Лекция 11. Дуговая защита. Логическая защита шин (ЛЗШ). Продольная и поперечная дифференциальная защита параллельных линий
Содержание лекции
1. Назначение дуговой защиты
Принцип действия различных устройств дуговой защиты
Устройства дуговой защиты
4. Рекомендации при монтаже дуговой защиты
5. Логическая защита шин (ЛЗШ).
6. Особенности устройства АПВ линий
7. Ускорение МТЗ при включении выключателя
8. Продольная дифференциальная защита линий
9. Поперечная дифференциальная защита параллельных линий
Назначение дуговой защиты
Комплектные распределительные устройства напряжением 6-10-35 кВ внутренней и наружной установки, являются одним из наиболее массовых элементов подстанций распределительных электрических сетей и станций, основным достоинством которых являются малые габаритные размеры, высокая степень готовности к монтажу и наладке. Ограниченное время отключения КРУ(Н) при внутренних КЗ через электрическую дугу не должно превышать 1 с, что связано с их 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.
При возникновении дугового перекрытия происходит прожигание металла стенок ячеек и перенос повреждения в соседние ячейки. Кроме того, при относительной герметичности современных ячеек и отсутствии разгрузочных клапанов внутреннее избыточное давление при КЗ не только разрушает аппараты, но и значительно деформирует корпус ячейки, что приводит и к механическому разрушению ячейки и ее элементов.
Последствия дугового (КЗ) в распределительных устройствах среднего напряжения могут быть очень тяжелыми. Дуговой разряд способен вывести из строя дорогое оборудование и вызвать продолжительные и дорогостоящие простои. Кроме того, электрическая дуга может нанести тяжелые травмы персоналу.
Причинами возникновения дуги могут быть: повреждение и старение изоляции, неисправность оборудования, неправильные соединения шин или кабелей, перенапряжения, коррозия, загрязнение, влага, ферромагнитный резонанс измерительных трансформаторов. К КЗ через дугу могут также приводить ошибки персонала. Воздействие большинства этих факторов можно предотвратить надлежащим техническим обслуживанием.
При обнаружении и минимизации последствий дугового разряда ключевым фактором является время. Дуговой разряд в течение 500 мс способен значительно повредить изоляцию и, таким образом, за 500 мс ячейка полностью выгорает. При длительности дугового разряда менее 100 мс повреждения часто имеют меньший масштаб, а если дуга устраняется меньше чем за 35 мс, повреждения почти незаметны.
Наибольшие разрушения ячеек КРУ происходят в результате дуговых замыканий в самих ячейках или на сборных шинах. Для предотвращения разрушения ячеек необходимо использовать один из вариантов построения дуговой защиты. С выходом 15-го издания ПТЭ применение быстродействующей дуговой защиты является обязательным в КРУ 6-10 кВ. (§5.4.19).
Существуют два основных вида дуговых защит:
- механическая дуговая защита настраивается на увеличение давления внутри объема ячейки в результате горения дуги – клапан, рамка...
- электронная дуговая защита настраивается на световой поток, появляющийся в момент возникновения дугового замыкания – фототиристор, фотодиод, оптоволокно (ВОД)).
Для исключения ложных срабатываний дуговая защита должна быть выполнена с контролем тока КЗ (пуск МТЗ) или снижения напряжения (пуск ЗМН).
Принцип действия различных устройств дуговой защиты
Реле защиты от дуги - это устройство, используемое для уменьшения повреждения оборудования и увеличения безопасности персонала. Устройство дуговой защиты обнаруживает дугу в распределительном устройстве. При обнаружении повреждения реле дуговой защиты отключает выключатель. Устройство дуговой защиты работает намного быстрее обычных систем защиты (МТЗ, ТО и т.д.).
Дуговая защита с помощью дугоуловителей и клапанов разгрузки. Для защиты отсека сборных шин по торцам секции КРУ устанавливаются дугоуловители (ДУ). При однорядном размещении двух секций КРУ дугоуловители устанавливаются между секциями. При возникновении в отсеке сборных шин шкафа дуга перемещается (не оставляя никаких следов) по сборным шинам в сторону от источника питания. Добравшись до торцевого шкафа секции, дуга попадает в дугоуловитель. На крыше ДУ установлен разгрузочный клапан с концевым выключателем. Клапан под действием избыточного давления газов, образующихся при горении электрической дуги, отбрасывается, – срабатывает концевой выключатель, выдавая сигнал на отключение вводного выключателя. Однако для дуговой защиты использование клапана в ячейке значительно ухудшает ее надежность. Клапанная дуговая защита как механическое устройство реагирует не на дугу, а на последствия дуги, и будет работать при достижении давления газов, достаточного для срабатывания, поэтому имеет определенные недостатки: недостаточную чувствительность и значительное время срабатывания.
Дуговая защита на фототиристорах. На секции КРУ фототиристоры дуговой защиты устанавливаются по два на одном кронштейне в линейном (кабельном) отсеке, в отсеке выключателя (трансформатора напряжения и т.д.) и в отсеке сборных шин в зависимости от применяемой конструкции КРУ. Фототиристор - это тиристор, перевод которого в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием.
Для управления фототиристором пригодны следующие источники излучения – электрические лампы накаливания, импульсные газоразрядные лампы, светодиоды, квантовые генераторы и др.
Фототиристоры устанавливаются таким образом, чтобы им просматривался защищаемый отсек. Действие фототиристоров различных отсеков, кроме отсека сборных шин, осуществляется на отключение собственного выключателя.
Для защиты отсека сборных шин фототиристоры устанавливаются, начиная со второго шкафа, далее через два шкафа на третьем. При возникновении КЗ в отсеке сборных шин фототиристоры по шинкам дуговой защиты подают сигнал на отключение вводного или секционного выключателя. Все фототиристоры подключаются к шинкам дуговой защиты параллельно.
Защита на основе волоконно-оптических датчиков Волоконно-оптические датчики (ВОД), установленные в отсеках высоковольтных шкафов и имеющие практически круговую диаграмму направленности, фиксируют световую вспышку от электрической дуги и передают ее по оптическому волокну в блок детектирования света устройства. При этом, устройство дуговой защиты формирует сигнал на отключение высокого напряжения от распредустройства, тем самым, защищая оборудование от разрушения.
Устройства дуговой защиты
Устройство быстродействующей селективной дуговой защиты БССД3-01/02, выпускаемое ЗАО «Промэлектроника» г. Саратов.
При появлении дуги в КРУ(Н), в зависимости от ее места возникновения, БССДЗ-01/02 без выдержки времени выдает сигналы на отключение линейной ячейки (селективное отключение), секции или трансформатора с высокой стороны. После факта отключения устройством БССДЗ-01/02 секции эксплуатационный персонал имеет возможность определить место возникновения дуги и, после осмотра и устранения причин возникновения дугового замыкания, ввести БССДЗ-01/02 вновь в работу.
Устройства дуговой защиты семейства ОВОД
Применение ОВОД-М устанавливается в релейных отсеках КРУ и КРУН или в любом месте помещения для КРУ. Максимальное расстояние от места установки устройства до защищаемой секции (ячейки или отсека) определяется длиной оптического кабеля ВОД и может достигать многих сотен метров.
Функциональные и эксплуатационные возможности дуговой защиты ОВОД-М:
1. автоматический контроль работоспособности оптоэлектронного тракта;
2. выдача команд на отключение выключателей трех ступеней силовых электрических цепей;
3. определение отсека ячейки КРУ, в котором возникла электрическая дуга;
4. одновременная защита двух секций;
5. минимум затрат при быстром монтаже устройства без изменений в конструкции ячеек КРУ.
Устройства дуговой защиты "ДУГА-МТ"
Область применения
- распределительные устройства напряжением 6-35 кВ;
- ячейки КРУ, КРУН, КСО;
- комплектные трансформаторные подстанции КТП, КТПСН, и т.п.
Назначение
- защита обслуживающего персонала от травм и повреждений вызванных открытой электрической дугой;
- минимизация или исключение разрушений в ячейках и секциях РУ;
- сокращение времени обнаружения и ликвидации последствий дугового замыкания;
- снижение затрат, связанных с нарушением электроснабжения.
Устройство "ДУГА-МТ" содержит:
- центральный блок «ДУГА-БЦ»;
- волоконно-оптические (ВОД) или фототиристорные (ФТД) датчики дуговых замыканий.
Устройство "ДУГА-МТ" обеспечивает селективное отключение выключателей вводов РУ; выключателей силовых трансформаторов; секционных выключателей и выключателей отходящих присоединений РУ.
Схемы от дуговых замыканий выполнены:
• с блокировкой по току,
• с блокировкой по напряжению,
• с блокировкой по току и по напряжению, что исключает ложную работу защиты.
Реле дуговой защиты ABB REA10. Оптоволоконная дуговая защита надежно не срабатывает при попадании прямых лучей солнечного света или при зажигании ламп накаливания мощностью 60 вт на расстоянии далее 10 мм.
Оптоволоконная дуговая защита в отличие от своих аналогов (КДЗ, ФДЗ, оптической защиты фирмы ABB), сохраняет работоспособность при потере напряжения питания в течение 0,5 с.
• Оптоволоконный датчик, петлевой или радиальный, или линзовый датчик для обнаружения электрической дуги
• Два быстродействующих полупроводниковых отключающих контакта
• Срабатывание по факту наличия только светового сигнала или в сочетании с быстродействующей регулируемой функцией максимального тока с возможностью измерения токов трёх фаз или тока двух фаз и нейтрали.
• Полное время срабатывания <2,5 мс
• Функция УРОВ (устройство резервирования отказа выключателя), т.е. задержка сигнала отключения для вышестоящего выключателя.
• Самоконтроль оптоволоконного датчика
Опасность больших повреждений и тяжелых последствий короткого замыкания, вызванных дугой, можно снизить с помощью быстродействующей системы дуговой защиты REA 101. Не только дуговые короткие замыкания, но даже и дуговые замыкания на землю с токами ниже нормального нагрузочного тока могут обнаруживаться и прерываться до того, как они перейдут в двух- или трехфазные короткие замыкания.
