Параметры ограничителей перенапряжения

1. Класс напряжения сети, для которой предназначен ОПН.

2. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение (U_нр) – наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено непрерывно к ОПН в течении всего его срока службы, и не приводит к повреждению или термической неустойчивости ОПН при нормированных воздействиях.

3. Номинальное напряжение ограничителя – действующее значение напряжения промышленной частоты, которое ограничитель может выдержать в течение 10 с в процессе рабочих испытаний. Номинальное напряжение должно быть не менее 1,25 U_нр.

4. Характеристика напряжение-время.

Нижняя линия соответствует ОПН, который был предварительно нагружен двумя прямоугольными импульсами.

5. Пропускная способность ОПН (I_пр) – максимальное значение (амплитуда) прямоугольного импульса тока длительностью не менее 2000 мкс, которое прикладывается к ограничителю в процессе испытаний на пропускную способность 20 воздействий.

6. Энергоемкость ограничителя – значение энергии, поглощаемой ограничителем в переходном процессе.

где W_уд.ОПН – удельная энергоемкость ОПН, кДж/кВ.

7. Нормированные импульсы тока.

Грозовой импульс тока – импульс тока 8/20 мкс при длительности фронта импульса в диапазоне от 7 до 9 мкс и длительности импульса в диапазоне от 18 до 22 мкс.

Крутой импульс тока – импульс тока с временем фронта 1 мкс и длительностью импульса не более 20 мкс.

Коммутационный импульс тока ограничителя с формой волны тока 30/60 мкс.

Импульс тока большой длительности (прямоугольный импульс) – прямоугольный импульс, длительностью 2000¸2400 мкс, который быстро возрастает до максимального значения, остается практически постоянным в течение этого периода времени, а затем быстро падает до нуля.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. Остающееся напряжение при нормируемом токе коммутационных перенапряжений – напряжение на ограничителе при нормируемом токе коммутационных перенапряжений с формой волны тока 30/60 мкс.

9. Остающееся напряжение при нормируемом токе грозовых перенапряжений – напряжение на ограничителе при протекании нормируемого тока грозовых перенапряжений.

10. Ток срабатывания противовзрывного устройства ограничителя – это значение тока однофазного или трехфазного (большего из них) короткого замыкания, при котором не происходит взрывного разрушения покрышки ограничителя или при ее повреждении разлет осколков ограничителя находится внутри нормируемой зоны.

УЗИП

Для низковольтных распределительных сетей предусмотрен термин «устройство защиты от импульсных перенапряжений», сокращение – УЗИП: «Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) – это устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и для отвода импульсов тока. Это устройство содержит по крайней мере один нелинейный элемент».

В качестве элементной базы для создания УЗИП, как правило, используют разрядники различных типов и оксидно-цинковые варисторы и полупроводниковые элементы.

Устройства, предназначенные для защиты от импульсных перенапряжений, как правило, сами нуждаются в дополнительной защите от временных перенапряжений (длительность которых превышает 10 мс, а амплитуда превышает значение 1,1U_н), в случае превышения ими максимального длительного рабочего напряжения, предусмотренного производителем. Защита осуществляется при помощи специальных устройств, к которым можно отнести, например, реле контроля максимального напряжения с функцией управления контактором.

Простой молниеотвод не в состоянии защитить дорогие электронные устройства подключенные к сети. Полная защита от импульсных перенапряжений может обеспечиваться только с помощью взаимодействия нескольких видов и уровней защиты.

Основными видами защиты от грозовых импульсных перенапряжений являются повторное заземление нейтрального провода на столбе на котором сделано ответвление от линии улицы к дому, крюков, кронштейнов на столбах линии, контур заземления (не путать с локальным очагом заземления для повторного заземления), система уравнивания, выравнивания потенциалов, многоступенчатая УЗИП.

Широкое распространение получила трехступенчатая УЗИП. Каждая ступень которой отличаются уровнем поглощаемой и, или спускаемой (канализируемой) в землю мощности и величиной остаточного напряжения после ограничения. Остаточное перенапряжение каждого уровня не должно превышать допустимый уровень на который рассчитаны последующие ступени и подключенные устройства.

1. Нулевая ступень, буферная защита, класс 0, класс А, тип 0, уровень 0.

Остаточное импульсное перенапряжение на выходе около 6 кВ.

Защита от импульсных перенапряжений ответвлений ВЛ при прямых ударах молнии. Устанавливается на опорах ВЛ.

2. Первая ступень, предварительная, грубая защита, класс I, класс В, тип 1, уровень 1.

Остаточное импульсное перенапряжение на выходе 4-2,5 кВ.

Защита от импульсных перенапряжений ввода электрического питания при прямых ударах молнии в здание, систему молниезащиты или воздушную линию питания. Очень рекомендуется при воздушном вводе, а при наличии молниеотвода установка обязательна. Устанавливается в специальном железном ящике вблизи ввода в здание или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ), или главном распределительном щите (ГРЩ).

3. Вторая ступень, средняя защита, класс II, класс C, тип 2, уровень 2

Остаточное импульсное перенапряжение на выходе 2,5-1,5 кВ.

Защита от коммутационных импульсных перенапряжений распределительных щитов и аппаратов защитного отключения и как вторая ступень защиты при прямом ударе молнии и как первая ступень при косвенном ударе молнии (внутри облака, между облаками, в находящиеся вблизи объекты или непосредственно в землю). Устанавливаются в распределительные щиты.

4. Третья ступень, тонкая защита, класс III, класс D, тип 3, уровень 3

Остаточное импульсное перенапряжение на выходе 1,5-0,8 кВ.

Защита электроприборов потребителей от остаточных импульсных перенапряжений и фильтрации высокочастотных помех, располагается в конечных распределительных щитах или, что лучше, не посредственно возле электроприборов. Желательно чтоб от приборов находилось на расстоянии не более 5 метров, а при наличии молниеотвода как можно ближе к электроприборам, так как ток в спусках молниеприемников расположенных снаружи здания индуцирует импульс перенапряжения в электропроводке.

Выпускаются УЗИП следующих типов:

УЗИП Тип 1 предназначены для защиты при прямом попадании молнии в защищаемое здание и обеспечивают замыкание на землю импульсов тока высокого напряжения при сохранении эквипотенциальности заземления. Ими рекомендуется оснащать установки, для которых существует опасность прямого попадания молнии (т.е. оборудованные системами молниезащиты или соединенные с воздушными линиями электропередачи). Данные УЗИП должны устанавливаться на вводе в здание в одном распределительном щите.

УЗИП Тип 2 предназначены для безопасного замыкания на землю импульсов тока при удаленном ударе молнии или при переключениях в системе электропитания. Они не предназначены для защиты от прямого попадания молнии, как устройства Тип 1, но по сравнению с ними обеспечивают меньший уровень защитного напряжения. УЗИП Тип 2 рекомендуется устанавливать на вводе электроустановок, для которых не существует опасности прямого попадания молнии или использовать как вторую ступень защиты, устанавливая после устройств Тип 1.

Выбор ОПН

Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение.

На подстанциях в нормальном режиме допустимое напряжение U_нр не должно быть более, чем 1,2 U_ном в сетях 3-20 кВ, 1,15 U_ном – на подстанциях 35 кВ, – в сетях 110, 220 кВ и – в сетях 330 кВ и – в сетях 500-750 кВ.

При выборе ОПН для установки в нейтрали трансформаторов 110, 220 кВ можно считать, что на ОПН нейтрали действительно может воздействовать напряжение частотой 50 Гц не более

Для определения расчетной величины рабочего напряжения ограничителей необходимо знать величину максимального допустимого рабочего напряжения U_нр и зависимости К_в = U/U_нр (из вольт-секундной характеристики ОПН). Если длительность ОЗЗ ограничивается:

Если температура окружающей среды превышает 45°С, то U_нр.ОПН повышают на 2% каждые 5°С.

Например, необходимо определить расчетную величину длительного рабочего напряжения на ограничителе ОПН, установленного в городской кабельной сети 35 кВ. Время поиска и ликвидации замыкания одной фазы на землю 2 часа. В этом случае U_нр = 1,15× U_ном = 1,15×35 = 40,5 кВ. Расчетное время t = 2×60×60 = 7200 с, коэффициент К_В = 1,23 и U_нр.ОПН = U_нр / К_В = 40,5 / 1,23 = 32,9 кВ. По данному параметру можно выбрать ОПНп-35/550/37-10-III(IV)-УХЛ1 «Полимер-аппарат».

Выбор по номинальному разрядному току.

В случае установки ОПН для защиты от грозовых перенапряжений разрядный ток принимают 5 кА.

Разрядный ток принимают равным 10 кА в следующих случаях:

· в районах с интенсивной грозовой деятельностью более 50 грозовых часов в год;

· в сетях с ВЛ на деревянных опорах;

· в схемах грозозащиты двигателей и генераторов, присоединенных к ВЛ;

· в районах с высокой степенью промышленных загрязнений или если ОПН расположен в 1000 или менее метрах от моря;

· в схемах грозозащиты, к которым предъявляются повышенные требования по надежности.