Пристрій глибокого обмеження перенапруг

Нелінійні обмежувачі перенапруг стали вже звичним явищем в наших електричних мережах. Позитивний ефект від їх впровадження у вигляді більш глибокого ніж у РВ обмеження рівня перенапруг, зниження пошкоджуваності ліній і підключеного до них обладнання також безсумнівний. Але при цьому, масовість застосування ОПН привела до деякої недбалості при виборі обмежувачів, наслідком чого стало недотримання відповідності їх характеристик впливів, можливим при експлуатації. Також дещо розмивається розуміння суть їх роботи, а саме перехід в провідний стан при перевищенні номінального тривало допустимого напруги (Uнд) і розсіюванні поглиненої при цьому потужності у вигляді тепла.

Амплітудні значення імпульсних струмів, які здатний пропускати ОПН, складають сотні ампер, але тривалість їх протікання при цьому не перевищує декількох мілісекунд. Якщо обмежувач змушений тривалий час пропускати струм, наприклад, при прикладенні до нього напруги, що перевищує Uнд, то втрата ним працездатності - лише питання часу.

Це підтверджує і статистика, представлена ​​на рис. 1. Найбільш істотними причинами виходу обмежувачів з ладу є ферорезонансні перенапруги, порушення умов монтажу та експлуатації, а також перенапруги, що виникають при однофазних дугових замиканнях (ОДЗ). І якщо боротьба з ферорезонансними перенапругами носить комплексний характер, то питання дотримання вимог до вибору та встановлення обмежувачів, скоріше, організаційний.

Найбільш частими є наступні порушення:

• жорстка ошиновка ОПН, яка призводить до його руйнування ненормованими механічними навантаженнями, що виникають унаслідок електродинамічних або теплових коливань шин;
• установка в умовах, що перешкоджають відведенню або допускають приплив тепла до обмежувача;
• неправильний параметричний вибір ОПН, при якому значення його номінального тривало допустимої напруги виявляється нижче лінійної напруги в мережі;

В останньому випадку, електрична енергія імпульсу перенапруги перетворюється в теплову і розсіюється обмежувачем, який вже розігрітий струмом, що протікає. Як видно з графіка, представленого на рис. 2, час життя ОПН, що працює в таких умовах, скорочується на порядок.

Це особливо критично при виникненні перехресних дугових замикань на землю, що супроводжуються перенапругами, небезпечними своєю кратністю, тривалістю і широтою охоплення мережі. Як видно з діаграми на рис. 1, саме цей вид замикань є причиною майже половини зареєстрованих випадків виходу обмежувачів з ладу внаслідок термічного руйнування.

Можливість тривалого існування однофазних замикань на землю (ОЗЗ), яку необхідно враховувати при застосуванні ОПН, тягне за собою ряд негативних явищ. До них, зокрема, відноситься обмеження нижнього значення номінальної тривало допустимої напруги ОПН лінійною, а не фазною напругою, що, в свою чергу, призводить до підвищення залишкової напруги і звуження координаційного інтервалу. Також, у багатьох випадках вимоги до застосування ОПН з більшою пропускною здатністю обумовлені не енергетикою грозових і комутаційних імпульсів в лінії, для захисту від яких обмежувач і призначений, а частими замиканнями на землю на окремих ділянках мережі, що приводять до виходу з ладу обмежувачів нижчих класів за пропускною здатністю.

Методи боротьби з цими негативними, з точки зору застосування ОПН, явищами можна розділити на три групи:

• заземлення нейтрали для зниження рівня перенапруг;
• відключення лінії при виникненні однофазного замикання;
• захист самих обмежувачів: пасивна, за рахунок зміни параметрів обмежувача, так і активна, спрямована на зміну режиму його роботи.

Незважаючи на певний позитивний ефект, заземлення нейтрали через дугогасну котушку або активний опір не завжди виявляється ефективним. Другу групу, при всіх її достоїнствах, зводить нанівець основна перевага мереж з ізольованою нейтраллю - збереження працездатності при замиканні однієї з фаз на землю. Вплив перенапруг при ОДЗ на обладнання мережі не представляє небезпеки, тому що рівень цих перенапруг, як правило, не призводить до відмов обладнання мережі. Практично всі споживачі працюють в режимі ОДЗ досить добре, проте подібний підхід до вирішення проблеми безперебійного електропостачання призводить до передчасного старіння ізоляції обладнання мережі та зниження терміну служби. В окремих випадках, такий режим може бути виправданий при електропостачанні технологічно відповідальних споживачів. При цьому, для збереження працездатності ОПН, необхідно або підвищувати його номінальну тривало допустиму напруга, що призведе до зменшення глибини обмеження перенапруг, або створювати технічні рішення для активного захисту обмежувачів.

Прикладом такого рішення є ПГОП, пристрій глибокого обмеження перенапруги і захисту від однофазних замикань. Він являє собою 3-х фазну конструкцію з обмежувачів перенапруг ОПНф (на основі обмежувачів серії ОПН-PT/TEL), з'єднаних за схемою «зірка», нейтраль якої заземлено через замкнуті контакти вакуумної камери (ВК). Обмежувачі ОПНф розраховані на фазну напругу, чим забезпечується глибокий рівень захисту електрообладнання від комутаційних перенапруг (2,1 -3.6) Uф при пропускній спроможності 500 А.

При підвищенні фазної напруги до лінійної (при виникненні короткого замикання на землю однієї з фаз), блок управління ПГОП реагує на наявність імпульсів струму певної тривалості в ланцюзі замкнутих контактів ВК і із заданою витримкою часу, що забезпечує захист обмежувачів ОПНф від руйнування, здійснює відключення комутаційного апарату і заземлення нейтралі «зірки» через обмежувач перенапруги ОПНл, призначений для нормальної роботи системи при лінійній напрузі в справних фазах. В цьому режимі забезпечується захист лінії від грозових і комутаційних перенапруг, і, відповідно, збереження ізоляції підключеного обладнання.

Останнім часом, особливо в міру поширення «бюджетних» обмежувачів перенапруг, виконаних на низькоякісних варисторах, формується думка про низьку стійкості ОПН до експлуатаційних впливів. І, в якості заходів для виправлення ситуації, пропонується збільшувати номінальну тривало допустиму напруга обмежувачів на шкоду його основної функції - глибокому обмеженню перенапруг.

За нашою статистикою, із загальної кількості обмежувачів, вироблених підприємством «Таврида Електрик», в експлуатації втратила працездатність не більше 0,5%, що свідчить про їх високої надійності. Крім того, уважність при виборі характеристик і дотримання вимог інструкції з монтажу ОПН здатне майже втричі зменшити кількість відмов. І, нарешті, для захисту мереж з частими замиканнями на землю буде доцільно застосування активних пристроїв, які забезпечують безпеку ОПН не втрачаючи глибини обмеження, таких як УГОП.