Статья Повышение эффективности действия защит при дуговых замыканиях фазы на землю.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТ ПРИ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЯХ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ.

Предлагается техническое решение по повышению эффективности действия защит при дуговых замыканиях фазы на землю в сетях 6-10 кВ путём шунтирования повреждённой фазы и создания искусственного глухого замыкания на землю. Приводятся результаты экспериментального исследования сети при дуговом замыкании для подтверждения эффективности предлагаемых устройств.

Сети 6-10 кВ с изолированной нейтралью нашли широкое применение в системах электроснабжения собственных нужд (с.н.) электрических станций и промышленных предприятий. Однофазные замыкания на землю в таких сетях не являются короткими замыканиями и не требуют немедленного отключения повреждённого присоединения от сети, что и является их основным преимуществом. Однако полностью изолированной нейтрали свойственны весьма серьёзные недостатки, основным из которых является возможность возникновения перемежающихся дуговых замыканий на землю, сопровождающихся большой кратностью перенапряжений на элементах сети. Совместное воздействие заземляющей дуги и перенапряжений создаёт весьма тяжёлые условия для работы изоляции. Термическое действие дуги и воздействие перенапряжений зачастую однофазные замыкания на землю переводят в многофазные короткие замыкания или многоместные пробои изоляции на повреждённой фазе с групповым выходом из строя электрооборудования. По данным опыта эксплуатации 60-80 % однофазных замыканий в сетях 6-10 кВ развиваются в междуфазные короткие замыкания или многоместные пробои изоляции.

По действующим в настоящее время нормам основным средством защиты электрооборудования от последствий однофазных замыканий является дугогасящая катушка (ДГК), которая должна подключаться к одной из нейтральных точек сети 6 кВ, если ток замыкания на землю составляет 30 А и более согласно ПУЭ. Заземление нейтрали через ДГК предполагает сохранение всех преимуществ сети с изолированной нейтралью и устранение указанных выше недостатков за счёт уменьшения токов в месте замыкания и скорости восстановления напряжения на повреждённой фазе после погасания дуги. Однако желаемый эффект от применения ДГК достигается только в строго симметричных сетях (несимметрия не выше 0,75 %) и резонансной настройке катушки (расстройка не более 1-1,5 %). Отсутствие серийно выпускаемых промышленностью качественных авторегуляторов к катушкам и постоянное ухудшение резонансных характеристик сетей делает в сложившейся обстановке выполнение указанных условий практически невозможным. Попытка установить в сетях собственных нужд электростанций нерегулируемые дугогасящие устройства типа ТАДМ и УДТМ не дала положительных результатов из-за неизбежности варьирования в широких пределах параметров сети с.н. энергоблоков электростанций.

В связи с изложенным для повышения надёжности систем собственных нужд 6 кВ энергоблоков АЭС был разработан циркуляр /1/, предписывающий необходимость перевода сетей с.н. АЭС из режима с изолированной нейтралью в режим с частичным заземлением нейтрали через небольшое активное сопротивление 100 Ом. При этом улучшение условий работы электрооборудования с.н. электростанций должно было произойти за счёт глубокого снижения перенапряжений (до 2,2-2,4Uф) и повышения надёжности и селективности срабатывания релейной защиты от замыканий на землю, выполненной на реле РТЗ-51 (РТЗ-50, РТ-40/0,2). В дальнейшем, на основе опыта эксплуатации было установлено, что при глухих замыканиях фазы на землю и отключении повреждённого присоединения без выдержки или с небольшой выдержкой времени эффективность электроснабжения сети с резистивным заземлением нейтрали в целом повышается. Однако при дуговых замыканиях на землю (через перемежающуюся дугу) часто имеют место многоместные пробои изоляции, переходящие в междуфазные короткие замыкания, задержки в срабатывании релейной защиты, выполненной на базе электромеханических реле, повреждения с возникновением пожаров и т.д. Именно в этих условиях произошло сильное повреждение электродвигателя питательного электронасоса в сети с.н. 200 МВт Кураховской ТЭС, работающей с частично заземлённой нейтралью через активное сопротивление 130 Ом. Присоединение было оборудовано защитой от замыканий на землю с использованием реле РТЗ-51, работающей на отключение без выдержки времени.

В /2/ на основании анализа дуговых замыканий рекомендуется установка в нейтрали присоединительного трансформатора резистора величиной 400 Ом, что позволяет ограничить перенапряжения в сети до допустимого уровня и снизить вероятность перехода однофазных замыканий в междуфазные за счёт снижения при этом токов в месте замыкания. Экспериментальные исследования глухих замыканий, выполненные на физической модели 6 кВ и в сети с.н. электростанции с резистивным заземлением нейтрали показали, что при установке резистора величиной 400 Ом надёжность работы устройств релейной защиты не снижается, так как коэффициент чувствительности реле тока остаётся достаточно высоким, в пределах 10.

В /2, 3/ на основе результатов математического моделирования было показано, что при дуговом замыкании на землю в зависимости от величины пробивного напряжения количество пробоев дугового промежутка может составлять от 2 до15 за один период промышленной частоты при изменении среднеквадратичного тока замыкания от 40 до 170 А. Однако относительно большая величина среднеквадратичного тока замыкания на землю в условиях часто повторяющихся пробоев при малой длительности существования тока замыкания на землю I0 не может быть гарантией успешного срабатывания защиты от замыканий на землю, выполненной на базе обычных электромеханических реле даже при наличии резистивно заземлённой нейтрали, что и подтверждается в эксплуатации.

Поэтому предлагается техническое решение, заключающееся в автоматическом шунтировании повреждённой фазы при возникновении замыкания и переводе сети в режим искусственного глухого замыкания на землю. В качестве пускового органа устройства принято реле напряжения, реагирующее на напряжение нулевой последовательности 3U0 , которое даже при изолированной нейтрали и дуговых замыканиях всегда имеет достаточно большую величину среднего значения за период. Это подтверждается результатами эксперимента на физической модели 6 кВ.

1.Для условий с.н. электростанций при частичном заземлении нейтрали более целесообразно использовать резистор с сопротивлением 400 Ом. При этом перенапряжения ограничиваются до допустимого уровня, снижается активный ток в месте замыкания, объём разрушений и вероятность перехода однофазных замыканий в многофазные.

2.Для повышения надёжности действия защит предлагается все возникающие дуговые замыкания длительностью более 0,25 с автоматически переводить в глухие путём шунтирования повреждённой фазы на землю пофазно управляемыми выключателями с помощью устройства выбора повреждённой фазы, имеющего пусковой орган, реагирующий на напряжение нулевой последовательности 3U0 с контролем фазных напряжений.

"Повышение эффективности действия защит при дуговых замыканиях фазы на землю". Показать>>

Авторы:Сивокобыленко В.Ф., д-р техн. наук, Лебедев В.К., к.т.н. доц., Махинда Сильва, ст. 5-ого курса, Стеценко А.В.

Краткое содержание: Данная статья посвящена оценке эффективности действия защит при замыкании фазы на землю, а также выбору оптимальной величины резистора и поиску способа сокращения времени существования дуговых замыканий. /Тезисы научно-технической конференции "Управление режимами работи объектов электрических систем". - Донецк, 2000.