Реферат: Ф. Х. Халилов д т. н профессор, П. В. Журавлев к т. н., И. В. Шевцов. Санкт-Петербург,2005

Вопросы перенапряжений и их ограничения в сетях низкого, среднего и высокого напряжения электрифицированных железных дорог России.

Ф.Х.Халилов д.т.н. профессор, П.В.Журавлев к.т.н., И.В. Шевцов. Санкт-Петербург,2005.

Введение

      Жизнь практически всех стран мира немыслима без электрифицированной железной дороги, на которую падает значительная часть грузоперевозок и передвижения населения, в том числе населения России. Предпочтение электрифицированной железной дороги объясняется, прежде всего, ее экологической чистотой. Однако электрифицированная железная дорога требует строительства соответствующих электрических линий, распределительных устройств (подстанции глубокого ввода), выпрямительных (тяговых) распределительных устройств, а также в ряде случаев собственных электростанций. Естественно, это приводит к некоторому нарушению электромагнитной совместимости между электрифицированной железной дорогой, техносферой и биосферой [1.2]: Строительство электрических сетей требует зону отчуждения под линии и подстанции, строительство выпрямительных агрегатов и контактных сетей приводит к серьезной электрокоррозии подземной коммуникации и т.д. Несмотря на отмеченные негативные стороны, в любом случае, у электрифицированного транспорта в балансе «техносфера – биосфера» негативное влияние сказывается меньше, чем у обыкновенного транспорта в виде устройств внутреннего сгорания.

При эксплуатации электрифицированной железной дороги на изоляцию различных электрических элементов (линии, подстанции, электрические машины, устройства сигнализации и блокировки, нетяговые объекты и др.) воздействуют длительное рабочее напряжение, а также кратковременные внешние и внутренние перенапряжения. Из внешних перенапряжений важное значение имеют перенапряжения при ударах линейной молнии, из внутренних перенапряжений – выбросы напряжения при коммутациях различных элементов подстанций глубокого ввода, тяговых подстанций, контактных сетей и подвижного состава. Вследствие этих перенапряжений изоляция либо повреждается сразу, либо стареет раньше гарантированного срока эксплуатации, выходит из строя. Как будет показано дальше, но не во всех узлах сложной системы электроснабжения электрифицированной железной дороги предусмотрена система глубокого ограничения перенапряжений, возникающих в эксплуатации.

Далее в технической записке анализируются перенапряжения в сетях тяги на переменном и постоянном токах, даются рекомендации по глубокому ограничению перенапряжений, разрабатываются предварительные технические требования к основным средствам защиты от перенапряжений, показывается потребность электрифицированной железной дороги России в этих средствах. Система электроснабжения объектов различных классов напряжения электрифицированной железной дороги.

1.1. Схема электроснабжения потребителей ж/д

  Схематично система электроснабжения электрифицированного транспорта, в зависимости от способа питания, рода тока и других влияющих факторов, приведена на рис. 1.1. Как видно из рисунка, электрифицированный транспорт подразделяется на электрифицированную железную дорогу и безрельсовый электротранспорт. Последний нашел широкое распространение в виде троллейбусов.

Электрифицированная железная дорога включает поезда дальнего следования (пассажирские и грузовые), электропоезда (электрички), метрополитен и трамваи. Последние два вида электротранспорта работают при напряжении до 750 В, электрички и поезда дальнего следования – при постоянном токе с напряжение до 3 кВ и при переменном токе от 15 до 27,5 кВ.

Система электроснабжения троллейбусов, трамваев и метрополитена включает в себя линии переменного тока 6 или 10 кВ (в основном кабельного исполнения), трансформаторы 6/0,5 или 10/0,5 кВ, соответствующие выпрямительные установки и фильтры.

Более сложную структуру имеет система электроснабжения электрифицированной железной дороги (рис.1.2).

По линиям 110 – 220 кВ (в редких случаях от собственных электростанций) электроэнергия поступает в энергохозяйство (подстанции глубокого ввода 110 – 220 кВ) электрифицированной железной дороги.

Далее электроэнергия к объектам электрифицированной железной дороги поступает различными путями в зависимости от рода тока. Если тяга на постоянном токе, то на тяговой выпрямительной подстанции напряжение воздушных линий 110 – 220 кВ снижается приблизительно до 2,5 кВ, выпрямляется, сглаживается и при постоянном напряжении 3,0 (3,3) кВ передается по контактной сети, откуда питается подвижной состав. При этом вторым полюсом системы электроснабжения являются рельсы.

Если тяга на переменном токе, то имеют место три способа электропитания подвижного состава:

-    - при напряжении 27,5 кВ (25 кВ) переменного тока частотой 50 Гц;

-    - при напряжении 2х25 кВ переменного тока (с отсасывающими автотрансформаторами) частотой 50 Гц;

-    - при напряжении 15 кВ переменного тока частотой 162/3 Гц или 25Гц.



Рис 1.1 Классификация электрифицированного транспорта

 



Рис.1.2. Блок-схема системы электроснабжения электрифицированных железных дорог.

 Далее внутри электроподвижного состава напряжение 15,25 (27,5) кВ переменного тока снижается примерно до 2,5 кВ, выпрямляется и передается к тяговым электродвигателям.

Для получения 15 – 25 кВ напряжение энергосистем на тяговых подстанциях снижается с помощью соответствующих трансформаторов, имеющих неординарные системы вторичных обмоток, обеспечивающих симметрию в сети.

И, наконец, для нетяговых объектов (сигнальные устройства, трансформаторы собственных нужд, депо, ремонтные заводы, поселки и др.) применяются различные системы от 220 В до 35 кВ.

В заключение отметим, что тяговые подстанции на постоянном токе обслуживают участок дороги с протяженностью до 18-20 км, переменном токе 27,5 кВ до 40-50 км, переменном токе 2х25 кВ – до 80-100 км.

^ 1. 2. Аварийность в электрических сетях различных классов напряжения электрифицированной железной дороги

  Сети электрифицированной железной дороги условно могут быть подразделены на сети низкого напряжения (0,22 и 0,38 кВ), сети среднего напряжения (2,5-35 кВ) и высокого напряжения (110-220 кВ). Грозовые повреждения изоляции электрооборудования и линий в сетях среднего и высокого напряжения имеют место при ударах молнии на питающие воздушные линии, на конструкции тяговых подстанций, провода контактных сетей различных классов напряжения (независимо от рода тока), в сетях низкого напряжения – при переходе грозовых (импульсных) волн через трансформаторы связи 10/0,4 или 6/0,4 кВ, индуцировании в сетях сигнализации, управления и блокировки при между облачных разрядах молнии и при ее ударах на другие возвышенные объекты вблизи этих сетей.

При существующих средствах и мероприятиях по защите от перенапряжений, показатель надежности грозозащиты (число лет безаварийной работы в расчете на один объект) сетей низкого, среднего и высокого классов напряжения электрифицированной железной дороги, по данным анализа опыта эксплуатации, составляет невысокую величину (таблица 1.1.) и не отвечает требованиям надежности различных объектов железной дороги.

Таблица 1.1.

Показатель надежности грозозащиты объектов высокого, среднего и низкого классов напряжения.

Объект

Номинальное напряжение, кВ

Показатель надежности грозозащиты, лет

Требуемый показатель надежности грозозащиты, лет

Подстанции

220

1000

более 1500

Подстанции

110

700

1000

Подстанции

35

400

800

Подстанции, контактная сеть

27,5

300

500

Подстанции, контактная сеть

2х25

300

500

Подстанции, контактная сеть

15

120

300

Подстанции

10

100

250

Подстанции

6

80

200

Подстанции, контактная сеть, подвижный состав

3(постоянный ток)

60

150

Цепи сигнализации, контроля и блокировки

НН

20

100

Невысока также надежность работы изоляции электрооборудования электрифицированной железной дороги при внутренних перенапряжениях. По данным [3] и собственному анализу автора технической записки на тяговых подстанциях постоянного тока 3 кВ на 100 объектов установленного оборудования на выходы из строя (в год) приходится 1,15 выпрямителей, 0,89 разрядников постоянного тока, 2,6 сглаживающих устройств. На тяговых подстанциях переменного тока 27,5 кВ и 2х25 кВ аварийность несколько ниже: выходы составляют 0,26 выключателей, 0,06 компенсирующих устройств, 0,13 трансформаторов и др.

На изоляцию электрооборудования тяговых подстанций, контактных сетей и подвижного состава воздействуют дуговые и коммутационные, а в ряде случаев, феррорезонансные перенапряжения. Показатель надежности защиты от этих перенапряжений несколько ниже, чем требуется эксплуатацией (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Показатель надежности защиты от внутренних напряжений

Объект

Номинальное напряжение, кВ

Показатель надежности грозозащиты, лет

Требуемый показатель надежности грозозащиты, лет

Подстанции

~220

800

1500

Подстанции

~110

500

1000

Подстанции

~35

400

800

Подстанции

~27,5

25

350

Подстанции

~25

25

350

Подстанции

~15

25

350

Подстанции

~10

50

250

Подстанции

~6

3

200

Подстанции

3(постоянный)

20

150

Цепи сигнализации, контроля и блокировки

НН

20

100

^ 1. 3. Современное состояние защиты электрических сетей НН, СН и ВН ж/д от перенапряжений

  Электрические сети электрифицированной железной дороги состоят из подстанций и линий воздушного и кабельного исполнения. Основная часть электрооборудования электрических сетей главным образом сосредоточена на подстанциях и имеет несамовосстанавливающиеся изоляции. Воздушные линии, в том числе провода контактных сетей, наоборот, имеют самовосстанавливающуюся изоляцию и поэтому от их повреждения негативные явления значительно меньше, чем ущербы при выходе из строя подстанционного оборудования.

Мероприятия по грозозащите электрооборудования сведены к надежной защите подходов линий к подстанциям (уменьшение угла защиты грозозащитных тросов, сопротивления заземления опор и т.д.), самой подстанции, самой подстанции от прямых ударов молнии с помощью выбора оптимального числа и места установки стержневых молниеотводов и защиту от волн, набегающих с линий, в основном, с помощью вентильных разрядников. В настоящее время подстанции 6, 10, 110, 150 и 220 кВ переменного тока защищены в основном вентильными разрядниками I, II, III и IY групп (серии РВМГ, РВС, РВРД, РВО, РВП [4,5]; подстанции постоянного тока – трубчатыми [6-9] и роговыми разрядниками, а также вентильными разрядниками типа РВМУ-3,3; РВПК – 3,3 и РВПКН – 3,3; подстанции 15, 25 и 27,5 кВ разрядниками типа РМ-15, РВ-25 и РВС-35; выпрямители тяговых подстанций – ограничителями типа КСОН-5, КСОН-2-5 на номинальное напряжение 400 – 2000 В, а также КСОН-10 и КСОН-2-5 на напряжение 1000 – 2000 В.

Что же касается защиты сетей НН, СН и ВН от внутренних перенапряжений, то она сведена к схемным мероприятиям в сетях 110/220 кВ, в ряде случаев установке дугогасящих реакторов в сетях 6-35 кВ. В названных сетях до последнего времени не применялись аппаратные способы защиты от внутренних перенапряжений. Из-за ограниченной пропускной способности вентильных разрядников, во избежание их разрушения, эти защитные аппараты специально отстроены от большинства внутренних перенапряжений.

^ 1. 4. Постановка задачи защиты электрических сетей от перенапряжений

 

Обзор современного состояния защиты сетей 0,22-220 кВ электрифицированной железной дороги показывает следующие особенности.

Потребители электрифицированной железной дороги по роду тока, величине синхронной частоты и номинальному стандартному напряжению отличаются от таковых «большой энергетики» и промышленных предприятий.

Вместе с тем эти сети спроектированы, построены и эксплуатируются на базе основных документов энергетики России (и бывшего СССР), то есть ПТЭ и ПУЭ, которые не учитывают специфики электрифицированной железной дороги.

При современных способах защиты от перенапряжений сети до 220 кВ переменного тока имеют достаточно высокий показатель надежности (1000-1500 лет), в то же время остальные элементы переменного и постоянного токов имеют аналогичные показатели, которые ниже технико-экономически приемлемой величины.

Сети всех классов напряжения электрифицированной железной дороги, независимо от рода тока, номинального напряжения и т.д. практически не имеют защиты от внутренних перенапряжений. Здесь лишь имеют место общепринятые схемные мероприятия, в то же время в эксплуатации на изоляцию электрооборудования и линий могут воздействовать опасные по величине, ширине охвата сети и повторяемости дуговые, коммутационные и феррорезонансные перенапряжения.

В связи с отмеченным, основными задачами настоящей технической записки являются:

-  анализ импульсных и внутренних перенапряжений, возникающих в сетях низкого, среднего и высокого напряжения электрифицированной железной дороги;

-   выбор оптимального варианта защиты упомянутых сетей от перенапряжений;

-   разработка технических требований к современному средству защиты – нелинейным ограничителям перенапряжений всех классов напряжений, необходимых для установки в электрических сетях электрифицированной железной дороги;

-   разработка технических условий эксплуатации ОПН, при которых их поврежденность будет минимальна.

^ 2. Улучшение защиты электрооборудования от перенапряжения

2.1. Глубокое ограничение грозовых перенапряжений

Глубокое ограничение импульсных (грозовых) перенапряжений может быть достигнуто двумя путями:

а) разработки и внедрения новых схем грозозащиты с лучшими показателями надежности, чем это рекомендуется ПУЭ и ПТЭ;

б) с помощью применения защитных аппаратов с характеристиками лучшими, чем характеристики вентильных разрядников.

Новой схемой грозозащиты со значительным повышением показателя надежности является каскадная схема грозозащиты, подробно описанная в [10]. Однако эта схема для своей реализации требует установки на подходе каждой линии по одному трехфазному комплекту защитных аппаратов, что в настоящее время нереально из-за финансовых трудностей.

Как отмечалось выше, грозозащита подстанций, а, следовательно, всех видов электрооборудования может быть улучшена путем улучшения защитных характеристик основных защитных аппаратов – вентильных разрядников. Однако это может привести к росту сопровождающих токов частотой 50 Гц и к ухудшению дугогасящих характеристик, наиболее слабых элементов вентильных разрядников – искровых промежутков (ИП). В итоге, ИП могут не погасить дугу, и аппарат может выйти из строя.

По данным мировой литературы и автора настоящей технической записки, выход был найден изобретением нового материала рабочих сопротивлений на базе окиси цинка и изготовлением варисторов. Это позволяет отказаться вообще от искровых промежутков. Защитный аппарат, скомплектованный из таких варисторов, называется нелинейный ограничитель перенапряжений «(ОПН)». За границей такие защитные аппараты именуются «вентильный разрядник без искровых промежутков».

При прочих равных условиях, замена на подстанциях и в сетях НН вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений, улучшает показатель надежности грозозащиты электрифицированной железной дороги от 2-х до 11-ти раз. Это отвечает практически всем требованиям эксплуатации в части грозозащиты (таблица 2.1).


  Таблица 2.1.

Объект

Номинальное напряжение, кВ

Относительное улучшение показателя надежности грозозащиты

Подстанции

220

2,0-2,3

Подстанции

110

2,1-2,4

Подстанции

35

2,9-3,1

Подстанции

27,5

3,5-3,9

Подстанции

25

3,5-3,9

Подстанции

15

4,1-4,3

Подстанции

10

2,8-3,2

Подстанции

6

2,8-3,2

Подстанции, подвижной состав, контактная сеть

3(постоянный ток)

3,3-35

Цепи сигнализации, управления, блокировки

НН

8,5-11

^ 2. 2. Глубокое ограничение внутренних перенапряжений

Как было показано выше, в настоящее время большинству сетей 0,4 – 220 кВ электрифицированной железной дороги нет активных аппаратных способов ограничения внутренних перенапряжений. Это связано с ограниченной пропускной способностью вентильных разрядников и недооценкой опасности таких перенапряжений для элементов сетей сигнализации, управления и блокировки.

С внедрением нелинейных ограничителей перенапряжений для защиты от грозовых перенапряжений появляется одновременно возможность глубокого ограничения внутренних перенапряжений. Эти аппараты, при обоснованном их выборе, способны рассеивать любую запасенную энергию в выбросах внутренних перенапряжений.

Нелинейные ограничители перенапряжений, рассчитанные для подстанций 110 – 220 кВ электрифицированной железной дороги, работающих в режиме с эффективно заземленной нейтралью, предназначены для ограничения внутренних перенапряжений, возникающих на шинах подстанций и на изоляции силовых трансформаторов (между выключателем и трансформатором).

В сетях 6 – 35 кВ, работающих в режиме изолирования нейтрали, ограничители глубоко ограничивают амплитуду коммутационных, дуговых и феррорезонансных перенапряжений.

Наиболее эффективно они используются, если ОПН установлены в присоединении силовых трансформаторов, батарей конденсаторов и др.

В сетях низкого напряжения кратности перенапряжений без ограничителей могут доходить до К=100 и более. Подключение к сети ОПН снижает перенапряжения до уровня К=3,5 – 4,0, что допустимо для безаварийной работы сильноточных и слаботочных цепей сигнализации, собственных нужд управления, блокировки и других объектов.

Относительное улучшение показателя надежности от внутренних перенапряжений при их ограничении с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (b) сведено в таблице 2.2.


Таблица 2.2

Значения b для сетей электрифицированной железной дороги

Объект

Номинальное напряжение, кВ

Относительное улучшение показателя надежности грозозащиты

Подстанции

220

1,9-2,0

Подстанции

110

1,8-2,2

Подстанции

35

2,7-2,9

Подстанции

27,5

2,4-2,6

Подстанции

25

2,4-2,6

Подстанции

15

2,4-2,6

Подстанции

10

2,6-2,7

Подстанции

6

2,6-2,7

Подстанции, подвижной состав, контактная сеть

3(постоянный ток)

3,2-3,3

Цепи НН

НН

7,0-8,0

^ 3.Технические характеристики ОПН для защиты электрических сетей НН, СН и ВН

3.1. Технические требования к ОПН

Технические характеристики нелинейных ограничителей перенапряжения определяются рядом электрических и неэлектрических воздействий на них. К ним относятся величина расчетных грозовых (разрядных токов при импульсах грозовых перенапряжений) и коммутационных токов, эквивалентируемых волнами 8/20 мкс и 1,2/2,5 мс (прямоугольными волнами с длительностью 2000 мкс, удельной рассеиваемой энергией на один киловольт максимального рабочего напряжения), квазистационарные перенапряжения в точке установки ограничителей, род тока, условия эксплуатации аппарата: температуры окружающей среды, давления (высота местности над уровнем моря), сейсмоопасность, вибрация, степень загрязнения внешней изоляции, климатические условия, место установки (ОРУ, ЗРУ, установка под навесом и др.).

Полученные технические требования к ОПН, необходимые для установки в сетях 0,22 -- 220 кВ электрифицированной дороги, сведены в таблицу 3.1. Данные этой таблицы требуют некоторых комментариев:

1) так как в сетях 220 и 380 В переменного тока допускается повышение напряжения на 15%, то максимально длительное допустимое напряжение (Uм.р.) на соответствующих ограничителях перенапряжений с небольшим запасом принимаем 260 и 450 В;

2) в сетях 3, 6, 10, 15 и 25 кВ Uм.р. = 1,2 х Uном, где Uном – номинальное напряжение сети, в который установлен защитный аппарат.

3) в сетях 35, 110 и 220 кВ величина Uм.р определяется по формуле Uм.р = 1,15 Uном;

4) сети 3 – 220 кВ имеют непосредственную связь с воздушными линиями, а импульсный ток определяется уровнем изоляции ВЛ (ее вольт-секундной характеристикой), а также ее волновым сопротивлением;

5) сети 220 и 380 В связаны с воздушными линиями через трансформаторы связи 6/0,4 и 10/0,4 кВ. Поэтому импульсные токи через аппараты НН определяются уровнем изоляции ВЛ 6 и 10 кВ, их волновыми сопротивлениями и волновыми сопротивлениями трансформаторов связи;

6) токи через ОПН всех классов напряжения при коммутационных перенапряжениях определены с учетом предвключенных индуктивных сопротивлений подстанций, их электродвижущей силы и динамического сопротивления самих защитных аппаратов;

7) аппараты 220 и 380 В устанавливаются в помещениях без отопления или с отоплением, а аппараты 3/220 кВ – в условиях открытых распределительных устройств или распределительных устройств под навесом (в ЗРУ).

^ 3.2. Потребность электрифицированной железной дороги в ОПН

Определим ориентировочно потребность электрифицированной железной дороги в нелинейных ограничителях перенапряжений. Для этого необходимо знать число защищаемых объектов.

Статистические характеристики таких объектов определены по данным [3,11].

Таблица 3.1.

Характеристики ОПН 0,22 – 220 кВ для электрифицированной железной дороги

Uном, кВ

Параметр

 

 Uм.р

 Расчетный разрядный ток, кА

 Расчетный ток комм.. перенапр., А

 Uост. при комм. перенапр., кВ

 Uост. при расчетном разрядном токе, кВ

 Категория размещения

0,38

 0,26

 1,25

 200

 0,78

 0,93

 3,4

3 (постоянный ток)

 0,45

 1,25

 200

 1,3

 1,6

 3,4

6

 3,6

 10

 400

 5,7

 6,8

 1,3

10

 7,2

 10

 400

 29

 23

 1,3

15

 12

 10

 400

 31

 39

 1,3

25

 18

 10

 400

 43

 54

 1,3

27,5

 30

 10

 400

 74

 93

 1,3

35

 30

 10

 400

 74

 93

 1,3

110

 40,5

 10

 400

 111

 135

 1,3

220

 73

 10

 500

 211

 256

 1,3

 

 146

 10

 500

 400

 485

 1,3

Кроме аппаратов, характеристики которых приведены в таблице 3.1, для различных сетей электрифицированной железной дороги необходимо производить ОПН, характеристики которых приведены в таблице 3.2.

В настоящее время протяженность электрифицированной железной дороги на постоянном токе составляет около 100 тысяч км. Пролет между тяговыми подстанциями при таком токе равен ~ 20 км. Поэтому число таких подстанций при такой системе равно 5 000. На каждой такой подстанции устанавливаются два комплекта ОПН-35, ОПН-110 или ОПН-220, 2 комплекта ОПН-2,5, четыре штуки ОПН-3,3 (постоянное напряжение) и ориентировочно десять штук ОПН-1-2 для защиты вентиля. Таким образом, для обеспечения надежной работы электрифицированной железной дороги при постоянном токе потребуется 30 000 штук ОПН-35, ОПН-110 или ОПН-220, 30 000 штук ОПН 2,5, 20 000 штук ОПН-3 (постоянный ток) и 50 000 штук ОПН-1-2.

Протяженность электрифицированной железной дороги на переменном токе около 80 000 км при пролете между подстанциями в среднем ~80 км.

Поэтому число тяговых подстанций около 1 000 штук, а число необходимых для защиты таких подстанций при напряжении 35,110 или 220 кВ около 6 000 штук, ОПН-15, ОПН-25 или ОПН-27,5 – около 12 000 штук.

Перейдем к потребностям в ОПН подстанций нетяговых потребителей. По данным автора этой технической записки, в настоящее время протяженность воздушных линий 6, 10 и 25 кВ для питания нетяговых потребителей составляет ~310 тысяч километров, низковольтных линий ~ 150 тысяч километров, число трансформаторных подстанций ~ 180 тысяч штук. Для организации защиты этих объектов от перенапряжения по самым пессимистическим оценкам требуется около миллиона штук ОПН-6, ОПН-10 и ОПН-25, около 10 миллионов штук ОПН-220 и ОПН-380.

^ 3.3. Эксплуатационные вопросы ограничителей перенапряжений.

 При выборе точек установки нелинейных ограничителей перенапряжений определялись объекты, для которых в установке ОПН имеется неотложная необходимость, причем от установки ОПН на выбранном объекте будет наибольший эффект. К таким объектам относятся силовые трансформаторы, сборные шины или секции подстанций, выпрямительные станции и др.

Таблица 3.2.

Характеристика аппаратов 0,4 – 27,5 кВ


Характеристика

Тип ОПН

^ ОПН-04УХЛ2,ОПН-0,64 УХЛ2, ОПН-0,7УХЛ2, ОПН-1,23 УХЛ2,ОПН-1,28УХЛ2, ОПН-1,8 УХЛ2, ОПНП-0,64УХЛ2,ОПНП-1,23 УХЛ2, ОПНП-1,28 УХЛ2

ОПН-1,5 УХЛ1, ОПН-2,2 УХЛ1, ОПН-3 УХЛ1, ОПНТМ-1,5 УХЛ1, ОПНТМ-3,3 УХЛ1

ОПН-3,3 КС УХЛ1

ОПН-27,5 КС УХЛ1

Номинальное напряжение кВ

0,4-1,8

1,5 – 3,3

3,3

27,5

Наибольшее рабочее напряжение кВ

0,5-2,2

1,5 – 4,0

4,0

30

Расчетный ток коммутационных перенапряжений, А

1000

250

800

800

Uост при расчетном токе коммутацион. перенапряжений, кВ, не более

1,15-5,1

4,1 – 8,2

13,2

77,8

Номинальный разрядный ток, кА

Не нормируется

1,0 – 5,0

10

10

Uост при номиналь-ном разрядном токе, кВ, не более

Не нормируется

4,6 - 10

19,3

102

Пропускная способ-ность при волне 1,2/ 2,5 мс (2 мс) – 20 воздействий, А

400

200-500

350

350

Взрывобезопасность, кА

Не требуется

16

20

20

Назначение

Вторичные обмотки тяговых трансформаторов электровозов переменного тока

Устройство электроснабжения электрифицированных ж/д переменного тока, электрооборудования и тяговые электродвигатели, вспомогательные машины электроподвижного состава постоянного тока

Контактная сеть постоянного тока

Контактная сеть переменного тока


Примечание: Расчетный ток коммутационных напряжений в скобках с учетом высших гармоник.

В сетях до 0,4 кВ ограничители перенапряжений должны быть установлены между фазами и землей (иногда между фазами). Основными объектами при этом являются трансформаторы, объекты электронной и полупроводниковой техники, цепи сигнализации, управления и блокировки, электродвигатели и др.

В сетях 3, 6, 10, 15, 25, 27,5 кВ должны быть защищены трансформаторы, секции, сборная шина комплектом ограничителей перенапряжений, в сетях 35, 110 и 220 кВ – ограничителями в присоединениях обмоток трансформаторов, сборных шин, в том числе резервных.

Способ подключения ОПН к сетям в значительной степени зависит от класса напряжения сети. В сетях НН ограничители могут быть подключены к сетям в любом месте, удобном для их монтажа и эксплуатации. Например, около автоматов, пускателей и др.

Нелинейные ограничители перенапряжений к сетям 3, 6, 10, 15, 25, 27,5 кВ подключаются в ячейке трансформаторов напряжения через свои предохранители или наглухо, а также в свободных (резервных) ячейках через выключатель. В этом случае аппарат считается включенным к сборным шинам (секциям).

При подключении ОПН до 35 кВ в ячейках трансформаторов напряжения они должны иметь собственные предохранители с вставками порядка 30-40 А (см. дальше). Эксперименты показали, что такие предохранители выдерживают максимально возможные коммутационные токи порядка 400 – 800 А, формой 1,2/2,5 мс. Аппараты 3 – 27,5 кВ к секциям ВН должны быть подключены проводами сечением ~20 кв.мм.

В сетях 3, 6 и 10 кВ в первую очередь должны быть защищены генераторы, синхронные компенсаторы и высоковольтные электродвигатели (если нейтраль этих машин не выведена, то тремя нелинейными ограничителями перенапряжения, в противном случае, четырьмя ОПН). Кроме того, эти защитные аппараты должны быть подключены к секциям ГРУ, ТП, РП сетей собственных нужд электростанций.

В сетях 35, 110 и 220 кВ ограничители перенапряжений должны быть установлены для защиты изоляции соответствующих обмоток трансформаторов и автотрансформаторов, сборных шин, в том числе резервных.

При условии подключения ОПН-3, ОПН-6, ОПН-10, ОПН-15, ОПН-25 и ОПН-27,5 в ячейках ТН аппараты должны иметь собственные предохранители с вставками порядка 15 – 20А (см. дальше). Специальные эксперименты показали, что такие предохранители выдерживают максимально возможные коммутационные токи порядка 300 – 500 А формой 1,5/2,5 мс.

Аппараты 3 – 27,5 кВ к сетям должны быть подключены проводами сечением ~20 кв.мм и изоляцией, рассчитанной на 20 – 70 кВ.

Аппараты могут быть подключены также к фидерам в сторону кабеля (за выключателем) или к зажимам трансформаторов и электродвигателей. В этом случае предохранители не нужны, а провода для подключения должны иметь сечения ~20 кв.мм.

Нелинейные ограничители перенапряжений 35, 110 и 220 кВ к ОРУ соответствующего класса напряжения могут подключаться взамен существующих штатных вентильных разрядников или в линейных ячейках на соответствующих конструкциях, отвечающих правилам техники безопасности и устройства электроустановок.

При эксплуатации нелинейных ограничителей перенапряжений необходимо соблюдать следующие правила:

1. Эксплуатация должна вестись в соответствии с правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок;

2. Условия эксплуатации внешней изоляции (фарфоровых или стеклянных покрышек) определяются общими требованиями, предъявляемыми к внешней изоляции соответствующих классов напряжения;

3. Профилактические испытания нелинейных ограничителей перенапряжения должны проводится не менее чем 1 раз в три года. Для этого к ограничителю перенапряжений прикладывается максимальное расчетное напряжение; при этом ток через варисторы должен быть не более 0,45 мА для ОПН-3, ОПН-6, ОПН-10, ОПН-15, ОПН-25, ОПН-35, 1мА для ОПН-110 и ОПН-220;

4. При испытаниях изоляции электрооборудования и фидеров, нелинейные ограничители перенапряжений должны быть отключены от сети во избежание массового выхода из строя. Это объясняется тем, что испытательное напряжение всех видов оборудования, в том числе сборных шин (секций) и фидеров значительно выше, чем максимальное рабочее напряжение нелинейных ограничителей перенапряжений.

Ме