18.3. Требования к защитам от однофазных замыканий на землю в электрических сетях напряжением 6–10–35 кВ
Правила устройства электроустановок говорят, что защита от ОЗЗ должна быть выполнена в виде [1, п.3.2.96]:
1. Селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на сигнал.
2. Селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на отключение, когда это необходимого по требованиям безопасности.
3. Устройства контроля изоляции, при этом отыскание поврежденного элемента должно осуществляться специальными устройствами, допускающими отыскание поврежденного элемента поочередным отключением присоединений.
К электрических сетям напряжением 6–10 кВ, в которых требуется действие защит от ОЗЗ на сигнал, относятся общепромышленные, городские, коммунальные и другие подобные им сети. В электрических сетях, питающих торфоразработки, карьеры, шахты и т.п. по условиям электробезопасности должна выполняться селективная защита от ОЗЗ с действием на отключение поврежденного присоединения без выдержки времени.
В электрических сетях напряжением 20–35 кВ защиту от ОЗЗ следует выполнять, как правило, с действием на сигнал. Для осуществления защиты допускается использовать устройство контроля изоляции [1, п.3.2.99].
В настоящее время в России и за рубежом применяются следующие основные разновидности защит от ОЗЗ [31]:
1. Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности.
2. Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности. Используются в электрической сети с изолированной нейтралью и резистивным заземлением нейтрали.
3. Направленные защиты, реагирующие на составляющие промышленной частоты тока и напряжения нулевой последовательности. Применяются только в электрической сети с изолированной нейтралью.
4. Защиты, реагирующие на высшие гармонические составляющие в токе нулевой последовательности. Применяются только в электрической сети с компенсацией ёмкостных токов.
5. Защиты, фиксирующие «наложенный» ток с частотой, отличной от промышленной.
6. Защиты, реагирующие на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности в переходном процессе ОЗЗ. Применяются в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью.
Принято различать неселективную и селективную защиту от ОЗЗ. К неселективной относится только первая защита, остальные являются селективными защитами от ОЗЗ. Неселективная защита (сигнализация) формирует информацию, что в электрической сети, подключенной к определённой секции сборных шин ПС или РП, возникло ОЗЗ без указания повреждённого присоединения и выполняется отдельно для каждой секции сборных шин напряжением 6–10–35 кВ ПС или РП. Селективная защита (сигнализация) от ОЗЗ предназначена указывать присоединение – отходящую от секции сборных шин линию, в которой возникло ОЗЗ.
18.4. Устройство контроля изоляции сети напряжением 6–10–35 кВ
Устройство контроля изоляции фиксирует факт возникновения ОЗЗ в электрической сети. Устройство подключается к одной из секций сборных шин подстанции, используя информацию о напряжении нулевой последовательности (его ещё называют общей неселективной защитой напряжения нулевой последовательности или 1-й ступенью защиты от ОЗЗ). Практически все устройства контроля изоляции сети напряжением 6–10–35 кВ выполняются с использованием трансформаторов напряжения ТV – трехфазных, либо трех однофазных. На сегодняшний день наиболее надежными являются трансформаторы напряжения типа НАМИ и НАМИТ (трехфазный трансформатор напряжения антирезонансный, измерительный), которые рекомендуется устанавливать на подстанциях и распределительных пунктах электрических сетей напряжением 6–10–35 кВ [13, раздел 7].
На рис. 18.3 приведена схема включения устройства контроля изоляции. Вторичная обмотка ТV, соединенная по схеме «разомкнутого треугольника», является фильтром напряжения нулевой последовательности ЗUО. В нормальном режиме работы сети при симметричных напряжениях фаз относительно земли UАt, UВt и UСt на выводах этой обмотки напряжение, пропорциональное напряжению нейтрали UN, практически отсутствует (имеется только напряжение небаланса, значение которого обычно не превышает 1 В). При возникновении ОЗЗ, например, фазы А напряжение этой фазы относительно земли UАt становится равным нулю (точка «t» перемещается в вершину треугольника А – рис. 18.3, в). Напряжения неповрежденных фаз В и С относительно земли UВt и UСt увеличиваются с фазного значения до линейного, а напряжение на нейтрали сети N становится равным значению фазного напряжения источника питания поврежденной фазы UN = UА. При этом на обмотке, соединённой по схеме «разомкнутого треугольника» напряжение достигает 100 В и защита напряжения нулевой последовательности (для электрической сети с компенсацией ёмкостных токов), имеющая уставку по напряжению 0,3∙UФ = 30 В, с выдержкой времени 0,5–0,7 с срабатывает на сигнал (на рис. 18.3,г обозначено: KV – реле напряжения, КТ – реле времени, НL – сигнальная лампа). В электрической сети с изолированной нейтралью уставку по напряжению иногда снижают до уровня 0,06∙UФ = 6 В.
|
Рис. 18.3. Схема включения устройства контроля изоляции (а, г) и векторные диаграммы напряжений до ОЗЗ (б) и при ОЗЗ (в) |
Дополнительно устройство контроля изоляции позволяет контролировать напряжения фаз сети относительно земли с помощью одного вольтметра PV с переключателем SA, подключаемого к фазам вторичной обмотки трансформатора напряжения TV, соединённой по схеме «звезда с нулём» или с помощью трех вольтметров, постоянно подключенных к этой обмотке. В нормальном симметричном режиме все три напряжения фаз относительно земли на выводах вторичной обмотки TV, соединенной по схеме «звезда с нулём», одинаковы и равны 100/√3 ≈ 57,7 В. При возникновении ОЗЗ показание вольтметра поврежденной фазы понизится до нуля при металлическом замыкании, а показания вольтметров других фаз увеличиваются до линейного значения – 100 В.
Таким образом, устройство контроля изоляции позволяет, во-первых, выявить появление ОЗЗ с указанием секции сборных шин с повреждённым присоединением, но, не указывая какое из них повреждено (отсюда название «общая неселективная защита»), во-вторых, показать какая из фаз сети повреждена. После срабатывания защиты на сигнал персонал электрических сетей обязан немедленно приступить к определению присоединения с ОЗЗ.