Часть 1 Замыкания на землю в линиях электропередачи 6-35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты (стр. 11 )

загрубление защиты при отклонении от характеристического угла φхар. Если этого не учесть при проектировании, защита может отказать при повреждении на защищаемой линии.
Из рассмотренного случая очевидно, что характеристику по рис. 4 в резистивно-заземленных сетях целесообразно использовать при φхар=0, т.е. настроить защиту на активный ток нулевой последовательности, протекающий в место ОЗЗ от заземляющего резистора. При этом емкостные токи, протекающие по защите, практически не будут оказывать влияния на ее поведение. Защита, реагирующая только на активную составляющую тока нулевой последовательности, будет по определению обладать высокой селективностью в таких сетях.
При установке характеристического угла φхар≠0 отмеченную на рис. 4 особенность необходимо учитывать при проектировании защиты. Подробнее об этом будет сказано в следующих статьях.
На рис. 5 показаны более эффективные фазовые характеристики направленных защит от ОЗЗ. Такие характеристики имеют защиты УЗЛ-2 (производства Новосибирского государственного технического университета), ЗЗН (производства ЧЭАЗ), второго варианта микропроцессорного терминала Sepam 1000+ серии 40 Merlin Gerin (фирма Schneider Electric) и т.д.
У рассматриваемых устройств отклонение тока от характеристического угла φхар, соответствующего середине зоны срабатывания, не приводит к заметному увеличению тока срабатывания. Однако при появлении переходного сопротивления в месте ОЗЗ в некоторых защитах, имеющих характеристики по рис. 5, происходит сужение зоны срабатывания, а при низких абсолютных значениях коэффициента полноты замыкания , определяемого в соответствии с (3), может увеличиться IСЗ.MIN, в результате чего характеристика «приподнимется». На рис. 5 зависимость 1 соответствует металлическому ОЗЗ, 2 – появлению определенного переходного сопротивления, а 3 – значительному по величине переходному сопротивлению, большему, чем в случае 2.

Разновидности направленных защит от ОЗЗ
С точки зрения принципов действия, перечисленные ниже типы защит, видимо, следовало бы поделить минимум на четыре принципиально разные группы:

классические направленные токовые; направленные с «ненулевой» уставкой по мощности срабатывания; фазочувствительные; дифференциальные.

Но, условившись, как было отмечено выше, под направленными защитами от ОЗЗ понимать такие, которые реагируют на вектор тока нулевой последовательности промышленной частоты, вектор напряжения нулевой последовательности и угол между ними, можем перечислить основные разновидности таких защит:

«классические» направленные токовые первого типа (имеющие характеристики в соответствии с рис. 5); направленные второго типа (их характеристики соответствуют рис. 4); с компенсацией собственного емкостного тока защищаемого присоединения ; реагирующие на сопротивление цепей нулевой последовательности; реагирующие на проводимость цепей нулевой последовательности. использующие в своем алгоритме интеграл или другие подобные преобразования; защиты с токовым поляризующим сигналом (например, использующие вместо напряжения ток в цепи заземляющего резистора; централизованные направленные защиты и т.д.

Близки к направленным по принципам исполнения продольные и поперечные дифференциальные защиты нулевой последовательности от ОЗЗ (например, направленная поперечная дифференциальная защита нулевой последовательности). На российском рынке в настоящее время представлены следующие разновидности направленных токовых защит от ОЗЗ, пригодных для применения в резистивно-заземленных сетях:

реле типа ЗЗН и БЭМП производства «ЧЭАЗ»; микропроцессорное устройство БМРЗ «НТЦ Механотроника»; реле защиты типа ЗЕРО, производимое компанией «Объединенная энергия»; терминал защиты SEPAM типа S41 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric и аналогичный терминал серии 80; защиты серии MiCOM моделей Р141, Р142 и Р143 фирмы AREVA; защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 фирмы «АББ Реле-Чебоксары»; микропроцессорные терминалы SIPROTEC 7SJ62 и 7SJ63 фирмы SIEMENS; защита нулевой последовательности типа УЗЛ-2 совместного производства Новосибирского государственного технического университета и БОЛИД» и т.д.

Большинство этих защит относится к первому и второму типам по приведенной выше классификации. За рубежом применяются и другие типы защит.
Следует отметить, что чрезвычайно остро применительно ко всем видам направленных защит стоит вопрос выбора их уставок. До сих пор ни в отечественной, ни в зарубежной печати нет не только методики выбора уставок, но и классификации небалансов, способных привести к их неправильному действию.

 

Часть 7

Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ
Влияние электрической дуги на направленные защиты.

ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В МЕСТЕ ОЗЗ

 

Переходное сопротивление Rп не влияет на фазовый угол между током I0 и напряжением U0 нулевой последовательности как в неповрежденной, так и в поврежденной линии, т.е. не искажает основных фазовых соотношений, на которые реагирует направленная токовая защита нулевой последовательности. Однако появление Rп снижает значения I0 и U0 и может по этой причине привести к отказу защиты в срабатывании.
Описанное переходное сопротивление Rп существенную роль играет лишь на воздушных ЛЭП, где применительно к компенсированным и резистивно-заземленным сетям складывается из сопротивлений следующих основных элементов:

заземления опоры с неисправным изолятором; цепи протекания «обратного» тока ОЗЗ по земле от места замыкания до нейтрали источника питания; заземляющего устройства на питающей подстанции.

Проведенные эксперименты показали, что при повреждении линейного изолятора суммарное значение переходного сопротивления Rп на частоте 50 Гц в некоторых случаях достигает 100–200 Ом. В основном оно носит активный характер и может оказать существенное влияние на переходные процессы ОЗЗ и снизить установившееся значение тока замыкания на землю.

 

При падении на землю оборвавшегося провода вместо первой указанной выше составляющей проявляются сопротивления:

предмета, на который упал провод (слой снега, льда, упавших листьев, ветка дерева и т.д.) и через который осуществляется контакт с землей; полусферы «растекания тока» в месте контакта с землей.

Эти сопротивления сильно зависят от удельного сопротивления грунта, вида находящихся на поверхности земли предметов, на которые упал провод, погодных условий (дождь, снег), времени года и т.д.
В одном из экспериментов летом при падении провода на сухой песок отмечалось переходное сопротивление в месте ОЗЗ порядка 5–7 кОм. Зимой при падении провода на обледеневшую землю или в сугроб значение Rп может увеличиться в несколько раз, что и подтверждалось рядом экспериментов с участием автора настоящей статьи.
Ясно, что наличие в цепи протекания токов ОЗЗ такого большого по величине переходного сопротивления может привести к отказу защиты от ОЗЗ. В литературе предлагается совмещать защиту нулевой последовательности (например, направленную токовую) со специальной защитой от обрыва фазного провода, например, реагирующей на отношение I2 / I1, где I2– значение тока обратной последовательности в защищаемой линии; I1 – значение тока прямой последовательности. При этом каждая из разновидностей защит будет реагировать на «свою» часть повреждений. Чувствительная направленная защита нулевой последовательности обеспечит защиту воздушной ЛЭП при значениях Rп до 2–3 кОм, защита от обрывов – при больших значениях переходного сопротивления. Она же сработает, например, при обрыве «шлейфа», соединяющего между собой два пролета воздушной ЛЭП. Обрыв шлейфа в ветреную погоду, приводящий к его кратковременным соприкосновениям с опорой (что иногда случается на практике), без такой защиты едва ли удастся быстро выявить.

 

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ НА ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОЗЗ

 

Электрическая дуга также является своеобразным «переходным элементом» в месте ОЗЗ. Однако попытки учесть дугу во многих случаях не венчаются успехом.

 

1.Устойчивая дуга

 

Горящая в месте ОЗЗ устойчивая дуга обычно является мощным источником высокочастотных составляющих в напряжении U0 и токе I0. Отмечается, что в токе это влияние становится настолько заметным, что может привести, например, к излишнему срабатыванию защит неповрежденных линий. Для предотвращения таких срабатываний в современных устройствах защиты от ОЗЗ предусматриваются специальные гармонические фильтры.

2. Перемежающаяся дуга

 

Перемежающаяся дуга может возникать при ОЗЗ как на воздушных, так и на кабельных ЛЭП, но для кабельных линий она более характерна. По некоторым данным до 80% замыканий на кабельных линиях сопровождаются перемежающейся дугой. На воздушных ЛЭП таких замыканий в несколько раз меньше.
Анализом токов при ОЗЗ, сопровождающихся перемежающейся дугой, занимался ряд авторов. Однако по ряду причин (одна из них – низкое качество осциллографической аппаратуры на период выполнения работы) эти исследования велись в основном на математических моделях, хотя и с использованием имеющихся экспериментальных данных. К тому же авторы не ставили перед собой задачи исследовать поведение направленных токовых защит нулевой последовательности при наличии перемежающейся дуги. В связи с этим в настоящее время многие вопросы, связанные с поведением таких защит при дуговых замыканиях, так и остались невыясненными.
На рис. 1 показаны осциллограммы первичного и вторичного тока I0(t), полученные в процессе натурных экспериментов, на рис. 2 – осциллограммы напряжения U0(t) и тока I0(t).