Часть 1 Замыкания на землю в линиях электропередачи 6-35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты (стр. 4 )

Каким же образом возникло представление, отраженное в том числе и в данном материале, что возможно уменьшение коэффициента броска при наличии в сети заземления через резистор? Похоже, что это ошибочное, на мой взгляд, мнение сформировалось на основании работы , , и «Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВт на перенапряжения и работу релейной защиты», опубликованной в журнале «Электричество» № 2 за 1987 год.

Думается, что проблема выбора уставок защит от однофазных замыканий на землю и величины коэффициента броска емкостного тока требует более детального анализа.

 

Основные типы защит от ОЗЗ

 

В настоящее время в России и за рубежом применяются следующие основные разновидности защит от ОЗЗ:

Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности. Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности. Направленные защиты, реагирующие на составляющие промышленной частоты тока и напряжения нулевой последовательности. Защиты, фиксирующие «наложенный» ток с частотой, отличной от промышленной. Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности, возникающие естественным путем. Защиты, реагирующие на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности в переходном процессе ОЗЗ.

Рассмотрим достоинства и недостатки этих защит, а также аппаратуру, реализующую соответствующие принципы и имеющуюся на отечественном рынке. Будем при этом учитывать, что современные микропроцессорные терминалы обычно позволяют реализовать сразу несколько алгоритмов, относящихся к различным принципам действия защит. В процессе проектирования и эксплуатации выбираются один или несколько наиболее подходящих к конкретным условиям эксплуатации алгоритмов и уточняются уставки.

Следует отметить, что вопрос выбора уставок большинства разновидностей защит от ОЗЗ в настоящее время весьма далек от своего окончательного решения и требует отдельного обсуждения.

 

1. Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности

 

Эти защиты могут действовать на отключение линии с ОЗЗ в том случае, если от сборных шин подстанции отходит только одна линия – такие объекты встречаются. Для одного такого весьма ответственного объекта напряжением 35 кВ автор настоящей статьи выбирал виды защитных устройств, схемы и уставки защиты в текущем году.

По сравнению с ненаправленными токовыми и другими защитами рассматриваемый вариант обладает существенными преимуществами – в напряжении нулевой последовательности содержится гораздо меньше высокочастотных составляющих и защита по напряжению нулевой последовательности лучше ведет себя, например, при перемежающихся и прерывистых ОЗЗ. Ей также не мешает наличие в сети дугогасящего реактора.

Одним из недостатков такой защиты при ее подключении к соединенной по схеме «разомкнутого треугольника» обмотке установленного на сборных шинах трехфазного трансформатора напряжения (ТН) или группы однофазных является то, что она может работать неправильно. Например, при сгорании одного из предохранителей, установленных в первичных цепях этих измерительных трансформаторов, защита может отключить неповрежденный защищаемый объект. Обычно для блокирования срабатывания защиты в таком случае предусматривается реле максимального напряжения обратной последовательности, подключенное к вторичной обмотке того же ТН, соединенной в «звезду». Тогда при сгорании предохранителя защита блокируется и защищаемый объект на время восстановления исправности предохранителя остается без защиты от ОЗЗ. Если комплект защиты установлен на подстанции без постоянного обслуживания, то защита может надолго оказаться заблокированной.

Можно использовать несколько выходов из создавшейся ситуации:

не устанавливать предохранители в первичных цепях ТН; использовать дополнительный комплект защиты, подключенный к однофазному ТН, включенному между нейтралью питающего силового трансформатора и землей (у трехобмоточных силовых трансформаторов на стороне 35 кВ нейтраль обычно выведена); применить резервный комплект защиты, подключенный еще к одному ТН, установленному на сборных шинах, и т.д.

Выше уже отмечалось, что действовать на отключение рассматриваемая разновидность защиты может только в том случае, если к сборным шинам подключено лишь одно присоединение. При наличии нескольких присоединений такая защита может быть использована только в качестве неселективной сигнализации, т.е. сообщать о появлении в сети ОЗЗ без указания поврежденного присоединения. Именно в таком качестве она и используется в подавляющем большинстве случаев.

При этом поиск поврежденного присоединения обычно производится поочередным отключением присоединений по признаку исчезновения напряжения нулевой последовательности, что может вызвать значительные трудности. Известно о ряде аварий, связанных с такими отключениями и последующими включениями – например, случай отказа во включении одной из фаз воздушного выключателя на 35 кВ с пофазным приводом и повреждением силового трансформатора, вызванного явлением феррорезонанса. Неоднократно при длительном присутствии ОЗЗ в сети наблюдались «вторичные» пробои изоляции в двигателях, что вызывало большие токи в месте повреждения и значительные затраты на ремонт и т.д.

В некоторых случаях снизить остроту ситуации можно «доступными» средствами. Например, если на распределительных устройствах 35 кВ имеются не секции, а системы шин с нормально отключенным шиносоединительным выключателем. В таких случаях поиск поврежденного присоединения целесообразно производить не поочередным отключением и включением присоединений, а временным их переводом на вторую систему шин. При этом задача может быть решена без отключения присоединений.

Следует отметить, что и этот путь имеет большие недостатки. Гораздо более радикальным решением является установка селективной токовой защиты, выявляющей поврежденное присоединение. Такая защита может быть построена на использовании рассмотренных ниже принципов.

 

2. Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности

 

Работа защит в сетях с изолированной нейтралью

Далеко не всегда удается реализовать эффективную ненаправленную токовую защиту нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью (без дугогасящего реактора и резистивного заземления нейтрали).

В первую очередь это относится к сетям с воздушными линиями электропередачи, в частности напряжением 35 кВ, где используются трехтрансформаторные фильтры тока нулевой последовательности, а в месте ОЗЗ могут возникать большие переходные сопротивления. Здесь защиту надо отстраивать не только от собственного емкостного тока защищаемого присоединения, а еще и от тока небаланса нулевой последовательности, появляющегося из-за неодинаковых характеристик трансформаторов тока, из которых собран фильтр тока нулевой последовательности. При возникновении в месте ОЗЗ большого переходного сопротивления, защита, отстроенная от собственного емкостного тока и тока небаланса трехтрансформаторного фильтра, может не сработать. В таких сетях, а также в сетях, в которых эксплуатируются одновременно воздушные и кабельные ЛЭП, целесообразно использовать направленные токовые защиты нулевой последовательности.

 

Выбор уставок срабатывания релейных защит от ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью

Ток срабатывания защиты кабельной линии от ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью Iсз принято выбирать из следующего условия:

 

,  (1)

 

где Кн – коэффициент надежности; Кбр – коэффициент «броска», учитывающий бросок емкостного тока в момент возникновения ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него; Ic.фид.макс– максимальный емкостный ток защищаемого фидера.

Для мгновенно действующих защит от ОЗЗ в расчетах следует принимать значение произведения Кн• Кбр= 4–5. Для защит с выдержкой времени при возможности возникновения перемежающейся дуги Кн• Кбр= 2,5. По-видимому, эти значения рекомендованы для традиционных отечественных реле защиты включая РТЗ-51.

В некоторой литетратуре предлагается считать Кн ~ 1,2, Кбр= 3–5,(применительно к реле старых типов). Для реле РТЗ-51 рекомендуется принимать Кбр= 2–3. При этом предлагается выполнять защиту без выдержки времени. «При использовании для защиты от ОЗЗ современных цифровых реле, например, серии SPACOM, в том числе SPAC-800 можно принимать значения Кбр= 1–1,5 (необходимо уточнить у фирмы-изготовителя)».

Чувствительность проверяется по величине коэффициента Кч:

 

 , (2)

 

где Iзащ – ток в защите поврежденной ЛЭП, равный разности суммарного емкостного тока сети в рассматриваемом расчетном режиме и емкостного тока поврежденной ЛЭП; Кч.норм– нормативный коэффициент чувствительности.

Рекомендуется принимать Кч.норм = 1,25–1,5, причем нижнее значение величины kч относить к кабельным ЛЭП, а верхнее – к воздушным.

В некоторой литературе предлагается считать Кч.норм = 1,5–2,0.

Условия (1), (2) могут быть реализованы для мгновенно действующих защит в кабельных сетях в том случае, если суммарный емкостный ток ЗI0лэп защищаемой линии в 5–10 раз меньше, чем емкостный ток оставшихся присоединений в рассматриваемом (минимальном) режиме сети. Для защит с выдержкой времени в тех же сетях (1) и (2) удается реализовать, если ток ЗI0лэп в 3–5 раз меньше емкостного тока оставшихся присоединений. Такие соотношения выполняются в сетях 6–35 кВ далеко не всегда.

Для кабельных сетей 6–10 кВ отдельных цехов предприятий, в которых имеется большое количество присоединений с малым емкостным током (например, десятки маломощных двигателей) и отсутствуют дугогасящие реакторы, во многих случаях приведенные выше условия выполняются и рассматриваемая защита может работать достаточно эффективно.