Установка опн на вакуумных выключателях

Защита от перенапряжений установок с вакуумными

Выключателями

При применении вакуумных выключателей на присоединениях с электродвигателями и трансформаторами следует предусматривать средства защиты от перенапряжений. В качестве таковых должны применяться ОПН и демпфирующих RC-цепочки, как наиболее эффективные средства по сравнению с другими мероприятиями (задержка в отключении двух фаз, управление моментом коммутации и др.)

ОПН могут подключаться между фазой и землей со стороны коммутируемого присоединения или параллельно контактам выключателя. ОПН, установленные на шинах, не защищают присоединение при его отключении вакуумным выключателем. Устанавливаемые между фазой и землей ОПН должны располагаться непосредственно у защищаемого объекта или в начале кабеля, в ячейке КРУ у выключателя, если длина кабеля не больше 50 м.

ОПН, подключаемый непосредственно на зажимах защищаемого объекта (электродвигателя), обеспечивает ограничение перенапряжений до необходимого уровня (см. табл.3.2) и, вместе с тем, оказывается неуязвимым в режиме с перемежающейся дугой. Последнее обусловлено тем, что при перенапряжениях, вызванных перемежающейся дугой, ток через ОПН имеет безопасные значения, поэтому такие ОПН могут применяться в схемах с любым значением емкостного тока замыкания на землю. Этим свойствам отвечают ОПН с остающемся напряжением не более 8,5 кВ (при импульсе тока 30/60 мкс, 500 А).

Если длина кабеля менее 50 м, а емкостной ток замыкания на землю не превышает 10 А, то ОПН может устанавливаться между фазой и землей в ячейки КРУ у выключателя со стороны кабеля, питающего электродвигатель. Его остающееся напряжение должно быть не более 8 кВ (при импульсе тока 30/60 мкс, 500 А).

При включении ОПН параллельно контактам выключателя обеспечивается более глубокое ограничение перенапряжений, а сам ОПН подвергается менее тяжелым воздействиям. Остающееся напряжение этих ОПН, независимо от режима заземления нейтрали, величины емкостного тока замыкаемого на землю и длины коммутируемого кабеля, должны быть не более 13,5 кВ (при импульсе тока 30/60 мкс, 500 А).

Демпфирующая RС-цепочка должна применяться для зашиты наиболее ответственных электродвигателей, при этом установка RС-цепочек на нескольких присоединениях не должна приводить к установке в сети дополнительных дугогасяших реакторов. RС-цепочку рекомендуется устанавливать непосредственно у защищаемого объекта. Допускается установка RС-цепочки в начале кабеля в ячейки КРУ у выключателя, если расчетом показано, что обеспечивается требуемый уровень ограничения перенапряжения на защищаемом объекте.

Вам понравится:  Скутер рейсер 50 кубов электросхема

Емкость С защитной RС-цепочки выбирается в 5 раз больше емкости отключаемого присоединения (емкость кабеля по прямой последовательности плюс емкость защищаемого объекта). Сопротивление R защитной RС-цепочки определяется по формуле:

, Ом (5.1)

где L=Lш+Lк, Lш ‒ индуктивность ошиновки, принимаемая равной 25·10 -6 Гн; Lк ‒ индуктивность кабеля 6 кВ на высоких частотах (в зависимости от поперечного сечения токоведущей жилы S (табл. 5.1).

Таблица 5.1.

Индуктивность кабеля Lк в зависимости от поперечного сечения токоведущей жилы S

S, мм 2 35 50 70 95 120 150 185 240
Lк, мГн/км 0,14 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,055

Эквивалентная емкость двигателя Сд, мкФ, при отсутствии конкретных данных может быть определена по формуле:

, мкФ (5.2)

где Рн – номинальная мощность двигателя, кВт.

Для RС-цепочек можно применить бумажно-масляные конденсаторы на напряжение 6-10 кВ (например, применяемые для компенсации реактивной мощности); резистор R должен быть рассчитан на длительную мощность 100 Вт (например, типа ТВО).

Источник

Установка опн на вакуумных выключателях

Теория применения ОПН для ограничения перенапряжений

При коммутации вакуумными выключателями индуктивных токов (например, при отключении мало нагруженных трансформаторов и пусковых токов электродвигателей) возникают перенапряжения, вызванные срезом тока до его перехода через нуль, а также повторными пробоями межконтактного промежутка, обусловленными высокой скоростью нарастания напряжения на размыкаемых контактах выключателя.
В процессе отключения в межконтактном промежутке выключателя возникает вакуумная дуга, горящая в парах металла контактов. Вследствие высокой скорости нарастания электрической прочности межконтактного промежутка в вакууме в процессе размыкания контактов дуга гаснет до перехода тока промышленной частоты через нуль, т. е. происходит срез тока. В результате такого среза тока энергия, запасенная в индуктивных элементах фидера (например, в индуктивности электродвигателя и питающего его кабеля), вызывает повышение напряжения в образующемся колебательном контуре L — С, которое может привести к пробою изоляции электрооборудования.

Георгий Александров, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электрические и электронные аппараты», Санкт-Петербургский государственный технический университет

Расчет величины перенапряжения

Для того чтобы оценить возможные величины перенапряжений, возникающих в различных конкретных случаях применения вакуумных выключателей, рассмотрим процесс отключения вакуумным выключателем фидера, питающего двигатель через кабель (рис.1). Эквивалентная схема такого присоединения приведена на рис.2, где кабель заменен его эквивалентной Т — схемой, а двигатель — его индуктивным и активным сопротивлением.
Пусть обрыв тока произошел в момент времени, предшествующий переходу тока через нуль на время t. При этом энергия, запасенная в элементах присоединения (кабеле и двигателе), равна:

(1)

где Um и Im – амплитуды напряжения и тока в предшествующем отключению режиме, w -угловая частота сети.
В предшествующем отключению режиме связь между током и напряжением в точке 1 определяется простым соотношением:

(2)

поскольку R/w(Lд + LК ) очень мало.
С учетом (2) соотношение (1) может быть переписано в виде:

(3)

где собственная частота колебательного контура, образовавшегося в момент времени t отключения выключателя,

(4)

Далее необходимо определить величины LK и Lд. Связь между индуктивностью LK и емкостью С кабеля определяется соотношением:

(5)

где LK.0 и С — индуктивность и емкость кабеля на единицу его длины, V — скорость распространения электромагнитной волны вдоль кабеля, приблизительно равная скорости света 3*10 8 м/с.

(6)

и

(7)

Где l — длина кабеля. Индуктивное сопротивление двигателя в номинальном режиме его работы можно определить через его номинальную мощность и номинальное напряжение:

(8)

Следовательно, согласно (4), (7), (8)

(9)
(10)
Кабель 6 кВ имеет погонную емкость примерно С = 0,4-0,58 мкФ/км при сечении жилы 50 — 240 мм 2 . При длине кабеля = 50 — 500 м и мощности двигателя Р = 500 — 5000 кВт результаты расчетов отношения w / w при угле среза 5° приведены на рис.3.

Как видно, при увеличении мощности двигателя отношение w / w значительно увеличивается, а при увеличении длины кабеля — существенно уменьшается. При этом возможное отношение частот ограничивается диапазоном 15 w / w w / w первый максимум напряжения может быть оценен без учета рассеяния энергии в активном сопротивлении колебательного контура. Запасенная колебательным контуром энергия согласно (3) в момент перехода тока колебательного контура через нуль равна энергии в емкости С:

(11)

откуда отношение максимума перенапряжений к амплитуде номинального напряжения фидера равно:

(12)

При w t= 5° в момент обрыва тока согласно (9) получаем:

Защиту электрооборудования от перенапряжений обеспечит ОПН

Из приведенных данных следует, что срез тока вакуумными выключателями может привести к весьма высоким перенапряжениям, недопустимым для изоляции двигателей и кабелей.


Рис. 1. Схема фидера, питающего асинхронный двигатель: 1 — шины н/ст, 2 — вакуумный выключатель, 3 — кабель, 4 — двигатель.


Рис. 2. Однолинейная эквивалентная схема фидера: С — емкость кабеля, L и R -индуктивность и активное сопротивление двигателя.


Рис. 3. Зависимости относительных значений собственных частот колебательного контура, образующегося после среза тока, от длины питающего кабеля при различных мощностях двигателя: Р=500 кВт (1); 1000 кВт (2); 2000 кВт (3); 5000 кВт (4).

При отключении вакуумными выключателями пусковых токов перенапряжения могут быть еще больше, поскольку при этом индуктивность двигателя в 5-7 раз меньше и соответственно собственные частоты могут быть в 2,2 — 2,6 раза больше. Поэтому, как правило, необходимо обеспечить защиту изоляции от таких перенапряжений. Иными словами, эти перенапряжения должны быть ограничены.
Наиболее совершенным способом ограничения таких перенапряжений, обеспечивающим надежную защиту изоляции двигателей и кабелей, является установка нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) с уровнем ограничения коммутационных перенапряжений (1,8-2)Uном.
ОПН должны подключаться между фазой и землей со стороны коммутируемого присоединения непосредственно у защищаемого объекта или в начале кабеля в ячейке КРУ. Такое расположение ОПН рекомендуется при длине кабеля не больше 50 м. При большей длине кабеля более целесообразно устанавливать ОПН непосредственно на зажимах защищаемого объекта.
Для обеспечения надежной работы ограничителей в таких условиях они должны иметь достаточную энергоемкость, чтобы не быть поврежденными при однофазных дуговых замыканиях на землю в режиме с перемещающейся дугой. Приведенные в таблице ОПН отвечают этим требованиям.

Основные характеристики ОПН

Наименование параметров Значение параметров
1. Класс напряжения, кВ 3 6 10 15 20 24 35
2. Наибольшее длительно допустимое напряжение на ограничителе, кВ 3,6 7,2 12 17,5 24 26,5 40,5
3. Номинальный разрядный ток, кА 5-10 5-10 5-10 5-10 5-10 5-10 5-10
4. Остающееся напряжение при грозовых импульсах тока 10 кА, не более, кВ 12,6 25,1 41,5 60,4 83 91,4 138
5. Расчетный ток коммутационных перенапряжений (максимальное значение), А 300/400 300/400 300/400 300/400 300/400 300/400 300/400
6. Остающееся напряжение при расчетном токе коммутационных перенапряжений, кВ 8,8 17,6 29,2 42,7 58,6 65 74,1
7. Длина пути тока утечки, м 0,11 0,225 0,37 0,56 0,745 0,822 1,26

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник

Поделиться с друзьями
Радиолюбительские схемы
Adblock
detector