4. Защита
4.1. Уровень защиты ОПН
Уровень защиты Ures определяется как максимальное остающееся напряжение на зажимах разрядника, когда номинальный разрядный ток с формой 8/20 мкс проходит через ОПН. Большинство ОПН, установленных в сетях среднего напряжения имеет номинальный разрядный ток 5 кА или 10 кА. Форма номинального разрядного тока определяется как 8/20 мкс. Такой импульс перенапряжения характерен для грозовых перенапряжений. В технических характеристиках ОПН обычно указывается остающееся напряжение для токовых импульсов молнии и для значений, кратных номинальному разрядному току.
Коммутационные перенапряжения имеют более низкие амплитуды, чем перенапряжения молнии. Именно поэтому должны рассматриваться максимальные остаточные напряжения для коммутационных импульсов с формой 30/60 мкс и при амплитуде волны тока 125 и 500 А.
4.2. Защитная зона ОПН
Импульсы перенапряжения в воздушных сетях и кабелях имеют форму бегущих волн. Это означает, что напряжения в проводнике в любое данное время зависят не только от времени, но также и от положения точки на проводнике, где производится измерение. Разности потенциалов могут быть очень большие, особенно возле мест, где происходит изменение полного сопротивления проводника (в точке перехода ЛЭП или же в точке разветвления). Причина этого - отражение волны в этих так называемых точках отражения. Необходимо учитывать, что напряжение на защищаемом оборудовании не всегда соответствует напряжению на ОПН в один и тот же момент времени. Чем дальше ОПН от оборудования, тем больше будет эта разница. При определенном расстоянии, может случится, что ОПН вообще не обеспечивает защиту оборудования. Это критическое расстояние называется защитной зоной ОПН. ОПН должен всегда монтироваться так, чтобы электрическое расстояние между оборудованием и разрядником было меньше, чем защитная зона.
В системе среднего напряжения защитная зона L ОПН может быть приближенно оценена следующей формулой:
Где v = 300 м/мкс (скорость света);
BIL = основной уровень импульсной прочности изоляции
оборудования, которое будет защищено; UP = уровень ограничения перенапряжений защит разрядника (остаточное напряжение при номинальном токе разряда); S = крутизна импульса перенапряжения.
Рис. 3: Схема установки ОПН
В упрощенной схеме на рис. 3, сумма расстояний a и b не должна превышать защитную зону L:
Типичные значения S - 1550 кВ / р s (для воздушной сети на деревянных опорах) и 800 кВ / р s (воздушная сеть с заземленными траверсами). Для сетей среднего напряжения эти величины определяют приблизительно следующие защитные зоны:
Воздушная сеть с деревянными опорами
Воздушная сеть с заземленными траверсами
Вычисление предполагает, что длина заземляющего провода ОПН настолько коротка, что ее можно не учитывать. В противном случае, длину заземляющего проводника необходимо добавлять к расстоянию b.
Влияние трансформаторной емкости на защитную зону должно обязательно приниматься во внимание. Емкость может иногда приводить к недопустимому уменьшению защитной зоны L; в зависимости от расстояния b, это уменьшение может составлять 80 % зоны. Это особенно важно для воздушной сети на деревянных опорах. Например, для системы напряжения 24 кВ, расстояние b должно быть не больше, чем 1 м. Защитная зона L составляет приблизительно 2 м, оставляя 1 м для расстояния а. При системе напряжений выше 24 кВ максимальная длина расстояния b составляет только 0,6 м.
Ясно, что защитный эффект ОПН критически зависит от его расположения на ЛЭП. Для максимальной защиты, ОПН должен быть установлен, как можно ближе к оборудованию, которое он защищает, а воздушная ЛЭП должна быть подключена непосредственно к ОпН. На рис. 4 показаны три варианта подключения ОПН для защиты трансформатора. Третий вариант - наилучший, хотя он тоже может быть улучшен за счет сокращения расстояния между трансформатором и ОПН. Первый вариант значительно хуже, потому что, а это очевидно, защитный эффект разрядника может быть существенно улучшен без больших дополнительных затрат.
Рис. 4: Варианты подключения ОПН для защиты трансформатора
В некоторых случаях довольно трудно, или даже невозможно, не превышать максимальное расстояние b 1 м. или 0.6 м. для воздушной ЛЭП на деревянных опорах. В таких ЛЭП необходимо изменить конструкцию. Как правило, это относится только к заземлению траверс последних 3 опор перед трансформатором. Это уменьшает крутизну перенапряжений до уровня, при котором защитная зона становится достаточной. Недостатком этого решения является то, что среднее количество замыканий на землю и коротких замыканий начинает расти, становясь почти таким же высоким, как в системах с заземленными траверсами. Другое, более изящное решение, состоит в том, чтобы установить второй комплект ОПН на последней опоре перед трансформатором, вместо дополнительных заземлений. Это также уменьшает крутизну волны перенапряжений, но без увеличения количества замыканий на землю или коротких замыканий.
