Устройство защиты от импульсных перенапряжений в сети НН КТП

Введение

УЗИП – это устройство, предназначенное для ограничения перенапряжений и отвода импульсных токов, которое может быть выполненное на основе разрядника (УЗИП коммутирующего типа), диода или варистора (УЗИП ограничивающего типа), либо содержащее одновременно ограничивающие и коммутирующие элементы (УЗИП комбинированного типа). В зависимости от метода испытаний УЗИП делятся на классы: УЗИП класса I актуальны для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты объекта или воздушную линию электропередач; УЗИП класса II не испытываются импульсом тока 10/350 мкс, они обеспечивает защиту от индуцированных перенапряжений; УЗИП класса III предназначены для защиты потребителей от остаточных перенапряжений после срабатывания УЗИП первой и второй ступеней защиты при применении каскадной схемы защиты объекта.

В настоящее время не существует установившейся точки зрения в отношении применения УЗИП в сетях 0,4 кВ. При этом в технических решениях можно встретить, как формальное применение УЗИП, не учитывающее особенностей сети и размещения КТП, так и отказ от какой-либо защиты от грозовых перенапряжений. Вместе с тем ограниченное число вариантов исполнения КТП, а также их относи- тельная компактность делают целесообразными попытки выработки общих подхо- дов по разработке грозозащиты сетей 0,4 кВ.

Грозовые перенапряжения в сети 0,4 кВ могут появиться в результате каждого из следующих событий:

• удар молнии в отходящие ВЛ 0,4 кВ;
• удар молнии в КТП;
• удар молнии в ВЛ 6–20 кВ.

Удар молнии в отходящие ВЛ 0,4 кВ

В зависимости от числа грозочасов для типовых высот опор ВЛ 0,4 кВ в 1 км линии на открытом пространстве ожидается от 1 до 10 ударов молнии за 30 лет эксплуатации (табл. 1, оценка выполнена по методике [1]). В случае если ВЛ экра- нирована объектами аналогичной высоты, поражаемость уменьшится в 2 и более раз. Таким образом, для КТП, имеющих отходящие ВЛ 0,4 кВ на открытом пространстве (здесь и далее подразумевается, что на расстоянии до 3 высот опоры отсутствуют объекты с сопоставимой высотой), удар молнии в ВЛ считается расчётным случаем. 

Оценка грозопоражаемости 1 км ВЛ 0,4 кВ за 30 лет 

Согласно Правилам устройства электроустановок [2] величина сопротивления ЗУ опор ВЛ с повторным заземлением PEN проводника или аппаратами составляет на грунте с хорошей проводимостью 30 Ом, а в остальных случаях не нормируется. При данных условиях даже при малых токах молнии потенциал опоры относительно проводов ВЛ будет настолько большим, что электрической прочностью изоляции на пораженной опоре можно пренебречь. Необходимо отметить, что последнее обстоятельство, с точки зрения применения УЗИП в сетях TN, делает оптимальным использование схемы подключения 3-0 (все фазы – заземление), так как воздей- ствие одинаково для всех проводников линии, изолированных от заземляющего устройства.

Для металлических и железобетонных опор в результате стекания тока молнии в заземляющие устройства уровень перенапряжений снижается по мере удаления от точки удара.

Для деревянных опор данный процесс также характерен, однако имеет меньшее значение. Механизм распространения перенапряжений следующий: перекрытие изоляции на поражённой опоре, вынос потенциала поражённой опоры по провод- никам линии, перекрытие изоляции на соседних опорах за счёт большего падения потенциала на PEN/PE проводниках, чем на фазах и в конечном итоге воздействие на КТП. При ударе молнии в провод перекрываются воздушные промежутки в точке удара и изоляторы на ближайших опорах.

В статье [3] было показано, что использование СИП и экранированного кабеля в конструкции ВЛ 0,4 кВ хоть и приводит к снижению повреждений линии (уменьшается количество опор с поврежденной изоляцией), однако, удар молнии вызывает многоместные повреждения в сети 0,4 кВ.

Уровень перенапряжений значительно снижается благодаря уравниванию потенциалов между опорами и КТП за счёт протекания тока по PE/PEN проводникам, экранам КЛ (при подвеске КЛ), несущим элементам СИП.

Важным вопросом является оценка длины максимального расстояния от КТП, при ударе молнии на котором возможно повреждение изоляции в РУ 0,4 кВ. Величина перенапряжений будет зависеть от многих факторов: амплитуды тока молнии, формы импульса (в значительной мере времени фронта). Результаты оценок при типичном пролете 50 м, сопротивлении ЗУ опор 50 Ом и замещении опор сосредоточенными индуктивностями 8 мкГн приведены в табл. 2. При расчёте уровень допустимых перенапряжений в РУ принят равным 6 кВ (максимально для оборудования 0,4 кВ). ВЛ в противоположном от КТП направлении принята однородной без учёта возможности подключения ЗУ с низким сопротивлением (аналог линии освещения с односторонним питанием или линии к потребителю). Для упрощения считаем, что удары молнии происходят только в опоры. 

Таким образом, при наличии отходящих ВЛ 0,4 кВ при принятии решения об использовании УЗИП необходимо рассматривать условия прохождения их трассы на отрезке до 300 м от КТП, что значительно по отношению к типичным длинам подобных линий.

При рассмотрении ВЛ с СИП длины опасных подходов сокращаются до 150 м.

При уменьшении длин пролетов до 30 метров протяженность опасного подхода для случая ВЛ сокращается до 200–250 м, что объясняется увеличением количества точек стекания тока молнии в грунт при множественных перекрытиях изоляции.

Увеличению уровня перенапряжений в РУ КТП способствует также повышение прочности изоляции ВЛ.

Необходимо отметить, что согласно ПУЭ (п. 7.1.22) при воздушном вводе необ- ходимо устанавливать ОПН (жилые и общественные здания), рекомендация оправдана, но требует уточнения: для открытой местности необходим УЗИП класса I, при экранированной лесом ВЛ – класса II. Во всех случаях необходимо использовать УЗИП непосредственно в РУ, так как размещение на опорах гораздо менее эффективно: увеличивается расстояние до защищаемого оборудования как по токоведущим частям, так и по проводникам заземления. В случае отсутствия соединения заземле- ния опоры с заземлением КТП эффективность применения защитных аппаратов на опоре ВЛ становится ничтожной из-за больших величин сопротивления ЗУ.