ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

1-10. Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6 и 10 кВ

РАСЧЕТЫ ЗАЩИТ ЛИНИЙ 6 И 10 КВ СЕЛЬСКИХ, ГОРОДСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ

1-10. Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6 и 10 кВ

Общие сведения. Однофазное замыкание на землю является наиболее частым видом повреждения в трехфазных электрических сетях всех классов напряжения.

В сетях с глухозаземленной нейтралью (напряжением 110 кВ и выше, а также в сетях 0,4-0,23 кВ) однофазные короткие замыкания (КЗ) сопровождаются весьма большими токами, иногда превосходящими по значению даже токи трехфазных КЗ. Эти КЗ должны безусловно отключаться автоматически и как можно быстрее.

В электрических сетях 6-35 кВ России, работающих, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения токов однофазного замыкания на землю (033) невелики, они не превышают 20 - 30 А. Поэтому сети этих классов напряжения называют сетями с малым током замыкания на землю. Однако 033 представляют большую опасность для оборудования электрических сетей и для находящихся вблизи места 033 людей и животных. В связи с этим Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей требуют в одних случаях быстро автоматически отключать 033, а в других - немедленно приступать к определению присоединения с 033 и затем отключать его.

Однако создать селективную (избирательную) и высоко чувствительную защиту от 033, пригодную для любых видов сетей с малым током замыкания на землю, до сего времени не удалось никому. Действительно, трудно создать универсальную защиту от 033 для таких разных типов электроустановок, как воздушные и кабельные линии, генераторы и электродвигатели, для таких разных режимов заземления нейтральных точек сети, как "изолированная нейтраль", "резонансно-заземленная нейтраль" или "резистивно-заземленная нейтраль" (заземленная через ограничивающее ток активное сопротивление ). Особые трудности при выполнении селективных защит от 033 имеют место в сетях 6(10) кВ с резонансно-заземленной нейтралью, где ток повреждения промышленной частоты полностью компенсируется током дугогасящего реактора (ДГР) и поэтому не может быть использован в качестве источника информации. Дополнительные трудности возникают при необходимости селективного определения присоединения с 033 в электрических сетях сложной конфигурации, при отсутствии на присоединении кабельной вставки, необходимой для установки трансформатора тока нулевой последовательности, при часто меняющейся первичной схеме защищаемой сети и в других случаях.

Наибольшее влияние на выбор типа защиты от 033 в сетях 6 и 10 кВ оказывает режим заземления нейтрали. Поэтому прежде всего следует рассмотреть возможные режимы заземления нейтрали и применительно к ним типы защит от 033 и рекомендации по расчету их рабочих уставок.


Режимы нейтрали в сетях 6-35 кВ. В электрических сетях напряжением 6-35 кВ ключевой проблемой является способ заземления нейтрали (режим заземления нейтрали), поскольку он оказывает решающее влияние на надежность электроснаб­жения потребителей, на сохранность электрических машин и кабелей, на безопасность людей и животных, находящихся в местах прохождения электрических линий, и, в очень большой степени, на выбор принципов и типов устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), а также на способы использования этих устройств для отключения замыкания на землю или только для сигнализации. В России и республиках бывшего СССР используются, главным образом, либо режим "Изолированная нейтраль" (рис. 1-54), либо режим "Резонансно-заземленная нейтраль" (рис. 1-55). В 15-м издании Правил технической эксплуатации [1] допускается сравнительно новый для России режим работы с заземлением нейтрали через резистор (рис. 1-56). Это подтверждено в издании ПТЭ 2003 г.

Режим №1 : Изолированная нейтраль (рис. 1-54).



 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно из рис.1-54, фазы всех линий имеют емкость С по отношению к земле (условно они показаны сосредоточенными в одной точке линии). На поврежденной линии емкости фаз обозначены С0, а на неповрежденной линии, которая представляет всю остальную электрически связанную сеть, обозначены как суммарные емкости С0∑ . Емкость С0∑ определяет значение суммарного емкостного тока сети I(I)C∑.

При металлическом 033 в точке К1 на фазе А (рис. 1-54,а) через место повреждения будет проходить суммарный ток I(I)C∑, определяемый емкостями

неповрежденных фаз всей остальной сети (емкость поврежденной фазы в создании этого тока не участвует, так как она зашунтирована в месте 033). Ток поврежденной фазы возвращается в сеть через емкости неповрежденных фаз (показано штриховыми линиями). Таким образом, реле защиты от 033, подключенное к поврежденной линии через специальный трансформатор тока нулевой последовательности кабельного типа

(ТТНП или "Ферранти"), реагирует на суммарный емкостной ток сети I(I)C∑(за вычетом тока IC, определяемого емкостью поврежденной линии). О способах определения значения этого тока сказано ниже.

При 033 в точке К2 вне защищаемой линии (рис. 1-54,6) через рассматриваемую защиту, проходит "собственный" емкостной ток линии, определяемый емкостью ее фаз. Если эта токовая защита выполнена без элемента направления мощности, то необходимо обеспечить ее несрабатывание при внешнем 033 путем отстройки от собственного емкостного тока линии (фидера), о чем сказано ниже.

Значение емкостного тока линии и, соответственно, суммарного емкостного тока линий всей сети можно опиентиповочно определить по эмпирическим формулам:

для кабельных сетейдля  воздушных   сетей

где UH - номинальное напряжение сети (6 или 10 кВ), I - суммарная длина линий (км).

Для более точной оценки значения емкостного тока кабельной линии можно использовать данные таблицы, где приведены удельные значения емкостных токов в амперах на километр в зависимости от сечения кабеля и номинального напряжения сети.



Удельные значения емкостных токов в кабельных сетях (А/км)


Сечение жил кабеля мм

Удельное значение емкостного тока IC, А/км при напряжении сети

 

6 кВ

10 кВ

16

0,40

0,55

25

0,50

0,65

35

0,58

0,72

50

0,68

0,80

70

0,80

0,92

95

0,90

1,04

120

1,00

1,16

150

1,18

1,30

185

1,25

1,47

240

1,45

1,70

Для воздушных сетей 6-35 кВ известна и другая аналогичная эмпирическая формула:



Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 или 10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя (при внешнем 033) можно ориентировочно определить по эмпирической формуле:

При Uн.дв=6 кВ; Ic.дв = 0,017 • Sн.дв , При Uн.дв = 10 кВ; Ic.дв = 0,03 • Sн.дв,



Например, у двигателя мощностью Р = 5 МВТ напряжением 10 кВ собственный емкостной ток может иметь значение Iн.дв = 0,17 А.

Более точно IC∑ можно определить экспериментально (что и требуется делать регулярно, т.к. протяженность сети изменяется в течение эксплуатационного периода).

Работа сети в режиме с изолированной нейтралью (рис. 1-54) допускается «Правилами» [2] в тех случаях, когда суммарный емкостной ток IC∑ не превышает 30 А для сети 6 кВ , 20 А - для сети 10 кВ, 15 А - для сети 15-20 кВ и т.д.

Исключение составляют воздушные сети 6-35 кВ на железобетонных и металлических опорах, где суммарный емкостной ток при замыкании на землю не должен превышать 10 А. Это объясняется тем, что при длительном прохождении тока 033 через опору возможно высыхание грунта вблизи заземления опоры и увеличение общего сопротивления заземления опоры. При этом опора оказывается под высоким потенциалом, что может быть причиной электротравм людей и животных, находившихся вблизи этой опоры (см., например, журнал "Энергетик", № 9 за 1998 г.). Длительное прохождение тока при 033 может быть причиной внутренних повреждений железобетонной опоры, нарушающих ее прочность.

Режим № 1 "Изолированная нейтраль" характерен для сетей с небольшой суммарной протяженностью кабельных линий (сети собственных нужд блочных электростанций, нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, насосных станций водоснабжения и канализации, сети небольших населенных пунктов, не связанные электрически с сетями больших городов, а также для многих воздушных сетей в сельской местности).

Если значение суммарного емкостного тока сети превышает допустимое значение по [ 1 ], то требуется выполнить компенсацию емкостного тока с помощью дугогасящих реакторов, т.е. перейти на другой режим нейтрали (рис. 1-55).

Режим №2: Режим с резонансно-заземленной нейтралью или "компенсированная нейтраль".

В этом случае требуется включить на шины 6 (или 10) кВ трансформатор и заземлить сеть через дугогасящий реактор (катушку индуктивности). В России (и в бывшем СССР) требуется обеспечить резанансную настройку дугогасящего реактора, при которой происходит полная компенсация емкостного тока IC∑ в месте однофазного замыкания на землю (033) при частоте 50 Гц (рис. 1-55):



Перевод сетей 6 и 10 кВ на режим №2 происходит в СССР с начала 1960-х годов. Для этой цели должны, как правило, применяться плавно регулируемые дугогасящие реакторы (ДГР) с автоматической настройкой тока компенсации при изменениях емкости сети [2]. Однако такие ДГР до последнего времени серийно не выпускались. Очевидно, что ДГР со ступенчатой регулировкой индуктивности L не могут обеспечить полную компенсацию емкостных токов промышленной частоты при 033 в любых возможных режимах работы защищаемой сети, поскольку эти режимы могут изменяться даже в течение суток, не говоря уже о более длительных периодах, в то время как установленное персоналом значение индуктивности ДГР остается неизменным. Но, несмотря на эти обстоятельства, при выборе принципов выполнения защиты от 033 приходится считаться с реальной возможностью полной или почти полной компенсации емкостного тока сети при каком-то режиме сети и возникновении 033. Поэтому токовые защиты от 033, реагирующие на ток промышленной частоты 50 Гц, принципиально не могут использоваться для сетей, работающих в режиме № 2 (рис. 1-55).

Наибольшее распространение в таких сетях получили устройства защиты, реагирующие на гармонические составляющие тока 033. Большинство из этих устройств использует высшие гармонические составляющие тока нулевой последовательности при 033, например, устройство УСЗ-ЗМ, комплект дистанционной сигнализации замыканий на землю КДЗС (Мосэнерго, СКТБ ВКТ), специальный модуль в цифровом терминале SPAC-800 ("АББ Автоматизация"). В «Кузбассэнерго» для защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ успешно используют низкочастотные составляющие тока нулевой последовательности при перемежающемся 033, применяя полупроводниковые реле максимального тока, работающих в области низких частот. Работу этих реле при устойчивых 033 обеспечивает специальный источник "наложенного" контрольного тока частотой 25 Гц.

В настоящее время серийно выпускаются автоматически регулируемые ДГР типа РУОМ. Этот ДГР при отсутствии 033 работает в режиме холостого хода, но его автоматика постоянно следит за изменениями емкости сети и в момент возникновения 033 выводит ДГР на режим, близкий к резонансной настройке (информация изготовителя РУОМ - Раменского электротехнического завода "Энергия").

Режим №2 используется в кабельных сетях больших и средних городов, крупных промышленных предприятий, а также в загородных воздушных сетях большой протяженности.

В большинстве случаев поврежденная линия с 033 определяется с помощью устройства УСЗ-ЗМ, т.е. не автоматически, на что тратится много времени.

Режим №3: Режим с заземлением нейтрали через резистор.

Этот режим в СССР начали внедрять на блочных электростанциях с 1986 г. с целью обеспечить быстрое отключение однофазных замыканий на землю в электродвигателях 6 кВ до того, как 033 перейдет в многофазное КЗ, опасное для статора двигателя. В других двух режимах, при действии РЗ на сигнал, затрачиваются десятки минут на определение двигателя (или фидера) с 033. По статистическим данным из-за этого за 10 лет повредилось более 10% электродвигателей на электростанциях СССР. Имеются статистические данные о том, что в сетях 6 кВ собственных нужд электростанций более 80% 033 перешли в многофазные (в распределительных сетях - около 70%).

В 15-ом издании Правил 1996 г. [2] этот режим получил признание (§ 5.11.8). Для его реализации Московский завод "Электрощит" предлагает шкаф заземления нейтрали ШЗН (прежнее название К-118УЗ) с трансформатором ТСНЗ мощностью 63 кВ-Аг напряжениями 6/0,4 кВ (или 10/0,4 кВ) с uк = 5,5%, схема соединения обмоток (на рис. 1-56 обозначен ДТ), а также резистор R с активным сопротивлением 100 UM (6 кВ) или 150 Ом (10 кВ) и допустимыми токами при 033 не более 40 А в течение 1,5 С и 5 А в течение 1 часа. Предусмотрена также возможность включения на стороне 6 или 10 кВ ограничителя перенапряжения (ОПН).



B цепи резистора R установлен трансформатор тока типа ТЛК10-5-0.5/10Р с коэффициентом трансформации 50/5, который можно использовать для включения токового реле РТ резервной защиты от 033 (вместо его включения на ТТНП, как показано на рис. 1-56).

Комплектное устройство К-118 УЗ подключается к РУ-6 кВ (РУ-10 кВ) через стандартное комплектное устройство К-104.

При заземлении нейтрали через указанный резистор на всех присоединениях осуществляется самая простая - токовая защита от замыканий на землю с действием на отключение поврежденного элемента без выдержки времени (t <= 0,1 С) и с резервным отключением сначала ДТ, а затем источников питания (рис. 1-56). Выбор уставок по току - см. далее.

При выбранных параметрах дополнительного (заземляющего) трансформатора ДТ и добавочного резистора R ток I(I)к =35 - 40 А при полном однофазном КЗ.

Указанное значение тока обеспечивает высокую чувствительность токовой защиты при замыкании на выводах электродвигателя и защиту около 85% обмотки статора. Уставки токовых защит выбраны из условия обеспечения их несрабатывания при внешних замыканиях на землю (заземление через резистор уменьшает бросок емкостного тока в момент пробоя изоляции вне зоны защиты по сравнению с таким же повреждением в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, и при использовании реле РТЗ-51 коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока, kбp, принимается равным 1-1,5). Обращается внимание на недопустимость использования трансформаторов тока нулевой последовательности (кабельных или "Ферранти") типа ТЗР, которые при дуговых замыканиях на землю трансформируют составляющую промышленной частоты значительно хуже, чем литые ТТ нулевой последовательности (ТЗЛМ), что может вызвать загрубление защиты и ее отказ.

Защита от 033 на электродвигателях (М) и трансформаторах (Тр) должна действовать на отключение собственного выключателя без выдержки времени, при этом рекомендуется использовать быстродействующее промежуточное реле (РП-220, РП-17 и т.п.). Резервная защита от 033. установленная на дополнительном трансформаторе (ДТ), действует с выдержкой времени около 0,5 с на отключение рабочего (резервного) ввода, то есть на погашение всей секции 10 (6) кВ. Возможно и другое решение: отключение самого ДТ. то есть перевод секции на режим работы с изолированной нейтралью и дальнейший поиск элемента с 033 путем поочередного отключения всех элементов с одновременным контролем напряжения нулевой последовательности (рис. 1-57).

Надо отметить, что выбранные параметры ДТ и R (рис.1-56), определяющие значение тока I(I)к =35—40 А, представляют лишь частный случай в решении

проблемы защиты сетей этих классов напряжений как от перенапряжений, так и от замыканий на землю. Известны различные варианты резистивного заземления нейтрали, в которых значения токов однофазного замыкания на землю находятся в пределах от нескольких сотен ампер до нескольких ампер. В первой группе вариантов функции защиты от 033 могут исполнять защиты от междуфазных КЗ, при условии их трехфазного исполнения и отключения поврежденного элемента без выдержки времени. Во второй группе вариантов, с «высокоомным» резистивным заземлением нейтрали, значения активного тока замыкания на землю подбираются в пределах от 1 до 7 А соответственно значению емкостного тока данной сети. Таким образом, суммарный ток в месте повреждения оказывается враз больше емкостного тока сети (при отсутствии резистора). При таких небольших значениях тока поврежденный элемент можно не отключать мгновенно, что дает возможность оперативному персоналу перевести питание на другой источник, а затем произвести отключение поврежденного элемента. Надо отметить, что для современных токовых защит с аналоговыми полупроводниковыми или цифровыми реле такие значения тока промышленной частоты вполне достаточны для срабатывания при 033.



Режим №3 в России используется не только на блочных электростанциях, но и на газокомпрессорных станциях и на других промпредприятиях, а также может использоваться в других сетях среднего напряжения.

Аппаратуру для резистивного заземления нейтрали предлагают не только МЭ1Ц. но и Раменский завод "Энергия", ГТНГТ "Болид" и др.

Использование резистивного заземления нейтрали для создания активной составляющей в токе 033 возможно и в сочетании с компенсацией емкостных токов с помощью ДГР.

Требования к защитам от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. В режимах нейтрали №1 и №2 и при высокоомном резисторе в режиме № 3 допускается действие защит от 033 только на сигнал, за исключением тех электроустановок, которые питают торфоразработки, карьеры, шахты, строительные механизмы и т.п. На таких объектах 033 сопровождаются высокими напряжениями прикосновения и шаговыми напряжениями, которые могут быть причиной несчастных случаев. Поэтому должна выполняться селективная защита от 033 с действием на отключение поврежденного присоединения без выдержки времени и еще дополнительная резервная защита, отключающая все источники питания (вводы) подстанции с небольшой задержкой около 0,5 с.

При действии защиты на сигнал персонал обязан немедленно приступить к определению присоединения с 033. При наличии селективной защиты на линиях это выполняется по показаниям сигнальных элементов, а при отсутствии селективной защиты - путем поочередного кратковременного отключения и включения линий и фиксации при этом напряжения нулевой последовательности (рис. 1-57).

Таким образом, защиты от 033 должны удовлетворять основным требованиям, которые предъявляются ко всем устройствам релейной защиты [1,2]:
  1.  селективность,
  2.  быстродействие (особенно при необходимости отключения 033),
  3.  чувствительность,
  4.  надежность.

Наряду с этим предъявляются требования, характерные для современных микропроцессорных защит (самодиагностика, запоминание событий, дистанционное получение информации и др.).

Принципы выполнении зашит от 033 и их использование в сетях 6-35 кВ России в зависимости от принятого режима нейтрали. Для защиты (сигнализации) при 033 используются следующие принципы:

-измерение напряжения нулевой последовательности 3U0 (режимы 1,2,3);

-измерение тока нулевой последовательности 3I0 (, промышленной частоты (50 Гц)- только в режиме 3 и, при определенных условиях, в режиме 1;

  1.  измерение гармонических составляющих в токе 033 (режим 2);
  2.  измерение мощности нулевой последовательности промышленной частоты (режим 1);

-измерение переходных токов и напряжений нулевой последовательности при возникновении 033 (режим 1 и 2).

Устройство контроля изоляции сети 6-35 кВ. Устройство контроля изоляции фиксирует факт возникновения 033 по напряжению нулевой последовательности. Практически все устройства контроля изоляции выполняются с использованием трансформаторов напряжения, либо трехфазных пятистержневых ТН, либо - трех однофазных ТН, соединенных по схеме открытого треугольника с заземленной нейтралью. Как правило, на питающих подстанциях устанавливаются трехфазные пятистержневые ТН с тремя обмотками: первичной, вторичной и дополнительной, соединенной по схеме, называемой "разомкнутый треугольник" (рис. 1-57).

Устройство контроля изоляции может быть выполнено несколькими способами (рис. 1-57,a). Например, с помощью трех вольтметров V1-V3, включенных на фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения. Может быть установлен один вольтметр с переключателем. В нормальном симмегричном режиме все три вольтметра показывают одинаковые фазные напряжения. При замыкании одной фазы на землю показания вольтметра этой фазы резко понизятся вплоть до нуля при металлическом замыкании. Показания вольтметров других фаз увеличатся, вплоть до 1,73 фазного, также при металлическом замыкании. Для получения звукового сигнала при замыкании на землю в схему устройства может быть включено сигнальное реле PC.

В нормальном режиме сумма фазных напряжений равна нулю и реле не работает. При замыкании на землю одной фазы напряжение нулевой точки N вольтметров становится равным сумме напряжений неповрежденных фаз, и под влиянием этого напряжения реле срабатывает.

Другим распространенным способом выполнения сигнализации замыканий на землю является использование дополнительной (третьей) обмотки трансформатора напряжения,

соединенной но схеме разомкнутого треугольника, которая является фильтром напряжения нулевой последовательности 3U0 (рис. 1-57,a). В нормальном режиме сети при симметричных напряжениях фаз А, В и С на выводах этой обмотки и на реле PH напряжение практически отсутствует (имеется только напряжение небаланса, значение которого обычно не превышает 1 В; наличие этого напряжения свидетельствует об исправности ТН, отсутствии обрывов и замыканий в его вторичных цепях).

При однофазном металлическом замыкании на землю, например, провода фазы А напряжение этой фазы относительно земли становится равным нулю, напряжения неповрежденных фаз В и С увеличиваются в 1,73 раза, а их геометрическая сумма становится равной утроенному значению фазного напряжения (рис. 1-57,б,в). Для того чтобы напряжение на реле PH в этих случаях не превышало стандартного номинального значения 100 В, трансформаторы напряжения с обмотками, соединенными по схеме "разомкнутый треугольник", имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например:



Под воздействием напряжения нулевой последовательности 3U0, которое при металлическом замыкании достигает 100 В, максимальное реле напряжения PH срабатывает на сигнал или на отключение. Последнее выполняется на подстанциях, откуда питаются линии, отключаемые при замыканиях на землю по условиям техники безопасности (см. выше). Защита по напряжению нулевой последовательности является здесь резервной по отношению к основным селективным защитам этих линий и действует на отключение подстанции или секции с выдержкой времени 0,5 - 0,7 с для отстройки от основной защиты. В устройстве применяется реле PH (рис. 1 -57,л), например, типа РН-53/60Д с минимальной уставкой 15 В.

Надо отметить, что, несмотря на то, что это реле по данным завода-изготовителя является термически стойким (обозначение "Д"), в практике эксплуатации отмечены случаи повреждения и возгорания этого реле (см. журнат "Энергетик", 1995, №6, стр.9). Это объясняется тем, что в электрических сетях 6-10 кВ, в том числе и в РУ 6-10 кВ

подстанций напряжением 330 кВ и выше, возникают феррорезонансные процессы при обрывах проводов, перегораниях предохранителей, замыканиях на землю, а также при включении под напряжение ненагруженных секций шин с трансформаторами напряжения. При этом на дополнительной обмотке трансформатора напряжения возникает напряжение нулевой последовательности 250 - 300 В! При этом реле напряжения РН-53/60Д, осуществляющее контроль изоляции сети 6-10 кВ и имеющее длительно допустимое напряжение 110 В (в диапазоне уставок 15-30 В), повреждается, вызывая в ряде случаев пожар на панели.

Для исключения повреждения указанного реле и предотвращения отказа или неправильных действий других защит и автоматики, в фирме ОРГРЭС разработана схема, повышающая термическую стойкость реле, в которой предусмотрены шунтирование резисторов, установленных в корпусе реле, и монтаж вблизи платы с резисторами (включаемыми последовательно с обмотками реле и имеющими те же значения сопротивления, что и резисторы, зашунтированные в корпусе реле) и стабилитронами Д815Е, Д815Ж, включаемыми встречно-последовательно по 3 шт. и имеющими радиаторы площадью 46 - 60 см2 (цепь стабилитронов подключается на вход реле).

Устройство контроля изоляции в виде максимальной защиты напряжения нулевой последовательности (реле PH на рис. 1-57,а) является очень простой и чувствительной защитой от замыканий на землю, но, к сожалению, неселективной.

Обмотка "разомкнутый треугольник" используется также для питания других защит от замыканий на землю (например, направленных).

Токовая защита нулевой последовательности, ненаправленная, с независимой времятоковой характеристикой. Токовая защита, реагирующая на действующее значение полного тока нулевой последовательности промышленной частоты (3I0), применяется в сетях 6-35 кВ, работающих в режиме №1 "Изолированная нейтраль" и в режиме №3 "Нейтраль, заземленная через резистор". Селективность и чувствительность этой защиты обеспечивается выбором соответствующих параметров резистивного заземления и уставок РЗ.

В тех случаях, когда в качестве измерительного органа защиты от ОЗЗ используется электромеханическое токовое реле типа РТ-40, селективная работа этой защиты в режиме изолированной нейтрали (рис. 1-54) может быть обеспечена лишь в тех случаях, когда суммарный емкостной ток сети IC∑ (минимально возможный из всех режимов работы сети) существенно превышает собственный емкостной ток фидера Iс.фид.макс (при внешнем 033). Это условие получается из двух условий выбора тока срабатывания защиты:

- условия несрабатывания при внешнем ОЗЗ:



где kн = 1,2 (коэффициент надежности); kбр = 3 - 5 (коэффициент "броска", учитывающий бросок емкостного тока в момент возникновения ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него);

и условия срабатывания (чувствительности):




Если вместо реле РТ-40 применяется более новое, полупроводниковое аналоговое реле типа РТЗ-51. в расчете тока срабатывания Iс.з по условию несрабатывания при внешнем ОЗЗ значение kбр принимается меньшим: от 2 до 3.

При использовании для зашиты от ОЗЗ современных цифровых реле , например серии SPACOM, в том числе SPAC-800 фирмы "АББ Автоматизация", можно

принимать значение kбр = 1 - 1,5 (необходимо уточнить у фирмы-изготовителя).

Защита должна работать без выдержки времени.

Несмотря на меньшее влияние броска емкостного тока на работу современных реле при внешних ОЗЗ, не всегда возможно обеспечить селективность (избирательность) рассматриваемого типа ненаправленной защиты в сети с изолированной нейтралью, особенно в сетях с нестабильной первичной схемой сети и, следовательно, периодически изменяющимися значениями собственных емкостных токов отдельных фидеров и суммарного емкостного тока, а также в сети с малым количеством фидеров. Это же относится к сетям 6-10 кВ, работающим с перекомпенсацией, разрешенной «Правилами» [1]. При резонансной настройке ДГР (режим нейтрали № 2) данный принцип выполнения защиты от 033 вообще не может быть использован. Невозможно обеспечить селективную (избирательную) работу этого типа защиты в сетях с параллельно работающими фидерами 6(10) кВ и в сетях с еще более сложной конфигурацией.

В воздушных сетях 6-10 кВ рассматриваемые токовые ненаправленные защиты нулевой последовательности используются сравнительно редко, т.к. для включения измерительного органа защиты требуется кабельная "вставка" для включения кабельного ТТНП (Ферранти), а также потому, что в воздушных сетях невелики значения токов 3I0 при ОЗЗ.

Токовые защиты нулевой последовательности используются для защиты от ОЗЗ генераторов, работающих на сборные шины, и электродвигателей 6 и 10 кВ на электростанциях и на подстанциях. Собственный емкостной ток электрических машин не столь велик, как у кабельных линий, в связи с чем, условие несрабатывания защиты при внешних ОЗЗ выполняется легче, чем для кабельных линий. При необходимости допускается вводить выдержку времени (около 0,5 сек), которая практически позволяет не учитывать бросок емкостного тока при ОЗЗ (kбр =1,5).

В режиме резистивного заземления нейтрали рассмотренная здесь токовая ненаправленная защита может иметь значительно большую чувствительность,

поскольку при ОЗЗ к суммарному емкостному току сети IC∑ прибавляется (геометрически) активный ток резистивного заземления (рис. 1-56).

Токовая защита нулевой последовательности, ненаправленная, с обратнозависимой времятоковой характеристикой типа RXIDG. Эта характеристика для цифровых реле показана на рис. 1-58.



Зависимость времени срабатывания защиты t (с) от тока 1озз/1с.з представляется следующим математическим выражением:


где t - время срабатывания, с; k - выставляемый коэффициент; Iозз - ток замыкания на землю при ОЗЗ (геометрическая сумма суммарного емкостного тока и активного тока резистивного заземления), А; Iс з - ток срабатывания защиты (первичный), А

Ток срабатывания защиты Iс з выбирается также, как указано выше, из условия несрабатывания при внешних ОЗЗ. Селективность срабатывания защиты именно на том фидере, где произошло ОЗЗ, обеспечивается за счет ее меньшего времени срабатывания t, которое соответствует большему значению суммарного тока Iозз пo сравнению с собственными емкостными токами каждого из неповрежденных фидеров (Iс.фид.макс). После первоочередного отключения поврежденного фидера защиты всех неповрежденных фидеров автоматически возвращаются в исходное положение.



Если эта защита от ОЗЗ должна действовать только на сигнал, то необходимо выполнить специальную коммутацию для блокировки защит неповрежденных

присоединений после срабатывания защиты поврежденного присоединения (см. «Энергетик», 2001 г., № 3, стр.32).

Рассмотренные ненаправленные токовые защиты с независимой времятоковой характеристикой и с обратнозависимой времятоковой характеристикой (рис. 1-58) могут обеспечивать селективное отключение фидера с ОЗЗ только при определенной 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 емкостных токов (рис. 1-54) 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 емкостным током не менее 0,2 А, как указывается в информации завода- изготовителя. Однако в связи с большой вероятностью возникновения однофазных замыканий на землю на BJI через переходные сопротивления и с учетом некоторого запаса по чувствительности применение устройства ЗЗП-1М целесообразно в тех сетях, например 10 кВ, где минимальное значение суммарного емкостного 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 T3JI (рис. 1-59,а), в связи с чем, защищаемая воздушная линия должна иметь кабельную вставку (ввод). Это является недостатком защиты ЗЗП-1М, ограничивающим ее применение.

Цепи напряжения защиты ЗЗП-1М включаются на напряжение нулевой последовательности 3U0, получаемое от обмотки трансформатора напряжения ТН, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 1-59,а).

Для защиты элементов ЗЗП-1М от высших гармоник, имеющихся в напряжении 3U0, 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 предусмотрена небольшая задержка в подаче напряжения 3UoHa 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. 1-59,а), напряжение 3U0 подается на устройства ЗЗП-1М только после срабатывания реле 1РН и замыкания его контактов.

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов: согласующего устройства 1, усилителя переменного тока 2, фазочувствительного усилителя (органа направления мощности) 3, выходного реле 4 и блока питания 5. Блок питания типа БПН-11 подключается к трансформатору собственных нужд подстанции (на рис. 1-59,б не показано).

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, защита ЗЗП-1М представляет собой направленную токовую защиту нулевой последовательности. При однофазном замыкании на землю, например, на воздушной линии 10 кВ ВЛЗ (рис. 1-59,в) токи IC1,IC2, определяемые емкостью фаз неповрежденных линий BJIl, BJI2 по отношению к земле, имеют условное направление к месту повреждения на линии ВЛЗ и, таким образом, по-разному направлены на поврежденной и неповрежденной линиях. На неповрежденных линиях при направлении токов IC к шинам 10 кВ питающей подстанции защиты ЗЗП-1М не срабатывают. На поврежденной линии при направлении суммарного емкостного тока IC∑ от шин подстанции к месту повреждения защита ЗЗП-1М срабатывает, если значение этого суммарного тока больше, чем ее ток срабатывания (чувствительность). Если считать, что среднее удельное значение емкостного тока для воздушных сетей 10 кВ составляет на 1 км примерно 0,028 А, то для надежного срабатывания защиты ЗЗП-1М при минимальной ее уставке 0,2 А (первичных) необходимо, чтобы суммарная протяженность всех неповрежденных линий 10 кВ этой сети была бы не менее 20 - 25 км и, соответственно, суммарный емкостный ток IC∑ => 0,5 - 0,6 А. Однако, если это условие не обеспечивается, например, при отключении для ремонта одной или двух линий 6 (10) кВ, тогда защита ЗЗП-1М не сможет сработать из-за недостаточных значений суммарного емкостного тока. При этом дополнительно к линейным защитам (ЗЗП-1М) на подстанции должна быть установлена резервная неселективная максимальная защита напряжения нулевой последовательности (реле 2РН на рис.1- 59,а), которая с выдержкой времени 0,5 - 0,7 с действует на отключение питающего трансформатора (при этом должны запрещаться действия автоматики включения: АВР, АПВ). При малых значениях емкостных токов такое неселективное действие считается правильным, поскольку своим действием защита выполняет требования техники безопасности и предотвращает несчастные случаи.

С 1998 г. вместо ЗЗП-1М Чебоксарский завод ЧЭАЗ выпускает усовершенствованную направленную защиту нулевой последовательности, также 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 неповрежденных кабельных линий сети 10 кВ - 0,2 км или воздушных линий - 7 км), при использовании кабельных трансформаторов ТТНП.

Защита ЗЗН состоит из двух пусковых органов (ПО) по току и по напряжению, фазочувствительного органа, которые работают по схеме "И". ЗЗН имеет три уставки по току (0,07 ± 0,02 А; 0,25 ± 0,025 А; 2,5 ± 0,025 А) и три уставки по напряжению (10 В; 15 В; 20 В); встроенный блок питания; встроенное устройство экспресс- контроля; устройство сигнализации, указывающее на недопустимые небалансы в цепях тока и напряжения защиты, на наличие ОЗЗ в зоне действия защиты и на срабатывание выходного реле.

Защита ЗЗН обладает большей областью применения, чем ЗЗП-1 (ЗЗП-1М) и не обладает ее недостатками. Защита выполнена в конструктиве "Сура-2" (по информации разработчика - ВНИИЭ).

В России (и странах СНГ) широко используется режим заземления нейтрали №2 (рис. 1-55), при котором полностью компенсируется ток 3I0 промышленной частоты. Для таких сетей были разработаны оригинальные защиты от ОЗЗ, основанные на измерении высших гармонических составляющих в токе ОЗЗ, получившие наименование УСЗ.

Устройства сигнализации замыканий на землю, измеряющие высшие гармонические составляющие тока при ОЗЗ. В России заводом ЧЭАЗ выпускаются два типа аналоговых устройств сигнализации замыканий на землю, измеряющих сумму высших гармоник в токе ОЗЗ:

УСЗ-2/2 - индивидуальное устройство, которое включается на ТТНП кабельного типа (Ферранти), основанное на принципе абсолютного замера;

УСЗ-ЗМ - групповое устройство, состоящее из прибора, который поочередно подключается к ТТНП каждого из кабелей (рис. 1-60), что дает возможность персоналу однозначно определить фидер с 033 по относительно большему показанию прибора (принцип относительного замера).

Устройство УСЗ-2/2 не нашло широкого применения из-за относительно большой стоимости, трудности выбора уставок, возможности неселективного срабатывания при дуговых ОЗЗ и других существенных недостатков.

Групповое устройство УСЗ-ЗМ, также основанное на измерении суммы высших гармонических составляющих в токе ОЗЗ (от 150 до 650 Гц), нашло широкое применение в основном в кабельных сетях городов и промышленных предприятий. Более чем 40-летний опыт использования УСЗ-ЗМ 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 поврежденного фидера и из-за этого большое время для отыскания фидера с ОЗЗ.

Для обеспечения безопасности оперативного персонала рекомендуется установить УСЗ-ЗМ с кнопочной стойкой вне распределительного устройства 6-10 кВ (рис. 1-60).

Таким образом, с помощью УСЗ-ЗМ можно обнаружить только устойчивое замыкание на землю, но это 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 выявления поврежденной линии. Например, в цифровом терминале защиты линии для сетей с резонансно - заземленной нейтралью SPAC 801.013 предусмотрена токовая ненаправленная защита от замыканий на землю - аналог УСЗ, измерение высших гармоник тока. Такая же функция имеется и в других новых российских цифровых реле: SPAC 810, Сириус, МБРЗ [29].

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

22 Октябрь, 2014              52717              ]]>Печать]]>
0 / 0 ( Нет оценки )

Последние комментарии : 2

Арай             Добавлен: 1 Август, 2018 16:10       Ответить
Как вы нашли cos при вычислении sн.дв? 
Аяла             Добавлен: 1 Август, 2018 16:11       Ответить
Как вы нашли cos при вычислении sн.дв? 

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы