5.5. Ограничение внутренних перенапряжений

В установках до 220 кВ координацию изоляции, то есть согласование ее уровня с возможными перенапряжениями, экономически выгодно выполнять за счет усиления изоляции, не прибегая к специальным защитным средствам ограничения внутренних перенапряжений. В тоже время в эксплуатации должны быть предусмотрены следующие организационные и технические мероприятия, направленные на снижения некоторых видов внутренних перенапряжений.

1. Стараются уменьшить вероятность возникновения неполнофазного режима, путем отказа от применения предохранителей в установках высокого напряжения, а так же не допускать длительную работу трансформаторов на холостом ходу (феррорезонанс).

2. В цепях отключения батарей статических конденсаторов (БСК) применяют быстродействующие выключатели, а на длинных линиях – выносные трансформаторы напряжения, снижающие перенапряжения при отключении емкости.

3. Устанавливают грозозащитные разрядники или ОПН в цепях отключения трансформаторов и двигателей, для ограничения перенапряжений при отключении индуктивности. В этом случае разрядник рассеивает небольшую энергию, так как продолжительность таких перенапряжений не превышает 10 мс.

4. Применяют компенсированную или резистивно-заземленную нейтраль в разветвленных сетях напряжением 6-35 кВ.

В установках сверхвысокого напряжения (СВН) идут по другому пути. Уменьшают запас по изоляции, но при этом применяют радикальные меры, ограничивающие внутренние перенапряжения. К ним относятся использование шунтирующих реакторов на длинных линиях и специальных коммутационных или комбинированных разрядников.

Почти все коммутационные перенапряжения превышают уровень изоляции линий СВН. Для их ограничения применяют разрядники с повышенной пропускной способностью, позволяющие срезать пики перенапряжений переходного процесса в течение 3-4 периодов промышленной частоты. К ним относятся вентильный разрядник с тервитовым сопротивлением или ОПН. Например, на линиях 330-750 кВ применяют комбинированный (грозозащитный и коммутационный) разрядник серии РВМК. Его принципиальная схема и вольт-амперная характеристика приведены на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Схема замещения и ВАХ комбинированного разрядника РВМК

При коммутационных перенапряжениях сопровождающий ток , протекающий через разрядник, небольшой до 2 кА. Падение напряжения на сопротивлении будет недостаточное для пробоя искрового промежутка и току соответствует повышенное напряжение гашения на сопротивлениях . При грозовых перенапряжениях импульсный ток разрядника достаточно большой (около 10 кА), падение напряжения на возрастает, что приводит к пробою и шунтированию сопротивления . В результате остающееся напряжение разрядника на нелинейном сопротивлении не превышает уровень защищаемой изоляции. Например, в разряднике типа РВМК-500 удалось повысить напряжение гашения до при пределе электрической прочности изоляции линии .

На линиях СВН после коммутационных перенапряжений наступают установившиеся перенапряжения за счет емкостного эффекта, значение которых, как правило, выше . Дуга в разряднике в этом случае не погаснет, и он выйдет из строя. Для успешного гашения дуги в разряднике к линии необходимо мгновенно подключить дополнительные шунтирующие реакторы, снижающие установившиеся перенапряжения ниже . Для этого применяют следующую схему безинерционного подключения шунтирующих реакторов (рис. 5.14).

В нормальном режиме главный выключатель Q реактора включен, а отделитель S отключен. При перенапряжении более пробивается искровой промежуток ИП и реактор мгновенно подключается к линии. Ток реактора приводит к срабатыванию максимального токового реле КА, которое замыкает контакты в цепи включения отделителя S, дуга в ИП гаснет и реактор остается подключенным к линии. Для восстановления исходного режима выключатель Q и отделитель S отключают, затем выключатель Q вновь включают. Этот процесс происходит автоматически или вручную после восстановления номинального напряжения в линии.

Рис. 5.14. Схема безинерционного подключения шунтирующего реактора

В настоящее время для линий СВН разработан и находится в опытной эксплуатации выключатель с синхронным включением. У него замыкание главных контактов при включении происходит в момент перехода синусоидального напряжения источника питания через нуль, что способствует ограничению пиковых перенапряжений при включении разомкнутой линии и при АПВ.

Есть также разработки выключателей с шунтирующими резисторами. У этих выключателей, прежде чем включить главные контакты линию включают через резистор с помощью вспомогательных контактов. При отключении, наоборот, вначале отключаются главные контакты и линия остается включенной через резистор, а затем вспомогательные контакты окончательно отключают линию. Во всех этих случаях через шунтирующий резистор разряжается остаточный заряд линии и коммутационные перенапряжения ограничиваются.