Защита высоковольтного оборудования подстанций от набегающих импульсов

Рисунок 1.1 – Схема включения вентильного разрядника для защиты электрооборудования от перенапряжений
Для определения напряжения на разряднике удобно использовать метод эквивалентного генератора. Данный метод предусматривает переход от исходной схемы к эквивалентной, показанной на рисунке 1.2, где Eэкв и Zэкв – соответственно напряжение холостого хода (при непробитом искровом промежутке разрядника) с учетом коэффициента преломления падающего импульса и сопротивление относительно точек подключения разрядника при закороченном источнике.
Рисунок 1.2 – Эквивалентная схема для расчета напряжения на разряднике
Рассматриваемые величины будут равны:
Eэквt=Uпадt*2*Z2Z1+Z2=0,667*U*e-tT1-e-tT2,
где коэффициент преломления падающей волны
2*Z2Z1+Z2=2*150300+150=0,667.
Zэкв=Z1*Z2Z1+Z2=300*150300+150=100 Ом.
До момента пробоя искрового промежутка РВ напряжение на защищаемом оборудовании равно Eэквt . После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике будет равно:
Uрt=Eэквt-Iрt*Zэкв=Uпадt*0,667-Iрt*100, (1)
где Iрt – ток через разрядник.
При графическом решении уравнения (1) необходимо провести в прямоугольной системе координат следующие построения.
В первом квадранте (Рисунок 1.3) построить вольт-секундную характеристику падающей волны с учетом коэффициента преломления, то есть:
Eэквt=0,667*440*e-t54-e-t0,85=293,5*e-t54-e-t0,85 кВ,
где значение переменной величины t берется с шагом 0,2 мкс и рассчитывается до значения 2 мкс включительно.
Получаем:
t, мкс 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Eэквt,
кВ 60 108 145 175 198 216 229 240 249 255
Во втором квадранте построить вольт-амперную характеристику разрядника Uр=fIр по заданным в условии значениям.
Ток разрядника Iр, кА 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1,0 2,0 3,0 5,0 6,0
Напряжение разрядника Uр, кВ 44 51 53 56 59 62 67 73 80 92
Во втором квадранте строим зависимость падения напряжения на эквивалентных сопротивлениях:
∆U=Iр*Zэкв=100*Iр.
Iр, кА 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1,0 2,0 3,0 5,0 6,0
∆U, кВ 20 30 40 50 60 100 200 300 500 600
Далее также во втором квадранте строим суммарное падение этих составляющих в зависимости от тока, протекающего через разрядник, то есть:
Uр+100*Iр,
что равно Eэквt после пробоя искрового промежутка разрядника.
Uр, кВ 44 51 53 56 59 62 67 73 80 92
∆U, кВ 20 30 40 50 60 100 200 300 500 600
Eэквt,
кВ 64 81 93 106 119 162 267 373 580 692
Теперь построим график изменения значений напряжения на разряднике в зависимости от времени Up(t) в первом квадранте.
После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике равно:
Uрt=Uпадt*0,667-Iрt*100.
t, мкс 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Uрt,
кВ 43 56 61 63 63,7 64,2 64,7 65,1 65,6 66
Определим момент времени tм, когда импульс падающей волны достигает максимума:
tм=T2*T1T1-T2*lnT1T2=0,85*5454-0,85*ln540,85=3,585 мкс.
При Eэкв(tм) значение Uр=f(tм)=Uмакс=270 кВ, то есть соответствует максимальному значению напряжения на защищаемом объекте.
Заключение об эффективности применения данного разрядника для защиты высоковольтного оборудования делается на основе сравнения максимального значения на разряднике Uмакс (с учетом 30% запаса) с минимальным разрядным напряжением оборудования, то есть для защиты оборудования данным разрядником должно выполняться неравенство:
Uмакс*1,3 ≤ Uмин.
В нашем случае имеем:
Uмакс*1,3=270*1,3=351 кВ > Uмин=100 кВ.
Рисунок 1.3 – Графическое определение напряжения на разряднике и защищаемом объекте
По результатам расчета вентильный разрядник не эффективен для защиты высоковольтного оборудования, так как максимальное значение напряжения на разряднике больше, чем минимальное разрядное напряжение.