1, 0 и 3, 0. Требования кТН со стороны низкого напряжения диктуются релейной защитой и мощностью потребляемой измерительными приборами.

3.Нагрузка должна равномерно распределяться по всем трем фазам. Суммарная нагрузка не должна, превышать значение, указанное в каталоге при требуемом классе точности.

4. Сечение проводников, соединяющих ТН и приборы, выбирается таким, чтобы падение напряжения на них не превышало 0, 5% U_2НОМ, где U_2НОМ - номинальное напряжение вторичной обмотки. Дм обеспечения механической прочности сечение медного кабеля должно быть не менее 1, 5 мм , алюминиевого — 2, 5 мм . Медный кабель используется в установках с номинальным напряжением U_НОМ 220 кВ.

5.Для защиты ТН от повреждений в цепи на грузки во вторичную цепь включается автоматический выключатель или предохранитель. Номинальный ток защитных аппаратов равен току нагрузки.

Для защиты сети от повреждений в первичной обмотке ТН устанавливаются кварцевые предохранители типа ПКН. Номинальное напряжение предохранителя выбирается равным номинальному напряжению трансформатора.

7. ТН можно использовать как силовой трансформатор. Предельная мощность указана в каталожных данных. При предельной мощности температура трансформатора достигает предельного значения.

Типовое обозначение ТН:

НТМИ — трехфазный, с естественным масляным¹охлаждением, с обмоткой для контроля изоляции сети.

НОЛ — однофазный, с литой изоляцией. Оба вывода первичной обмотки изолированы.

ЗНОЛ — однофазный, с литой изоляцией. Один вывод первичной обмотки изолирован, второй заземлен.

НОМ — однофазный, с естественным масляным, охлаждением. Оба вывода первичной обмотки изолированы.

ЗНОГ — однофазный, с газовой изоляцией. Один вывод первичной обмотки заземлен, второй изолирован.

НКФ — каскадный, залитый трансформаторным маслом, в фарфоровой покрышке.

НДЕ — емкостный делитель напряжения с последующим понижением напряжения электромагнитным трансформатором ТН.

ЗАНЯТИЕ 24

Расчёт контактов аппаратов

Пример 1. Контакты образованы двумя торцами медных цилиндров с диаметром d=0, 03 м. Определить контактное нажатие при длительном токе 1000 А и токе КЗ 30 кА. Температура окружающей среды ₀=40°С.

Необходимое контактное нажатие, Н, если исходить из длительного режима работы, по (3.10)

где = 1000 А; теплопроводность меди λ = Вт/( ); В=2, 42х10^-8 (В/°С)²; HV — число твердости по Виккерсу, равное Па [18.2];

к_т = 12Вт/( ) (табл. 2.1).

Температура тела контакта

Т₀ = + 273 + ;

;

p = d = 0, 03 = 9, 45 ;

Согласно 3.2. Т_К - Т₀ = 5 – 10 К;

Необходимое контактное нажатие с учетом тока КЗ согласно (3.12) ; Торцевой контакт, образуемый касанием торцов двух стержней, может рассматриваться как пальцевый несамоустанавливающийся контакт. Согласно табл. 3.2 к₂=1300, следовательно,

;

Таким образом, данная система при контактном нажатии 382< 3340 Н неустойчива при КЗ. Если во конструктивным соображениям контактное нажатие нельзя увеличить до 3440 Н, то надо либо переходить на розеточную или многопальцевую контактную систему, либо заменить медь на металлокерамику.

Так, при использовании металлокерамики КМК-Б21 усилие 510 Н достаточно при ударном токе 76, 6 кА.

Пример 2. Определить необходимое давление серебряных одноточечных контактов. Длительный ток 10 А. Ток КЗ 100 А,

Для надежной работы контактов согласно (3.8)

R_К 0, 5 U_К1

< 0, 5£ / _м.

Для серебра при U_К1 =0, 09 В (табл. 3.1), U_{К ДОП} =0, 045 В; R_К =0, 045/10=0, 0045 Ом.

Для одноточечного контакта при R_K=k₁/ ^1/2 [формула (3.3)], k₁= 0, 006 (§ 3.1) =(k₁/ R_K) =(0, 006/0, 045) =1, 68 Н.

Для ориентировочного расчета можно принять, что условия неприваривания для серебряных контактов такие, же, как и для медных, так как физические параметры материалов достаточно близки:

= 255 A; k₂= 1300 (табл. 3.2); = 255²/(169-10⁴*) = 0, 0378 Н.

Поскольку контактное нажатие по номинальному току =1, 68 Нбольше контактногонажатия, определяемого по току КЗ = 0, 0378 Н, то выбираем нажатие =1, 68 Н.

ЗАНЯТИЕ 25

Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 11 12 Следующая