ГОСы общее / ГОСы pdf / 81(6-9)

k IСЗ

где t – время срабатывания, сек.; k – выставляемый коэффициент; IОЗЗ – ток замыкания на землю при ОЗЗ (геометрическая сумма суммарного ёмкостного тока и активного тока резистивного заземления), А; IСЗ – ток срабатывания защиты (первичный), А.

Ток срабатывания защиты IСЗ выбирается также, как указано выше, из условия

несрабатывания при внешних ОЗЗ. Селективность срабатывания защиты именно на том фидере, где произошло ОЗЗ, обеспечивается за счёт её меньшего времени срабатывания t, которое соответствует большему значению суммарного тока IОЗЗ по сравнению с собственными

ёмкостными токами каждого из неповреждённых фидеров (IС.фид.max ). После первоочередного

отключения повреждённого фидера защиты всех неповреждённых фидеров автоматически возвращаются в исходное положение.

Рис. 11.5. Характеристика с обратнозависимой выдержкой времени типа RXIDG

Если эта защита от ОЗЗ должна действовать только на сигнал, то необходимо выполнить специальную коммутацию для блокировки защит неповреждённых присоединений после срабатывания защиты повреждённого присоединения.

11

Рассмотренные ненаправленные токовые защиты с независимой времятоковой характеристикой и с обратнозависимой времятоковой характеристикой (рис. 11.5) могут обеспечивать селективное отключение фидера с ОЗЗ только при определённой конфигурации защищаемой сети 6(10) кВ, конкретных типах реле, параметрах кабелей и других условиях, и, разумеется, при правильном выборе рабочих уставок. Однако в сетях с изолированной нейтралью с очень небольшими значениями естественных ёмкостных токов и малым количеством отходящих линий главным образом воздушных, ненаправленные токовые защиты принципиально не могут обеспечить селективное отключение линий с ОЗЗ. Поэтому в таких сетях могут использоваться токовые направленные защиты от ОЗЗ.

Направленные защиты типа ЗЗП-1М и ЗЗН

Направленная защита от однофазных замыканий на землю типа ЗЗП-1М предназначена для селективного отключения линий при однофазных замыканиях на землю и может применяться в сетях с суммарным ёмкостным током не менее 0,2 А, как указывается в информации завода-изготовителя. Однако в связи с большой вероятностью возникновения однофазных замыканий на землю на ВЛ через переходные сопротивления и с учётом некоторого запаса по чувствительности применение устройства ЗЗП-1М целесообразно в тех сетях, например 10 кВ, где минимальное значение суммарного ёмкостного тока по крайней мере в 2,5-3 раза выше, т.е. 0,5-0,6 А (первичных).

Токовые цепи защиты ЗЗП-1М подключаются к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности ТТНП типа ТЗЛ (рис. 11.6, а), в связи с чем защищаемая воздушная линия должна иметь кабельную вставку (ввод). Это является недостатком защиты ЗЗП-1М, ограничивающим её применение.

Цепи напряжения защиты ЗЗП-1М включаются на напряжение нулевой последовательности 3Uo, получаемое от обмотки трансформатора напряжения ТН, соединённой в разомкнутый треугольник (рис. 11.6, а).

Для защиты элементов ЗЗП-1М от высших гармоник, имеющихся в напряжении 3Uo, устройство следует подключать к ТН через фильтр с резонансной частотой 50 Гц, который подавляет высшие гармонические составляющие с частотой выше 50 Гц. Фильтр выпускается в виде вспомогательного устройства ВУ-1, в которое входят дроссель с регулируемым воздушным зазором и последовательно включенный конденсатор. На одно устройство ВУ-1 может быть включено до 10 устройств ЗЗП-1М. Для исключения опасного воздействия на устройства ЗЗП-1М перенапряжений, возникающих в первый момент замыкания на землю в сети 10 кВ, в схеме (рис. 11.6, а) предусмотрена небольшая задержка в подаче напряжения 3Uo на устройство ЗЗП-1М с помощью максимального реле напряжения 1РН типа РН-53/60Д с уставкой 15 В, т.е. ниже, чем напряжение срабатывания устройства ЗЗП-1М. Как видно из схемы (рис. 11.6, а), напряжение 3Uo подаётся на устройства ЗЗП-1М только после срабатывания реле 1РН и замыкания его контактов.

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов: согласующего устройства 7, усилителя переменного тока 2, фазочувствительного усилителя (органа направления мощности) 3, выходного реле 4 и блока питания 5 (рис. 11.6, б). Блок питания типа БПН-11 подключается к трансформатору собственных нужд подстанции (на рис. 11.6, б не показано).

Таким образом, защита ЗЗП-1М представляет собой направленную защиту нулевой последовательности. При однофазном замыкании на землю, например на воздушной линии 10 кВ BJI3 (рис. 11.6, в), токи IС1, IС2 , определяемые ёмкостью фаз неповреждённых линий

ВЛ1, BJI2 по отношению к земле, имеют условное направление к месту повреждения на линии BJI3 и, таким образом, по-разному направлены на повреждённой и неповреждённой линиях.

12

(ЗЗП-1М) на подстанции была бы установлена резервная неселективная максимальная защита напряжения нулевой последовательности (реле 2РН на рис. 11.6, а), которая с выдержкой времени 0,5–0,7 сек. действует на отключение питающего трансформатора (при этом должны запрещаться действия автоматики включения: АВР, АПВ). При малых значениях ёмкостных токов такое неселективное действие считается правильным, поскольку своим действием защита выполняет требования техники безопасности и предотвращает несчастные случаи.

В настоящее время существуют усовершенствованные направленные защиты нулевой последовательности, например, использующую промышленную частоту типа ЗЗН.

Защита ЗЗН предназначена для селективного отключения защищаемого присоединения при ОЗЗ в некомпенсированных сетях 3–10 кВ с первичным током замыкания на землю от 0,2 А (что соответствует минимальной суммарной длине неповреждённых кабельных линий сети 10 кВ – 0,2 км или воздушных линий – 7 км), при использовании кабельных ТТНП.

Защита ЗЗН состоит из двух пусковых органов (ПО) по току и напряжению, фазочувствительного органа, которые работают по схеме “И”. Данная защита обладает большей областью применения, чем ЗЗП-1 (ЗЗП-1М) и не обладает её недостатками.

Устройство защиты от замыканий на землю в сетях 6–35 кВ: УЗС

Устройство УЗС, реагирующее на токи и напряжения переходного процесса при замыканиях на землю, предназначено для селективной защиты (сигнализации или отключения) при замыканиях на землю в воздушных и кабельных сетях напряжением 6–35 кВ независимо от режима работы их нейтрали. Устройство обеспечивает защиту как от устойчивых, так и от неустойчивых замыканий.

Принцип его действия основан на контроле направления распространения токов и напряжений переходного процесса, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) и распространяющихся к концам линий (пунктам установки защиты), и заключается в сравнении и запоминании первоначальных знаков тока 3Iо и напряжения 3Uo в месте замыкания. При совпадении знаков ОЗЗ фиксируется в защищаемом направлении, а при несовпадении регистрируется внешнее ОЗЗ. Факт замыкания контролируется срабатыванием пускового органа установившегося напряжения 3Uo промышленной частоты.

Схема подключения устройства УЗС приведена на рис. 11.7. Цепи тока подключаются к трансформатору тока нулевой последовательности кабельной линии или в нулевой провод трансформаторов тока трёх фаз кабельной или воздушной линии электропередачи.

Цепи напряжения подсоединяются к разомкнутому треугольнику обмоток трансформатора напряжения секции шин, к которой подключена линия, а при отсутствии этих обмоток – к общей точке трёх конденсаторов ёмкостью 4–10 мкФ, соединённых в звезду и подключенных к фазным вторичным обмоткам трансформаторов напряжения и к нейтрали этих обмоток.

Данное устройство защиты от замыканий на землю, разработанное ЭНИН совместно с казанским предприятием «Энергосоюз», испытано и внедрено в Казанских электрических сетях Татэнерго и Октябрьских электрических сетях Мосэнерго. В 2000 г. оно было принято межведомственной комиссией и рекомендовано к применению в системе электрических сетей России.

В настоящее время рассматривается возможность модернизации этого устройства в целях выполнения единой защиты для секции шин 6–35 кВ, к которой подсоединяются защищаемые линии. Это позволит повысить эффективность и экономичность устройства. Кроме того, на основе опыта разработки устройства защиты возможно создание комплексного образца с автоматическим определением места ОЗЗ на защищаемой линии. Использование этого прибора ускорит поиск повреждения и снизит вероятность перехода ОЗЗ в короткое замыкание, приводящее к серьёзным повреждениям на присоединениях электрических сетей 6–35 кВ.

14

кабельных сетях городов и промышленных предприятий. Более чем 30-летний опыт использования УСЗ-ЗМ, например в Ленэнерго, позволяет дать высокую оценку этому устройству, несмотря на его известные недостатки: непригодность для использования в сложных сетях с параллельными линиями, невозможность фиксации кратковременных ОЗЗ, необходимость выезда оперативного персонала на подстанцию для большого числа измерений с целью определения повреждённого фидера и из-за этого большое время для отыскания фидера с ОЗЗ.

Для обеспечения безопасности оперативного персонала рекомендуется установить УСЗЗМ с кнопочной стойкой вне распределительного устройства 6–10 кВ (рис. 11.8).

Таким образом, с помощью УСЗ-ЗМ можно обнаружить только устойчивое замыкание на землю, но это не считается недостатком и не препятствует широкому применению этих устройств. Имеются разработки автоматических устройств для одновременного измерения сумм высших гармоник на всех отходящих линиях, сравнения этих значений между собой и селективного выявления повреждённой линии. Например, в цифровом терминале защиты линии для сетей 6 и 10 кВ с резонансно-заземлённой нейтралью SPAC 801.013 и в новом терминале SPAC 810 (АББ Автоматизация) предусмотрена токовая ненаправленная защита от замыканий на землю – аналог УСЗ, измерение высших гармоник тока. Измерение высших гармоник в токе нулевой последовательности предусмотрено и в отечественных цифровых терминалах фирмы «Радиус Автоматика», в новых модификациях БМРЗ фирмы «Механотроника». В реле иностранных фирм эта функция обычно не предусматривается.

Рис. 11.8. Схема включения прибора УСЗ-ЗМ. Кнопки с переключением без разрыва цепи

Одновременно надо отметить, что описанные устройства не имеют элемента направления, поэтому на подстанциях с малым числом линий, причём неидентичных, затруднительно обеспечить их селективную работу при ОЗЗ на какой-то из линий.

Некоторые другие принципы выполнения устройств сигнализации ОЗЗ

Наложенные токи. Для определения линии с ОЗЗ в компенсированных сетях используется принцип "наложения" на обычную сеть постороннего переменного тока с

16

частотой, отличной от промышленной, например 25 Гц. Для этого необходимо подключить в каком-либо месте контролируемой сети 6 или 10 кВ специальную установку, постоянно генерирующую ток выбранной частоты. При устойчивых ОЗЗ этот ток в основном проходит по повреждённому присоединению и воспринимается защитой данного присоединения.

Опыт эксплуатации устройств защиты кабельных линий и генераторов (на электростанциях Кузбасса), использующих низкочастотные составляющие тока является положительным. Защиты работают селективно как при неустойчивых ОЗЗ с перемежающейся дугой, так и при устойчивых ОЗЗ (за счёт «наложенного» тока 25 Гц).

Сравнение амплитуд переходного тока. Амплитуда переходного тока в момент возникновения ОЗЗ (пробой изоляции) всегда выше амплитуды установившегося тока ОЗЗ. Наряду с этим, амплитуда переходного тока повреждённого присоединения всегда выше, чем на любом из неповреждённых присоединений данной сети, что даёт возможность выполнить селективную защиту (сигнализацию) при ОЗЗ. Важно отметить, что переходный процесс и его параметры в первый период после ОЗЗ одинаковы для сетей 6 и 10 кВ с любой степенью компенсации ёмкостного тока и в том числе для сетей без компенсирующих дугогасящих устройств. Поэтому принцип сравнения амплитуд переходного тока одновременно на всех присоединениях 6 или 10 кВ данной сети в момент ОЗЗ позволяет выполнить чувствительную, селективную защиту от ОЗЗ для сетей 6 и 10 кВ, работающих как в режиме № 1 «Изолированная нейтраль», так и в режиме № 2 «Резонансно-заземлённая или компенсированная нейтраль». Однако серийного производства защит, основанных на этом принципе, пока нет.

Сравнение полярности первой полуволны тока и напряжения нулевой последовательности (3Iо и 3Uo) в момент ОЗЗ. Идея JI.E. Дударева заключается в том, что на повреждённой линии будут срабатывать однополярные пороговые элементы (+I и +U или –I и – U) и появится сигнал «ОЗЗ», а на неповреждённых линиях будут срабатывать разнополярные пороговые элементы и сигнал на выходе не появится. Такой измерительный орган обладает направленностью, но эта направленность не связана со значением мощности и поэтому обладает очень высокой чувствительностью и не сможет отказать даже в тех случаях, когда в момент ОЗЗ напряжение мало (например, при грозовом ОЗЗ, вызванном ударом молнии). Кроме того, этот принцип позволяет раздельно фиксировать кратковременные пробои изоляции, устойчивые металлические ОЗЗ и устойчивые дуговые ОЗЗ.

Устройства зашиты и сигнализации замыканий на землю в компенсированных сетях 6–10 кВ «Импульс» и «Спектр».

Для селективной сигнализации однофазных замыканий на землю в электрических сетях 6– 10 кВ с кабельными линиями и воздушными линиями с кабельными вставками, работающих как с компенсацией ёмкостного тока, так и с изолированной нейтралью в Ивановском энергоуниверситете разработано централизованное направленное устройство (ЦНУСЗ) типа «Импульс», основанное на использовании электрических величин переходного процесса, возникающего в момент пробоя изоляции фазы сети на землю. В настоящее время в эксплуатации в электрических сетях 6–10 кВ Костромаэнерго, Ивэнерго, Владимирэнерго, Башкирэнерго, Нижновэнерго и в системах электроснабжения ряда предприятий целлюлознобумажной и нефтеперерабатывающей промышленности находится более 100 комплектов ЦНУСЗ «Импульс» (на 16 присоединений каждое). Опыт эксплуатации указанных устройств подтвердил эффективность используемого в них способа определения повреждённого присоединения и общих принципов построения ЦНУСЗ.

Применение ЦНУСЗ в принципе возможно и для выполнения защиты с действием на отключение. Однако более надёжное решение позволяют получить индивидуальные (на одно присоединение) устройства защиты от ОЗЗ. Для повышения эффективности отыскания повреждённого элемента или участка электрической сети методом поочередных отключений или оперативных переключений в ряде случаев желательно, чтобы устройство защиты обладало свойством непрерывности действия при устойчивых повреждениях. Таким свойством обладают только устройства, основанные на использовании различных составляющих установившегося

17

тока и напряжения нулевой последовательности при ОЗЗ (например, естественных высших гармонических составляющих). В то же время выполнение защиты от ОЗЗ, реагирующей только на составляющие установившегося тока и напряжения нулевой последовательности, не позволяет обеспечить высокую устойчивость функционирования при прерывистых дуговых замыканиях, характерных для начальной стадии развития повреждения изоляции в кабелях и электрических машинах. Последнее особенно существенно при выполнении защиты от ОЗЗ генераторов и электродвигателей, т.к. отказы срабатывания или замедление защиты при срабатывании могут привести к переходу ОЗЗ в двойные замыкания на землю, сопровождающиеся значительным увеличением объёма повреждения.

Исследования, проведённые в ИГЭУ, показали, что выполнение индивидуального направленного устройства защиты с указанными выше свойствами в принципе возможно на основе комбинации двух способов, один из которых предусматривает сравнение знаков высших гармонических составляющих производной напряжения нулевой последовательности dU0 dt и

тока I0 переходного процесса, а второй – сравнение знаков высших гармоник тех же величин

установившегося режима ОЗЗ.

На основе исследований спектра высших гармонических составляющих тока 3Iо и напряжения 3Uo в переходных и установившихся режимах ОЗЗ, опыта разработки и эксплуатации ЦНУСЗ типа «Импульс» устройств защиты от замыканий на землю типа УСЗ-2/2 и УСЗ-ЗМ (ВНИИЭ) были обоснованы принципы построения и разработано индивидуальное направленное устройство защиты от ОЗЗ для компенсированных электрических сетей 6–10 кВ (условно названное «Спектр»).

В настоящее время разрабатывается централизованный вариант устройства «Спектр», который должен заменить ЦНУСЗ «Импульс». В новом варианте ЦНУСЗ предусмотрена также возможность подключения к автоматизированным системам регистрации и анализа аварийных ситуаций.

Применение централизованных и индивидуальных направленных устройств позволяет получить комплексное решение проблемы защиты и селективной сигнализации ОЗЗ в компенсированных электрических сетях 6–10 кВ.

18