Барвинченко Михаил Александрович

Электрическая сеть напряжением 6–10 кВ занимает большую ячейку в энергетике около 78% от всех линий электропередач. Большая часть этих линий используется для питания электродвигателей большой мощности, так же используется для питания трансформаторных блоков и состоит из кабельных линий электропередач, которые эксплуатируются в тяжелых условиях (влияние влаги, резких перепадов температур и высоких перенапряжений, что вызывается однофазными замыканиями на землю, (ОЗЗ)).

Перенапряжение ускоряет износ изоляции кабелей и оборудования, что в конечном счете ведет к его поломке.

Дуговое ОЗЗ является наиболее распространённым случаем. Продолжительное прохождение дуговых ОЗЗ, в конечном итоге приводит к межфазным замыканий, что влечет возгорание кабелей.

Пробои изоляции статора двигателя на металл в большинстве случаев происходит через дуговое замыкание и влечет за собой порчу не только обмотки, но и самого железа статора (так называемый пожар железа ).

Так же как и в кабелях это приводит, в конечном счете к между фазным коротким замыканиям, что влечет за собой ряд последствий. Хочу отметить, что вторичные пробои, которые в свою очередь возникают после появления ОЗЗ происходят в своей основе на двигателях, так как устойчивость их изоляции, как правило хуже изоляции ЛЭП и остального оборудования.

Большинство эксплуатационников, жалуются на многократные поломки двигателей, ссылаясь на высокую стоимость ремонтов и на простои оборудования во время ремонта. Также выделяют то, что защиты от между фазных КЗ отключают двигатели. Если принять к вниманию то, что эти КЗ возникают практически во всех случаях как следствие ОЗЗ, становиться понятно, что, при наличии надежной защиты от ОЗЗ, возможно предотвратить большинство случаев КЗ двигателей.

Все эти проблемы очень важны для современной энергетики и влекут серьезные последствия. Потому очень важен вопрос по разработке надежной защиты от ОЗЗ.

1. Актуальность темы

Зону возникновения повреждения определить с большой точностью при помощи стандартной защиты от ОЗЗ, невозможно, ко всему прочему она срабатывает после замыкания. При этом экстренное отключение поврежденного участка [ 2 ] не всегда есть правильно, так как это может повлиять на устойчивость системы.

Для того чтобы система была устойчива нужно искоренить случаи внезапного пробоя изоляции из-за ее износа, что в последующем приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Для этого очень важно разработать защиту, которая способна обеспечить постоянный контроль изоляции. Чтобы достичь таких результатов, нужно пересмотреть стандарты систем защит, изучение новых методов управления работой энергосистемы и изучение новых защит основанных на микропроцессорной технике. Сегодняшняя энергетика нуждается в надежной защите, для того чтобы производство электроэнергии было более надежным и самое главное дешёвым.

10 стр., 4664 слов

Релейная защита трансформаторов

... специальным регулятором коэффициента трансформации (АРКТ), воздействующим на РПН.. 3. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ Трансформаторы малой мощности до 750 кВ*А при напряжении 10 кВ и до ... применяются открытые плавкие вставки (ОП), а также управляемые предохранители. Недостатками защит трансформаторов, выполненных с помощью плавких вставок, являются: нестабильность их защитных характеристик, которая ...

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

  1. Изучение на математической модели системы, и проверка на данной модели надежности новых зашит.
  2. Учесть всегда имеющейся в сетях с изолированной нейтралью емкостных составляющих тока утечки.
  3. Оценка и сравнить с другими методами анализа надежности защит.
  4. Разработка алгоритмов срабатывания устройств защиты защищаемой системы.
  5. Провести всесторонние испытания физической модели устройства защиты.

3. Существующие разновидности защит от ОЗЗ

3.1 Защита нулевой последовательности (ЗНП)

ЗНП способна измеряет напряжение и работать на отключение линии с ОЗЗ, только тогда, когда одна линия отходит от сборных шин. Данный вариант, сравнивая с остальными обладает своими немаловажными качествами — высокочастотная составляющая в напряжениях нулевой последовательности [ 1 ] практически не проявляется, что дает преимущество в функционировании ее. К примеру, когда проявляется ОЗЗ, которое в последующем проходит перемежающимися и прерывистыми дугами. Также на срабатывание защиты, ни как не влияет дугогасящий реактор. Но когда присутствует связь с шинами то она будет применена как не селективная сигнализация (оповещать про проявление ОЗЗ в цепи при этом, не показывая поврежденного присоединения).

3.2 Ненаправленные токовые защиты

В определенных ситуациях надежность можно обеспечить, используя ненаправленную защиту нулевой последовательности.

Ток, в результате [ 6 ] которого реагирует ненаправленная защита нужно подстраивать, учитывая влияние ёмкостного тока присоединения. В большинстве случаев данные защиты беспомощны на присоединениях с высоким емкостным током.

Особое внимание вызывают ненаправленные защиты НП на относительном замере . Эта защита способна действовать, в момент возникнет ОЗЗ при возникновении напряжения НП, также способна сравнить токи НП защищаемого участка. Там где присутствует основная гармоника тока НП больше, является поврежденной. Данная защита не способна нормально срабатывать при использовании в линии дугогасящего реактора или же если мало присоединений к сборным шинам.

3.3 Направленные защиты

Направленная защита имеет больший диапазон в эксплуатации по сравнению с ненаправленной защитой, способная срабатывать на напряжения НП с гармоническими составляющими токов. Токи срабатывания у направленной защиты принимаются на много ниже, чем у ненаправленной защиты благодаря тому, что она изначально отстроена от собственных емкостных токов. В итоге направленная защита получается чувствительней и эффективней.

Структурная схема направленной защиты типа ЗЗП–1М

Рис. 1. Структурная схема направленной защиты типа ЗЗП–1М

Направленная защита имеет большое семейство устройств. К ним входят дистанционные защиты, которые способны срабатывать на проводимость цепи НП и на их отдельные составляющие. Так же здесь присутствуют устройства, реагирующие на направление мощности и величину тока НП. Так же в стадии изучения находятся защиты, срабатывающие на интервал произведения [ 3 ] мгновенных величин гармонических составляющих напряжения и тока НП. Большой проблемой этой защиты является сложность настройки уставок. Официально нет выбранного способа расчета уставок. На практике для того чтобы выставить уставки необходимо в начале установить минимальные уставки. В случае если защита срабатывает неправильно, то необходимо уставки огрублять до того времени пока защита не станет работать стабильно. Такой способ сильно снижает эксплуатацию данной защиты и понижает его эффективность. Изготовитель защит от ОЗЗ приводит максимальную чувствительность защит. Суть в том, что защита может воспринимать токи ОЗЗ около 0.2–0.3 А. Что по сути своей приводит к заблуждению эксплуатационников потому что не берет во внимание реальных условий работы защиты. Проблема заключается в присутствии небаланса реальной сети, т.е. в рабочей системе существуют сигналы, на которые реагирует защита как на ОЗЗ. При не учёте всех этих особенностей защита не может работать правильно. Именно потому важно изучение данной защиты.

13 стр., 6152 слов

Измерительные трансформаторы тока и напряжения (2)

... варметров, ваттметров, счётчиков активной и реактивной энергии, токовые цепи релейной защиты и автоматики. Трансформатор тока является источником тока, следовательно, вторичная обмотка выполняется с большим внутренним сопротивлением. Сопротивление приборов, ...

3.4 Защиты, фиксирующие наложенный ток

При наличии в системе дугогасящих реакторов (ДГР), применение направленных и ненаправленных защит является неэффективным способом. Отличный результат в данной ситуации дает применение защит, которые способны анализировать приложенный ток с частотой отличной от промышленной. К примеру, можно [ 5 ] привести подключение в нейтраль сети источник тока в 25 герц и анализировать токи с этой же частотой в защищаемых присоединениях.

Срабатывание защит системы в установившемся режиме ОЗЗ, а также и генераторов происходит благодаря приложенному току в 25 герц. В роле источника контрольного тока применяется электромагнитный делитель частоты. Его обмотка подключается последовательно с первичной обмоткой ДГР. С использованием в системе больше одного реактора, то включаются их выходы (предварительно соединенные со стороны земли) через выходную обмотку частотного делителя. В случаи с ЛЭП применяться полупроводниковые фильтровые реле тока с номинальным диапазоном в районе низких частот, присоединенных к кабельным ТТНП. Отличие по токовой частоте небаланса фильтра тока нулевой последовательности (50 Гц) и воздействующие величины (25 Гц) облегчает отстройку от небаланса и не допускает загрубение по току.

Защита с использованием <q>наложенного</q> тока

Рис. 2. Защита с использованием наложенного тока

(анимация: 7 кадров, 5 циклов повторения, 44.3 килобайт)

Отрицательной особенностью защиты, работающей на методе наложенного тока, есть воздействия на устойчивость работы защиты, увеличивая погрешностей трансформаторов тока НП которая увеличивается при понижении номинальной частоты; также возникает сложность с соединением вспомогательных источников тока, если присутствует в системе несколько ДГР, расположенных на разных объектах; при наличии внешних перемежающихся дуговых ОЗЗ тяжело отстраивать от естественной гармонической составляющей, из-за них диапазон тока зависит от способа заземления нейтрали и от установок сети; необходимость присоединения источника наложенного тока , что сильно усложняет схему первичной коммутации; расположении точки ОЗЗ и многое другое.

9 стр., 4074 слов

Защита телефонных сетей от злоумышленников. Борьба с телефонным пиратством

... система оснащена сервером защиты, в задачу которого входит ... по телефонным линиям с защитой. Пользователи получили аппаратные ключи для входа в систему, сеть оборудована устройством управления доступом, включенным перед устройством удаленного доступа. Кроме того, ...

3.5 Абсолютного и относительного замера

Самыми распространенными защитами в рассматриваемых системах 6–10 кВ, являются токовые защиты абсолютного замера, работающая на анализе уровня высших гармоник в токах рассматриваемой системы и сопоставляет его с заданной уставкой. А защита относительного замера, работает на сопоставлении уровней высших гармоник в токах НП всех присоединениях рассматриваемой цепи.

Защиты абсолютного замера не является надежной в случае переменчивости состава и уровня высших гармоник в токах НП, что является нормой для сетей 6–10 кВ работающих предприятий.

4. Современные микропроцессорные устройства релейной защиты 6— основные достоинства и недостатки

Сегодняшние проекты в сфере микропроцессорной техники дали возможность усовершенствовать релейную защиту и автоматику, они являются надежной заменой существующих электромеханических защит.

Самым большим достоинством данной защиты, является многофункциональность. МП способны измерять основные электрические значения. То есть МП защиты будут отличной заменой не только защитных устройств, но и измерительного оборудования.

К примеру, защитный терминал сети 110 кВ вполне качественно работает в роле дистанционной защиты, токовой направленной защиты НП, но и выполняет замер электрических величин. На устройстве располагается ЖК-дисплей, где отображается вся необходимая информация.

Также МП-устройство обладает одной хорошей функцией, такой как отображение мнемосхемы присоединений. Она дает возможность видеть положение коммутационных аппаратов и заземляющих устройств.

Можно также подчеркнуть, что МП-устройства возможно присоединить устройства управления, как автоматикой, так и защитой оборудования, что позволяет проводить анализ состояния оборудования на расстоянии. Также данное устройство разрешает осуществлять коммутации на расстоянии без участия работающего персонала.

Несмотря на многочисленные преимущества, у МП-защит есть и некоторые недостатки. Один из существенных недостатков данного типа защит — достаточно узкий диапазон рабочих температур. Поэтому в помещениях, где расположены щиты управления оборудованием (в данном случае укомплектованных микропроцессорными устройствами РЗА) необходимо обеспечить оптимальные климатические условия. В зимний период — это достаточный обогрев помещения, а в период высоких температур — наличие кондиционеров.

В противном случае, при нарушении [ 4 ] установленного диапазона рабочих температур, МП-устройства могут работать некорректно, что может повлечь за собой возникновение аварийных ситуаций.

Из этого следует, что при планировании замены электромагнитных устройств защиты на микропроцессорные, обязательным условием является обеспечение оптимальных климатических условий в помещении, где планируется их установка. Это в свою очередь влечет за собой дополнительные расходы.

3 стр., 1273 слов

Защита распределительных электрических сетей

... конструкций используются заводские трубы, опоры линий электропередачи или металлические порталы открытых распределительных устройств. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом ... (1.8) где Ев допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м. Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода ...

В этом отношении электромеханические устройства РЗА имеют преимущество, так как их диапазон рабочих температур значительно шире.

Еще один существенный недостаток МП-защит заключается в том, что при потере оперативного тока, осуществляющего питание данных устройств, или при сбое в программном обеспечении, оборудование электроустановки остается без защиты. В данном случае при возникновении короткого замыкания на одном из участков сети может произойти повреждение электрооборудования (если нет резервирующей защиты).

В то время как устройства защиты электромеханического исполнения, токовые цепи которых непосредственно воздействуют на соленоид отключения привода выключателя, отключают выключатель в любом случае, в том числе и при отсутствии оперативного тока.

Выводы

Исходя из всего сказанного, становиться очевидным важность исследования новых систем защиты от ОЗЗ в сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью. Потому в моей магистерской работе лежит вопрос исследования новых высокоэффективных защит в сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/napravlennyie-tokovyie-zaschityi/

  1. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Математическая модель для исследования переходных процессов при замыкании фазы на землю в сетях 6–10 кВ. Сборник научных трудов ДонГТУ, Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4 — Донецк, ДонГТУ, 1999. — С. 221–226.
  2. Циркуляр Ц–01–88 О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС
  3. Шабад М.А. Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов, Ленинград, Энергоатомиздат, 1987.
  4. Правила устройства электроустановок. — М. Энергоатомиздат, 1985. — 640 с.
  5. Журахівський А.В., Кенс Ю.А., Мединський Р.В., Засідкович Н.Р. Особливості розрахунку напруги зміщення нейтралі трифазних електромереж. Збірник наукових праць Донецького Національного Технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”, випуск 50: Донецьк: ДонНТУ, 2002. с.(102–106).

  6. Шуин В.А. Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6–10 кВ. — НТФ «Энергопрогресс» 104с. ил. [Библиотечка электротехника: Вып. 11 (35)]
  7. M. Muhr, R. Strobl, R. Woschitz. Entladestrommethode — Ein Prufverfahren fur kunststffisolierte Mittelspannungskabel.