Справочник строителя | Защита электрооборудования

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 кВ

К повреждениям в сетях напряжением 6-10 кВ относятся замыкание одной фазы на землю и многофазные (двух- и трехфазные) КЗ, в том числе замыкания на землю разных фаз (двойные и тройные КЗ). Обычно замыкания на землю двух фаз являются результатом развития замыкания одной фазы на землю (однофазного замыкания на землю).

Однофазные замыкания на землю являются основным видом повреждений и характеризуются повышением напряжения неповрежденных фаз относительно земли в  раз при металлическом замыкании и в 3÷4 раза при дуговых замыканиях. Это часто приводит к пробою изоляции, переходу однофазного замыкания в двойные и тройные замыкания и появлению многоместных замыканий на землю с повреждением до 4-5 кабелей. При этом по поврежденным фазам проходят токи КЗ. Сказанное объясняет необходимость применения в этих сетях защиты от однофазных замыканий на землю. ПУЭ предписывают выполнять эту защиту в одном из следующих видов:

селективной защиты (устанавливающей поврежденное присоединение), действующей на сигнал;

селективной защиты (устанавливающей поврежденное присоединение), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности. Защита должна быть установлена на питающих элементах сети;

устройства контроля изоляции. Отыскание поврежденного элемента допускается осуществлять поочередным отключением присоединений.

Защита от однофазных замыканий, как правило, использует информацию от трансформаторов тока нулевой последовательности.

Защита от многофазных КЗ одиночных линий с односторонним питанием выполняется в виде двухступенчатой токовой защиты. Первая ступень - токовая отсечка, чаще всего, без выдержки времени; вторая - максимальная токовая защита с независимой или зависимой от тока выдержкой времени. Защита линий с двухсторонним питанием часто имеет дополнительный орган - реле направления мощности. Более сложные защиты, например, дистанционная, обычно не применяются.

Защита от замыканий на землю чаще всего выполняется с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТНП) и реле тока типа РТЗ-50, РТЗ-51. ТНП представляет собой трансформатор тока, имеющий в качестве первичной обмотки провода трех фаз линии (рис. 1). Магнитный поток, созданный токами трех фаз линии, содержит только утроенную составляющую нулевой последовательности 3Ф0, поэтому по вторичной цепи этого трансформатора проходит ток I2 = 3I01, где К1 коэффициент трансформации ТТ. Составляющие нулевой последовательности (ток, напряжение) появляются при повреждениях, связанных с землей, т. е. они являются признаками замыкания на землю.

Защита от замыканий на землю

Рисунок 1. Защита от замыканий на землю

Чтобы защита действовала правильно, воронку кабеля и сам кабель на участке от ТТ до воронки изолируют от земли, а провод, заземляющий воронку, пропускают в окно сердечника ТТ, как показано на рис. 1. При этом блуждающие токи, проходящие по оболочке или броне кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу. Следует отметить, что токи замыкания на землю относительно невелики (обычно не превышают 100 А), поэтому вторичный ток ТТ при замыкании на землю составляет доли ампера. Это является причиной применения чувствительных полупроводниковых, а не электромеханических реле защиты от замыкания на землю.

На рис. 2 приведены схемы, поясняющие действие защиты от замыкания на землю на РП. Так, в частности, на рис. 2, а показано подключение реле напряжения KU неселективного контроля изоляции. Утроенное напряжение нулевой последовательности, служащее признаком замыкания на землю, появляется на зажимах обмотки трансформатора напряжения TV, соединенной в разомкнутый треугольник. Чтобы найти место замыкания на землю, необходимо поочередно отключать присоединения - отходящие линии W2-WN. Если после отключения присоединения реле KU не срабатывает (исчезает сигнал о замыкании на землю), то замыкание на землю имеет место на этой линии. Если же замыкание на землю возникает на шинах РП, в цепи питающей линии W1 или в питающей системе, то сигнал от реле KU исчезает только после отключения выключателя питающей линии.

Контроль изоляции фаз в сети с изолированной нейтралью

Рисунок 2. Контроль изоляции фаз в сети с изолированной нейтралью: а - неселективный; б - селективный

Селективные устройства защиты или сигнализации о замыкании на землю (рис. 2, б) подключаются ко вторичным обмоткам ТНП каждого присоединения. Срабатывание только одного реле КА1 свидетельствует о замыкании на сборных шинах РП. Если же срабатывают реле КА1 и, например, КАЗ, то это сигнализирует о замыкании на землю в цепи линии W3.

Двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ выполняется с помощью электромагнитных реле тока РТ-40, реле времени серии РВ и промежуточных реле, или же с помощью индукционных реле с зависимой выдержкой времени серии РТ-80. Во втором случае специальные реле времени и промежуточные реле не требуются. На рис. 3 показана принципиальная схема одной фазы двухступенчатой защиты с электромагнитными реле тока.

Двухступенчатая максимальная токовая защита линии

Рисунок 3. Двухступенчатая максимальная токовая защита линии

Первая ступень - токовая отсечка - выполняется с помощью реле максимального тока КА1, промежуточного реле KL1 и указательного (сигнального) реле КН1. Промежуточное реле имеет более мощные контакты, чем у реле тока, и поэтому с их помощью подается питание на электромагнит отключения выключателя YAT. Вторая ступень - максимальная токовая защита - выполняется с помощью реле тока КА2, реле времени КТ1, промежуточного реле KL2 и указательного реле КН2. Сигнализация о срабатывании ступеней защиты производится указательными реле КН1, КН2.

Первая ступень действует следующим образом. При превышении тока в главной цепи (КЗ в точке К) ток во вторичной цепи ТА превышает порог срабатывания токового реле КА1. Это реле срабатывает, т. е. замыкает свои контакты. Напряжение оперативного тока через контакты реле КА1 подается на обмотку промежуточного реле KL1, вызывая его срабатывание. Напряжение оперативного тока через замкнутые контакты KL1 и обмотку указательного реле КН1 (оно имеет малое сопротивление и срабатывает при прохождении через него тока) подается на электромагнит отключения выключателя YAT. В результате выключатель Q отключается. Прохождение тока через YAT вызывает срабатывание реле КН1, что приводит к выдаче сигнала персоналу о срабатывании токовой отсечки. Вторая ступень действует практически так же, как и первая. Отличие заключается в том, что вторая ступень работает с выдержкой времени, создаваемой реле времени КТ1.

Функционирование токовой защиты показано на рис. 4 для участка сети (рис. 3), содержащего линию W1, отходящую от центра питания ЦП, распределительный пункт РП, отходящую от РП линию W2 и подключенную к концу этой линии ТП. Каждая из линий защищена двухступенчатыми защитами на реле КА1, КА2 и КА3, КА4. Реле КА1, КА3 - токовые отсечки, они защищают небольшие участки линий 11 и 13 в минимальном режиме. Оставшиеся участки линий защищены вторыми ступенями защит на реле КА2, КА4.

Максимальная токовая защита участка ГРС

Рисунок 4. Максимальная токовая защита участка ГРС

Следует отметить, что вторая ступень защиты линии W1 осуществляет дальнее резервирование защиты линии W2 и ближнее резервирование токовой отсечки линии W1.

Ток срабатывания отсечки линии W1 должен быть выше тока трехфазного КЗ I(3)k max1, в максимальном режиме в конце указанной линии. Это необходимо для того, чтобы обеспечивалась селективность отсечек линий W1 и W2. Благодаря этому отсечка линии W1 не реагирует на КЗ в начале линии W2.

Токи срабатывания вторых ступеней защит выбираются по наибольшему току нагрузки линий с учетом необходимости обеспечения условия возврата этих реле после отключения КЗ. Время срабатывания защиты линии W2 можно принять равным ступени селективности (например, 0,5 с). Таким образом, максимальная токовая защита является защитой с относительной селективностью, что достигается выбором тока и выдержки времени срабатывания.

Основным недостатком токовой отсечки является незначительная длина защищаемой зоны линии. Этот недостаток может быть частично устранен за счет совместного действия токовой отсечки и АПВ. Пусть на линии W1 (рис. 4) имеется устройство АПВ. В этом случае ток срабатывания отсечки выбирается ниже I(3)k max1, благодаря чему токовая отсечка линии W1 резервирует защиты линии W2. При этом токовая отсечка линии W1 срабатывает при КЗ на линии W2, т. е. действует неселективно. В результате отключаются обе линии за счет действия их токовых отсечек. Затем действует АПВ линии W1 и последняя, вновь вводится в работу, а поврежденная линия W2, не имеющая АПВ, остается отключенной. Описанное устройство называется токовой защитой с ускорением до АПВ.

Используют также токовые защиты с ускорением после АПВ. В этом случае КЗ на линии W1, а при отказе защит линии W2 - и при КЗ на линии W2 - отключается за счет действия максимальной токовой защиты линии W1 (с выдержкой времени). Неселективная токовая отсечка при этом не действует, а вводится в работу только после действия АПВ. Этот прием называют ускорением токовой защиты после АПВ. Ускорение защиты после АПВ особенно целесообразно при близких к источнику питания КЗ на линии W1. В этом случае провода линии нагреваются до высокой температуры при КЗ, и после АПВ линию необходимо отключить как можно быстрее. Ускорение токовой защиты после АПВ позволяет уменьшить время повторного прохождения токов КЗ по проводникам, нагретым до высокой температуры (т. к. КЗ отключалось с выдержкой времени), что уменьшает возможность их термического повреждения.

Токовые защиты могут выполняться с помощью индукционных токовых реле серии РТ-80, имеющих зависимую выдержку времени, а также реле прямого действия серии РТВ и РТМ. Применение указанных реле объясняется стремлением удешевить защиту, не использовать специальные источники оперативного тока (аккумуляторные батареи, выпрямители, блоки питания). Эти реле работают на переменном оперативном токе, т. е. нет специальных источников тока для отключения выключателей. Отключение выключателей производится непосредственно вторичными токами трансформаторов тока. Однако указанные реле катастрофически морально устарели.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях