Материал: Применение контроллеров частоты при нефтедобыче

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

5. Охрана труда и окружающей среды

5.1 Защита электрических установок от перенапряжений и заземляющие устройства

5.1.1 Общие сведения

Изоляция электрооборудования подразделяется на внешнюю,

работающую на открытом воздухе, и внутреннюю, работающую в масляной,

газовой или иной среде, защищенной от воздействия внешних атмосферных условий. Как внешняя, так и внутренняя изоляция электрооборудования испытывается импульсным напряжением той или иной полярности. Объем и порядок испытаний установлены ГОСТ 1516.1 – 76 и 1516.2 – 76. Полный грозовой импульс должен иметь продолжительность 1,2 ± 0,36 мкс. При испытании внутренней изоляции силовых трансформаторов напряжения и масляных реакторов требуется, чтобы предразрядное время было 2 – 3 мкс.

Внешняя изоляция электрооборудования должна испытываться на прочность в сухом состоянии и под дождем напряжением промышленной частоты плавным подъемом напряжения до значения испытательных напряжений. Внутренняя изоляция должна выдерживать в течении одной минуты установленные ГОСТом испытательные напряжения.

Прочность изоляции любой электроустановки должна быть выше максимального уровня рабочего напряжения данной электроустановки, а

также возможного уровня большинства внутренних перенапряжений. С

повышением уровня прочности изоляции стоимость электроустановок существенно возрастает. Поэтому оказывается экономически нецелесообразно повышать прочность изоляции до уровня – выше максимально возможного уровня внутренних перенапряжений и тем более выше уровня грозовых перенапряжений.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Внутренние перенапряжения электроустановки могут быть снижены путем надлежащего выбора режима заземления нейтрали, схем электрических станций и сетей, применением в выключателях резисторов,

шунтирующих контакты.

От максимально возможных внутренних перенапряжений, а также от грозовых перенапряжений все электроустановки должны иметь специальную защиту. Основным защитным средством при различных перенапряжениях являются вентильные разрядники различного исполнения. При выполнении электроустановок и осуществлении их защиты важнейшим вопросом является координация изоляции, т.е. установление и обеспечение необходимых соотношений между прочностью изоляции электрооборудования и характеристиками защитных устройств от перенапряжений. При всех возможных режимах работы электрооборудования прочность его изоляции должна быть выше соответствующих характеристик защитных устройств.

Уровень грозовых перенапряжений в конкретной электрической сети не зависит от ее номинального напряжения, а уровень внутренних перенапряжений, наоборот, зависит от номинального напряжения сети. По этой причине выбор уровня изоляции электрооборудования в основном лимитируется уровнем грозовых перенапряжений.

Важным элементом электроустановок являются заземляющие устройства, необходимые для обеспечения нормальных режимов работы электроустановок, осуществления их защиты от перенапряжений, а также создания безопасных условий эксплуатации электроустановок.

5.1.2 Внутренние перенапряжения

Внутренние перенапряжения можно подразделить на коммутационные и квазистационарные. Характер, значение и причины возникновения перенапряжений различны. Коммутационные перенапряжения могут возникнуть при включении и отключении электрических линий,

трансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов, при

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

возникновении перемежающейся дуги замыкания на землю в системах с незаземленной нейтралью, при коротких замыканиях, коммутациях и при качаниях генераторов электростанций в системах, содержащих длинные электрические линии различного типа. Квазистационарные перенапряжения,

существующие продолжительный период времени, могут возникнуть при однофазных

замыканиях и при неполнофазных режимах в энергосистеме, при работе протяженных электрических линий работающих на холостом ходу, при коротких замыканиях, при возникновении в системе параметрического резонанса или феррорезонанса, высших или низших гармониках.

Внутренние перенапряжения характеризуются кратностью. В

энергосистемах с учетом возможных уровней перенапряжений и технико-

экономических характеристик электрических линий приняты следующие допустимые кратности:

Согласно рекомендациям МЭК уровень изоляции для коммутационных перенапряжений должен составлять примерно 80% импульсного уровня изоляции. Принятый в энергосистемах режим нейтралей, схемы, а также характеристики устройств должны обеспечивать работу электрических сетей с кратностью внутренних перенапряжений не выше допустимой.

5.1.3 Грозовые перенапряжения

Грозовые перенапряжения возникают при разрядах молнии. Ток молнии имеет вид униполярного апериодического импульса и характеризуется амплитудой и длиной импульса.

Зарегистрированы амплитуды токов молнии от сотен ампер до 250 кА с длиной импульса 20 – 80 мкс. Вероятность появления молнии с верхним

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

пределом параметров относительно мала, поэтому в качестве расчетных параметров обычно принимают: IМАКС = 150 кА; ТИ = 40 мкс.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется числом грозовых дней в году или, что более точно числом грозовых часов в году. Так средняя продолжительность грозы составляет 1-2 часа. В среднем на один квадратный километр площади земли приходится примерно 0,1 удара молнии за один грозовой день.

В зависимости от длины электрической линии и высоты опор среднее число ударов молнии в линию за год колеблется от 250 (для линий 750 кВ) до

5 (для линий 35 кВ). При отсутствии специальной грозозащиты и недостаточной импульсной прочности изоляции линий эти удары молнии в большинстве случаев приводили бы к перекрытию изоляции линий и их отключению. Допустимые импульсные напряжения для изоляции электрооборудования определяются гарантированной импульсной прочностью, которая установлена несколько ниже импульсных испытательных напряжений.

5.1.4 Защита электроустановок от перенапряжений

Волны грозовых перенапряжений, возникающие во время грозы в электрических линиях, распространяются по сети и воздействуют на изоляцию как самих линий, так и электрооборудования электрических станций и подстанций.

Защита электроустановок от грозовых перенапряжений осуществляется разрядниками. Простейшим типом разрядника является искровой промежуток, состоящий из двух электродов, один из которых подсоединяется к защищаемому объекту, а второй – к заземлителю. Искровой промежуток пробивается при появлении на нем напряжения, превышающего его импульсное разрядное напряжение. Искровой промежуток срезает волну перенапряжения, приходящую с линии, и тем самым защищает оборудование электроустановки от пробоя или перекрытия. Однако разрядная

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

характеристика искрового промежутка нестабильна и зависит от состояния электродов и внешних атмосферных условий. Кроме того, срабатывание искрового промежутка приводит к появлению опасного короткого замыкания в сети и, следовательно, требует отключения соответствующих элементов электроустановки, что нежелательно. Из-за этого искровые промежутки используются ограниченно и только в качестве дополнительных средств защиты изоляции от перенапряжений. Основным же средством защиты от грозовых перенапряжений являются грозозащитные разрядники. В

энергетических системах используют разрядники двух типов : трубчатые и вентильные. Трубчатые разрядники просты по конструкции и

относительно дешевы. Они устанавливаются на линиях, на подходах к подстанциям и используются для защиты изоляции электрических линий, а

также в качестве дополнительных средств защиты подстанционной изоляции.

Вентильные разрядники являются более совершенными, но и более дорогими аппаратами. Они используются для защиты подстанционной изоляции и устанавливаются: на сборных шинах электроустановок, если к этим шинам подключены воздушные электрические линии; на выводах высшего и среднего напряжения автотрансформаторов; в цепях силовых трансформаторов и отдельных линий, если разрядники, установленные на шинах, не обеспечивают должной защиты оборудования; в нейтралях силовых трансформаторов 110-220 кВ, допускающих работу с изолированной нейтралью.

Для эффективной защиты изоляции электроустановок от перенапряжений требуется, чтобы импульсная вольт-секундная характеристика изоляции во всех точках лежала выше соответствующей характеристики разрядника. Трубчатые разрядники имеют крутые вольт-

секундные характеристики и поэтому не пригодны для защиты изоляции трансформаторов, выключателей и электрических машин, имеющих относительно пологие вольт-секундные характеристики изоляции.

Необходимыми в этих случаях характеристиками обладают вентильные