Дуговая защита — Википедия

Дуговая защита — особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги.

Зависимости степени повреждения элементов КРУ от времени горения дуги

Значительную опасность для комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6-10 кВ представляют внутренние короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые электрической дугой (ЭД). Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7000 … 12000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по её ликвидации неминуемо приводит к их разрушению. Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6-10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН). Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распредустройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках.

На повышение давления воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ реагирует ЗДЗ клапанного типа. В ЗДЗ этого типа в качестве датчика, реагирующего на повышение давления воздуха, используются специальные разгрузочные клапаны с путевыми выключателями, смонтированные в КРУ.

Представляет из себя систему из шлангов, вентилей обратного давления и мембранного выключателя. В каждый защищаемый отсек ячейки подводится шланг, объединение шлангов производится через вентили обратного давления, объединённый участок подключается к мембранному выключателю, реагирующему на волны давления, создаваемые электрической дугой.^[1]

На световую вспышку от электрической дуги реагируют ЗДЗ фототиристороного типа. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется фототиристор.

Устройство дуговой защиты Овод-МД. Блок преобразования и мониторинга открыт. Видны подключенные волоконно-оптические кабели (синие) идущие от волоконно-оптически датчиков

Как и ЗДЗ фототиристорного типа, данный тип ЗДЗ реагирует на световую вспышку от электрической дуги. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется волоконно-оптический датчик (ВОД). Применяется два типа ВОД:

• петлевого типа;
• радиального типа.

ВОД размещаются по одному в каждом отсеке ячейки КРУ:

• в отсеке ввода;
• в отсеке выкатного элемента;
• в кабельном отсеке;
• в пространстве шинного моста.

Применяются также эконом-варианты размещения ВОД — так, например, один ВОД может быть одновременно размещен и в шинных отсеках и в отсеках выкатных элементов в нескольких ячейках одной секции. При дуговом КЗ каждый ВОД фиксирует световую вспышку от электрической дуги и формирует сигнал «Срабатывание», которые передается по ВОЛС на МП терминал ЗДЗ. В свою очередь МП терминал ЗДЗ на основании сигналов «Срабатывания» от ВОД формирует команды на отключение соответствующих выключателей с целью ликвидации дугового КЗ.

Для предотвращения неправильной работы ЗДЗ предусматривается токовый контроль — сигнал на отключение выдается МП терминалом ЗДЗ только при наличии 2-х факторов:

• сигнала «Срабатывание» от ВОД;
• сигнала «Пуск МТЗ» от терминала защиты (терминала защиты ввода КРУ или терминала защиты стороны ВН трансформатора).

При наличии только сигнала «Срабатывание» от ВОД без сигнала «Пуск МТЗ» отключение выключателей от ЗДЗ не происходит и МП терминал ЗДЗ выдает сигнал «Неисправность ВОД».

Построение оптико-электрических дуговых защит[править | править код]

Оптико-электрические дуговые защиты по типу используемых датчиков можно разделить на две группы: с полупроводниковыми фотодатчиками и с волоконно-оптическими датчиками. Тип датчика определяет не только алгоритмы обработки информации, но и исполнение защит, которые можно классифицировать как индивидуальные и централизованные.

Централизованная защита, как правило, предназначены для защиты секции или группы ячеек и не обеспечивают селективного выявления зоны повреждения. Оптические датчики, например полупроводниковые фотоприборы, соединяются параллельно, а ВОД включается в виде петли.

Индивидуальное исполнение защиты позволяет выполнить воздействие на выключатель поврежденной ячейки, обеспечить селективность действия защиты и выявить поврежденную зону.

Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)[править | править код]

Дуговая защита КРУ должна строиться с учетом его конструктивных особенностей и типов коммутационных аппаратов. Для этого необходимо выделить как особые элементы распредустройства, к которым относятся ячейки вводного выключателя, ячейка секционного выключателя, особые зоны (отсеки) ячеек КРУ: отсек шинного моста, отсеки высоковольтных выключателей, трансформатора напряжения и т. д. Такое деление КРУ на зоны позволит наиболее оптимально выполнять воздействия на коммутационные аппараты с минимизацией объёмов повреждений.

При КЗ в особых элементах требуется отключение секции без выдержки времени, а при КЗ в особых зонах, например, в отсеках измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов возможно отключение только поврежденной ячейки, например, при использовании вакуумных выключателей.

Горение дуги в ячейке вводного выключателя требует воздействия на отключение не только секционного выключателя, но и выключателя со стороны высшего напряжения силового трансформатора. Повреждение же секционного выключателя требует отключения вводных выключателей. С учетом вышеизложенного защита должна обеспечивать селективное выявление дуговых коротких замыканий в ячейках и их отсеках.

Существует также и другой подход в построении дуговой защиты КРУ, согласно которому любое КЗ в КРУ должно отключаться вводным выключателем, что приводит к «погашению» секции. Такой подход упрощает реализацию защиты и допускает объединение датчиков, например, позволяет выполнять оптико-электрический датчик единым, что имеет место при использовании ВОЛС, соединенной в «петлю». При реализации защиты по первому варианту возможно объединение ОЭДЗ и устройств, воздействующих на одни и те же выключатели.

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

Дуговая защита. Виды и работа. Применение и особенности

Комплектные распредустройства (КРУ) до 35 кВ являются наиболее распространенными элементами электрических подстанций, преимуществом которых стали компактные размеры, удобный монтаж и настройка. При возникновении короткого замыкания внутри этих устройств, время отключения электричества не должно быть более 1 секунды. Это связано с их небольшими размерами. Эта проблема усложняется тем, что распределительные устройства, изготовленные в прошлом веке, чаще всего не устанавливалась дуговая защита.

Дуговую защиту называют по-другому защитой от дуговых замыканий (ЗДЗ). В последнее время больше используется оптическая дуговая защита, сокращенно (ОДЗ). Она является видом защиты от коротких замыканий, принцип действия которой основан на срабатывании от возникновения вспышки дуги.

Наиболее распространенными стали междуфазные замыкания, а также замыкания на землю.

Эти опасные явления обычно сопровождаются:

• Выделением значительного количества тепла.
• Скачками тока.
• Импульсами напряжения.
• Процессами перехода.

Условия срабатывания:

• Увеличение тока. В момент возникновения дуги, как правило, происходит короткое замыкание. Этот условие называют токовым контролем.
• Срабатывание датчика. В настоящее время часто используется клапанная защита от электрической дуги. В момент замыкания происходит нарастание избыточного давления, в результате металлическая крышка, которой закрыта высоковольтная ячейка, вылетает и замыкает контакт клапана. Замыкание этого контакта и наличие токового контроля создает условия для срабатывания защиты.
• В последнее время на многих подстанциях используется современная оптическая защита от электрической дуги. Здесь датчиками служат уже не клапаны, а волоконно-оптические датчики, которые реагируют на вспышку света.

Причины дуговых замыканий:

• Старение или повреждение изоляции.
• Нарушение схемы соединения кабелей и шин.
• Неисправность электрооборудования.
• Повышенная влажность.
• Загрязнения.
• Коррозия.
• Повышенное напряжение.
• Ошибки обслуживающего персонала.

Возникновение этих причин можно предотвратить качественным техническим обслуживанием. При выявлении и уменьшении последствий от дуговых замыканий большое значение имеет время. Дуга длительностью 0,5 секунды может серьезно повредить изоляцию, в результате ячейка распредустройства может полностью сгореть.

Процессы во время замыкания

Эти процессы зависят от времени воздействия тока и его величины. Ток при коротком замыкании характерен значительным повышением температуры. Степень повреждений зависит от коэффициента износа оборудования и качества изоляции.

При появлении дугового замыкания металлические стенки ячейки прожигаются, и замыкание может перейти на соседние ячейки. Также, при хорошей герметичности современного оборудования и отсутствии предохранительных клапанов большое давление при замыкании разрушает оборудование и корпус ячейки, что способствует полному разрушения всех элементов ячейки.

Последствия дугового замыкания в распредустройствах могут быть очень серьезными. При этом выводится из строя дорогостоящее оборудование, вследствие чего возникают простои в работе и предприятие несет экономические убытки. Также, последствиями могут стать травмы обслуживающего персонала.

Как работает дуговая защита

Датчиком этой защиты является устройство, реагирующее на вспышку электрической дуги и передающее информацию на исполнительные механизмы, отключающие электроэнергию для предотвращения отрицательных последствий.

Способы обнаружения дуги:

• Определение изменения яркости света, вызванного электрической дугой.
• Сравнение характеристик электрической цепи до замыкания и после него.
• Сравнение значения давления и температуры в камере распределительного устройства до и после замыкания.

Защита от замыканий шин

Организуется в распредустройствах от 6 до 10 киловольт для защиты сборных шин, для устройств с закрытыми токоведущими элементами.

Защита срабатывает двумя методами:

1. Фиксация световой вспышки.
2. Механическое действие дуги.

Волоконно-оптическая защита

Ее работа заключается на принципе обнаружения вспышки электрической дуги с помощью специальных оптических датчиков. Такие защиты размещают в отсеках ввода, на выкатном элементе ячеек, в кабельных отсеках. Обнаружение электрической дуги осуществляется сразу во всех элементах защиты.

Обесточивание ячеек выполняется при условиях:

• Сигнала пуска максимальной защиты.
• Сигнала от всех датчиков.

Типы датчиков

• Распределительные, охватывают одним кабелем сразу несколько мест выявления вспышек.
• С креплением торцевой частью, дают возможность точно выявить наличие дуги.

Достоинства

• Невосприимчивость к помехам электромагнитного действия.
• Использование изоляционных материалов в устройстве датчиков.
• Высокое быстродействие.
• Небольшая стоимость оборудования, установки и настройки.

Фототиристорная дуговая защита

В качестве чувствительного элемента применяют фототиристоры, реагирующие на изменение яркости света.

Клапанная защита

Работа этой системы заключается в использовании процессов, возникающих при дуговом замыкании: повышение давления в камере. В качестве чувствительного элемента эта дуговая защита включает в себя специальные клапаны с выключателями, которые устанавливаются в камерах распредустройств.

Мембранная защита

Принцип работы заключается в способности выключателя мембранного типа реагировать на изменение давления воздуха от электрической дуги. Составными элементами этой защиты являются мембранные датчики, клапаны обратного давления, гибкие трубопроводы.

Ко всем ячейкам распределительного устройства подводятся трубки, которые затем объединяются в общую сеть и подключаются к мембранному датчику. При повышении давления в какой-либо ячейке датчик срабатывает и обесточивает оборудование.

Похожие темы:

Ошибка 404. Страница не найдена!

Ошибка 404. Страница не найдена!

К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.

 

 

 

Дуговая защита в КРУ-6(10) кВ

Дуговая защита (ДГЗ) рассматривается как дополнительная к релейной защите, поскольку работает на неэлектрическом принципе. Для ее выполнения в отсеках выключателей и шин устанавливают соответствующие датчики, например, клапанного (реагируют на повышение давления в отсеке КРУ при появлении электрической дуги) или светового (реагируют на световой поток электрической дуги) типа.

Клапанные дгз отличаются простотой исполнения, эксплуатации и небольшой стоимостью. Их недостаток возможность отказа при небольших токах КЗ из-за недостаточного давления. Например, при установке в ячейках КРУ типа К37, К59, К104 клапанная защита надежно работает при токах более 3 кА.

Рис. 1 — Клапана разгрузки в шкафу С-410 (вид шкафа сверху)

• 1 – клапан разгрузки отсека кабельных присоединений;
• 2 – клапан разгрузки отсека сборных шин;
• 3 – клапан разгрузки отсека выключателя;
• 4 – каркас шкафа КРУ;
• 5 – пластиковое болтовое соединение;
• 6 – стальное болтовое соединение;

Положение клапанов сигнализируется с помощью конечных выключателей (рис. 2).

Световые дгз с фототиристорными датчиками (фототиристорная дгз) более чувствительны (несколько сот ампер) и обладают большим быстродействием. Их недостатки — ограниченный обзор пространства, сложность организации контроля исправности фототиристоров, возможность ложной работы из-за токов утечки при параллельном соединении фототиристоров и от посторонних источников света.

Рис.2 — Крепление фототиристора (а), расположение фототиристоров в шкафу (б)

• 1 – Радиатор фототиристора;
• 2 — фототиристор;
• 3 – перегородка шкафа;
• 4 – Конечные выключатели;
• 5 – фототиристоры;

Световые дгз с волоконно-оптическими датчиками (волоконно-оптическая дгз) так же эффективны, как и фототиристорные, лишены их недостатков, однако они существенно дороже клапанных. В настоящее время многие ведущие мировые производители перешли на выпуск волоконно-оптических защит, хотя ряд фирм продолжает выпуск КРУ с клапанными защитами (например, Schneider Electric, КРУ серии MCset).

Рис.3 – Расположение оптоволоконных датчиков дуговой защиты Орион-ДЗ в ячейке К-129

Из дискуссий по поводу преимуществ и недостатков клапанных, фототиристорных и волоконно-оптических дгз можно сделать следующий вывод: дуговую защиту нужно применять обязательно, причем при токах КЗ более 3 кА можно применять дгз любого типа. Для предотвращения ложных срабатываний дгз выполняют с блокировкой по току ввода или по напряжению на секции. Дуговая защита действует на отключение всех источников питания, в том числе генераторов и СД. Раньше применяли схемы, в которых при замыканиях в ячейке какого-либо присоединения отключали только выключатель этой ячейки, однако опыт эксплуатации показал неэффективность такого отключения — ионизированные газы, просачиваясь на шины КРУ, вызывали повторные замыкания. Кроме того, дуга может гореть на выводах выключателя со стороны шин, и его отключение не локализует КЗ. Поэтому современные дгз действуют, как и ДЗШ, на отключение вводных и секционных выключателей и выключателей генераторов и СД секции.

Также можно посмотреть видео-обучение о дуговой защите.

Поделиться в социальных сетях

Дуговые защиты КРУ 6-10 кВ с продольно-поперечным включением оптических датчиков

Актуальность проблемы. Комплектные распределительные устройства (КРУ(Н) напряжением 6-10 кВ внутренней и наружной установки, являются одним из наиболее массовых элементов подстанций распределительных электрических сетей и станций, основное достоинство которых малые габаритные размеры, высокая степень готовности к монтажу и наладке. Ограниченная локализационная способность КРУ(Н) при внутренних коротких замыканиях через электрическую дугу (как правило, не превышает 1 с) порождена их же малыми габаритными размерами. Данная проблема усугубляется тем, что КРУ, введенные в эксплуатацию в прошлом столетии, как правило, не оснащены полноценной быстродействующей защитой от дуговых КЗ или их защита, например, клапанная защита, реагирующая на приращения давления, не отвечает современному состоянию техники. Это обусловило введение в нормативные материалы (ПТЭ) и директивные указания РАО ЕС России требования об оснащении КРУ быстродействующими защитами от внутренних дуговых КЗ.

В области быстродействующих защит от данного вида повреждений доминируют защиты, использующие принцип контроля светового потока и тока [1-9]. В качестве оптических датчиков используются фототиристоры, -транзисторы, -диоды, -резисторы или волоконно-оптические линии. На выполнение дуговой защиты существенно влияет как исполнение оптического датчика, измерительных органов, конструктивное выполнение РУ, так и требования к выходным воздействиям.

На основе опыта ЮРГТУ(НПИ) и ОАО «Ростовэнерго» в области разработки и внедрения дуговых защит с оптическими датчиками с применением фотоприборов авторы попытались сформулировать ряд предложений по минимизации аппаратных затрат и адаптации к условиям эксплуатации на примере подстанции, имеющей на стороне низшего напряжения две секции, а на стороне высшего напряжения трансформаторов – выключатели или отделители с короткозамыкателями (рис.1).

Рис. 1. Варианты разделения КРУ подстанции на особые зоны установки оптических датчиков

Характеристика объекта защиты. Секции 6(10) кВ соединены друг с другом секционным выключателем и разъединителем. С целью минимизации аппаратных затрат на выполнение защиты, обеспечения требуемой надежности питания и быстродействия КРУ условно разделено на несколько зон, при КЗ в которых воздействие защиты одинаково. Зона 1 (рис.1) представляет собой ячейку вводного выключателя, 2 – зона сборных шин (шинный мост), 3 – секционный выключатель; 4 – секционный разъединитель; 5, 6 – отсеки высоковольтного выключателя линейной ячейки и трансформаторов тока и кабельной разделки соответственно. При повреждении в зоне 1 требуется воздействие на коммутационные аппараты стороны высшего напряжения, в то время как при КЗ в зоне 2 достаточно воздействия на вводной и секционные выключатели. Ликвидация КЗ в ячейке секционного выключателя требует отключения вводных выключателей двух вводов, а при КЗ в зоне 4, т.е. в ячейке секционного разъединителя достаточно ограничиться отключением секционного выключателя и ближайшего к месту повреждения вводного выключателя. Отключение КЗ в отсеке линейного выключателя (зона 5) зависит от типа данного коммутационного аппарата. При использовании маломасляных выключателей их отключение в этом случае нецелесообразно из-за возможного взрыва воздушно-водородной смеси газов и логика действия при этом аналогична логике ликвидации повреждения в зоне 2. При использовании вакуумных выключателей возможно воздействие на него при КЗ в зоне 5. Воздействие защиты при КЗ в зоне 6 также зависит от конструктивного исполнения ячейки. В случае наличия оптической связи зон 5 и 6 практически не представляется возможным из-за многократных отражений светового потока селективное выявление поврежденного отсека, т.е. предлагается воздействие на вводной и секционный выключатель. В противном же случае, когда отсутствует возможность попадания светового потока из одного отсека в другой, с целью минимизации объема повреждения предлагается отключение линейного выключателя.

Схемы включения оптических датчиков и измерительных органов. На основе сформированного выше подхода к построению дуговой защиты КРУ можно выполнить различные варианты дуговой защиты, отличающиеся, в том числе, и схемами включения оптических датчиков. Авторами ниже приняты следующие термины: «продольное включение датчиков», что соответствует их объединению в одноименных отсеках (зонах), например в шинном мосте, отсеках выключателей, отсеках трансформаторов тока и кабельной разделки, а также «поперечное включение датчиков» – объединение датчиков разных отсеков (разных зон), «продольно-поперечное включение датчиков» – сочетание первого и второго приемов (рис.2).

Рис. 2. Варианты включения оптических датчиков и измерительных органов

Примерами продольного включения датчиков, что также соответствует их расположению вдоль защищаемого объекта, являются схемы соединения датчиков 1-4, к измерительному органу (ИО) КЕ1 (рис.2), а соответственно поперечному – включение датчиков 5-6, 7-9, 14-15, 16-17 к измерительным органам КЕ2, КЕ3, КЕ5, КЕ6. Продольно-поперечное включение датчиков 10-13 к ИО КЕ4 также показано на рис.2. Подключение датчиков ко входам ИО может осуществляться путем их объединения или включением к независим входам. В первом случае теряется возможность селекции поврежденной зоны, а при возможности селективного выявления поврежденной зоны необходимо применение многоканальных измерительных органов.

Примеры технической реализации. Различные варианты построения быстродействующих защит КРУ от дуговых КЗ авторы сочли возможным продемонстрировать на базе устройств, разработанных в ЮРГТУ при их непосредственном участии и прошедших испытания (в том числе и натурные испытания) и многолетнюю эксплуатацию в ОАО «Ростовэнерго», также других энергосистемах России. Защита одиночных ячеек возможна базе одноканальных реле РДЗ-012МТ и РДЗ-212МТ (рис.3) и двухканального реле РДЗ-012МТ2 [11-12], предназначенных для подстанций с постоянным и переменным оперативным током и допускающих параллельное подключение до 6 оптических датчиков (это позволяет осуществить защиту до 6 ячеек). Такое выполнение защиты не позволяет обеспечить селекцию поврежденной ячейки (зоны). Увеличение числа ИО снимает данную проблему. Примеры реализации приведены на рис.4.

 

Рис.3. Локальные устройства дуговой защиты типа РДЗ-012МТ (а) и РДЗ-212МТ (б)

Рис. 4. Пример построения дуговой защиты на основе локальных устройств РДЗ-012МТ (РДЗ-212МТ)

Выполнение дуговой защиты на основе микропроцессорной централизованно-распределенной системы РДЗ-018(М) [11, 12] (рис.5, а), состоящей из центрального управляющего устройства (ЦУУ), локальных модулей сбора и обработки информации (ЛМСОИ) и собственно оптических датчиков (на рис.6 показаны в виде кружков), позволяет реализовать гибкие алгоритмы функционирования с селекцией поврежденной ячейки и формированием сигналов отключения в соответствии с выше рассмотренными подходами и предаварийным состояние защищаемого оборудования. Отличительной особенностью защиты на основе распределенной системы РДЗ-018(М) является наличие функции УРОВ, тестового и функционального контроля, позволяющего при наличии локальной неисправности системы выводить из работы только поврежденный сегмент, формируя при этом сигнал неисправности.

а) б)

Рис.5. Централизованные устройства дуговой защиты типа РДЗ-018(М) (а) и РДЗ-017М (б)

Промежуточным решением между реализацией дуговой защиты на основе локальных устройств и централизованно-распределенных (централизованных) систем является использование централизованного микропроцессорного устройства типа РДЗ-017М, имеющего 6 независимых каналов (рис.5, б). функции тестового и функционального контроля. Как и у всех рассмотренных выше устройств дуговой защиты при тестовой контроле обеспечивается проверка датчиков и линий связи, как при их обрыве, так и при наличии закоротки.

Рис.6. Схема выполнения дуговой защиты двухтрансформаторной подстанции
на базе устройства РДЗ-018

Рис. 7. Вариант выполнения защиты с селекцией поврежденной ячейки и отключением секции вводным и секционным выключателями на основе многоканального устройства

Это позволяет минимизировать аппаратные затраты при реализации защиты, что особенно эффективно для секций с малым числом присоединений (5-6 присоединений) (рис.7), применив при этом поперечное включение оптических датчиков. Воздействие защиты в данном случае предполагается на вводной и секционный выключатель.

При реализации защиты КРУ с оптически разделенными отсеками удается обеспечить селекцию поврежденного отсека для группы из трех ячеек (рис.8, а) с отключением только поврежденной ячейки. В данном случае длина линий связи увеличивается по сравнению с применением локальных устройств незначительно, что способствует решению проблемы электромагнитной совместимости.

При нахождении полусекций по разные стороны ЗРУ или наличии оптической связи между отсеками выключателей и ТТ и кабельной разделки может быть рекомендована схема дуговой защиты на основе устройства типа РДЗ-017М, представленная на рис.8, б. В этом случае обеспечивается селекция поврежденной зоны, но ее воздействие с учетом конструктивного исполнения КРУ производится на вводной и секционный выключатели.

а) б)

Рис. 8. Варианты выполнения защиты с селекцией поврежденного отсека ячейки и возможностью
отключения линейного выключателя (а) и с селекцией поврежденной линейной ячейки, шинного моста и отключением секции вводным и секционным выключателями (б)

Выводы

1. Минимизация аппаратных затрат и объемов монтажных и наладочных работ дуговой защиты может быть достигнута за счет оптимального включения оптических датчиков и измерительных органов, сочетания локальных, групповых и централизованных устройств с учетом конструктивных особенностей и числа ячеек КРУ и коммутационных аппаратов.
2. Для подстанций с небольшим числом ячеек на одной секции (5-8 ячеек) обосновано применение одного многоканального устройства типа РДЗ-017М для линейных ячеек и локальных устройств типа РДЗ-012МТ для вводного и секционного выключателей.

В.И. Нагай, С.В. Сарры, А.В. Луконин, Д.С. Иванов, И.В. Нагай, И.С. Тишаков
В.В. Лагунов, А.С. Рыбников

Литература

1. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. – Энергоатомиздат, 2002. – 312 с.
2. Нагай В.И. Выбор и техническая реализация быстродействующих защит КРУ от дуговых коротких замыканий// Электро. – 2002.– № 1. – С. 35-39.
3. Нагай В.И. Быстродействующие дуговые защиты КРУ: современное состояние и пути совершенствования. – Новости Электротехники, №5(23), 2003. С. 48-52.
4. Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств/ М.В. Демьянович, А.И. Евреев А.И., А.В. Пименов и др.// Энергетик. – 2001. – №5 – С.24.
5. Коротков Л.В., Погодин Н.В. Быстродействующая оптическая система дуговой защиты ЗРУ 6–10 кВ// «Релейная защита и автоматика энергосистем 2000»: Тез. докл. XIV научно-технической конференции:– М.:ЦДУ ЕЭС России, 2000. – С. 48-49.
6. Калачев Ю.Н., Шевелев В.С. Устройство дуговой защиты для ячеек КРУ 6–10 кВ// Энергетик. – 2001.– №1. – С. 25-26.
7. Григорьев В.А., Милохин В.Е., Палей Э.Л. Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ// Энергетик. – 2002. – №2. – С.23-24.
8. Крылов И.П. Устройство быстродействующей селективной световой дуговой защиты БССДЗ-01/02// Сборник тез. докл. семинара-совещания начальников служб РЗА АО -энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО «ЕЭС России», РП «Южэнерготехнадзор», Пятигорск, 2001. – С. 112-114.
9. Середа Н.Н., Харитонов В.В. Применение фототиристоров для защиты сетей при дуговых коротких замыканиях. Материалы семинара «Новые комплектные электротехнические устройства». – М.: Московский Дом науч.-техн. пропаганды. 1990. С.53-57.
10. Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6-10 кВ./ В.И. Нагай, С.В. Сарры, М.М. Котлов и др. – Энергетик, №8, 2000. С.38-39.
11. Нагай В.И. Сарры С.В., Войтенко А.С. Релейная защита КРУ с контролем светового потока. – Промышленная энергетика, 2001, №11. С 32–36.
12. Нагай В.И., Сарры С.В., Войтенко А.С. Быстродействующие релейные защиты КРУ от дуговых коротких замыканий с оптико-электрическими датчиками// Электрические станции. – 2002. – № 3. – С. 55-59.

Дуговая защита КРУ 6(10) кВ

Дуговая защита в ячейках 6(10) кВ нужна для быстрого отключения самых опасных замыканий — дуговых. Данные повреждения в замкнутых пространствах ячеек сопровождаются возникновением повышенного давления и температуры, что в ряде случаев похоже на взрыв. Дуговые замыкания представляют наивысшую опасность для людей и оборудования и должны отключаться за минимально возможное время.

В настоящее время все ячейки КРУ 6(10) кВ с воздушной и твердой изоляцией должны оснащаться дуговыми защитами.

Так основное требование к дуговой защите это быстродействие, то и ее конструкция должна быть особой. В настоящее время в проектах в основном применяются оптические регистраторы, которые позволяют зафиксировать вспышку от дуги и сформировать выходной логический сигнал за несколько миллисекунд. Стоит отметить, что это время не является временем срабатывания дуговой защиты, о чем забывают некоторые фирмы-изготовители, указывая его в преимуществах своих устройств.

Полное время реакции дуговой защиты складывается из времен работы регистратора (1-10 мс) и подтверждения протекания аварийного тока (25-35 мс). Именно последнее время имеет определяющее значение потому, что в большинстве случае контроль по току осуществляется в стороннем устройстве (блоки РЗА вводов и СВ) и данный признак передается через дискретные входы/выходы цифровых устройств.

Кроме основных требований к РЗА (Б, Ч, С, Н) для дуговой защиты стоит обратить внимание на удобство монтажа, особенно в части оптических линий связи, а также контролю целостности оптического тракта. Большая длина волоконных линий, проходящих через несколько отсеков КРУ, также снижает надежность защиты из-за возможных механических повреждений.

На сегодняшний день стандартным исполнением дуговой защиты являются отдельные оптические регистраторы дуги в каждой ячейке КРУ, к которым подключаются 2-4 датчика (ВОД) для разных отсеков. Регистраторы фиксируют вспышку в конкретной ячейке и выдают сигнал срабатывания на центральный блок дуговой защиты, либо блоки РЗА вводов и СВ. Там проверяется наличие пуска по току и формируется сигнал отключения поврежденного присоединения, либо всей секции.

В целом логика и построение дуговой защиты зависит от конструкции ячеек КРУ и режимов работы подстанции. Основные сложности возникают при наличии на секции генерирующих присоединений, а также мощных двигателей, которые в режиме КЗ дают подпитку дуги, а следовательно должны быть отключены за минимальное время. 

Данные особенности нужно учитывать при проектировании систем дуговой защиты.

На рисунке

Дуговая защита типа ПРОЭЛ-МИНИ.

Разработчик НПП «Проэл», proel.spb.ru

 

Система дуговой защиты с возможностью срабатывания по токовому сигналу / Habr

В классическом понимании дуговая защита в России – это быстродействующая защита от коротких замыканий, основанная на регистрации спектра света открытой электрической дуги в КРУ, наиболее распространён метод регистрации спектра света посредством волоконно-оптических датчиков, применяется в основном в промышленном секторе, но с появлением новых продуктов в области дуговой защиты в жилом секторе, а именно модульных AFDD, работающих по токовому сигналу, позволяющих установить дуговую защиту на отходящих линиях, включая распределительные коробки, кабели, соединения, розетки и т.д., интерес к этой теме возрастает.

Однако про подробное и детальное устройство модульных изделий производители не очень-то распространяются (если же кто-то обладает такой информацией, буду только рад ссылкам на источники такой информации), другое дело системы дуговой защиты для промышленного сектора, с детальным руководством пользователя на 122 страницы, где подробнейшим образом излагается принцип действия.

Рассмотрим для примера систему дуговой защиты VAMP 321 от Schneider Electric, которая включает в себя все функции защиты от дуги, такие как токовая перегрузка и контроль наличия дуги.

Функционал

• Контроль тока в трёх фазах.
• Ток нулевой последовательности.
• Журналы событий, запись аварийных режимов.
• Срабатывание либо одновременно по току и свету, либо только по свету, либо только по току.
• Время срабатывания выхода с механическим реле менее 7 мс, с опциональной IGBT картой время срабатывания сокращается до 1 мс.
• Настраиваемые зоны срабатывания.
• Непрерывная система самоконтроля.
• Устройство может быть использовано в различных системах дуговой защиты распределительных сетей низкого и среднего напряжения.
• Система обнаружения вспышек дуги и дуговой защиты измеряет ток короткого замыкания и сигнал через каналы датчика дуги и в случае возникновения замыкания минимизирует время горения, быстро отключая подачу тока, питающего дугу.

Принцип корреляции матриц

При задании условий активации конкретной ступени дуговой защиты, к выходам матриц света и тока применяется логическое суммирование.

Если ступень защиты выбрана только в одной матрице, она работает либо по токовому условию, либо по световому, таким образом можно настроить систему на работу только по токовому сигналу.

Сигналы, доступные для контроля при программировании ступеней защиты:

• Токи в фазах.
• Ток нулевой последовательности.
• Линейные напряжения.
• Фазные напряжения.
• Напряжение нулевой последовательности.
• Частота.
• Сумма фазных токов.
• Ток прямой последовательности.
• Ток обратной последовательности.
• Относительное значение тока обратной последовательности.
• Отношение токов обратной и нулевой последовательностей.
• Напряжение прямой последовательности.
• Напряжение обратной последовательности.
• Относительное значение напряжения обратной последовательности.
• Среднее значение тока в фазах (IL1+IL2+IL3)/3.
• Среднее значение напряжения UL1,UL2,UL3.
• Среднее значение напряжения U12,U23,U32.
• Коэффициент нелинейных искажений IL1.
• Коэффициент нелинейных искажений IL2.
• Коэффициент нелинейных искажений IL3.
• Коэффициент нелинейных искажений Ua.
• Среднеквадратичное значение IL1.
• Среднеквадратичное значение IL2.
• Среднеквадратичное значение IL3.
• Минимальное значение IL1,IL2,IL3.
• Максимальное значение IL1,IL2,IL3.
• Минимальное значение U12,U23,U32.
• Максимальное значение U12,U23,U32.
• Минимальное значение UL1,UL2,UL3.
• Максимальное значение UL1,UL2,UL3.
• Фоновое значение Uo.
• Среднеквадратичное значение Iо.

Запись аварийных режимов

Запись аварийных режимов может быть использована для сохранения всех сигналов измерения (токи, напряжения, информация о состояниях цифровых входов и выходов). Цифровые входы также включают в себя сигналы дуговой защиты.

Запуск записи

Запись может быть запущена запуском или срабатыванием любой ступени защиты или любым цифровым входом. Сигнал запуска выбирается в матрице выходных сигналов (вертикальный сигнал DR). Также запись может быть запущена вручную.

Самоконтроль

Энергонезависимая память устройства реализована с использованием конденсатора большой ёмкости и оперативной памяти с низким энергопотреблением.

Когда дополнительный источник питания включён, конденсатор и оперативная память питаются от внутреннего источника. Когда источник питания отключен, оперативная память начинает получать питание от конденсатора. Она будет сохранять информацию до тех пор, пока конденсатор способен поддерживать допустимое напряжение. Для помещения с температурой +25С время работы составит 7 дней (высокая влажность снижает этот параметр).

Энергонезависимая оперативная память служит для хранения записей об аварийных режимах и журнала событий.

Функции микроконтроллера и целостность связанных с ним проводов на ряду с исправностью программного обеспечения, контролируются отдельной сетью самоконтроля. Кроме контроля, данная сеть пробует перезагрузить микроконтроллер в случае неисправности. Если перезагрузка не удалась, устройство самоконтроля подаёт сигнал на начало индикации о постоянном внутреннем повреждении.

В случае, если устройство самоконтроля обнаруживает постоянное повреждение, оно блокирует другие выходные реле (кроме выходного реле функции самоконтроля и выходных реле, используемых дуговой защитой).

Также контролируется внутренний источник питания. В случае отсутствия дополнительного питания, автоматически поступает сигнал о тревоге. Это означает, что выходное реле внутреннего повреждения находится под напряжением, если дополнительный источник питания включен и не обнаружено внутренних повреждений.

Осуществляется контроль центрального блока, устройств ввода/вывода и датчиков.

Измерения, используемые функцией дуговой защиты

Измерения тока в трёх фазах и тока замыкания на землю для дуговой защиты осуществляется электроникой. Электроника сравнивает уровни тока со значениями уставок срабатывания и выдаёт двоичные сигналы “I>>” или “Io>>” для функции дуговой защиты в случае превышения предела. В расчёт принимаются все составляющие токов.

Сигналы “I>>” и “Io>>” связаны с чипом FPGA, который осуществляет функцию дуговой защиты. Точность измерения для дуговой защиты составляет ± 15% на 50Гц.

Гармоники и общая несинусоидальность (THD)

Устройство вычисляет THD как процент от токов и напряжений на основной частоте.

Учитываются гармоники от 2ой до 15ой для фазных токов и напряжений. (17я гармоника будет частично учтена в значении 15ой гармоники. Это происходит из-за принципов цифрового измерения.)

Режимы измерения напряжения

В зависимости от типа применения и имеющихся трансформаторов тока, устройство может быть подключено либо к напряжению нулевой последовательности, линейному или фазному напряжению. Настраиваемый параметр “Режим измерения напряжения” должен быть установлен в соответствии с используемым соединением.

Доступные режимы:

“U0”

Устройство подключено к напряжению нулевой последовательности. Доступна направленная защита от замыкания на землю. Измерение линейного напряжения, измерение энергии и защиты по повышению и понижению напряжения не доступны.

“1LL”

Устройство подключено к линейному напряжению. Доступно измерение напряжения в одной фазе и защиты по понижению и повышению напряжения. Направленная защита от замыкания на землю не доступна.

“1LN”

Устройство подключено к одному фазному напряжению. Доступно измерения напряжения в одной фазе. В сетях с глухозаземлённой и компенсированной нейтралью доступны защиты по понижению и повышению напряжения. Направленная защита от замыкания на землю не доступна.

Симметричные составляющие

В трёхфазной системе, напряжения и токи могут быть разложены на симметричные состовляющие, согласно Фортескью.

Симметричными составляющими являются:

• Прямая последовательность.
• Обратная последовательность.
• Нулевая последовательность.

Контролируемые объекты

Данное устройство позволяет контролировать до шести объектов, таких как выключатель, разъединитель или заземляющий нож. Контроль может осуществляться по принципу “выбор-действие” или “прямой контроль”.

Логические функции

Устройство поддерживает программную логику пользователя для логических выражений сигналов.

Доступными функциями являются:

• И.
• ИЛИ.
• Исключающее ИЛИ.
• НЕ.
• COUNTERs.
• RS & D flip-flops.