Устройство для отключения линии с замыканием на землю в сети с изолированной нетралью

• 1.    Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности.

• 2.    Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности.

• 3.    Направленные защиты, реагирующие на составляющие промышленной частоты тока и напряжения нулевой последовательности.

• 4.    Защиты, фиксирующие «наложенный» ток с частотой, отличной от промышленной.

• 5.    Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности, возникающие естественным путём.

• 6.    Защиты, реагирующие на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности в переходном процессе ОЗЗ.

Материалы и методы. Объектом исследования являлись линии электропередач сельскохозяйственного назначения напряжением 6, 10 и 35 кВ. Электрические сети 6…35 кВ включают трансформаторы 35/10 (6) кВ или 110/35/10 (6) кВ, трехпроводные воздушные или кабельные линии электропередачи и потребительские трансформаторы. Реже всего в сельской местности питание потребителей осуществляется по кабельным линиям. В таких линиях фазы относительно земли имеют большую емкость, что приводит к достаточно тяжелым последствиям при замыканиях на землю. В сельской местности преимущественно чаще прокладывают воздушные линии электропередачи 6 – 10 кВ, выполненные неизолированными сталеалюминиевыми или алюминиевыми проводами марки АС и А.

В сетях с изолированной нейтралью повреждение изоляции одной или нескольких фаз относительно земли не является аварийным режимом, но последствия от таких повреждений могут быть самые тяжелые.

Повреждения изоляции в электрических сетях возникают чаще всего по следующим причинам:

• -    естественное старение изоляции линий и аппаратов;

• -    загрязнение изоляции бытовыми и промышленными выбросами. Быстро выходит из строя загрязненная влажная изоляция, если не производится своевременная ее чистка. Для чистки изоляции необходимо выводить элементы сети в ремонт;

• -    механические повреждения опор и изоляции. В сельской местности опоры повреждаются при наездах механизмов. Изоляция чаще всего разрушается из-за актов варварства и по незнанию элементарных правил работы линий электропередачи;

• -    ошибочные действия оперативно-ремонтного персонала. Ошибки персонала наблюдаются при нарушении правил включения линий после ремонта, при выводе в ремонт, при умышленном нарушении блокировок от неправильных операций с аппаратами сетей;

• -    атмосферные перенапряжения. Грозовые перенапряжения приводят к авариям чаще всего в тех случаях, когда отсутствуют или вышли из строя средства грозозащиты;

• -    падение деревьев на провода линий электропередачи при сильно ветре и при лесорубных работах;

• -    нарушение габаритов линий электропередачи. Периодически в эксплуатации перетягивать провода, тогда при низкой температуре окружающего воздуха они не приблизятся на опасное расстояние до земли. Резко уменьшаются габариты при гололеде. Плавка гололеда обычно производится подачей пониженного напряжения на закороченный участок линии;

• -    ошибки монтажа. В процессе монтажа может быть нарушена технология соединения проводов и их крепления к изоляторам, не установлены виброгасители. При монтаже необходимо выдерживать расчетную стрелу провеса воздушных линий электропередачи.

В таблице 1 представлена некоторая статистика из исследований авторов.

Таблица 1 – Процент повреждений, приходящихся на разные типы внешних воздействий

Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью практически не сказываются на работе потребителей, но вызывают усложнение работы самой электрической сети. На этом основании можно выделить последствия длительного протекания токов замыкания на землю [7]:

• -    от выделяющегося тепла ослабляются крепления крюков на деревянных опорах, увеличивается вероятность возгорания;

• -    возможно термическое разрушение железобетонной опоры. Нередко такие разрушения выявляются при замене вязки или изолятора, когда в момент подъема электромонтера на высоту, железобетонная опора падает на землю. Чтобы исключить такие явления в электрических сетях, опоры, через которые протекал ток замыкания на землю, маркируются, выбраковываются и при капитальных ремонтах должны заменяться. С такой практикой можно согласиться при неполных замыканиях на землю, когда на поврежденной фазе напряжение отлично от нуля и изменяется с течением времени. Когда же замыкание полное, и напряжение в течение времени поиска повреждения не изменяется, то можно утверждать, что деструктивных изменений подземной части железобетонной опоры не происходит. Такая опора может оставаться в эксплуатации;

• -    от увеличения напряжения на неповрежденных фазах выходят из строя трансформаторы напряжения на подстанциях, особенно при появлении резонансных напряжений, когда резко возрастают токи намагничивания;

• -    прикосновение или приближение к опоре с поврежденной изоляцией приводит к гибели людей и животных от воздействия шагового напряжения и напряжения прикосновения. Этого следует опасаться и при отыскании места замыкания на землю работниками электрических сетей;

• -    увеличение напряжения на неповрежденных фазах может привести к повреждению изоляции другой фазы в другой точке, при этом возникает двойное замыкание на землю. Двойные замыкания на землю вызывают протекание больших токов между двумя фазами через землю, тогда релейная защита отключает одну или две линии, и у потребителей нарушается электроснабжение;

• -    наличие высших гармонических составляющих в токе замыкания на землю отрицательно сказывается на работе радио и телефонной связи.

Обсуждение. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью не отключаются релейными защитами линий из-за малых емкостных токов, такое повреждение только сигнализируется на питающей подстанции за счет изменения фазных напряжений. На отыскание и локализацию повреждения в электрических сетях отводится в среднем два часа, а иногда отыскивают десятки часов. За это время соединение фазного провода с землей представляет угрозу для жизни людей и животных, приближающихся к проводу, лежащему на земле, или к опоре с поврежденной изоляцией. Поэтому желательно быстро отключать линию с замыканием на землю, особенно, если линия проходит по населенному пункту.

Коллективом авторов разработано устройство для отключения линии с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью [6]. В результате технического применения данного устройства повысится безопасность эксплуатации электрической сети. В связи с тем, что при появлении на питающей подстанции сигнала «ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ» сработает программное реле времени (рис. 1, поз. 17), которое через промежуточные реле и выключатели (рис. 1, поз. 1, 2) начнет поочередно отключать все линии (рис. 1, поз. 3, 5), подключенные к шинам питающей подстанции (рис. 1, поз. 4). И если на линии отсутствует однофазное замыкание на землю (рис.1, поз. 6), то автоматическое повторное включение (АПВ) восстановит питание потребителей. Если же при отключении линии замыкание на землю исчезает, то сработает запрет АПВ и линия останется отключённой, то есть не будет представлять опасности. Само устройство отличается от аналогов тем, что к шинам подстанции присоединяется трансформатор напряжения (рис. 1, поз. 10), ко вторичной обмотке которого, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 1, поз. 10.3), подключено реле напряжения (рис. 1, поз. 11) с замыкающими (рис. 1, поз. 11.2) и размыкающими контактами (рис. 1, поз. 11.3). К источнику переменного оперативного тока (рис. 1, поз. 8) подключено программное реле времени (рис. 1, поз. 17) и однофазный двухполупериодный диодный мост (рис. 1, поз. 14), положительный полюс которого (рис. 1, поз. 17) через замыкающие контакты реле напряжения соединен с входом реле времени, а к выходам в цепи управления каждого силового выключателя присоединены последовательно соединенные зарядное сопротивление и связанный с отрицательным полюсом диодного моста (рис. 1, поз. 16) конденсатор. Параллельно конденсатору подключены последовательно соединенные пороговый орган и катушка промежуточного реле. Катушка имеет первый замыкающий контакт, шунтирующий контакт «отключить» ключа управления, и второй замыкающий контакт, подключающий через размыкающий контакт реле напряжения к выходам диодного моста в цепи управления каждого выключателя указательное реле. Размыкающие контакты данного реле включены в рассечку цепочки из последовательно соединенных катушки реле времени АПВ и третьего размыкающего вспомогательного контакта силового выключателя. На рисунке 1 представлена схема подключения цепей к шинам подстанции.

Рисунок 1 – Устройство для отключения линии с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью

Выводы: Разработанное устройство предлагается использовать на электрических подстанциях в сетях с изолированной нейтралью 6...35 кВ с целью обеспечения автоматического выбора и отключения только той линии, на которой произошло замыкание.