Защита от внутренних перенапряжений. , Практические советы, выбор оборудования.

Добрый вечер коллеги. Хотелось бы обсудить интересную для меня тему, защиты от внутренних перенапряжений, вызванную коммутацией и короткими замыканиями.
В моей практике было несколько интересных случаев когда происходил пробой рабочей изоляции. Последний случай произошёл недавно, на подстанции 1000кВа при запуске мощного двигателя 250 кВт, произошло перекрытие автоматических выключателей. На подстанции установлены два автомата 630А, оба автомата питают два таких двигателя. Отходящих 2 кабельных линии по 2 в паралель АВВГ 3х150 мм + 1 х75мм Запускали только один двигатель, другой стоял в резерве. Перекрыло оба автомата сверху. Первоначально думал перекрытие произошло в следствии плохого контакта шины с автоматом, но при демонтаже признаков не обнаружил, болты были протянуты. Плохой контакт был в другом месте. На вводном рубильнике 2000А , а он закрыт кожухом и опечатан так как стоит перед средствами учета эл энергии. Алюминиевая шина прикручена к рубильнику четырьмя болтами на 10мм. На этих болтах шина и болталась совсем не отгорела. Между шиной и контактом рубильника следы нагара, также они видны в местах контакта болтов с шиной. при монтаже ТП наверное плохо протянули контактное соединение. А потом не было возможности, так как не было доступа, при эксплуатации соединение еще больше прослабло. При запуске двигателя на этом контакте возникла дуга, о чем свидетельствует копоть и частицы расплавленного метала на оргстекле которое закрывает рубильник. Следов перекрытия дугой самого рубильника нет. Кроме контактного соединения других повреждений нет. Сам рубильник массивный расстоянии между фаз и корпусом ТП более 5 см. А на самих автоматах, расстояние между фазами 2-3 см. Перекрытие автоматов свидетельствует о возникновение значительного перенапряжения. Влага исключается было сухо и жарко. Ну наверное сверху было немного пыли. Из за этой пыли, это место и оказалось слабым звеном.
Такое перенапряжение запросто может и вызвать КЗ в двигателе или в коммутационной аппаратуре управления двигателем. Такое явление возникает очень редко и обусловлено колебательным резонансным эффектом. И все зависит от параметров цепи. При изучении вопроса выяснилось, нужно установить вентильные разрядники. Поиск выдает ОПН но они предназначены для защиты от атмосферных перенапряжений.
Собственно вопрос, что можно установить в этом случаи? Может кто поделится опытом как кто решал похожие проблемы. Нужно ли устанавливать ограничители в шкаф управления двигателем. На этом объекте, без каких то видимых причин, уже горел практически новый двигатель при запуске.

ОПН-П предназначены для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
Так что можно и поставить, пусть работают.
Хотя по мне, лучше своевременно обслужить оборудование, чем ставить дополнительные единицы, сами по себе могущие стать причиной КЗ....

Уважаемый rosck! Вы сами правильно определили причину перекрытия. А вот дальше пошёл полнейший бред:

Каким-таким "колебательным резонансным эффектом"? У Вас грелось и искрило плохое контактное соединение, при этом выделялись ионизированные пары металла - это и стало причиной перекрытия, т.к. диэлектрическая прочность ионизированных паров металла в сотни раз меньше, чем диэлектрическая прочность обычного воздуха. ОПНы в этом случае не помогут, поскольку это вовсе не внутренние коммутационные перенапряжения, о которых вы говорите.
Вторая возможная причина Ваших бед - затянувшийся запуск двигателя по причине большой нагрузки на его валу из-за плохого технического обслуживания приводимого им агрегата. Если это вентилятор - то возможной причиной затянувшегося пуска является обратное вращение вентилятора под действием сквозняков. Чтобы этого не было, надо закрывать шиберы, а кто это должен делать? Правильно - механики! Но механики всё свалили на электриков, а сами играют в карты или в домино...

Резонансный эффект....
А длина линии какая?
Да и резонанс поймать на 50 Гц...
Судя по количеству жил - движки 0,4 кВ. И если уж речь зашла про ОПНы, то рассматривается Вами резонанс напряжений. Явление реально редкое и зависящее от частоты. Поэтому на него не стал бы думать.
А вот перенапряжение коммутационное и плохой контакт (с ваших слов) - это да. Ну и двигатель проверить. Возможно действительно обслужить надобно (жарко и сухо (с) если
).ОПНы сейчас ставят куда только можно и не можно. Но от плохого контакта они не спасут. Защитят оборудование да, двигатель в частности. Но все равно будет остановка тех. процесса для устранения последствий.


Грелось и искрило произошло за секунды, судя из описания. Здесь и плохой контакт и коммутационное перенапряжение имели место быть. А вот второе могло быть вызвано причинами с движком.
У меня на работе, в службе тепловиков, на водозаборе с одной скважиной подобное. Только перекрытия не происходит. Плавится у них провод по фазе А, в рубильнике контакт подгоревший. Насос погружной, лет 30 не обслуживался. Вот у них как раз - "греется и искрит" Т.е. длительный процесс.
А автора - включил и бахнуло.

Уважаемый DaaN! Расскажу аналогичный случай, над разгадкой которого электрики одного предприятия бились не один год. Стандартная типовая противопожарная водонасосная с 4-мя насосами по 250 кВт. Все электрические испытания выполнялись регулярно и в установленные сроки, также как и техническое обслуживание электрооборудования, чего не могу сказать о механической части. Эти насосы предназначены на случай пожара, поэтому в обычной ситуации они естественно не работали, а находились в ждущем режиме. По установленному графику дежурный персонал обязан периодически проверять работоспособность всей системы с пуском этих насосов. Вот здесь и начинались "танцы с бубнами"! Насос, который запускался первым, всегда запускался без проблем, хотя по номеру он мог быть любым. Но последующие насосы запускались с большим трудом, а довольно часто это приводило к выгоранию абсолютно новых импортных выкатных автоматических выключателей с номиналом 630 А и перегрузочной способностью несколько тысяч Ампер. Что только они не делали с ними: и проверяли в стационаре, и обжимали контакты, и зачищали - всё электрооборудование было в идеальном состоянии! Они думали, что и механики также следят за своим оборудованием, однако глубоко ошибались! После того, как сожгли третий по счёту новый автомат 630 А, я не выдержал и лично отправился в насосную наблюдать за процессом планового контрольного пуска этих злополучных насосов... И как Вы думаете, что я там увидел?

Ваня Иванов, Вы называете полнейшим бредом высказывания других. А как назвать это?

Уважаемый Tad! Для любителей покопаться в теории возникновения и существования электрической дуги предлагаю внимательно изучить материалы по следующим ссылкам:

http://locus.ru/library/equipment_/981/page/3/

http://www.eti.su/articles/visokovoltnaya-...ehnika_599.html

http://electrono.ru/fizicheskie-osnovy-rab...dy-ee-gasheniya

(Да простят меня модераторы за то, что я засоряю сайт ссылками на сторонние ресурсы).

Особое внимание прошу обратить на явление ТЕРМОИОНИЗАЦИИ.

Для закрепления пройденного материала предлагаю изучить ещё одну лекцию (для тех, кто не понял, что такое термоионизация):
 TVN._Solovjev_M.A..pdf ( 1.17 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 1127

Ну так рубильник и автомат не вместе стоят между ними еще находится схема учета с трансформаторами тока. Расстояние почти метр. В этом случаи должно было перекрыть вводной рубильник, так как он находился в зоне искрения.
Это насосы. Пусковой ток 1900 Ампер. Запуск 2 секунды. После аварии были обследованы щиты и двигателя. Произвел измерения изоляции. Все в норме, после замены автоматов оба двигателя запустились без проблем.
Кабельная линия метров двадцать.



[quote name='Ваня Иванов' date='8.7.2017, 11:32' post='472248']
Уважаемый rosck! Вы сами правильно определили причину перекрытия. А вот дальше пошёл полнейший бред:
/quote]
Значит Вам такое просто не встречалось. Или встречалось, но Вы все списали на другую причину. Первый попавшийся материал https://refdb.ru/look/1901517.html
Говорится про колебательные процессы и резонанс например при отключении линии при КЗ. Пусковой ток двигателя режим близкий к режиму КЗ а пропадание контакта в этот момент чем не отключение линии.
Была у меня на балансе одна ТП с импортным трансформатором. Так там расширительный бак находился над шпильками 0,4 кв расстояние от шпилек до несколько сантиметров. При подключении к этой ТП неисправной линии (на линии однофазное КЗ) Произошло КЗ внутри ТП и потекло масло. После осмотра обнаружили три окуратные отверстия как раз напротив шпилек. На самих шпильках следов не контакта не обнаружено, верхняя часть шпилек оплавлена дугой. Пробить 2- 3 см напряжение должно быть приличное.

Сообщение отредактировал rosck - 8.7.2017, 18:31

Уважаемый Ваня Иванов, тогда почему, обладая исчерпывающим материалом, Вы пишете такую несуразицу, как в приведенной мной цитате? Ни по одной Вашей ссылке я не нашел нигде упоминания о каком-либо вкладе ионизированных паров металла в процесс образования дуги. О них вообще можно было бы не говорить, но формально они могут появляться при образовании плазмы. Согласно Вами же приведенному материалу последовательность образования дуги выглядит так: термоэлектронная эмиссия-ионизация воздуха-образование плазмы-дуга - см. первую ссылку, там этот процесс расписан наиболее подробно. И, как и следовало ожидать, я нигде не встретил понятия диэлектрическая прочность. Есть электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость.
С уважением.

Уважаемый Tad! Возможно Вы плохо искали или видели только то, что хотели видеть...
В первой ссылке поста № 7 читаем:
...В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Такая температура ствола дуги приводит к термоионизации — процессу образования ионов вследствие соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения (молекулы и атомы среды, где горит дуга, распадаются на электроны и положительно заряженные ионы). Интенсивная термоионизация поддерживает высокую проводимость плазмы....
Таким образом, можно различить три стадии рассматриваемого процесса: зажигание дуги, когда вследствие ударной ионизации и эмиссии электронов с катода начинается дуговой разряд и интенсивность ионизации выше, чем деионизации, устойчивое горение дуги, поддерживаемое термоионизацией в стволе дуги, когда интенсивность ионизации и деионизации одинакова, погасание дуги, когда интенсивность деионизации выше, чем ионизации.
Во второй ссылке поста № 7 читаем следующее:
...Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации, которая поддерживает большую проводимость плазмы.
...Термоионизация - процесс образования ионов за счет соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения.
Вот ещё одно определение термоионизации:
"Термоионизация - появление свободных электронов и ионов за счет тепловой энергии".
http://sermir.narod.ru/lec/lect9.htm

Уважаемый Tad! Тот факт, что Вы нигде не встретили понятие Диэлектрическая прочность вовсе не означает, что такого понятия не существует. Посмотрите, пожалуйста, здесь для общего развития:
http://www.hardholod.ru/article/diehlektri...kaya-prochnost/
или вот здесь:
https://oils.globecore.ru/probivnye-sposobn...diehlektri.html
ещё можно посмотреть здесь:
https://ostec-electro.ru/knowledge-base/glossary/10569/
а также здесь:
https://teacode.com/online/udc/53/537.226.html
и так далее до бесконечности...
Это говорит о том, что мы с Вами разговариваем на разных технических языках, поэтому не понимаем друг друга. А я думал, Вы спросите меня, что же было в той злополучной насосной? Но Вам, как видно, это не интересно. Вам гораздо интереснее выискивать несущественные оговорки и мелкие неточности у собеседника, теряя за этим суть вопроса и уходя от темы разговора далеко в сторону.

Для уважаемого rosck хочу ещё раз повторить, что у меня была аналогичная ситуация, о которой я хотел здесь рассказать. Сгорали абсолютно исправные автоматы. Возможно, что Вы тоже не там ищете причину Ваших бед. Сколько автоматов Вы уже сожгли? Когда у Вас сгорит очередной новый и исправный автомат, обращайтесь - подскажу где искать причину...

Сообщение отредактировал Ваня Иванов - 9.7.2017, 8:46

Уважаемый Ваня Иванов, описанная Вами часть процесса образования электрической дуги коротко названа мною ионизацией. Заметьте, нигде речь не идет об ионизированных парах металла. Здесь описан классический пример ионизации воздуха. Вклад металла контактов важен лишь на первой стадии образования дуги - процесс термоэлектронной эмиссии. И роль здесь играют электроны проводимости, не связанные с атомами металла и поэтому требующие сравнительно небольшой энергии для их высвобождения.
По поводу диэлектрической прочности. На этот раз ссылки, приведенные Вами, далеки от первоисточников и поэтому не вызывают большого доверия. Но оставим это на совести авторов. Думаю, этим они только хотели подчеркнуть, что речь идет о диэлектрике. Правильно было бы говорить об электрической прочности.
Кстати, не находите ли Вы, что на каком бы техническом языке ни выражаться, но говорить о диэлектрических свойствах проводников (или пары металла для Вас диэлектрик?) по меньшей мере смешно.
Что же Вам мешает рассказать о Вашей ситуации? Хотя я и предполагаю, что дело было в ненормально большой нагрузке на двигатели во время пуска, но конкретные ситуации бывают забавными и поучительными.

Сообщение отредактировал Tad - 9.7.2017, 11:53

Уважаемый Tad! Вам привели не одну, а целых 4 (четыре!) ссылки на различные источники, использующие термин Диэлектрическая прочность, а Вы заладили своё - электрическая прочность, электрическая прочность... О каких первоисточниках Вы ведёте речь? По Вашему выходит, что все, кто использует термин Диэлектрическая прочность дураки, а кто использует термин Электрическая прочность - умные? А можете ли Вы объяснить нам бестолковым, в чём заключается принципиальная разница между этими терминами и так ли это важно в рассматриваемой ситуации? Для меня лично эти термины равнозначны, т.к. говорить о диэлектрической (электрической) прочности проводников, как Вы изволили заметить, - нонсенс!

О своём весьма поучительном случае я поведаю тогда, когда наш уважаемый ТС снова обратится с подобным вопросом, после того, как у него сгорит очередной абсолютно исправный (новый) автомат! А это обязательно должно произойти в ближайшем будущем, в чём я ничуть не сомневаюсь. Кто не желает учиться на чужих ошибках - пусть учится на своих!

Сообщение отредактировал Ваня Иванов - 9.7.2017, 17:51

Уважаемый Ваня Иванов вот объясните для нас отсталых почему это должно случится? Почему он обязательно сгорит?
Из ваших сообщений понятно, что вы на 100% уверены в том, что причиной перекрытия автоматов является процесс ионизации вызванной дугой на неисправном контакте. И то что автоматы находятся на расстоянии в 1 метр от контакта рубильника закрытого кожухом вас не как не смущает. Возможно от перенапряжения перекрыло только один автомат а второй перекрыло от первого так как они стоят близко. Неужели Вы думаете, что за более 20 лет в электроустановках мне не знакомо это явление. Вот недавно был на одной подстанции не удержался сфотал. Вот здесь как раз очень большая вероятность выгорания РУ 0,4 кв в подстанции как раз по этой причине.

Сообщение отредактировал rosck - 9.7.2017, 19:45

Уважаемый Ваня Иванов, по-моему, Вы уже достаточно всех заинтриговали и мы с нетерпением ждем рассказа о Вашей поучительной истории.
Я, к сожалению, не оракул и не могу вещать абсолютную истину, но, с моей точки зрения слово "диэлектрический" надо применять исключительно к диэлектрикам (изоляторам), так как это слово характеризует всем известное свойство материала, присущее только этому виду, а для всех материалов, включая и диэлектрики, логичнее применять термин электрическая прочность.

Уважаемый Tad! Похоже Вы окончательно запутались в терминологии и сами себе противоречите. Хорошенько отдохните и завтра на свежую голову внимательно прочтите Ваше утверждение, которое я здесь процитировал.
Для каких "всех материалов, включая диэлектрики" Вы предлагаете применять термин электрическая прочность? Ведь немного выше Вы сказали, что слово "диэлектрический" надо применять исключительно к диэлектрикам (изоляторам)! А воздух - это проводник или диэлектрик? Если это проводник, то ни о какой электрической прочности воздуха не может быть и речи! Но если воздух - это всё же диэлектрик, то в этом случае можно говорить о его диэлектрической (электрической) прочности. Или Вы считаете, что диэлектрики - это исключительно твёрдые материалы? Тогда Вы глубоко заблуждаетесь. Диэлектрические материалы бывают и жидкие, например, трансформаторное масло - это жидкий диэлектрик, а элегаз - это газообразный диэлектрик. А плазма - это четвёртое агрегатное состояние вещества, т.е. это уже не газ. Плазма - это особое состояние вещества с присущими только ей свойствами и характеристиками, в том числе и проводимостью, которая близка к проводимости металлов, то бишь проводников! Однако, где находится та грань, за которой газ превращается в плазму? Поэтому всё это - лишь упрощённая теоретическая модель, а в реальности всё гораздо сложнее...

А по делу у ВАС есть, что сказать?
Подстанция не моя, а клиентов. В подстанции кроме как подключение фидеров ни каких работ не производил. Под ее обслуживание я не подписывался. Я частный электрик и на данной объекте устанавливал оборудование насосной и с ним проблем нет. Так, что прежде чем делать какие то выводы советую сначала разберитесь. Но боюсь больше Вам сказать нечего.

Сообщение отредактировал rosck - 10.7.2017, 10:29

Уважаемый rosck! У меня есть, что сказать, только Вы не обижайтесь. Почему я уверен почти на все 100%, что этот случай может у Вас (у них) повториться? Потому, что тупо заменив сгоревший автомат, Вы устранили всего лишь следствие, но не нашли и не устранили причину! В этом заключается Ваша самая главная ошибка, как и многих других электриков, которые не найдя и НЕ УСТРАНИВ ПРИЧИНУ, упорно продолжают бороться СО СЛЕДСТВИЕМ!
Так вот, наши горе специалисты тоже боролись не с причиной, а со следствием, покупая и устанавливая новые автоматы взамен сгоревших! Но и абсолютно новые автомы с завидным постоянством тоже продолжали выходить из строя. Тщательная проверка и всевозможные виды измерений и испытаний электрооборудования этой насосной всегда давали отличные результаты, всё соответствовало нормам (как и в Вашем случае). Проводились пробные пуски этого насоса после замены сгоревшего автомата - всё работало как часы! Однако спустя непродолжительное время, т.е. через несколько месяцев, когда наступало время плановых контрольных пусков, история снова повторялась. Первый насос запускался без проблем, а дальше, при попытке запуска второго, третьего и четвёртого насосов начинали творится чудеса - в лучшем случае выбивало автомат, но обычно автоматы выгорали полностью. Нельзя сказать, что оперативный персонал что-то делал не так. Всё выполнялось строго по инструкции, проверенной всеми специалистами за долгие годы эксплуатации (более 40 лет!).
Мне, как молодому специалисту, вооружённому всякого рода теориями феррорезонансных и прочих малопонятных явлений в электротехнике, захотелось любой ценой разобраться в этом вопросе, поскольку испытания всех цепей данного присоединения после замены последнего сгоревшего автомата я выполнял лично и сомнений в результатах испытаний у меня не было. Но все стали смеяться и называть нас лохами, после того как этот автомат при первом же контрольном пуске приказал долго жить! Вот тут-то я не выдержал насмешек, и решил во что бы то ни стало разобраться с этим вопросом - это уже было делом чести Испытателя электрооборудования, коим я себя тогда легкомысленно считал.

Сообщение отредактировал Ваня Иванов - 10.7.2017, 11:36

Нисколько. Просто пытаюсь Вас разговорить, а вы все ходите вокруг да около. И если я не поленился и задал вопрос на форуме это говорит уже о том что мне интересно найти причину . Ведь в будущем возможна ситуация когда новое смонтированное дорогостоящее оборудование просто так сгорит синим пламенем. И кому то за это придется нести ответственность. Ведь предложенный вами вариант не объясняет причину аварии. Ведь в непосредственной близости к автомату не было места где из-за плохого контакта возникла дуга. Следовательно о ни какой ионизации воздуха речи не может идти. Мое предположение в том, что из за плохого контакта на рубильнике возникло перенапряжение. А так как между фаз не было установлено разделительных перегородок идущих в комплекте к автомату и была пыль сверху то как минимум один из автоматов пробило высоким напряжением. Поэтому есть мысль поставить ОПН. В вашем случаи тоже могло быть перенапряжение. После нескольких аварий ваши специалисты наверное все контакты вылизали и проблем с этим не было но ведь аварии не прекратились.

Уважаемый Ваня Иванов, Вы сказали Я знаю как минимум шесть видов материалов с различными свойствами проводимости, не считая пограничных состояний.
Далее Это Ваши слова, а не мои. Я ничего подобного не говорил и не давал повода делать такие выводы из моих слов.
Ещё Эта грань определена строго математически, не моя вина, что Вы этого не знаете.

Уважаемый rosck! Именно так всё и было. И я тоже поначалу грешил на коммутационные, феррорезонансные и прочие перенапряжения, однако это предположение не подтвердилось. Когда в условленное время дежурные операторы приступили к плановым контрольным пускам насосов, которые управлялись дистанционно с компьютера, я находился в этой насосной. Обычная типовая насосная, хотя и старенькая, однако после нескольких реконструкций и капремонтов она имела вполне приличное состояние. Электродвигатели насосов импортные, питающие кабели медные соответствующего сечения, шкафы около 10 лет назад были полностью заменены на новые производства одной известной западноевропейской фирмы, релейные защиты отлажены как часы, поэтому у меня возникло смутное предположение, что электрооборудование здесь не при делах. Что-то мешало насосам нормально запуститься и выйти на рабочий режим. При внимательном осмотре обвязки насосов я обратил внимание, что все выходные трубопроводы сходятся в одну общую трубу, и тут меня посетило озарение, которое через несколько минут полностью подтвердилось! Первый насос запустился как обычно без проблем, но тут я заметил, что роторы остальных двигателей стали раскручиваться в обратную сторону всё быстрее и быстрее. По моей команде контрольные пуски были приостановлены для выяснения причин. Вызвали механиков, которые нас уверяли, что у них всё в идеальном состоянии, а это наше электрооборудование плохое. В гидравлической схеме на напорной стороне (на выходе) каждого насоса имелись обратные клапаны, которые должны были препятствовать обратному току воды через неработающие насосы, но все убедились воочию, что этого не происходит. Неработающие насосы раскручиваются в обратную сторону! Разобрали обратные клапаны, которые естественно оказались неисправными (заржавели) и всё время находились в открытом состоянии. Поэтому под действием напора воды, создаваемого первым насосом, остальные раскручивались в противоположном направлении. Но операторы этого не видели, и как обычно пытались запускать эти насосы! Теперь и ежу стало ясно, где была зарыта собачка. Все причастные и непричастные к этому оборудованию, получили от начальства по заслугам.
Однако, для меня вопрос, почему же сгорали автоматы, оставался открытым. Ведь должны же были сработать защиты от перегруза, отключился бы автомат и всё! Тогда я принялся за расчёты. Встроенная питающая ТП-6/0,4 кВ находилась здесь же в здании насосной. Силовые трансы ТМГ-1000-6/0,4 кВ 2шт., работающие параллельно, каждый на свою систему шин. Кабели медные сечением 185 кв. мм имели длину порядка 25-30 м. Расчёты показали, что ток короткого замыкания в конце кабельных линий превышает предельно допустимую коммутационную стойкость автоматических выключателей! Сразу мелькнула мысль, а не поставить ли автоматы большего номинала и забыть всё это, как страшный сон. Однако изучение каталогов фирмы-производителя силовых шкафов защиты и управления, в которых стояли выкатные силовые автоматы на 630 А, заставило отказаться от этой мысли, т.к. автоматы следующего номинала 800А уже не подходили по габаритам. Оставался только один путь - любым возможным способом ограничить токи КЗ. Самый известный способ ограничения тока КЗ - это установка токоограничивающих реакторов, однако и здесь габариты шкафов не позволяли это сделать. Включив второе полушарие мозга, я предложил нестандартный путь решения проблемы - увеличить длину силовых кабелей в 1,5 раза, что позволило снизить токи КЗ до приемлемых значений. Вот такая история. А Вы говорите: "перенапряжения"...