Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния задачи определения и ограничения уровней коммутационных перенапряжений в автономных электроэнергетических системах напряжением 10
1.1 Описание объекта исследований 10
1.2 Состояние задачи определения параметров коммутационных перенапряжений 13
1.2.1 Условия возникновения и распространения коммутационных перенапряжений 13
1.2.2 Коммутационные перенапряжения при отключении тока автоматическим выключателем с дугогасительной решеткой 19
1.2.3 Коммутационные перенапряжения при срабатывании предохранителей 22
1.3 Современные устройства защиты от импульсных перенапряжений для применения в силовых распределительных системах напряжением ДОІКВ 29
1.4 Выводы 39
ГЛАВА 2. Математические модели для расчета коммутационных перенапряжений 42
2.1 Математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой 42
2.1.1 Общие положения 42
2.1.2 Коммутационные перенапряжения при отключении автоматическим выключателем активно-индуктивной цепи 43
2.1.3 Коммутационные перенапряжения при отключении автоматическим выключателем индуктивно-емкостной цепи в случае малых токов среза 45
2.1.4 Срез тока при наличии активной нагрузки, шунтирующей электрическую дугу отключения 50
2.1.5 Коммутационные перенапряжения при отключении автоматическим выключателем индуктивно-емкостной цепи в случае больших токов среза 51
2.2 Математическая модель для расчета коммутационных
перенапряжений при срабатывании предохранителя с наполнителем 53
2.3 Результаты исследований коммутационных перенапряжений при отключении цепей автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой, проведенные на экспериментальных установках 62
2.4 Результаты исследований коммутационных перенапряжений при срабатывании предохранителей с наполнителем, проведенные на экспериментальных установках 70
2.5 Выводы 76
ГЛАВА 3. Определение предельных параметров коммутационных перенапряжений 79
3.1 Определение параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей силовыми полупроводниковыми ключами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией 79
3.2 Разработка методики расчета параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей автоматическими выключателями 83
3.2.1 Параметры коммутационных перенапряжений при отключении автоматическими выключателями активно-индуктивных цепей 83
3.2.2 Параметры коммутационных перенапряжений при отключении автоматическими выключателями индуктивно-емкостных цепей 84
3.3 Разработка методики расчета параметров коммутационных перенапряжений при срабатывании предохранителей 87
3.4 Оценка возможных параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей автоматическими выключателями и при срабатывании предохранителей 102
3.5 Выводы 112
ГЛАВА 4. Разработка устройств защиты от импульсных перенапряжений и методик определения их требуемых характеристик 114
4.1 Общие положения 114
4.2 Разработка комбинированных устройств поглощающего типа для защиты от импульсных перенапряжений 116
4.2.1 Описание принципа действия комбинированного устройства защиты от импульсных перенапряжений 116
4.2.2 Определение параметров элементов комбинированного устройства защиты от импульсных перенапряжений 118
4.3 Обоснование характеристик типоряда комбинированных устройств защиты от импульсных перенапряжений 125
4.4 Разработка экспериментального образца комбинированного устройства защиты от импульсных перенапряжений 127
4.5 Методика выбора комбинированных устройств защиты от импульсных перенапряжений 129
4.6 Разработка схемы защиты от внешних импульсных перенапряжений автономных объектов на примере автоматизированной системы контроля изоляции маслонаполненных трансформаторов тока 750кВ 131
4.7 Выводы 149
Заключение 151
Литература
- Состояние задачи определения параметров коммутационных перенапряжений
- Математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой
- Определение параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей силовыми полупроводниковыми ключами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией
- Разработка комбинированных устройств поглощающего типа для защиты от импульсных перенапряжений
Введение к работе
В автономных ЭЭС возможны как внешние, так и внутренние импульсные перенапряжения. Защита от внешних импульсных перенапряжений (грозовых и коммутационных) может быть разработана на основе известной зонной концепции. Значительно чаще возникают, и поэтому, как правило, представляют наибольшую опасность внутренние -коммутационные перенапряжения (КП).
В настоящее время для защиты от КП используют фильтры КП и устройства поглощающего типа на основе варисторов. Недостатками фильтров КП являются их сложность, значительные массогабаритные показатели, а также применимость только на постоянном токе в качестве индивидуальных устройств защиты электроприемников. Устройства защиты поглощающего типа могут использоваться не только в качестве индивидуальных устройств защиты электроприемников, но и в качестве элементов комплексной защиты от импульсных перенапряжений ЭЭС всего автономного объекта. Однако современные устройства защиты не во всех случаях позволяют обеспечить уровень защиты, соответствующий стойкости электрооборудования к импульсным перенапряжениям. Кроме того, в настоящее время практически отсутствуют методики, которые бы позволяли оценить возможные параметры КП и выбрать соответствующие средства защиты от них.
Приведенные соображения объясняют актуальность исследования КП и разработки средств для их снижения в автономных ЭЭС напряжением до 1 кВ.
Решению указанных проблем посвящено большое количество публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Я.Л. Арцишевского, Бакстера, О.Б. Брона, В.А. Бурцева, Г.В. Буткевича, О.А. Глухова, Г.А. Евдокунина, A.M. Залесского, Р.С. Кузнецова, И.П. Кужекина, С.Л. Кужекова, О. Майра, К.К. Намитокова, С.А. Некрасова, Л.К. Сушкова, И.С. Таева, Э. Хабигера, А. Шваба и многих других.
Однако многие вопросы и проблемы еще не решены.
Объектом исследования диссертационной работы являются автономные ЭЭС постоянного и переменного тока напряжением до 1 кВ.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение надежности работы электрооборудования автономных ЭЭС при КП.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
Разработана математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении тока автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой.
Разработана математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при образовании электрической дуги (далее дуга) в предохранителях с наполнителем.
Разработаны методики, позволяющие определять предельные
параметры КП (амплитуду, форму импульса) при отключении цепей
коммутационными аппаратами (автоматическими выключателями с
дугогасительной решеткой, предохранителями с наполнителем и
коммутационными аппаратами с бездуговой коммутацией), а также
параметры КП (ток перегрузки, длительность тока перегрузки, энергию) при
установке устройств защиты поглощающего типа.
Определены предельные параметры коммутационных
перенапряжений в автономных ЭЭС при отключении электрических цепей
автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой и при
срабатывании предохранителей с наполнителем.
Предложены устройства поглощающего типа для защиты от
импульсных перенапряжений. Разработанные устройства имеют более низкое
по сравнению с варисторами напряжение ограничения, но не имеют
сопровождающих токов.
Определены параметры элементов типоряда устройств поглощающего
типа для защиты от импульсных перенапряжений автономных ЭЭС
напряжением до 1 кВ.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории нелинейных электрических цепей, математического моделирования, планирования эксперимента и др.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи автоматическим выключателем с дугогасительной решеткой, состоящая из трех частей, соответствующих следующим основным случаям коммутаций: 1) отключение активно-индуктивной цепи, 2) отключение индуктивно-емкостной цепи при токах среза до 50 А и 3) отключение индуктивно-емкостной цепи при токах среза более 50 А. Первая часть модели базируется на использовании динамической вольтамперной характеристики дуги. Вторая часть модели основана на предположении, что срез тока происходит после изменения характера переходного процесса в отключаемой индуктивно-емкостной цепи с апериодического на колебательный. Третья часть модели основана на предположении, что при токах среза более 50 А основную роль в процессе среза тока играет производная проводимости дуги, обусловленная потоками плазмы.
2. Аналитические зависимости удельного сопротивления плавкой
вставки предохранителя от поглощенной энергии для стадий нагрева от
начальной температуры до температуры кипения.
3. Аналитическая зависимость амплитуды импульса перенапряжения от
тока в момент начала кипения материала плавкой вставки.
Методика расчета предельных параметров коммутационных перенапряжений в автономных ЭЭС напряжением до 1 кВ при отключении электрических цепей автоматическими выключателями с дугогасительнои решеткой.
Методика расчета предельных параметров коммутационных перенапряжений в автономных ЭЭС напряжением до 1 кВ при срабатывании предохранителей с наполнителем.
Практическая ценность:
1. Предельные параметры коммутационных перенапряжений в
автономных ЭЭС при отключении электрических цепей автоматическими
выключателями с дугогасительнои решеткой и при срабатывании
предохранителей с наполнителем позволяют научно обоснованно выбирать
устройства защиты.
Предложенное и запатентованное комбинированное устройство поглощающего типа обеспечивает эффективное ограничение импульсных перенапряжений.
Обоснованы параметры типоряда комбинированных устройств защиты от импульсных перенапряжений для применения в условиях автономных ЭЭС. Разработан и испытан один элемент типоряда.
4. Исследования по теме диссертации использованы при выполнении
научно-исследовательской работы "Поисковые исследования по разработке
новых методов защиты электроэнергетических систем стационарных и
подвижных комплексов от импульсных коммутационных перенапряжений на
основе поглощающих ограничителей (гос. контракт № 1328,2003 - 2005 г).
9 Реализация результатов работы.
В ОАО «Электроцентроналадка» (г. Москва) внедрен блок защиты от импульсных перенапряжений автоматизированной системы контроля изоляции маслонаполненных трансформаторов тока напряжением 750 кВ.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков по специальности 140211 «Электроснабжение» (в лабораторных занятиях и дипломном проектировании).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII симпозиуме «Электротехника 2010» (г. Москва, 2005 г.); на двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2006 г.); на научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования» (г. Ростов-на-Дону, 2006 г.); на XXV, XXVI и XXVIII сессиях семинара «Кибернетика электрических систем» по тематикам «Электроснабжение промышленных предприятий и городов» и «Диагностика энергооборудования» (г. Новочеркасск, 2003, 2004 и 2006 г.); на III, IV и VI международных научно-практических конференциях «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2003, 2004 и 2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ, получены 4 патента на полезные модели устройств защиты от импульсных перенапряжений, 1 патент на изобретение способа защиты от импульсных перенапряжений.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения и включает 130 стр. основного машинописного текста, 81 рисунок, 12 таблиц, список литературы из 124 наименований и приложения.
Состояние задачи определения параметров коммутационных перенапряжений
В цепях напряжением до 1 кВ возможны следующие коммутации, которые теоретически могут сопровождаться возникновением КП: - отключение выключателями (автоматическими выключателями или силовыми полупроводниковыми ключами) индуктивной нагрузки; - отключение выключателями активных нагрузок и коротких замыканий; - срабатывание предохранителей; - включение индуктивной нагрузки, сопровождаемое отскоком контактов выключателя; - отключение выключателями емкостной нагрузки переменного тока.
В случае отключения выключателями индуктивной нагрузки могут создаться условия, когда дуга гаснет при подходе тока к нулю [3 - 19]. Ток, проходящий по индуктивности в момент погасания дуги, является током среза. Предельное восстанавливающееся напряжение (напряжение между контактами выключателя) после среза тока определяется следующим образом где ic - ток среза, L и С - эквивалентные индуктивность и емкость цепи, Е - ЭДС источника питания.
Исследования явления среза тока проводились для высоковольтных выключателей переменного тока. Чаще всего срез тока объясняется нестабильностью дуги при малых токах [4 - 6, 20 - 25]. Стабильность дуги при малых токах определяется материалом контактов, условиями и средой дугогашения, а также электрическими параметрами отключаемой нагрузки. Кроме того, дуга может существовать только при токах, превышающих минимальный ток поддержания дуги (от 0,1 до 1 А) [26], так как при меньших токах электрический разряд между контактами выключателя переходит в стадию тлеющего разряда. В [27, 28] срез тока в вакуумных выключателях объясняется тем известным фактом, что существует некоторая вероятность погасания малого тока в пределах временного интервала P(t0 ta t) = l-exp - Jr-—- , где ta - время горения дуги; t0 - момент инициирования дуги; / - ток, ta = BiA - среднее время жизни дуги с током /, А и В - константы.
В других работах [29-31] говорится о том, что срез тока появляется в результате того, что в дуге протекает сумма синусоидального тока промышленной частоты и высокочастотного тока колебаний, обусловленных емкостями и индуктивностями отключаемой цепи. Срез тока в этом случае происходит в момент перехода через нуль суммарного тока дуги.
Таким образом, в настоящее время не существует общепринятой теории процесса среза тока. Поэтому влияние отдельных факторов на значение тока среза определяется преимущественно экспериментальным путем.
О влиянии электрических параметров отключаемой нагрузки на величину тока среза указывается в работах [31, 32]. В [31] приводится экспериментально полученная для воздушного выключателя зависимость тока среза от емкости отключаемой нагрузки. В [32] приводится эмпирическая зависимость тока среза от емкости, включенной параллельно контактам выключателя ic = XJnCs, где п - число разрывов дуги коммутационным аппаратом; Cs - емкость отключаемой цепи относительно контактов выключателя; Л - постоянная, зависящая от среды дугогашения (Л = 8...20-104 - элегаз; /1 = 10...100-104 -воздух).
После среза тока возможно возникновение повторного зажигания дуги, если восстанавливающееся напряжение превысит восстанавливающуюся электрическую прочность промежутка между контактами выключателя [3, 33 - 35]. Процессы среза и последующие повторные зажигания могут повториться несколько раз, пока дуга окончательно не погаснет при прохождении тока через нуль.
При отключении электрических цепей силовыми полупроводниковыми ключами, пиристорами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией характерно практически полное отсутствие потерь запасенной в индуктивности отключаемой цепи энергии в коммутационном аппарате в
процессе отключения. Поэтому аппараты с бездуговой коммутацией способны создавать более опасные как по амплитуде, так и по энергии КП, по сравнению с аппаратами с дуговой коммутацией. В существующих методиках выбора устройств защиты от КП при отключении тока коммутационными аппаратами с бездуговой коммутацией рассматривается только случай установки устройств защиты параллельно отключаемой нагрузке. Установка устройств защиты от КП параллельно коммутационному аппарату в отдельных случаях более предпочтительна, так как позволяет селективно ограничить мощные импульсы, создаваемые именно рассматриваемым аппаратом с бездуговой коммутацией, и защитить не только отключаемую нагрузку, но и питающую сеть. Разработка методики расчета параметров КП, необходимых для выбора ограничителей перенапряжений, устанавливаемых параллельно аппаратам с бездуговой коммутацией, является одной из задач автора.
В коммутационных аппаратах напряжением до 1 кВ отключение индуктивных нагрузок, имеющих лишь собственную паразитную емкость, происходит без среза тока. Это объясняется тем, что постоянная времени заряда собственной паразитной емкости, как правило, меньше постоянной времени дуги. В этом случае причиной перенапряжений является то, что вольтамперная характеристика дуги в области малых токов имеет падающий характер [2].
Математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой
При разработке математической модели для расчета коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи автоматическим выключателем с дугогасительной решеткой не рассматривался процесс входа электрической дуги в дугогасительную решетку, так как он не может сопровождаться возникновением КП. Данная математическая модель предназначена для определения максимальных параметров КП (амплитуда импульса, ток среза в индуктивно-емкостной цепи, энергия импульса). Поэтому принимается, что дуга входит во все промежутки дугогасительной решетки.
Характер процесса формирования импульса перенапряжения при отключении электрической цепи автоматическим выключателем с дугогасительной решеткой, что было показано в п. 1.2.2, определяется как параметрами отключаемой цепи (индуктивностью и емкостью), так и значением отключаемого тока. В активно-индуктивной цепи перенапряжения определяются, прежде всего, вольтамперной характеристикой дуги и не зависят от значения отключаемого тока и индуктивности электрической цепи, если отключаемый ток достаточен для входа дуги во все промежутки дугогасительной решетки. Под активно-индуктивной цепью здесь понимается цепь, имеющая только незначительную паразитную емкость (до 1 нФ). В такой цепи практически невозможны срезы тока, так как постоянная времени заряда такой емкости меньше постоянной времени дуги.
Характер процесса среза тока в цепи с емкостью определяется, прежде всего, самим значением тока среза. Это объясняется тем, что вольтамперная характеристика дуги в дугогасительной решетке при малых токах (до 50 А) имеет падающий характер, а при больших токах напряжение дуги практически не зависит от тока, но ее проводимость характеризуется нестабильностью, обусловленной потоками плазмы.
В связи с указанными обстоятельствами математическая модель разделена на три части, описывающие следующие основные случаи коммутаций: 1) отключение автоматическим выключателем активно-индуктивной цепи; 2) отключение автоматическим выключателем индуктивно-емкостной цепи в случае малых токов среза; 3) отключение автоматическим выключателем индуктивно-емкостной цепи в случае больших токов среза.
В активно-индуктивной цепи коммутационные перенапряжения возникают только при погасании дуги и определяются максимумом напряжения динамической вольтамперной характеристики дуги отключения автоматического выключателя.
В области малых токов (при погасании дуги) отсутствуют потоки плазмы. Поэтому в этой области токов для описания столба электрической дуги в дугогасительной решетке можно использовать модель Майра [60] QdScm _ +_±_ (2 1) dt /(0 где в - постоянная времени дуги, gcm - проводимость столба дуги, / - ток дуги, /(0 - статическая вольтамперная характеристика столба дуги между пластинами дугогасительной решетки.
Приэлектродные падения напряжения могут быть учтены отдельно своими значениями иэл, которые не зависят от тока дуги. Таким образом, для напряжения на дуге автоматического выключателя можно записать ид = ( \ g, и + cm J N, (2.2) где N - число промежутков в дугогасительной решетке.
В целом математическая модель для расчета коммутационных перенапряжений при отключении активно-индуктивной цепи автоматическим выключателем может быть представлена следующей системой уравнений di E(t) = L— + Ri + ud(i); dt ид = ( и + N: (2.3) ост J 0 L = -g +. l ост где R и L - активное сопротивление и индуктивность отключаемой цепи соответственно; E(t) - ЭДС источника питания.
В приведенной системе первое уравнение является дифференциальным уравнением цепи с дугой (рис. 2.1). Второе и третье уравнения представляют собой динамическую вольтамперную характеристику дуги отключения.
Схема замещения отключаемой активно-индуктивной цепи
Численное решение системы (2.3) позволяет определить напряжение импульса в зависимости от времени t, то есть определить форму импульса.
Определение вольтамперной характеристики дуги с достаточной точностью теоретическим путем представляет в настоящее время практически неразрешимую задачу [60]. Поэтому статическую вольтамперную характеристику дуги в дугогасительной решетке (рис. 2.2) необходимо определить экспериментально.
Максимум напряжения статической вольтамперной характеристики дуги идтак соответствует минимальному току поддержания дуги ідтіп И,5А). Рис. 2.2 - Статическая вольтамперная характеристика дуги в дугогасительной решетке автоматического выключателя
Постоянная времени дуги по данным [2] находится в пределах от 15 до 310 мкс. Максимально-возможной амплитуде импульса соответствует минимальное значение постоянной времени дуги.
Определение параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей силовыми полупроводниковыми ключами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией
Основными параметрами КП являются: амплитуда импульса, длительность его переднего фронта и время спада импульса до половины амплитудного значения (время полуспада). Дополнительными параметрами КП, определяемыми с целью выбора устройства защиты от перенапряжений (УЗИЛ), являются: импульсный ток перегрузки УЗИЛ при ограничении импульса, постоянная времени спада импульсного тока перегрузки, а также энергия, поглощаемая УЗИЛ.
В данной главе представлены результаты разработки практических методик расчета параметров КП, возможных при отключении электрических цепей автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой, предохранителями с наполнителем, а также силовыми полупроводниковыми ключами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией. Кроме того, в главе приведена оценка возможных параметров КП в условиях автономных ээс.
Определение параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей силовыми полупроводниковыми ключами и другими аппаратами с бездуговой коммутацией
Характерным параметром силовых полупроводниковых ключей является скорость уменьшения тока при отключении цепи dildt. Поэтому величину возможных перенапряжений на индуктивности отключаемой цепи можно определить следующим образом u = Ldildt. (3.1)
Если это напряжение превышает допустимый предельный уровень электрической стойкости изоляции оборудования, то необходима установка УЗИЛ параллельно отключаемой индуктивности либо параллельно коммутационному аппарату.
Импульсный ток перегрузки УЗИЛ 1п при ограничении импульса практически равен отключаемому току 10, так как за время нарастания напряжения импульса до уровня ограничения УЗИЛ (единицы микросекунд) отключаемый ток снижается незначительно h=I0- (3.2) Энергия, поглощаемая УЗИЛ, и импульсный ток перегрузки зависят от места установки УЗИЛ. При установке УЗИЛ параллельно отключаемой активно-индуктивной нагрузке энергия, поглощаемая УЗИЛ, равна энергии, запасенной в индуктивности
Длительность воздействия тока перегрузки на УЗИЛ определяется постоянной времени спада тока в цепи УЗИЛ - отключаемая цепь. При установке УЗИЛ параллельно отключаемой активно-индуктивной нагрузке постоянная времени спада тока, если пренебречь увеличением сопротивления УЗИЛ при уменьшении тока, составляет т = ——, (3.4) R + Rv где Rv - сопротивление УЗИП при токе перегрузки /„, L и R индуктивность и активное сопротивление отключаемой цепи, соответственно.
Для определения энергии, поглощаемой УЗИП, установленным параллельно коммутационному аппарату, использована схема замещения отключаемой цепи, приведенная на рис. 3.1 [107].
На схеме, приведенной на рис.3.1, L - индуктивность отключаемой цепи, R - активное сопротивление отключаемой цепи, Е - напряжение источника питания, V - УЗИП.
У полупроводниковых устройств поглощающего типа (варисторов) в области рабочих токов перегрузки напряжение ограничения изменяется, как правило, в пределах 20%. Поэтому, с целью упрощения вывода выражения для расчета указанной энергии, можно принять, что падение напряжения Uv на УЗИП V постоянно, т.е. не зависит от тока.
Разработка методики расчета параметров коммутационных перенапряжений при отключении электрических цепей автоматическими ; выключателями
Длительность импульса напряжения, возникающего при отключении . активно-индуктивной цепи автоматическим выключателем, можно определить на основе первого дифференциального уравнения системы (2.2). Если пренебречь падением напряжения на активном сопротивлении, то после интегрирования это уравнение можно записать в следующем виде где /0 - начальное значение тока, соответствующее половине максимального значения напряжения импульса; timp - время спада тока от /0 до idx.
Из (3.13) следует, что длительность импульса прямо пропорциональна индуктивности отключаемой цепи, и выражение для длительности импульса можно записать в следующем виде timp=kL, (3.14) : где к - коэффициент пропорциональности, определяемый по выражению дх 7 к= —а1 . (3.15) I
Рассчитанные значения коэффициентов к, а также значения амплитуд ; импульсов umi при отключении активно-индуктивной цепи автоматическим выключателем с ./V промежутками в дугогасительной решетке приведены в табл. 3.1.
Энергия импульса может быть определена как энергия, запасенная в индуктивности цепи в момент, когда напряжение импульса достигает уровня напряжения ограничения устройства защиты от перенапряжений.
Разработка комбинированных устройств поглощающего типа для защиты от импульсных перенапряжений
Установленные в главе 3 области возможных значений параметров КП, создаваемых автоматическими выключателями и предохранителями, показывают, что амплитуды КП могут в несколько раз превышать параметры испытательных импульсов, регламентированных действующими требованиями по стойкости к КП [41]. Согласно этим требования разработано все существующее электрооборудование автономных ЭЭС. Поэтому для обеспечения защищенности электроприемников в автономных ЭЭС от КП представляется необходимой установка УЗИЛ, обеспечивающих ограничение амплитуд импульсов до значений, не превышающих значения регламентированные требованиями [41].
Исходя из рассмотренных выше условий возникновения КП для эффективной защиты автономной ЭЭС от КП, УЗИП должны устанавливаться в распределительных щитах [111], а также непосредственно у электрооборудования, при отключении которого возможно возникновение КП. На рис. 4.1 показаны целесообразные места установки УЗИП на примере двухступенчатой радиальной схемы электроснабжения.
Требования к устанавливаемым на главном распределительном щите (ГРЩ) устройствам защиты УЗІ определяются исходя из максимально-возможных параметров КП, возникающих при отключении головного автоматического выключателя ГРЩ и при срабатывании предохранителей, а также при отключениях автоматическими выключателями присоединений к ГРЩ токов коротких замыканий. Характеристики защитных устройств устанавливаемых на вторичном распределительном щите (ВРЩ) УЗП выбираются по максимально-возможным параметрам КП, создаваемых в питающей сети при коммутации токов КЗ потребителей, присоединенных к конкретному ВРЩ, и в отключаемой части сети при срабатывании головного автоматического выключателя ВРЩ. Характеристики устройств защиты УЗШ должны быть рассчитаны на параметры КП, возникающие при отключении тока индивидуальным коммутационным аппаратом отдельного электрооборудования.
Следует отметить, что при разработке схемы защиты автономной ЭЭС от импульсных перенапряжений необходимо учитывать возможность проникновения в ЭЭС внешних импульсных перенапряжений как коммутационных, так и грозовых. Возможными путями проникновения являются все проводники, выходящие за металлический корпус автономного объекта, которые могут подвергаться прямым грозовым разрядам, полевому воздействию тока молнии, полевому воздействию объектов электроэнергетики, полевому воздействию ядерного взрыва, а также проводники, связывающие автономную ЭЭС с неавтономной энергосистемой (например, питание корабельной ЭЭС во время стоянки от береговой ЭЭС). Наиболее опасным из указанных внешних воздействий является воздействие грозового разряда [26].
Поэтому все входы в автономный объект должны защищаться устройствами защиты (на рассматриваемой схеме - УЗО). Эти устройства защиты должны быть согласованы с устройствами защиты, предназначенными для ограничения КП. Согласование может быть осуществлено либо введением между ограничителями последовательной разделительной индуктивности либо с использованием собственной индуктивности проводов между ограничителями. Согласование УЗРШ заключается в том, что их параметры с учетом значения разделительной і индуктивности выбираются таким образом, чтобы основную часть энергии : внешнего импульса воспринимало УЗИП, установленное на границе I автономного объекта, а ближайшее УЗИП, предназначенное для защиты от ] КП, воспринимало допустимую для него часть энергии.
Для построения защиты автономных ЭЭС от всех внешних и внутренних импульсных перенапряжений может быть использовано разработанное автором комбинированное УЗИП на основе варисторов и газонаполненного разрядника. Описание указанного устройства приведено ниже.
Похожие диссертации на Коммутационные перенапряжения и защита от них автономных электроэнергетических систем напряжением до 1 кВ
