Новини електротехніки №2 (74), релейний захист

В електроустановках 6-35 кВ більшість замикань на землю відбувається через переміжну дугу, яка більш небезпечна, ніж стійке замикання, причому час її горіння може бути досить великим.
Незважаючи на серйозність цього явища, замовники не вимагають від виробників земляних захистів достовірних даних про роботу цих захистів при зовнішніх і внутрішніх перемежовуються дугових замиканнях (ПДЗ). Виробники в свою чергу не приділяють належної уваги забезпеченню працездатності даних пристроїв при ПДЗ - такою є думка Станіслава Івановича Головко.

Станіслав Головко,
к.т.н.
ТОВ «Релейний захист»,
м Лисичанськ

ЗЕМЛЯНІ ЗАХИСТУ електрообладнання 6-35 кВ
Облік перемежовуються дугових замикань

Станіслав Головко, к.т.н. ТОВ «Релейний захист», м Лисичанськ

Генераторні розподільчого пристрою ТЕС і розподільні мережі 6-35 кВ мають ізольовану або компенсовану нейтраль. Загальним для цих режимів нейтралі є те, що струм замикання на землю малий. Його величина становить від одиниць до декількох десятків ампер. У таких мережах більшість замикань на землю не є стійкими, а перемежованими дуговими замиканнями (ПДЗ).

ПДЗ - замикання, при якому пошкоджена фаза підключається до землі через опір дуги, а потім через нетривалий час, що знаходиться в межах від часток до десятків мілісекунд, відключається від землі. Таке чергування пробоїв і згасання може тривати дуже довго, до 30 хвилин і більше. В даний час всюди є реєстратори аварійних процесів, тому кожне підприємство може переконатися в справедливості вищевикладеного. Для цього потрібно подивитися осцилограми фазних напруг або напруги нульової послідовності, що мають місце після пуску реєстратора за фактом замикання на землю.

ПДЗ значно небезпечніше, ніж металеве замикання, як тим, що воно викликає пошкодження обладнання, в якому виникла дуга, так і перенапруги, які вона ініціює. Тому для всіх земляних захистів повинно бути обов'язковим вимога селективної роботи при ПДЗ.

Ця вимога передбачає, що захист не має спрацьовувати при зовнішньому ПДЗ, але повинна спрацьовувати з мінімальним часом при внутрішньому ПДЗ.

ВПЛИВ ПДЗ

При ПДЗ напруга і струми нульової послідовності є несинусоїдальними величинами, які містять гармоніки з частотами від одиниць до тисяч герц. Тому що реагує орган будь-якого захисту при ПДЗ може вести себе не так, як при стійкому замиканні. Зокрема, він може не спрацьовувати протягом всього часу, поки замикання відбувається через переміжну дугу.

Забезпечити селективну роботу захисту при ПДЗ можна в тому випадку, якщо виконуються дві умови. Перше полягає в тому, що принцип дії захисту повинен бути сумісний з вимогою селективної роботи при ПДЗ. Друга умова полягає в тому, що схемотехніка виборчого органу захисту повинна бути такою, щоб реалізовувалася зазначена вище сумісність.

Для розробки такої схемотехніки потрібна постановка експериментів по запаленню перемежающейся дуги в реальному мережі або на моделі мережі, виконаної в масштабі 1: 1. Це трудомістка й витратна справа. ПДЗ - дуже різноманітний процес, що обумовлено різноманітністю чинників, що впливають на нього. Такими є:

• величина номінальної напруги мережі;
• величина струму замикання на землю;
• межелектродное відстань;
• тип ізоляції і т. д.

Якщо ПДЗ має місце в компенсованій мережі, то найважливіший вплив на цей процес надає величина розладу компенсації. Залежно від перелічених чинників напруження пробою дугового проміжку може бути різним, крім того, воно може змінюватися від пробою до пробою довільним чином. Також довільно може змінюватися тривалість струмового паузи, т. Е. Час від моменту чергового пробою до моменту чергового згасання дуги. Дуга може згасати при одному з проходжень через нуль вільної складової струму замикання або при одному з проходжень через нуль вимушеної складової. Результатом різноманіття процесу горіння дуги є різноманіття струмів і напруги нульової послідовності, які визначають поведінку захисту при ПДЗ.

Викладене є першою причиною того, що виробники не дають обґрунтованих відомостей про роботу своїх захистів при перемежовуються дугових замиканнях. Якщо говорити прямо, то більшість з них просто ігнорують ПДЗ. Підхід приблизно такий: «Добре вже те, що захист спрацює при металевому замиканні, а спрацьовування при переміжному замиканні - це вже надмірність».

ЗАХИСТУ ГЕНЕРАТОРІВ

Кілька десятиліть тому в нормативних документах з'явилася вимога про те, щоб генераторні захисту не мали зони нечутливості. Це стимулювало відповідні розробки, в результаті яких з таких запобіжних заходів з'явилися. Ними є захисту з використанням природних вищих гармонік і захисту з накладенням струму непромислової частоти або постійного струму.

Вимога відсутності зони нечутливості призвело до суттєвого ускладнення захистів. Тим часом замикання поблизу нейтрали, з одного боку, є найменш небезпечними, з іншого боку, вони бувають ще рідше, ніж стійкі замикання поблизу висновків генератора. Найбільш небезпечний і часто виникає вид однофазного замикання - переміжне дугове замикання. Чому ж в нормативних документах є вимога відсутності зони нечутливості, але немає вимоги правильної роботи при ПДЗ?

Модель мережі має номінальну напругу 173 В. МДП побудована на базі керованого двонаправленого вентиля, який подібно дузі змінного струму має здатність відновлювати електричну міцність при проходженні струму через нуль. До моделі мережі через погоджують елементи підключається реальний пристрій захисту. МДП дозволяє моделювати перемежовуються дуги з будь-якими значеннями пробивної напруги і тривалості струмового паузи, що забезпечує можливість досліджень з урахуванням різноманіття процесу ПДЗ.

За допомогою цього пристрою був досліджений гармонійний склад струмів і напруги нульової послідовності в компенсованих мережах [2, 3]. Ці результати важливі для розробників захистів, що реагують на струми непромислової частоти, зокрема, на природні вищі гармоніки. У відповідних публікаціях [4, 5, 6] питання поведінки захистів при ПДЗ приділено особливу увагу.

ПРАКТИЧНИЙ ПРИКЛАД

Показовим прикладом того, наскільки еффектівнимможет бути відповідальний підхід до переміжним замикань, є використання на Червоноградської ТЕЦ захисту від замикань на землю компенсованих мереж 6-35 кВ. У ГРУ 10 кВ цієї ТЕЦ, як, втім, і в багатьох інших мережах 6-10 кВ, рівень ізоляції кабелів - невисокий, через що була типовою наступна ситуація. У кабелі виникає замикання на землю. Поки вручну відключається ушкоджена лінія, замикання на землю переходить в міжфазова або подвійне КЗ. Ситуація ускладнювалася тим, що струм КЗ на цій ТЕЦ близький до граничного струму лінійних вимикачів. Коли лінійний вимикач не справлявся з потоком КЗ, відбувалася пожежа в ГРУ. З цієї причини Червоноградська ТЕЦ звернулася з проханням зробити земляну захист кабельних ліній з дією на відключення з мінімально можливим часом спрацьовування.

Задовольнити цю вимогу можна тільки в тому випадку, якщо пристрій буде правильно працювати при ПДЗ, оскільки більшість замикань на землю, особливо в початковій стадії, відбуваються через переміжну дугу. Забезпечити правильну роботу захисту при ПДЗ на кабельної лінії складніше, ніж на генераторі. Це обумовлено тим, що власний ємнісний струм кабельної лінії набагато більше, ніж власний ємнісний струм генератора. На Червоноградської ТЕЦ ємнісний струм кабельної лінії становить в середньому 13 А. З цієї причини і пристрої, що реагують на вищі гармоніки, і колишні пристрої, які працювали за принципом накладення контрольного струму 25 Гц не могли використовуватися з дією на відключення. Це пояснюється тим, що на непошкоджених лініях з великими ємнісними струмами вони давали сигнал «Земля на лінії» до тих пір, поки замикання відбувалося через переміжну дугу. За допомогою пристрою для моделювання ПДЗ були підібрані схемні рішення, які забезпечили відбудову захисту від зовнішніх ПДЗ на лініях з будь-якими ємнісними струмами при збереженні спрацьовування при внутрішньому ПДЗ.

Даний приклад є підтвердженням того, що можна змусити захист працювати при ПДЗ правильно, не вдаючись до запалювання дуги в реальній мережі. Згадане вище пристрій для моделювання ПДЗ дозволяє зробити це набагато дешевше і краще, т. К. С його допомогою можна знайти найбільш небезпечні різновиди ПДЗ з точки зору забезпечення належного функціонування захисту, а потім за допомогою відповідних схемних рішень змусити захист працювати правильно.

МОДЕЛЮВАННЯ ПДЗ

ТОВ «НВП« Екра »вже чимало часу також використовує принцип накладення струму 25 Гц для захисту генераторів. Це добре, тому що з'явилася надія, що цей принцип не помре разом з тими, хто його розробив. Як зазначалося вище, принцип накладення струму 25 Гц дуже добре поєднується з ПДЗ. Але для правильної роботи захисту необхідно, щоб дана сумісність підтримувалася схемою частотно-виборчого органу. Досить одного некоректного схемного рішення (амплітудно-частотна характеристика, динамічний діапазон, постійна часу фільтра, що згладжує пульсації після випрямлення сигналу 25 Гц), і захист при ПДЗ буде працювати неправильно, а при стійкому замиканні вона буде працювати без змін.

В [1, 2, 3] є всі необхідні дані для його виготовлення і застосування. Це допоможе розробникам вибрати схемні рішення, що забезпечують спрацьовування захисту при внутрішніх ПДЗ і відокремлення від зовнішніх ПДЗ, не вдаючись до дуже витратним експериментів по запаленню реальних перемежовуються дуг. Ймовірно, що вони прийдуть до висновку, що використовується ними принцип виконання захисту несумісний з вимогою належного функціонування при ПДЗ.

В електроустановках 6-35 кВ більшість замикань на землю відбувається через переміжну дугу, яка більш небезпечна, ніж стійке замикання, при цьому час горіння перемежающейся дуги може бути великим.

Доцільно розглянути питання про включення до нормативних актів вимоги правильної роботи земляних захистів при ПДЗ, що особливо важливо для генераторних захистів. Технічним фахівцям, які формують замовлення на земляні захисту, необхідно вимагати від виробників обгрунтовані дані про те, як працює захист при зовнішніх і внутрішніх ПДЗ. Це буде стимулювати виробників до відповідних досліджень.

ЛІТЕРАТУРА