На территории Росси и СНГ линии напряжением 6–10 кВ является весьма распространенными. Они используются в питающих и распределительных сетях городских и сельских потребителей, а также в схемах электроснабжения промышленных предприятий небольшой мощности.
На кабельных и воздушных линиях этих напряжений в результате перекрытия проводов, проникновения посторонних предметов на токоведущие части, пробоя изоляции, а также других причин в них могут возникнуть короткие замыкания. Короткие замыкания могут представлять серьезную опасность здоровью и жизни людей, самих линий и питаемого электрооборудования. Их различают на:
Однофазные — при замыкании одной фазы на землю либо на нейтральный провод;
Междуфазные — замыкание двух либо трех фаз между собой;
Многофазные на землю — замыкание фаз между собой и на землю.
Многолетний опыт показывает, что наиболее надежным средством защиты являются применение устройств релейной защиты. Релейная защита обеспечивает согласованность действий устройств, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, которое достигается за счет определенных параметров срабатывания.
На способы защиты линий важную роль играет режим нейтрали. В сетях напряжением 6–10 кВ обычно используют изолированную нейтраль либо заземленную через дугогасящий реактор (ДГР). Согласно ПУЭ [1], в этих сетях должна предусматриваться релейная защита от многофазных и однофазных замыканий.
Защиту от многофазных КЗ в сетях 6–10 кВ сельской местности выполняют в двухфазовом исполнении, где должно соблюдаться условия установки трансформаторов тока на одинаковые фазы (обычно это фазы «А» и «С»). Количество используемых реле зависит от требований чувствительности и надежности. Обычно используется двухрелейное исполнение, реже трехрелейное.
Самой простой и наиболее часто встречающийся вариант защиты — это максимальная токовая защита (МТЗ). Она обеспечивает защиту линий от многофазных КЗ. Принцип действия довольно прост: защита реагирует на увеличение тока в защищаемой линии. Срабатывание происходит, когда аварийный ток достигает значения уставки, тем самым отключая поврежденную линию отключается от энергосистемы. Важно, чтобы ток срабатывания соответствовал условию:
То есть ток срабатывания должен быть больше максимального тока нагрузки и меньше минимального тока короткого замыкания, чтобы обеспечить высокую чувствительность на всем защищаемом участке. МТЗ считается защитой с относительной селективностью. Селективность обеспечивается выдержкой времени по ступенчатому принципу. Чем ближе защита к источнику питания, тем больше время срабатывания. Разность между смежными защитами — это ступень селективности.
Иначе говоря, при замыкании в точке К1 быстрее всех сработает защита на участке D, а при повреждении в точке К2 — в первую очередь сработает защита на участке С. (рис.1)
Рис. 1. Максимальные токовые защиты в радиальной сети с односторонним питанием. t1, t2, t3, t4 — время срабатывания защит на участках A, B, C, D соответственно; ∆t — ступень селективности
МТЗ часто применяют вместе с токовой отсечкой (ТО) — двухступенчатая защита. Применяется обычно токовая отсечка без выдержки времени и устанавливается в начале защищаемого участка. Токовая отсечка с выдержкой времени может быть применена в качестве защиты ближнего резервирования, ее уставка по току выбирается из условия охвата шин нижестоящей подстанции, уставка по времени отстраивается от ТО смежной линии.
В одиночных линиях с односторонним питанием первой ступенью служит — токовая отсечка, а второй — максимальная токовая защита с зависимой или независимой выдержкой времени.
Трехступенчатая защита применяется редко. Она состоит из:
− первой ступени — токовой отсечки без выдержки времени.
− второй ступени — токовой отсечки с выдержкой времени.
− третьей ступени — МТЗ.
Первая ступень защиты предназначена для отключения без выдержки времени КЗ в начале защищаемой линии.
Вторая ступень с выдержкой времени порядка 0,5 сек. защищает конец линии. Выдержка времени 0,5 сек. необходима для обеспечения селективности с первыми ступенями защит (токовыми отсечками без выдержки времени) следующих линий.
В электрических сетях с двухсторонним питанием и в кольцевых сетях обычные токовые защиты не могут действовать селективно. Например, в электрической сети с двумя источниками питания, где выключатели и защиты установлены с обеих сторон каждой линии, при повреждении в точке К1 (рис.2) должны выполняться следующие условия выбора выдержек времени срабатывания МТЗ:
tСЗ 2 < tСЗ 3 < tСЗ 4< tСЗ 5< tСЗ 6.
При КЗ в точке К2
tСЗ 1< tСЗ 2 < tСЗ 3 и tСЗ 4< tСЗ 5< tСЗ 6.
При КЗ в точке КЗ
tСЗ 1< tСЗ 2 < tСЗ 3 < tСЗ 4< tСЗ 5
Рис. 2. Электрическая сеть с двумя источниками питания
Эти требования противоречивы и не могут быть выполнены в одной системе защит. Для обеспечения селективного действия токовых защит в этих условиях необходимо использовать дополнительный признак, характеризующий расположение места повреждения относительно защит. В качестве этого признака можно использовать направление мощности в месте установки защиты. Для того чтобы обеспечить селективное действие МТЗ, нужно разрешить действовать только тем защитам, направление мощности короткого замыкания в месте установки которых — от шин к линии. Тогда выполнять согласование по времени срабатывания необходимо только для тех защит, действие которых разрешено. Защита часто строится на основе реле направления мощности.
Однофазные замыкания, согласно [2] не является аварией. Потребители, которые включены на междуфазные напряжения продолжают нормально работать. Это дает возможность выполнять защиту от замыкания на землю на сигнал. Однако, длительная работа сети при замыкании одной фазы на землю недопустима из-за возможности нарушения междуфазной изоляции в месте повреждения и перехода однофазного замыкания в многофазное. Опасность нарушения изоляции может возникать не только в результате длительности тока при КЗ, но и его величиной. Поэтому уставки защит выбирают таким образом, чтобы они были больше величин токов ОЗЗ. В зависимости от напряжения и вида опор линий токи бывают разные. Таким образом, допустимые токи на землю обычно меньше рабочих токов защищаемого объекта. В связи с этим используют токовую защиту нулевой последовательности. А именно, линию включают с реле на фильтр тока нулевой последовательности, которая срабатывает при прохождении по поврежденному участку тока нулевой последовательности (рис.3).
Рис. 3. Включение реле на фильтр нулевой последовательности
Если в установившемся режиме собственный емкостный ток линии в сетях с изолированной нейтралью равен току ОЗЗ, то в этом случае применяют направленную защиту нулевой последовательности или устройство сигнализации, показывающее величину и направление тока КЗ.
Еще одной разновидностью защит, применяемых в сетях напряжением 6–10 кВ, является автоматическое повторное включение (АПВ). Ее функцией является включение защищаемой линии при неустоявшихся КЗ. К примеру, при ветреной погоде ветка дерева, растущего вблизи ВЛ, может временно коснуться одной фазы линии. Во избежание многократных включений АПВ выполняется на однократное или двукратное включение. На третий раз включение происходит вручную оперативным персоналом.
Помимо приведенных существуют еще множество видов защит, применяемых в данных сетях. Их выбор определяется требованием надежности, режимом работы и разветвленностью.
Литература:
- Правила устройства электроустановок. Издание 7-е, 2017
- Андреев, В.А.- Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение»—3-е изд, перераб. и доп. — М.: Высшая шк., 1991. —496с.:ил.
- РЗ электрических сетей 6–35 кВ. Текст: электронный // rza-lekcii.ru: [сайт]. — URL: http://rza-lekcii.ru/2/4/2.html.
- Чернобровов, Н. В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1971. 624 с. с илл.
- Булычев А. В., Наволочный А. А. — Релейная защита распределительных сетей в примерах и задачах с решениями: учеб. пособие — Чебоксары: Изд-во Чуваш.ун-та, 2010.-202 с.
- Кожин А. Н. Релейная защита линий 3–10 кВ на переменном оперативном токе. Изд. 2-е, перераб. М., «Энергия», 1971.
