В работе рассматриваются вопросы построения защит от замыканий на землю с селекцией внутренних повреждений. Определены возможные области применения различных типов защит в сетях с разными режимами нейтрали. Показаны варианты защит от замыканий на землю на базе разработок НИИЭ ЮРГТУ (НПИ), обеспечивающие селективное выявление повреждений на шинах и отходящих от них линиях.
Требуемый уровень надежности работы электроэнергетических объектов в существенной степени зависит от совершенства их релейной защиты, и, в частности, защит от замыканий на землю [1]. При этом одной из актуальных задач является включение в защищаемую зону шин, шинных мостов комплектных распределительных устройств, выключателей, замыкание на которых для всех устройств защиты будет внутренним (на рис. 1 показано пунктирной линией).
Рисунок 1 – Схема защищаемой сети 6–10 кВ
Существует несколько вариантов построения защит, действующих селективно при внутренних замыканиях на землю. Самой простой защитой является максимальная токовая защита на основе локальных устройств. Данная защита несвободна от недостатков: недостаточная чувствительность при замыканиях в сетях на присоединениях, сопоставимых по протяженности с суммарной протяженностью остальных линий, подключенных к шинам, неработоспособность при внутренних замыканиях на землю. Последнее может быть устранено при контроле всех органов тока. Подобный эффект может быть достигнут при построении защиты с использованием дифференциального принципа, когда при внутренних и внешних повреждениях справедливы соотношения:
Сумма I0i больше Iуст – при внутреннем замыкании (К1), Сумма I0i меньше Iуст – при внешнем (К2). Токовые направленные защиты также могут селективно действовать при внутренних замыканиях [2]. По направлению мощности на каждом присоединении определяется зона повреждения. Направление мощности к шинам по всем присоединениям свидетельствует о внутреннем замыкании. При наличии одного присоединения с направлением мощности от шин в линию замыкание является внешним и отключается защитой на поврежденном присоединении. Устройства защиты от замыканий на землю РНМ–03КИ2, РЕНОМ–04Л, разработанные в НИИЭ ЮРГТУ (НПИ), реализуют направленный принцип токовых защит. Устройства контролируют аргументы и модули первых и/или высших гармонических составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, что позволяет построить защиту от замыканий на землю в сетях как с изолированной нейтралью напряжением 6–35 кВ, так и в сетях иным режимом нейтрали с селекцией внутренних замыканий на землю. В устройствах предусмотрено также выявление перенапряжений при замыканиях на землю через перемежающуюся дугу.
Другим принципом построения защит с селекцией внутренних повреждений является принцип относительного замера токов, отходящих от секции шин присоединений. При внутреннем замыкании на землю по всем присоединениям протекает только ток, обусловленный собственной емкостью присоединения, в отличие от внешнего замыкания, когда по поврежденному присоединению протекает ток, обусловленный емкостью всей сети, кроме собственной емкости присоединения. Таким образом, возможно излишнее срабатывание защиты присоединения с наибольшим током при внутренних повреждениях. Выделение виртуального присоединения позволяет избежать излишнего срабатывания и выявлять внутренние замыкания на землю. Подобный подход построения защиты реализуется в модернизированной защите от замыканий на землю типа Реном–-04Т, разработанной в НИИЭ ЮРГТУ (НПИ).
Использование принципа наложения сигналов на защищаемую сеть позволяет обеспечить выявление внешних повреждений независимо от режима нейтрали сети, но также как и другие принципы построения несвободен от отказа при внутренних повреждениях. Контроль несрабатывания всех измерительных органов тока позволяет обеспечить селективное выявление внутренних повреждений. Подобное техническое решение также может быть реализовано на основе устройства типа Реном–04Т.