Види захисту промислових пристроїв від перенапружень. Види грозозахисту

Для забезпечення максимального ступеня захисту від перенапружень застосовують комбіновані системи з декількома ступенями захисту умовно що позначаються А, В, С, і D.

Нижче приводиться короткий опис всіх ступенів захисту від перенапруження.

Перший ступінь захисту - А.

Перший ступінь захисту був призначений для обмеження рівня пульсацій напруги в електроживлячій мережі у момент розряду до максимально допустимого подальшими ступенями захисту В, С, D.

Обмежувач напруги категорії А встановлюється безпосередньо на опорі повітряної лінії електропередачі. Відмітні характеристики обмежувачів категорії А - це можливість витримати максимальний струм розряду до 70 кА, обмежуючи при цьому максимальний рівень напруги в живлячій мережі до 1,5 кВ.

Другий ступінь захисту В був призначений для згладжування пульсацій в лінії електропередачі до рівня, прийнятного більшості устаткування, не критичного до пульсацій в живлячій мережі (светотехническое устаткування, побутові прилади). Обмежувач напруги категорії В встановлюється в головний розподільний щит після обмежувача напруги категорії А і може бути першим ступенем захисту у разі живлення об'єкту від підземних ліній електропередачі. Дана категорія обмежувачів напруги забезпечує захист від перенапруження із струмами розряду від 35 кА до 70 кА.

Третій ступінь захисту був призначений для повного згладжування пульсацій в електроживлячій мережі до рівня, прийнятного для живлення устаткування, критичного до живлячої напруги.

Обмежувач напруги категорії С встановлюється у вторинні розподільні щити після обмежувача напруги категорії В і часто є останнім ступенем в комплексі захисту від перенапруження. Дана категорія забезпечує захист устаткування від залишкових явищ перенапруження унаслідок грозових розрядів або комутаційних перехідних процесів.

Четвертий ступінь захисту формується із застосуванням обмежувача напруги категорії D і використовується тільки у випадку, якщо живляча лінія має значну довжину (десятки метрів) і устаткування, що захищається, потребує стабілізованого живлення. Дана категорія обмежувачів забезпечує захист від струмів розряду до 3 кА і гарантує підтримку напруги в мережі не більше 275 В.

Захисні пристрої класу В встановлюються на введенні в будівлю (у ввідному щиті або ж спеціальному боксі). Захисні пристрої класу С - на інших підрозподільних щитах.. Захист класу D встановлюється безпосередньо біля споживача. Звичайно буває достатньо встановити обмежувачі перенапруження класу С і класу D (пристрої класу D рекомендується встановлювати завжди). Захисні пристрої класу B повинні застосовуватися в обов'язковому порядку на об'єктах схильних грозовим діям (перш за все, має високі антенно-щоглові споруди). Схема підключення захисних пристроїв для мереж типу TN-C-S була приведена на малюнку 1.

Мал.1 Установка захисних пристроїв в TN-C-S мережі 220/380 В

Особливістю даної схеми є те, що в першому ступені захисту між нульовим робочим (N) і нульовим захисним (РЕ) провідниками не встановлюється обмежувач перенапруження, оскільки захисні пристрої розташовані безпосередньо біля точки розділення PEN провідника на N і РЕ провідники. В другому ступені захисту між N і РЕ провідниками вже повинен встановлюватися обмежувач перенапруження, оскільки при видаленні від точки розділення PEN провідника і збільшенні довжини електричних кабелів індуктивність і, відповідно, індуктивний опір жив кабелів струму розряду блискавки різко зростає. В результаті цього можливо виникнення різниці потенціалів між елементами устаткування, підключеного до N і РЕ провідникам. Так само при установці захисних пристроїв дуже важливо, щоб відстань між сусідніми ступенями захисту була не менше 7-10 метрів по кабелю електроживлення. Виконання цієї вимоги необхідне для правильної роботи захисних пристроїв. У момент виникнення в силовому кабелі імпульсного грозового перенапруження, за рахунок збільшення індуктивного опору металевих жив кабелю забезпечується необхідна тимчасова затримка в зростанні імпульсу перенапруження на наступному ступені захисту, що дозволяє забезпечити почергове спрацьовування обмежувачів перенапруження від більш могутніх до менш могутніх. У разі потреби розміщення захисних пристроїв на більш близькій відстані або рядом (в одному щитку) необхідно використовувати штучну лінію затримки у вигляді дроселя з індуктивністю не менше 12 мкГн. Можна навести як приклад пристрій PRONET (ISKRA ZASCITE), дросель ДРМ (НВО «Інженери електрозв'язку») або йому подібні пристрої інших фірм виробників. При установці дроселів необхідно враховувати, що робочі струми навантаження по фазах не повинні перевищувати гранично допустимі значення, вказані в технічному паспорті на дані пристрої. Схема включення дроселів була приведена на малюнку 2.

Мал.2 Установка захисних пристроїв з використанням дроселів в TN-S сеть 220/380 В

У разі вживання пристроїв УЗО, обмежувачі перенапружень класів В і С необхідно розміщувати на лінійній стороні УЗО, щоб струми розряду і струми витоку, що протікають через них на РЕ провідник, не викликали спрацьовування УЗО. До того ж у разі установки обмежувачів перенапруження класів В і С на сторону навантаження УЗО, останній може бути виведений з ладу струмом розряду блискавки, що неприпустимо з погляду забезпечення електробезпеки. Обмежувачі перенапружень класу D можна встановлювати після УЗО на стороні навантаження для захисту устаткування від диференціальних перенапружень між фазним провідником L і нейтраллю N. В цьому випадку імпульсні струми розряду протікатимуть між L і N провідниками, не відводячись на захисний РЕ провідник. У ряді випадків можливо використовування схеми, приведеної на малюнку 3.

Мал.3 Варіант установки захисних пристроїв в TN-C-S мережі 220/380 В з вживанням УЗО.

Тут середня крапка двох варисторов підключається до РЕ провіднику через розрядник, який не дозволить струмам витоку варисторов викликати помилкове спрацьовування УЗО. В даній схемі необхідне вживання УЗО типу S з тимчасовою затримкою спрацьовування. Проте слід зазначити, що питання вживання УЗО на об'єктах, де необхідне забезпечення електроживлення по першій категорії, на даний момент часу залишається не вирішеним. ПУЕ видання 7-е 1999 року передбачає вживання УЗО в електроустановках житлових, суспільних, адміністративних і побутових будівель. Документи, що визначають область вживання УЗО в електричних мережах промислових підприємств, в даний час відсутні. [3, с.368]

Захист промислових трансформаторів і ліній від перенапружень

Захист від перевантажень в електричних мережах з напругою до 1000 в здійснюється за допомогою плавких запобіжників або автоматичних вимикачів. Вони відключають ділянку мережі, що захищається, коли струм перевищує деяке значення, допустиме за умов нагріву дротів. Запобіжники діють без витримки часу, відповідно до захисної характеристики плавкої вставки. Автоматичні вимикачі забезпечуються расцепітелями як миттєвої дії, так і із затримкою в часі, залежної від перевищення струму в лінії понад допустиме значення. В електричних мережах з напругою понад 1000 в від теплового перевантаження захищають трансформатори і окремі підземні (кабельні) лінії, які працюють в умовах систематичних перевантажень. Повітряні лінії в такому захисті звичайно не мають потреби.

Захист трансформаторів від перенапружень

Захист ізоляції трансформаторів від атмосферних і комутаційних перенапружень здійснюється вентильними розрядниками. Застосовуються розрядники серій РВРД, РВМК, РВМГ, РВМ і ін. На підстанціях до 220 кВ їх звичайно встановлюють на шинах або на приєднаннях трансформаторів. На підстанціях 330 кВ і вище вентильні розрядники обов'язково встановлюються на кожному приєднанні трансформатора, причому якомога ближче до трансформатора, щоб підвищити надійність грозозахисту і уберегти його від можливих комутаційних перенапружень.

Вентильними розрядниками захищають від перенапружень незаземлені нейтралі трансформаторів 110—220 кВ. Це було викликано тим, що в даний час всі трифазні трансформатори 110—220 кВ випускаються з пониженою ізоляцією нейтралі (в порівнянні з класом ізоляції лінійного введення). Так, у трансформаторів 110 кВ з регулюванням напруги під навантаженням рівень ізоляції нейтрали відповідає стандартному класу напруги 35 кВ, що обумовлюється включенням з боку нейтрали пристроїв РПН з класом ізоляції 35 кВ. Трансформатори 220 кВ також мають знижений рівень ізоляції нейтрали. У всіх випадках це дає значний економічний ефект і тим більший, чим вище клас напруги трансформатора.

Тим часом на разземлених нейтралях таких трансформаторів можуть з'являтися перенапруження при однофазних коротких замикань в мережі. Вони можуть виявитися під впливом підвищених напруг промислової частоти при неповнофазних режимах комутації ненавантажених трансформаторів. Для захисту разземлених нейтралей трансформаторів застосовуються вентильні розрядники на номінальну напругу, відповідну класу ізоляції нейтралі.

Невживані в експлуатації (тривало неприєднувані до мережі) обмотки трансформаторів низької (середнього) напруги звичайно з'єднуються в трикутник (або зірку) і захищаються від перенапружень вентильними розрядниками. Перенапруження в невживаних обмотках з'являються в результаті дії грозових хвиль на обмотку ВН і переходу їх на обмотку НН (СН) через місткість або індуктивність між обмотками. Для захисту невживаної обмотки до введення кожної її фази приєднується вентильний розрядник. В нейтрали зірки також встановлюється вентильний розрядник.

З переходом хвиль з однієї обмотки на іншу зв'язують також появу небезпечних для ізоляції перенапружень, які відключаються вимикачем на невживаної обмотці автотрансформатора. Щоб уникнути пошкоджень, ізоляцію обмоток автотрансформаторов захищають вентильними розрядниками, встановлюваними на всіх обмотках, що мають між собою автотрансформаторний зв'язок. Розрядники підключаються до сполучних шин жорстко, без роз’єднувачів.

Вентильні розрядники всіх напруг повинні, як правило, постійно знаходитися в роботі протягом всього року. Їх періодично оглядають. При оглядах звертається увага на цілість фарфорових покришок, армировочних швів і гумових ущільнень. Поверхня фар фарфоровых покришок повинна міститися в чистоті. Бруд на поверхні покришок спотворює розподіл напруги уздовж розрядника, що може привести до його перекриття.

Спостереження за спрацьовуванням вентильних розрядників ведеться по спеціальних регістрах. Вони включаються послідовно в ланцюг розрядник — земля, і через них проходить імпульсний струм, що приводить до спрацьовування регістра.

В процесі експлуатації вентильних розрядників виконуються вимірювання мегаометром їх опори, а також струму провідності при випрямленій напрузі. Необхідність капітального ремонту вентильних розрядників визначається за наслідками випробувань і оглядів.

Засоби захисту ліній від грозових перенапружень

До основних засобів грозозахисту відносяться стрижньові і тросові громовідводи, трубчасті розрядники і іскрові проміжки. Ефективно також автоматичне повторне включення лінії (АПВ, ОАПВ), оскільки при грозовому відключенні в 80—90 % випадків електрична міцність ізоляції лінії повністю відновлюється після зняття з неї робочої напруги.

На лініях 110 кВ і вище з металевими і залізобетонними опорами застосовується тросовий захист по всій довжині. При тросовому захисті відключення лінії може відбутися як унаслідок прориву блискавки на дроти у разі недостатнього захисного кута, що приймається в звичайних умовах рівним 20—30°, так і унаслідок зворотного перекриття з опори на дріт при ударі блискавки в опору або трос. Зворотні перекриття відбуваються при великих значеннях струму блискавки і опорів заземлень опор. Щоб виключити зворотні перекриття, опір заземлення опор ліній під тросами прагнуть довести до можливо менших значень. Значення опору заземлення залежно від питомого опору грунту були приведені нижче:

Питомий опір грунту Омм до 100 100—500 500—1000 Більш 1000

Опір заземлення, Ом 10 15 20 30

На лініях 220—500 кВ підвіска троса на опорах проводиться на ізоляторах з шунтуючими їх іскровими проміжками (мал. 4). При цьому трос заземляють в одній точці кожного анкерного прольоту. Така підвіска троса дозволяє понизити втрати електричної енергії в замкнутих контурах на лініях з двома тросами і контурах трос — опори від струмів, що наводяться унаслідок електромагнітної індукції. Включення тросів через іскрові проміжки не знижує їх захисної дії, оскільки пробій іскрових проміжків і переклад троса в глухозаземлений режим практично відбуваються вже в процесі формування лідера. Стрижньові громовідводи застосовуються на ВЛ для захисту окремих опор або прольотів лінії.

Трубчасті розрядники (РТ) є апаратами багатократної дії, призначеними для захисту лінійної ізоляції, а в сукупності з іншими засобами захисту — ізоляції станцій і підстанцій. Конструкція трубчастого розрядника була показана на мал. 5.

Зовнішні іскрові проміжки розрядників встановлюються залежно від робочої напруги і режиму нейтрали мережі.

Значення внутрішнього іскрового проміжку регламентується для кожного типу РТ залежно від його дугогасящих властивостей.

Розміщення розрядників на опорах повинне бути таким, щоб зони вихлопу газів різних фаз не перетиналися. Відкритий кінець розрядника розташовується нижче закритого, щоб уникнути скупчення вологи у внутрішній порожнині розрядника.

Мал. 4. Система заземлення тросів на ВЛ 500кВ

Рис. 5. Пристрій трубчастого розрядника

1 — газогенеруюча трубка из фибры или винипласта; 2 —внутренний электрод- 3 — кольцевой электрод; 4 — зажим для крепления электрода к арматуре; S₁ и S₂ — внутренний и наружный искровые промежутки

Експлуатація РТ полягає в нагляді за їх станом, перевірці і ремонті. При огляді із землі звертається увага на положення покажчика спрацьовування, розмір зовнішнього іскрового проміжку, оплавлення електродів, стан заземляющей проводки. При виявленні пошкоджень розрядник демонтується і піддається ревізії. Розрядник бракується, якщо діаметр внутрішнього каналу трубки збільшується (унаслідок багатократних спрацьовувань) на 20—25 % в порівнянні з первинним. [4, с.288]

Висновки

Основною задачею системи блискавкозахисту є уловлювання всіх потрапляючих в будівлю блискавок. Її роботу можна розділити на три основні процеси - уловлювання блискавки в місці попадання, токоотвод в грунт і заземлення. При цьому дуже важливо уникнути теплових, механічних або електричних побічних ефектів, оскільки це може привести до пошкодження конструкції об'єкту, що захищається, і до виникнення небезпечного для людей контактної або крокової напруги усередині будівлі. Система блискавкозахисту була призначена для захисту від прямого удару блискавки, грозових і комутаційних перенапружень в мережах.

Перелік посилань

1. Кузнецов Б.В. Электробезопасность при эксплуатации электроустановок. Мн.: Беларусь, 1987. – 80с.

2. Зоричев А.Л. Применение ограничителей перенапряжения для защиты электропитающих установок. М.: Энергоатомиздат, 1985. – 356с.

3. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 480с.

4. Мандрыкин С.А., Филатов А.А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и сетей. М.: Энергоатомиздат, 1983. – 344с.