Защита электрических сетей промышленности и транспорта от перенапряжений

Page 1
background image

Page 2
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

48

Çàùèòà ýëåêòðè÷åñêèõ 
ñåòåé ïðîìûøëåííîñòè 
è òðàíñïîðòà îò 
ïåðåíàïðÿæåíèé

Ферудин ХАЛИЛОВ, д.т.н., профессор,

 Наталия ШИЛИНА, с.н.с., Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

П

оказатели надежности элек-
трооборудования и линий 
промышленных предприя-

тий и электротранспорта несколько 
ниже, чем требуется эксплуатаци-
ей. Это связано с рядом причин, 
основными из которых являются:
•  собственные директивные до-

кументы упомянутых отраслей 
несколько отличаются от таких 
же документов для большой 
энергетики [1, 2];

• значительная часть высоко-

вольтного электрооборудова-
ния исчерпала свой норматив-
ный ресурс и эксплуатируется 
более 40—50 лет;

•  в сетях предприятий до сих пор 

в ряде случаев применяются 
устаревшие защитные аппара-
ты.
Систему электроснабжения 

промышленных предприятий и 
электротранспорта условно мож-

Рис. 1. Упрощенная схема системы электроснабжения 

предприятий

но подразделить на две части 
(рис. 1): внешнюю, включающую 
подстанции глубокого ввода 
110—220 кВ, и внутреннюю, охва-
тывающую номинальные напря-
жения 10, 6 и 0,4 кВ.

Кроме того, она в ряде случа-

ев, например, на предприятиях 
целлюлозно-бумажной промыш-
ленности имеет собственную 
ТЭЦ, работающую на отходах и 
ограниченную по мощности.

Подстанции глубокого ввода 

(п/ст 1, п/ст 2, п/ст 3 и т.д.) по-
лучают питание по линиям ВЛ 1, 
ВЛ 2, ВЛ 3 и т.д. при напряжении 
110—220 кВ.

С помощью трансформаторов 

этих подстанций напряжение 
снижается до 6 или 10 кВ (сек-
ции 1 с и 2 с). Далее от секций 
1 с и 2 с питаются электродви-
гатели переменного тока (ЭД1, 
ЭД2, ЭД3, ЭД4 и т.д.), транс-
форматоры (Т1, Т2, Т3 и т.д.) 
и выпрямительные установки 
(В1, В2, В3 и т.д.). От послед-
них питаются электродвигате-
ли постоянного тока (ЭД5, ЭД6, 
ЭД7 и т.д.), являющиеся основ-
ным электроприводом элек-
трифицированного транспорта, 
например, бумагоделающих 
машин.

Актуально

ÂÛÁÎÐ ÎÏÍ


Page 3
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

49

От трансформаторов Т1, 

Т2, Т3 и т.д. питается нагрузка 
(в основном электродвигатели) 
0,22/0,38 кВ.

Сети промышленных пред-

приятий и электротранспорта, а 
также сельского хозяйства в на-
стоящее время в основном защи-
щаются вентильными разрядни-
ками (более 50%).

Сегодня в Российской Федера-

ции, а также практически во всех 
технически развитых зарубежных 
странах прекращено производ-
ство вентильных разрядников, 
являющихся до последнего вре-
мени основным средством защи-
ты от перенапряжений, так как 
они обладают рядом недостатков, 
основными из которых являются:
• высокое импульсное пробив-

ное напряжение U

пр

 и высокое 

остающееся напряжение при 
токах 3, 5 и 10 кА, вследствие 
чего уровень неограниченных 
перенапряжений достаточно 
высок. Например, для сетей 
220 кВ U

пр

=(3—3,3) U

фн

 для 

различных групп разрядников 
по данным ГОСТ 16357-83); 

•  ограниченная пропускная спо-

собность, что заставляет от-
строить эти защитные аппара-
ты от большинства внутренних 
перенапряжений, обладающих 
большой запасенной электро-
магнитной энергией;

•  после 20—25 лет эксплуатации 

разрядники несколько (на 20—
25%) повышают свои вольт-
амперные и вольтсекундные 
характеристики, что в итоге 
ухудшает защиту электрообо-
рудования от перенапряжений; 

•  при срабатывании вблизи ин-

дуктивных элементов (силовых 
трансформаторов, реакторов, 
трансформаторов напряже-
ния) вызывают в их обмотках 
градиентные (продольные) 
перенапряжения, опасные для 
изоляции;

•  из-за наличия искровых про-

межутков и шунтирующих со-
противлений имеют большие 

массогабаритные характери-
стики, что связано с серьез-
ными затратами при транспор-
тировке и монтаже, особенно 
в слабоосвоенных северных 
районах страны.
Поэтому приблизительно 30 

лет назад в России началась ин-
тенсивная разработка новых ап-
паратов — нелинейных ограни-
чителей перенапряжений (ОПН) 
на основе высоконелинейных 
оксидно-цинковых варисторов. В 
те годы аналогичные работы ве-
лись только в США и Японии.

В настоящее время в стране 

осуществляется массовый пере-
ход от вентильных разрядников к 
ограничителям перенапряжений. 
Это продиктовано массовым ста-
рением вентильных разрядников, 
которые эксплуатируются более 
40—50 лет, и выходом в свет не-
которых директивных докумен-
тов.

Однако часто необоснованный 

выбор характеристик ОПН, их не-
правильная эксплуатация могут 
привести к повреждению самих за-
щитных аппаратов, вызвать серь-
езные аварии в энергосистемах и 
электрических сетях промышлен-
ных предприятий.

Ограничитель перенапряже-

ний, являясь средством уменьше-
ния перенапряжений на изоляции 
электрооборудования подстан-
ций, линий и электрических ма-
шин, повышения надежности ра-
боты защищаемого объекта, не 
должен снижать надежности за 
счет собственного повреждения. 
Поэтому выбор этих защитных 
аппаратов, как и выбор любого 
электротехнического оборудова-
ния, должен быть тщательно взве-
шен и обоснован. 

Главным обстоятельством, 

определяющим безаварийную 
работу ограничителей, является 
длительное допустимое рабочее 
напряжение на аппарате. В Рос-
сийской Федерации и большин-
стве стран СНГ оно оговорено 
директивными документами в 

рамках соответствующих правил 
и требований (ПТЭ, ПУЭ, РУ). По 
этим требованиям напряжение 
на подстанциях в нормальном 
режиме должно быть не более 
чем 1,2U

ном

 в сетях до 6—10 кВ, 

1,15U

ном

 — на подстанциях 35 кВ 

и 

 

U

ном 

— в сетях 110—220 кВ. 

Одним из основных параме-

тров, определяющих электриче-
ские характеристики нелинейных 
ограничителей перенапряжений, 
является величина импульсного 
(разрядного) тока I

и

, допустимо-

го через варисторы упомянутых 
защитных аппаратов. При значе-
ниях тока больше допустимого I

и

 

для выбранных варисторов может 
произойти их перекрытие по боко-
вой поверхности.

Импульсные токи через ОПН 

в промышленности сведены в 
табл. 1.

Табл. 1. Амплитуда импульсных 

токов через ОПН 6—220 кВ

U

ном

, кВ

I

и

, кА

получена

принята

6

4—5

10

10

4—5

10

35

4—5

10

110

5—6

10

220

7—8

10

Токи через ОПН при комму-

тационных перенапряжениях I

к

 

являются одними из основных 
факторов, определяющих сече-
ние варисторов и ВАХ всего за-
щитного аппарата. Эти токи для 
предприятий приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики I

к

 

для сетей 6—220 кВ

U

ном

кВ

I

к

, кА

получена

принята

6

150—500

500

10

200—500

500

35

350—600

600

110

350—500

500

220

400—600

600

Актуально

ÂÛÁÎÐ ÎÏÍ


Page 4
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

50

Актуально

ÂÛÁÎÐ ÎÏÍ

Окончательный выбор ОПН 

производится с учетом требований 
ПУЭ, ПТЭ, руководящих указаний 
по защите от перенапряжений, а 
также неэлектрических воздей-

ствий. К последним весьма услов-
но можно отнести: взрывобезопас-
ность, длину пути утечки внешней 
изоляции ОПН, механические воз-
действия, климатическое испол-

нение и категорию размещения, 
температуру окружающей среды, 
высоту местности над уровнем 
моря, а также вибрации и допусти-
мый уровень частичных разрядов.

Табл. 3. Технические требования к ОПН-0,22 и ОПН-0,38

Наименование

ОПН-0,22

ОПН-0,38

Номинальное напряжение защитного аппарата, В

220

380

Наибольшее рабочее напряжение, длительно допустимое 
на аппарате, В

260

460

Расчетный ток коммутационных перенапряжений при волне 1,2/2,5 мс, 
выдерживаемый не менее 20 раз, А

100—200

100—200

Остающееся напряжение при расчетном токе коммутационных перена-
пряжений, не более, В 

750—780

1300—1350

Расчетный ток грозовых перенапряжений при волне 8/20 мкс, выдер-
живаемый не менее 20 раз, кА

1,5

1,5

Остающееся напряжение при расчетном токе грозовых перенапряже-
ний, не более, В 

850

1500

Внешняя изоляция должна соответствовать требованиям ГОСТ для 
аппаратов класса напряжения, кВ

0,22

0,38

Климатическое исполнение

У или УХЛ

У или ХЛ

Категория размещения по ГОСТ 15160-697

4

4

Табл. 4. Технические требования к ОПН 6—35 кВ

6 кВ

10 кВ

35 кВ

Наименование

ОПН

ОПНН

ОПН

ОПНН

ОПН

ОПНН

Номинальное напряжение защитного 
аппарата, В

6

3,45

10

5,8

35

20,2

Наибольшее рабочее напряжение, 
длительно допустимое на аппарате, В

7,2

4,15

12

6,95

40,5

23

Расчетный ток коммутационных пе-
ренапряжений при волне 1,2/2,5 мс, 
выдерживаемый не менее 20 раз, А

200—500

200

200—500

200

200—500

300

Остающееся напряжение при расчетном 
токе коммутационных перенапряжений, 
не более, В

15—15,6

9,0

25,5—26

15,3

86—87

50,5

Расчетный ток грозовых перенапряже-
ний при волне 8/20 мкс, выдержива-
емый не менее 20 раз, кА

5

0,6

5

0,7

5

0,9

Остающееся напряжение при расчет-
ном токе грозовых перенапряжений, 
не более, В 

20

11,7

33

19,0

115

66,5

Внешняя изоляция должна соответствовать 
требованиям ГОСТ для аппаратов класса 
напряжения, кВ

6

6/

3

10

10/

3

35

35/

3

Климатическое исполнение

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

Категория размещения по ГОСТ 15160-697

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

Примечание. ОПН — для установки на шинах или зажимах электрооборудования, ОПНН — для установки 
в нейтрали. 


Page 5
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

51

Актуально

ÂÛÁÎÐ ÎÏÍ

Любой ОПН, выбранный в со-

ответствии с требованиями элек-
трических воздействий на него, 
не обеспечит надежную и устой-
чивую работу аппарата, если не 
учтены неэлектрические воздей-
ствия.

Технические характеристики 

ОПН-0,22 и ОПН-0,38 приведены 
в табл. 3, 6—35 кВ — в табл. 4, 
110 и 220 кВ — в табл. 5. 

Таким образом, широкое вне-

дрение ОПН в электрических 
сетях промышленности и элек-
тротранспорта в значительной 
степени снизит аварийность и 
улучшит технико-экономические 
показатели отрасли.

Литература

1. Правила устройства электро-

установок. 7-е издание. Санкт-
Петербург. Изд. «ДЕАН», 2003 г.

2. Руководство по защите элек-

трических сетей 6—1150 кВ от 
грозовых и внутренних перена-
пряжений/ Под научной редак-
цией Н.Н. Тиходеева, 2-е из-
дание, Санкт-Петербург. Изд. 
ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 
1999 г.

Табл. 5. Технические требования к ОПН 110—220 кВ

110 кВ

220 кВ

Наименование

ОПН

ОПНН

ОПН

ОПНН

Номинальное напряжение защитного аппарата, В

110

110

220

220

Наибольшее рабочее напряжение, длительно допустимое 
на аппарате, В

73

60

146

120

Расчетный ток коммутационных перенапряжений при волне 
1,2/2,5 мс, выдерживаемый не менее 20 раз, А

500

300

600

300

Остающееся напряжение при расчетном токе коммутационных 
перенапряжений, не более, В

90,7

87

181,4

174

Расчетный ток грозовых перенапряжений при волне 
8/20 мкс, выдерживаемый не менее 20 раз, кА

10

2,5

10

2,5

Остающееся напряжение при расчетном токе грозовых 
перенапряжений, не более, В 

155

145

310

290

Внешняя изоляция должна соответствовать требованиям ГОСТ для 
аппаратов класса напряжения, кВ

110

110/

3

220

220/

3

Климатическое исполнение

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

У или 

УХЛ

Категория размещения по ГОСТ 15160-697

1

1

1

1

Примечание. ОПН — для установки на шинах или зажимах электрооборудования,  ОПНН — для установ-
ки в нейтрали.


Читать онлайн

Методика выбора ограничителя перенапряжений, используемого для замены вентильных разрядников.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

Технологический суверенитет в российской энергетике: энергоэффективные трансформаторы с сердечниками из аморфной стали

Энергоснабжение / Энергоэффективность Оборудование Экология
ООО «НПК «АВТОПРИБОР»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

Разработка методики точной оценки фактической загрузки трансформаторов 6(10)–0,4 кВ с помощью данных от интеллектуальных систем учета электрической энергии

Энергоснабжение / Энергоэффективность Оборудование
Мусаев Т.А. Хабибуллин М.Н. Шагеев С.Р. Федоров О.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

О ремонтах оборудования распределительных устройств 220‑500 кВ узловых подстанций и их схемах

Управление производственными активами / Техническое обслуживание и ремонты / Подготовка к ОЗП Оборудование
Гринев Н.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»