Выбор ОПН для защиты оборудования подстанций 110кВ, длинна линии 60км, Zл. 400 Ом; Zл(0) 800; Х1 макс 26; Х1 мин 20; X 1 макс (0) 23; Х 1 мин (0) 19

Введение

В условиях постоянного развития технологий и увеличения уровня потребления электроэнергии возрастает значимость обеспечения надежной и безопасной работы электрических сетей. Одним из ключевых компонентов, отвечающих за защиту оборудования и поддержание стабильной работы сетей, являются ограничители перенапряжения. Ограничители перенапряжения играют критическую роль в предотвращении повреждений оборудования из-за скачков напряжения, вызванных, например, разрядами атмосферного электричества или переходными процессами в сетях.
Задача разработки и внедрения эффективных ограничителей перенапряжения требует тщательного изучения их расчетных характеристик, так как именно от их надежности и долговечности зависит стабильность энергосистем. Одним из важнейших параметров, влияющих на эксплуатационную эффективность ограничителя, является ожидаемый срок его службы. Правильная оценка этого параметра позволяет не только спрогнозировать время безопасной эксплуатации устройств, но и оптимизировать процессы их технического обслуживания и замены, что в итоге снижает операционные затраты и риск внеплановых простоев.
Актуальность расчетов определяется необходимостью повышения надежности и экономической эффективности электросетевых компаний, стремящихся минимизировать потери и максимизировать срок службы своего оборудования. В данной курсовой работе будет осуществлен расчет ожидаемого срока службы ограничителей перенапряжения с применением современных методов математического моделирования и анализа данных. Мы подробно рассмотрим факторы, влияющие на этот показатель, и предложим практические рекомендации, которые могут быть использованы для оптимизации эксплуатации ограничителей перенапряжения в различных условиях.
Теоретическая часть.
В электрических цепях достаточно часто возникают перенапряжения. Их причиной могут быть атмосферные грозовые разряды, которые сопровождаются значительной ионизацией воздуха и снижением электрической прочности воздушных промежутков. Импульсные повышения напряжения, кроме того, могут возникать при коммутационных перенапряжениях.
Для снижения их амплитуды на подстанциях используют специальные устройства. Они делятся на два основных класса: разрядники и ограничители перенапряжения.
Разрядники - это электрические аппараты, которые предназначены для уменьшения амплитуды атмосферных, коммутационных или резонансных перенапряжений в электрических установках.
На подстанциях применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые.
В вентильных разрядниках используются вилитовые или терви- товые резисторы, имеющие нелинейную характеристику, и несколько искровых промежутков. Вилит (карбид кремния с нанесенной на него пленкой оксида кремния) обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от протекающего тока. При его повышении сопротивление вилитовых дисков резко падает и волна перенапряжения уходит через заземление, снижая амплитуду напряжения до значений, достаточных для гашения дуги в пробитых искровых промежутках. Тервит (зерна карбида кремния, связующим элементом которых служит эмульсия глинозема в жидком стекле) обладает повышенной, по сравнению с вилитовой, термической стойкостью и пропускной способностью, а также еще большей нелинейностью сопротивления и может ограничивать как внутренние коммутационные, так и внешние атмосферные перенапряжения большой амплитуды.
Конструктивно вентильные разрядники состоят из фарфорового корпуса с фланцами для крепления, внутри которого находятся вилитовые или тервитовые кольца, несколько искровых промежутков и резисторы (рис. 2.20). При появлении перенапряжения последовательно пробиваются искровые промежутки и через нелинейные резисторы, сопротивление которых резко уменьшилось, импульс тока замыкается на землю. Резисторы при этом ограничивают возникающие сопровождающие токи. Количество срабатываний разрядника фиксируется специальными регистраторами.

Рисунок 1. Вентильный разрядник РВКУ-3,ЗА-101
1 — фарфоровая крышка; 2 — искровой промежуток; 3 — блок нелинейных резисторов; 4 — прокладка; 5 — уплотнительное кольцо; 6 — днище; 7 — предохранительный клапан
Как правило, разрядники изготавливают либо для защиты от внутренних, либо от внешних перенапряжений. Однако существуют и комбинированные разрядники, в которых используют тервит. В таких разрядниках при внутренних перенапряжениях работают два нелинейных элемента и один искровой промежуток, а при внешних пробивается и второй искровой промежуток, существенно уменьшая волну перенапряжения.
Одной из разновидностей вентильных разрядников служат магнитовентильные разрядники, в которых искровые промежутки снабжены постоянными магнитами, создающими при прохождении тока магнитное поле, которое заставляет дугу вращаться с достаточно высокой скоростью и сокращает время ее гашения.
Трубчатые разрядники предназначены в первую очередь для ограничения перенапряжений в электрических сетях. На подстанциях они применяются как вспомогательное средство защиты оборудования вместе с вентильными, ограничивая волну перенапряжения уже на подходе к электрическим аппаратам и снижая тем самым нагрузку на вентильных разрядниках, увеличивая надежность защиты изоляции при атмосферных грозовых разрядах.
Конструктивно трубчатые разрядники представляют собой трубку из винипласта, фибры или фибробакелита, внутри которой расположены металлические электроды, образующие внутренний искровой промежуток.

Рисунок 2. Трубчатый фибробакелитовый разрядник
1 — ушко для крепления; 2 — указатель срабатывания; 3 — плоский электрод; 4 — наконечник; 5 — фибробакелитовая трубка; 6 — хомуты крепления; 7 — внутренний стержневой электрод; 8 — заземление
Внешний искровой промежуток, изолирующий разрядник от постоянного контакта с токоведущей частью, образуют два стальных электрода, один из которых соединен с открытым металлическим наконечником, закрепленном на одном конце трубки.
Принцип работы такого разрядника основан на том, что при набегании волны перенапряжения искровые промежутки пробиваются и между электродами образуется электрическая дуга. Высокая температура дуги приводит к интенсивному разложению материала трубки и выделению газов, образующих в трубке продольное дутье и последующее гашение дуги при переходе переменного тока через ноль. Срабатывание разрядника сопровождается выхлопом ионизированных газов, поэтому их необходимо устанавливать таким образом, чтобы в зоне выхлопа не оказались другие токоведущие части.
В настоящее время применение разрядников сильно ограничено в связи с появлением электрических устройств нового поколения, к которым относятся ограничители перенапряжения.
Ограничители перенапряжений нелинейные, в отличие от вентильных разрядников не имеют искровых промежутков и обладают рядом существенных преимуществ. К ним относятся повышенное быстродействие (время срабатывания составляет меньше наносекунды), отсутствие сопровождающего тока, неизменность характеристик нелинейных элементов в течение всего срока эксплуатации и, как следствие, снижение затрат на обслуживание, простота конструкции в связи с отсутствием искровых промежутков и низкая себестоимость производства.

Рисунок 3. Ограничитель перенапряжений ОПН-3,3-01
1 — контактный вывод; 2 — фарфоровая покрышка; 3 — блок оксидно-цинковых резисторов; 4 — предохранительный клапан; 5 — днище; 6 — чугунное основание
Конструктивно ограничитель перенапряжений представляет собой колонку из последовательно соединенных нелинейных сопротивлений — варисторов, выполненных из оксида цинка, помещенных в прочный фарфоровый или стеклопластиковый корпус, воспринимающий механические нагрузки. В первом случае фарфор, кроме того, служит для изоляции, во втором случае на стеклопластик наносится ребристое покрытие из кремнийорганической резины.
Нелинейная вольтамперная характеристика металлооксидных резисторов, используемых в ограничителях перенапряжений, позволяет им длительно находиться в непроводящем состоянии, пропуская через себя лишь малый, преимущественно емкостной ток, величина которого не превышает миллиампера. При возникновении импульса перенапряжения ограничитель переходит в проводящее состояние и способен пропустить через варисторы токи в сотни и тысячи ампер, что существенно снижает напряжение на защищаемом оборудовании. После срабатывания ограничитель