Часть 1 Замыкания на землю в линиях электропередачи 6-35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты (стр. 5 )

Для распределительных подстанций и коммутационных пунктов описанные выше условия часто не выполняются, что приводит к необходимости использовать более совершенные защиты.

Для защит воздушных ЛЭП, в которых используются трехтрансформаторные фильтры тока ЗI0, ток срабатывания следует выбирать следующим образом:

 

 , (3)

 

где Iнб – ток небаланса фильтра;

Поскольку емкостный ток воздушных ЛЭП невелик (примерно в 35 раз меньше, чем в кабелях при одинаковой длине), ток небаланса может оказать существенное влияние на выбор тока срабатывания защиты. О расчете величины Iнб следует говорить отдельно.

 

Работа защит в резистивно-заземленных сетях

В некоторых случаях необходимую эффективность можно обеспечить с помощью ненаправленных токовых защит нулевой последовательности. В первую очередь это относится к резистивно-заземленным сетям. Если, например, речь идет о защите кабельной сети собственных нужд электростанции, в которой в месте ОЗЗ протекает активный ток заземляющего резистора порядка 35–40 А, а емкостные токи отдельных присоединений не превышают нескольких ампер, то здесь успешно могут быть использованы многие из известных токовых реле.

Однако эксплуатация защит, построенных на токовых реле устаревших конструкций, например серий РТ-40/0,2, может привести к неселективной работе из-за резкого увеличения токов нулевой последовательности при дуговых замыканиях за счет высокочастотных составляющих.

Более совершенными являются защиты, построенные на отечественных реле типа РТЗ-51, блоках микропроцессорной защиты БМРЗ (например, БМРЗ-КЛ-11, БМРЗ-КЛ-36, БМРЗ-КЛ-42, БМРЗ-КЛ-51) НТЦ «Механотроника», терминалах защиты SEPAM типа S20 (код ANSI 50N/51N или 50G/51G) фирмы Schneider Electric, защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 производства «АББ Реле-Чебоксары», устройства типа MiCOM P121, P122 Compact, P123 компании AREVA (бывшая ALSTOM), защита типа SIPROTEC 4 7SJ61 фирмы SIEMENS и т. д.

Меньше всего затрат требует установка реле РТЗ-51, но эти устройства способны обеспечить защиту присоединений только от ОЗЗ. Остальные же перечисленные микропроцессорные терминалы обеспечивают также защиту от междуфазных коротких замыканий и некоторых других ненормальных режимов работы.

При правильном выборе уставок все упомянутые защиты, включая отечественные, могут эффективно работать в рассматриваемом случае. Но следует иметь в виду особенность горения дуги в кабелях с бумажной изоляцией, пропитанной масляно-канифольной мастикой, (прерывистая дуга), и либо не использовать выдержку времени, либо пользоваться ею крайне осторожно, принимая соответствующие решения на основании результатов опытной эксплуатации.

Большинство импортных релейных терминалов имеют опции, обеспечивающие их правильное функционирование в режимах с прерывистой дугой. Для этого в них предусматривается возможность использовать задержку времени на возврат токового органа после его кратковременного срабатывания. Выбрав время возврата больше длительности бестоковой паузы в дуге, обеспечивают правильную работу защиты, в частности, на кабелях с бумажно-масляной изоляцией. При этом защита может действовать как мгновенно, так и с выдержкой времени, но при выборе ступени селективности следует учитывать введенную задержку на возврат. При этом ступень селективности увеличивается. Удобно использовать «токозависимые» выдержки времени.

Перечисленные защиты содержат фильтры, выделяющие синусоидальную составляющую промышленной частоты, что позволяет существенно улучшить отстройку от режима внешних дуговых замыканий. Использование таких фильтров вызывает обоснованную тревогу некоторых специалистов, поскольку трудно гарантировать их правильную работу, например, в процессе горения перемежающейся дуги. Однако отказ от использования этих фильтров резко снижает селективность защиты.

 

Выбор уставок срабатывания релейных защит от ОЗЗ при наличии резистивного заземления нейтрали

Установка в сети заземляющего резистора облегчает условия выбора уставок и улучшает селективность работы релейных защит от ОЗЗ.

При защите асинхронных двигателей коэффициент броска при установке заземляющего резистора для всех видов используемых реле может быть снижен до значения Кбр= 1,2...1,3. Иногда при расчете защиты от ОЗЗ кабельных фидеров 6–10 кВ и наличии заземляющего резистора предлагается принимать Кбр= 1,2...1,5.

В результате при установке в сети заземляющих резисторов ток срабатывания ненаправленных защит от ОЗЗ может быть несколько снижен.

Проще обеспечить и чувствительность защиты, поскольку через защиту поврежденной линии теперь протекает сумма соответствующих емкостных токов и активного тока заземляющего резистора:

 

,  (4)

причем I'CΣ – суммарный емкостный ток сети за вычетом емкостного тока защищаемого фидера, IR – ток заземляющего резистора.

Коэффициент чувствительности защиты по-прежнему определяется по (2).

Наибольший эффект установка резистора дает в сетях с малыми токами ЗI0 в минимальном режиме, т.е. когда по каким-то причинам (ремонт, необходимость технологического цикла и т.д.) некоторые присоединения в сети отключаются и ее емкостный ток уменьшается. В следующем номере журнала мы расскажем об особенностях применения более совершенных защит от ОЗЗ.

 

Часть 4

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6-35 кВ

ПРИМЕР РАСЧЕТА УСТАВОК

ОСОБЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА

 

Специалисты существенно расходятся во мнениях относительно таких основополагающих для расчета величин, как коэффициент броска, нормируемый коэффициент чувствительности и т.д. Эти расхождения объясняются различными результатами, полученными в основном в процессе эксплуатации защит от ОЗЗ. Однако это никак не оправдывает пассивности таких организации, как, например, РАО «ЕЭС России», призванных обеспечить разработку нормативных материалов, которые позволили бы проектантам грамотно выбирать виды защиты от ОЗЗ, рассчитывать уставки и проверять чувствительность соответствующих устройств. В настоящее время такие нормативные документы отсутствуют, что существенно затрудняет работу специалистов, занятых проектированием и эксплуатацией устройств защиты от ОЗЗ, и заметно снижает качество этой работы. Существуют и объективные факторы, затрудняющие создание такого рода нормативных документов.
Основная проблема, на взгляд автора настоящей статьи, заключается в том, что сильно отличаются как условия эксплуатации, так и основные характеристики применяемых в настоящее время в России устройств защиты от ОЗЗ. То, что справедливо в одном случае, в другом – сомнительно, а в третьем и вовсе неправильно. Разработать нормы, применимые во всех без исключения случаях, чрезвычайно сложно. Выход может заключаться в разделении всех защищаемых объектов и устройств защиты от ОЗЗ на отдельные достаточно узкие классы и разработке нормативов для каждого класса объектов.
В последнее время были «узаконены» два новых режима заземления нейтрали сетей 6–35 кВ: резистивное заземление и заземление через параллельно включенные дугогасящий реактор и заземляющий резистор. Это нововведение также требует пересмотра методики расчета уставок защит от ОЗЗ в таких сетях. Рассмотрим вопросы выбора уставок на конкретном примере.

 

 

СХЕМА РАССЧИТЫВАЕМОЙ СЕТИ

На рис.1 приведена упрощенная схема сети, применительно к которой выберем типы защит и рассмотрим выбор уставок.
Схема питается от одного трансформатора Тр1 напряжением 110/35/10 кВ, причем по стороне 35 кВ от шин отходит всего одна питающая линия ЛЭП1, в цепи которой есть выключатель и на которой установим комплект защиты РЗ. На некотором расстоянии от подстанции ЛЭП1 разветвляется и дальше параллельно (две цепи на одной опоре в габаритах 110 кВ) идут линии ЛЭП2 и ЛЭП3, от каждой из которых запитан соответствующий понижающий трансформатор Тр2 и Тр3 напряжением 35/10 кВ. В цепях ЛЭП2 и ЛЭП3 со стороны питающей подстанции выключатели отсутствуют, установлены только разъединители. После разъединителей имеются достаточно протяженные кабельные вставки. Нейтрали обмоток 35 кВ Тр1, Тр2, Тр3 выведены, и к ним могут быть подключены заземляющие резисторы R1, R2 и R3 соответственно.

 

Рис.1.

Схема сети

 

На разветвлении, где ЛЭП1 переходит в ЛЭП2 и ЛЭП3, установим два комплекта селективной сигнализации «поврежденного участка» КС1 и КС2 для селективного определения поврежденной линии (ЛЭП2 или ЛЭП3). На стороне 10 кВ питающего трансформатора Тр1 имеется распределительное устройство, от которого питается несколько линий. Одна из этих линий, подключенная к РУ-10 кВ через соответствующий выключатель, конструктивно выполнена как вторая цепь, проложенная параллельно линии ЛЭП1 на тех же опорах (выполненных в габаритах 110 кВ) и дальше уходящая «в сторону» и выполненная на отдельных опорах.
В районе прокладки воздушных линий ЛЭП1, ЛЭП2, ЛЭП3 имеются участки со скальным грунтом, обладающим большим удельным сопротивлением, т.е. при обрыве провода ЛЭП и падении его на землю возможно появление большого переходного сопротивления.
Следует отметить, что приведенная схема не является плодом воображения автора настоящей статьи, а в несколько упрощенном виде соответствует реальному, весьма ответственному объекту, в проектировании для которого релейной защиты от ОЗЗ и селективной автоматики КС1 и КС2 автор принимал участие. Расчеты показали, что в рассматриваемой сети при ОЗЗ возможны значительные (порядка 3,7 от фазного напряжения) перенапряжения, которые могут привести к повреждению дорогостоящего оборудования. Было принято решение для подавления перенапряжений и феррорезонансных явлений установить заземляющие резисторы.

 

Рассматривались два варианта их установки: