Выбор и конфигурация ареста за рамки для систем распределения 10 кВ и ниже: сравнительное руководство по стандартам IEC и IEEE

1. Введение в арестованные аресты с оксидом металла

Современная защита от всплеска распределительных систем почти исключительно обеспечивается металлическими оксидными арестователями (MOSA). Без серии Spark Gap, они предлагают превосходную производительность, более быстрое время отклика и превосходные возможности поглощения энергии. Ядро отбора заключается в выборе ареста, эксплуатационные характеристики которых соответствуют конкретным параметрам энергосистемы, которую он предназначен для защиты.

Для крупных семей стандартов регулируют этот процесс:

· Стандарты МЭК: преимущественно используются в Европе, Азии, Африке и в большинстве других частей света. Ключевым стандартом является IEC 60099-4: 2014, арестователи Surge Arresters-Часть 4: арестователи всплесков с оксидом металла без пробелов для систем переменного тока.

· Стандарты IEEE: в первую очередь используются в Северной Америке и в нескольких странах под влиянием ее практики. Ключевым стандартом является IEEE C62.11-2020, стандарт IEEE для арестователей всплеска металлического оксида для схем мощности переменного тока (> 1 кВ).

Понимание обеих рамок имеет важное значение для глобальных проектов и для выбора осознанного дизайна.

2. Параметры выбора ключей: сравнение бок

Следующие параметры образуют краеугольный камень отбора ареста. Хотя концепции похожи, терминология и конкретные требования различаются между стандартами.

Параметр IEC 60099-4 IEEE C62.11 Техническое объяснение

Системное напряжение. UR (IEC) обычно выбирается как равное или превышающему, чем самое высокое временное перенапряжение (TOV), которое может испытать система. MCOV (IEEE) - это значение гребня максимального напряжения 60 Гц, деленное на √2. Для наиболее прочно обоснованных систем 10 кВ напряжение MCOV ≈ системной линии-земля.

Уровень защиты Импульсный уровень защитного уровня (LIPL) Переключение Импульсного защитного уровня (SIPL) Импульсное напряжение молниеносного напряжения (LIV) Переключение Импульсное напряжение разгрузки (SIV) Это максимальное напряжение, которое будет появляться на терминалах Arrester во время события разряда. Он должен быть значительно ниже базового уровня импульса молнии (BIL) и базового уровня импульса переключения (BSL) защищенного оборудования. Более низкий уровень защиты обеспечивает лучшую защиту, но может потребовать большего, более дорогого ареста.

Класс разрядки линии энергии (например, класс 1, 2, 3, 4, 5) Рабочий цикл (распределение, промежуточное соединение, станция) и способность поглощения энергии. МЭК использует стандартизированный тест на основе хранимой линии энергии. Классы IEEE (распределение, промежуточное соединение, станция) представляют собой более широкие категории с конкретными требованиями к тестированию, причем класс станции обладает наивысшей энергией.

Оценка смягчения давления с нормированным током. Это гарантирует, что арест будет безопасно противостоять внутренним разломам и разрывается контролируемым образом (без взрыва), если он сбой, поддерживая тем самым безопасность системы.

3. Пошаговое руководство по выбору

Шаг 1: Определите характеристики системы

· Номинальное напряжение системы (ООН): например, 10 кВ, 6,6 кВ.

· Системное заземление (заземление): эффективно заземленная (незаземленная, заземленная, прочно заземленная). Это резко влияет на временные перенапряжения (TOV).

· Наибольшее напряжение системы (UM): максимальное напряжение, которое система работает в нормальных условиях (например, 12 кВ для системы 10 кВ).

Шаг 2: Выберите непрерывное рабочее напряжение (IEC UR / IEEE MCOV)

· Для прочно обоснованной системы 10 кВ:

· IEC: Рассчитайте ожидаемое временное перенапряжение (TOV). Для прочно обоснованной системы общей практикой является выбор UR ≥ 1,25 * UM / √3. Для UM = 12 кВ это дает UR ≥ 1,25 * 12 / √3 ≈ 8,7 кВ. Обычно выбирается стандартный арест с рейтингом 10 кВ.

· IEEE: MCOV должен быть ≥ максимального напряжения линии к земле. Для системы 10 кВ (линии до линии) MCOV ≥ 10 кВ / √3 ≈ 5,8 кВ. Максимальное напряжение системы часто составляет 12,47 кВ, поэтому MCOV ≥ 12,47 / √3 ≈ 7,2 кВ. Аресс с MCOV 8,4 кВ или 9 кВ является обычным явлением.

Шаг 3: Определите требуемый уровень защиты

· Защитный уровень (LIPL/LIV) должен быть ниже, чем BIL защищенного оборудования (например, трансформатор с билом 95 кВ).

· Защитная маржа рассчитывается как: маржа (%) = [(BIL / защитный уровень) - 1] * 100%. Типичная маржа составляет 20% или более.

· Пример: если BIL трансформатора составляет 95 кВ, Lip/LIV ареста должен быть ≤ 79 кВ для достижения 20%.

Шаг 4: Выберите возможность обработки энергии (класс обязанности)

· IEC: для большинства приложений для распределения (кормушки, трансформаторов) достаточно ареста класса 2. Для критических записей подстанции или длинных линий с высокими токами разлома может потребоваться класс 3 или 4.

· IEEE: арестователи класса распределения являются стандартными для столбов и подземного распределительного оборудования. Класс станции зарезервирован для высокого ценностного, критического оборудования внутри подстанций из-за превосходной обработки энергии и более низких уровней защиты.

Шаг 5: Проверьте производительность снятия давления (короткое замыкание)

· Выбранный арест должен иметь рейтинг снятия давления, выше имеющегося симметричного тока разлома в точке установки.

4. Рекомендации по конфигурации и размещению

Принципы конфигурации в значительной степени универсальны и получены из инженерной практики, а не одного стандарта.

1. как можно ближе: установите арест непосредственно на терминалах оборудования для защиты (трансформатор, распределительный устройства, кабельная коробка). Длинные свинцовые провода между арестом и оборудованием увеличивают падение индуктивного напряжения (v = l*di/dt) в условиях всплеска, ухудшая уровень защиты.

2. Заземление имеет первостепенное значение: заземление ареста должно быть подключено к заземляющему терминалу оборудования с коротким, низкоимпедансным соединением. Общая система заземления должна иметь низкий импеданс для Земли, чтобы эффективно рассеять энергию всплеска.

3. Места:

· Подстанция входящего фидера: для защиты всей подстанции.

· На каждом распределительном трансформаторе (полюсный или наземный).

· На подземных кабельных окончаниях: защитить переход от верхних линий к подземным кабелям.

· На автоматических схемах -рекозерах (Reclosers) и секционных заведениях.

5. Заключение и ключевые выводы

В то время как стандарты IEC и IEEE достигают одной и той же цели - защиты системы - они подходят к проблеме с различной терминологией и методологическими нюансами.