ОПН 220 кВ: выбор рабочего напряжения, исполнения и места установки

ОПН 220 кВ подбирают по наибольшему длительно допустимому рабочему напряжению, которое для этого класса лежит в диапазоне 146-176 кВ, и по току пропускной способности, от 550 до 1200 А в каталоге АО «ЗЭУ». Конкретное значение Uнро зависит от режима нейтрали трансформаторов, а место установки определяется тем, какое оборудование подстанции защищает ограничитель. Разбираем выбор по шагам и типичные спорные вопросы проектирования.

Коротко

• Фазное значение наибольшего рабочего напряжения сети 220 кВ составляет 146 кВ; при глухозаземленной нейтрали рекомендуют Uнро около 153 кВ.
• Если часть трансформаторов работает с разземленной нейтралью, Uнро берут 160-176 кВ, если разземлены все, 176 кВ.
• Рекомендуемая энергоемкость для 220 кВ: 2,5-3,5 кДж/кВ на один импульс, ток пропускной способности 500-600 А.
• ОПН обязательно ставят у трансформаторов и автотрансформаторов без коммутационных аппаратов между ними.
• Установка ОПН на сборных шинах оправдана прежде всего для защиты шинных трансформаторов напряжения.

Как выбрать наибольшее рабочее напряжение ОПН 220 кВ

Наибольшее рабочее напряжение сети 220 кВ равно 253 кВ, его фазное значение 146 кВ. От этой величины и отталкиваются при выборе Uнро ограничителя.

Если в эксплуатации фазное напряжение превышало нормированное, Uнро выбирают на 5% выше максимального зафиксированного значения. Типовой ряд завода для сетей 220 кВ включает аппараты с Uнро 146, 156, 166 и 176 кВ, например ОПН-П-220/156/10/850 УХЛ1, а по требованию заказчика возможно любое значение из диапазона 146-176 кВ с шагом 1 кВ.

Какой ток пропускной способности нужен ОПН 220 кВ

Рекомендации завода для сетей 220 кВ: удельная энергия одного импульса 2,5-3,5 кДж/кВ и ток пропускной способности на импульсе 2000 мкс в пределах 500-600 А. В каталоге ЗЭУ ограничители 220 кВ делятся на две группы.

• Второй класс разряда линии: ток пропускной способности 550, 650 или 680 А, удельная энергия по двум импульсам не менее 6,4, 7,8 и 8,0 кДж/кВ.
• Третий и четвертый классы: 850, 1000 или 1200 А и не менее 9,2, 11,5 и 13,6 кДж/кВ соответственно.

Защитные характеристики полимерного ОПН 220 кВ второго класса при Uнро 176 кВ: остающееся напряжение при коммутационном импульсе 500 А не более 446 кВ, при грозовом импульсе 10 кА не более 549 кВ. Номинальный разрядный ток 10 кА, импульс большого тока 4/10 мкс 100 кА, ток взрывобезопасности 65 кА. Если выбрано меньшее Uнро, остающиеся напряжения снижаются пропорционально, и защита оборудования становится глубже.

Где устанавливать ОПН 220 кВ на подстанции

Схему расстановки ограничителей в РУ 220 кВ строят по нескольким правилам из рекомендаций завода.

1. У трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов ОПН ставят обязательно, без выключателей и разъединителей между ограничителем и обмоткой.
2. Вблизи кабельных муфт 220 кВ в местах присоединения кабеля к ВЛ или ошиновке ОПН также обязательны.
3. На присоединенных ВЛ возле входа в РУ установка рекомендуется. Такая каскадная схема заметно повышает защищенность оборудования линейных ячеек от грозовых волн.
4. Расстояния до оборудования не должны превышать допустимых. Если в районе больше 30 грозовых часов в год, допустимые расстояния пропорционально уменьшают, а при сопротивлении заземления опор на подходах больше 20 Ом добавляют ОПН в линейные ячейки или на шины.

Нужны ли ОПН на ВЛ 220 кВ у входа в РУ

Для защиты от коммутационных перенапряжений установка ОПН на присоединенных ВЛ 110-220 кВ вблизи РУ не обязательна, в отличие от линий 500-750 кВ. Но с точки зрения грозозащиты линейный ОПН полезен: он берет на себя волну до того, как она дойдет до оборудования линейной ячейки. При замене разрядников на ограничители ПУЭ разрешает пересчитать допустимые расстояния до силовых трансформаторов, однако расстояния до оборудования линейных ячеек, стоящего до защитного аппарата по ходу волны, пересчитывать нельзя.

Подключать ли ОПН к шинам через разъединитель

Этот вопрос часто задают проектировщики. По исследованиям, на которые ссылаются специалисты завода, общий комплект ОПН на сборных шинах неэффективен для защиты трансформаторов тока, выключателей и конденсаторов связи, зато нужен для защиты шинных трансформаторов напряжения. При этом повреждение ОПН на шинах приводит к отключению всех присоединений. Компромиссное решение: подключать ОПН и ТН к шинам через один общий разъединитель. Тогда между ними нет разомкнутых аппаратов, требование присоединять ОПН к защищаемому оборудованию без коммутационных аппаратов выполняется, и пару ТН с ОПН можно быстро вывести в ремонт.

Полимерный или фарфоровый ОПН 220 кВ

Полимерные ограничители 220 кВ имеют модульную конструкцию с монолитным литым корпусом и силиконовой изоляцией. Опорное исполнение высотой 2150 мм весит 56 кг, подвесное высотой 2210 мм 61 кг. Фарфоровый ОПН 220 кВ высотой 2850 мм весит 210 кг, его ток взрывобезопасности 20 кА против 65 кА у полимерного. Для новых подстанций чаще выбирают полимер: легче монтаж, нет риска разлета фарфоровых осколков, доступно подвесное исполнение. Фарфор оставляют, если этого требует проект или условия эксплуатации.

Как контролировать ОПН 220 кВ в эксплуатации

Для сетей 110 кВ и выше нормативы предписывают перед грозовым сезоном измерять ток проводимости ОПН под рабочим напряжением; допускается тепловизионное обследование. Поэтому ОПН 220 кВ должны быть снабжены устройством для измерения тока проводимости под сетевым напряжением. Чтобы результаты были достоверными:

• измеряйте на сухой и, желательно, чистой поверхности, иначе ток утечки по загрязнению исказит картину;
• фиксируйте напряжение сети в момент измерения и приводите ток к Uнро, ведь паспортное значение получено именно при нем;
• учитывайте, что полный ток в основном емкостный; о состоянии варисторов точнее говорит его активная составляющая.

Частые вопросы

Можно ли комплектовать ОПН ЗЭУ датчиками тока утечки других производителей?

Да. Системы контроля тока утечки не привязаны к конкретному типу ОПН, поэтому их можно применять с ограничителями завода.

Нужен ли отдельный ограничитель для нейтрали трансформатора 220 кВ?

Если нейтраль разземлена, ее изоляцию защищают ОПНН. В типовом ряду завода есть, например, ОПНН-П-220/120 УХЛ1.

Какое Uнро выбрать, если режим нейтрали трансформаторов меняется?

Ориентируйтесь на наиболее тяжелый для ОПН режим. Если хотя бы часть трансформаторов может работать с разземленной нейтралью, берут Uнро 160-176 кВ, а при сомнениях лучше выполнить расчет квазистационарных перенапряжений.

Какой срок службы у ОПН 220 кВ?

Расчетный срок эксплуатации полимерных ОПН 220 кВ 30 лет, гарантийный 5 лет, гарантийный срок хранения в таре изготовителя 2 года.

Можно ли монтировать ОПН 220 кВ с наклоном?

Для классов выше 10 кВ конструкцией предусмотрена вертикальная установка. Отклонения допустимы только после согласования с заводом.

Как заказать ОПН 220 кВ

Таблицы характеристик и чертежи есть на страницах ОПН 220 кВ УХЛ1 в полимерном корпусе и ОПН 220 кВ в фарфоровой покрышке. Для измерений в эксплуатации пригодятся устройства контроля состояния ОПН. О способах мониторинга подробнее рассказано в статье про контроль и диагностику состояния ограничителей, а соседний класс напряжения разобран в материале про ОПН 150 кВ.