5 Комутаційні перенапруги в електричних системах

5.10 Обмеження комутаційних перенапруг

5.10.2 Розрядники для обмеження комутаційних перенапруг

Коефіцієнт імпульсу вентильного розрядника близький до одиниці, тому можна вважати, що розрядна напруга іскрового проміжку РВ при комутаційних перенапругах рівна розрядній напрузі при промисловій частоті.

Грозозахисні розрядники РВМГ розраховані на проходження струму до 400 А при тривалості 2000 мкс. У мережах 110-220 кВ струми комутаційного походження звичайно не перевершують цих значень. Отже, в мережах 110-220 кВ розрядники РВМГ можуть бути використані для обмеження комутаційних перенапруг.

У електропередачах 330 кВ і вище комутаційні струми в РВ досягають 1000-2000 А при тривалості в 1-2 півперіоди промислової частоти. Розрядник повинен гасити супроводжувальний струм робочої частоти при високих напругах гасіння, можливих при комутаціях в системі. Ці умови звичайні блискавкозахисні розрядники вже не задовольняють, у зв’язку з чим в Україні випускаються комбіновані магнітно-вентильні розрядники РВМК для захисту від комутаційних і грозових перенапруг. Розрядники РВМК випускаються на напруги 330-750 кВ. Іскрові проміжки розрядника РВМК мають ту ж конструкцію (з дугою, що обертається), що і грозові розрядники. Робочий опір складається з тервитових дисків, що мають у декілька разів більшу пропускну здатність, ніж вилитові диски. Проте коефіцієнт нелінійності тервита дещо гірший, ніж вилита.

Внаслідок високих коефіцієнтів нелінійності залишкова напруга на робочому тервитовому опорі при проходженні розрахункового імпульсного грозового струму (10 кА) перевищує допустиме значення. Для зниження цієї напруги використовується схема, яка показана на рис. 5.20. Ця схема побудована з розрахунку на вищі напруги гасіння при розвитку комутаційних перенапруг , ніж при грозових перенапругах  Розрядник діє таким чином. При комутаційних перенапругах працюють іскровий проміжок 1 і робочий опір 2. Струм в робочому опорі 2" (І ≤ 1500 А) недостатній для спрацьовування іскрового проміжку 3.

Опір 2 обмежує супроводжувальний струм при напрузі  до значення, при якому він гаситься іскровими проміжками 1. При атмосферних перенапругах і проходженні через опір 2'' імпульсного струму 2000 А спрацьовує іскровий проміжок 3 і робочий опір РВ обмежується ділянкою 2'. Ця ділянка в той же час обмежує супроводжувальний струм при напрузі  до необхідної для гасіння величини.

Рисунок 5.20 – Принципова схема комбінованого розрядника РВМК

1 – основний іскровий проміжок; 2 – основний робочий опір розрядника; 2' – робочий опір грозової частини розрядника; 2'' – шунтована частина робочого опору; 3 – додатковий (шунтувальний) іскровий проміжок

Вольт-амперна характеристика комбінованого розрядника РВМК-500 наведена на рис. 5.21 (жирна лінія). Вона складається з відрізків характеристик робочого опору 2 (крива 1) і опору 2' (крива 2). При проходженні струму I = 1500 А залишкова напруга на РВМК-500 складає 1050 кВ, або 2,5. Пробивна напруга іскрового проміжку розрядника при промисловій частоті або комутаційних імпульсах складає 2,25.

Таким чином, розрядник РВМК-500 обмежує амплітуди комутаційних перенапруг до (2,25÷2,5). Напруга гасіння розрядника  = 485 кВ, тобто 1,6.

У дальніх електропередачах напруга промислової частоти при розриві передачі може перевищувати 1,6. В цьому випадку необхідні спеціальні заходи обмеження напруги.

Рисунок 5.21 – Вольт-амперні характеристики комбінованого вентильного розрядника 500 кВ.

1, 2, 3 – характеристики робочих опорів 2, 2', 2'';  – пробивна напруга додаткового іскрового проміжку

Можливо також виконання іскрових проміжків комутаційних розрядників за схемою, показаною на рис. 5.22, що забезпечує стовідсоткову відновлювану ізоляцію іскрового проміжку.

Рисунок 5.22 – Принципова схема комплектного іскрового проміжку розрядника з магнітним дугогасінням та стовідсотковою відновлюваною ізоляцією. 1, 2 – робочі іскрові проміжки розрядника; 3 – додатковий іскровий проміжок

Робота схеми, наведеної на рис. 5.22, полягає в тому, що під дією перенапруги спрацьовує проміжок 3, і високий потенціал через високоомний опір  подається в точку а. Під дією цього потенціалу спрацьовує проміжок 2, точка а набуває нульового потенціалу і спрацьовує проміжок 1. Комутаційний струм відводиться через вентильні опори і проміжки 1 і 2. На цих проміжках гаситься супроводжувальний струм робочої частоти. У проміжку 3 струм обмежується високоомним опором  до декількох ампер і легко гаситься. Таким чином, в схемі на рис. 5.22 напруга спрацьовування розрядника встановлюється проміжком 3, а напруга гасіння – проміжками 2 і 1. Це дозволяє вибирати верхню межу напруги гасіння майже рівною нижній межі напруги спрацьовування РВ. Розрядники цього типа маркуються як РВМКП.

Комбіновані магнітно-вентильні розрядники призначені для встановлення на лініях. На підстанціях 330-1150 кВ комутаційні струми через РВ істотно нижчі, ніж на лініях; нижча також і напруга гасіння. Тому на підстанціях 330-1150 кВ блискавкозахисні розрядники РВМГ в змозі обмежити також комутаційні перенапруги.