Новини електротехніки - 1 (31) - замикання на землю в лініях електропередачі 6-35 кв

Замикання на землю в лініях електропередачі 6-35 кВ
Особливості виникнення і прилади захисту

Олексій Шалин. д.т.н. професор кафедри електричних станцій Одессаого державного технічного університету

Як відомо, характер процесів, що протікають в мережі при однофазних замиканнях на землю (ОЗЗ), у великій мірі залежить від режиму заземлення нейтралі. В даний час вУкаіни використовуються чотири способи заземлення нейтрали в розглянутих мережах: ізольована, компенсована, резистивної-заземлена і комбінована - з резистором і дугогасним реактором в нейтрали.
В [1] показано, що експлуатуються в українських мережах з ізольованою і компенсованій нейтраллю захисту далекі від досконалості. Потрібна розробка нових, більш досконалих захистів від ОЗЗ.
Досвід роботи показує, що при збереженні традиційних способів заземлення нейтрали істотного «прориву» в цій галузі навряд чи можна очікувати. Принципово нові можливості з'являються при заземленні нейтралі через резистор. При цьому в деяких випадках (при великих, порядку десятків ампер, ємнісних струмах мережі) резистивне заземлення поєднують з включенням в нейтраль дугогасного реактора LN (рис.1). Вид захисту від ОЗЗ безумовно повинен вибиратися з урахуванням режиму заземлення нейтралі. Бажано в процесі проектування вибрати такий захист, яку не доведеться замінювати при подальшому розвитку мережі.

Стійким ознакою пошкодженого приєднання відповідно до рис. 1 є протікання по ньому активного струму заземлюючого резистора RN.

короткочасні пробої
Докладні дослідження процесів в мережах 6-35 кВ при ОЗЗ описані, наприклад, в [2, 3]. В [4] показано, що більшості «стійких» ОЗЗ передують короткочасні нестійкі пробої ізоляції тривалістю від 1 до 10 мс, що супроводжуються значними за тривалістю безструмової паузами (від 1 до 17 хвилин). Час від першого короткочасного пробою до виникнення стійкого ОЗЗ становить від 1 хвилини до 10 діб і більше.

Бездуговое ОЗЗ
Таке замикання з'являється при виникненні надійної гальванічного зв'язку пошкодженої фази з землею (наприклад, із заземленим корпусом електроустановки). При цьому напруги і струми нульової послідовності можна вважати синусоїдальними і максимальними за величиною. З точки зору захисту бездуговое ОЗЗ - найпростіший режим функціонування.

дугове замикання
Спостерігається при пробоях і перекриттях фазной ізоляції. При цьому вельми часто спостерігається «переривчаста» форма кривої струму в дузі. Така дуга, як відомо, називається переміжною. На рис. 2 приведені осцилограми струму в місці ОЗЗ і струму в реле захисту пошкодженої лінії при замиканні на землю через дугу і наявності заземлення резистора, запозичені з [6]. Видно, що струм в реле захисту при ОЗЗ може на якийсь час перериватися і містить велику кількість високочастотних складових.

Обриви повітряних ЛЕП, які не супроводжуються тривалими ОЗЗ
Іноді в мережах 6-35 кВ виникають пошкодження, що не приводять до тривалого протікання струму нульової послідовності, але як би «суміжні» з ОЗЗ, - наприклад, обрив шлейфу на повітряної ЛЕП. Якщо шлейф висить, не торкаючись до опори, то струм нульової послідовності відсутній і звичайна захист від ОЗЗ не діє. При розгойдуванні вітром шлейф може короткочасно замикатися на опору, що призведе до «клювкам» захисту, але її спрацьовування зазвичай не відбувається через короткочасність такого замикання.

Конструкції ЛЕП і режими роботи мережі
Великий вплив на поведінку захисту від ОЗЗ надає також схема мережі, режими її роботи і конструктивне виконання ЛЕП. Очевидно, що при ОЗЗ процеси по-різному протікають в мережах з повітряними або кабельними лініями.

ОЗЗ на кабельних лініях
ОЗЗ в кабелях з пластмасовою ізоляцією при досить великих ємнісних струмах мережі часто призводить до стійкого горіння дуги. При тих же умовах ОЗЗ в кабелі з паперовою ізоляцією, просоченої олійно-каніфольної мастикою, відповідно до [2] зазвичай призводить до розкладання масла і бурхливому виділенню газів. Турбулентний рух газів в нинішньому газовому міхурі призводить до згасання дуги, подальше запалювання якій відбувається лише після «розсмоктування» утворилися газів.
Можна припустити, що при різних значеннях струму ОЗЗ і різних фазах розвитку процесу тривалість горіння дуги і тривалість безструмової пауз можуть варіюватися. У зв'язку з цим, наприклад, перехід в кабельних мережах від миттєво діючих захистів від ОЗЗ до захисту, які мають витримку часу, може призвести до відмов в тих випадках, коли тривалість горіння дуги стає менше витримки часу захисту.

Захисту від ОЗЗ
Сучасні захисту на мікропроцесорній базі далеко не завжди вдається віднести до якогось конкретного класу, оскільки в них зазвичай використовується кілька алгоритмів. При розгляді таких захистів доречно говорити про двох і більше класах, до яких вони належать. Захисту на електромеханічної базі або виконані з використанням мікросхем середнього рівня інтеграції, як правило, піддаються такої класифікації, хоча відсутність у пресі, а іноді і в інструкціях по експлуатації докладної і достовірної інформації ускладнює цей процес.
Проте в наступному номері журналу ми спробуємо систематизувати ту різноманітність захистів від ОЗЗ, які в даний час експлуатуються в енергосістемахУкаіни і можуть бути використані в резистивної-заземлених мережах.