Дальнее резервирование отказов защит и выключателей в сетях 0,4 кВ

1. Дальнее резервирование отказов защит и выключателей в сетях 0,4 кВ
2. Группы условий срабатывания ДР
3. Дополнительная ступень ДР, выводы

Беляев А. В., Эдлин М. А.

Для сетей 0,4 кВ (в отличие от сетей более высоких напряжений) характерны большое влияние активных сопротивлений и сопротивления электрической дуги на значения токов коротких замыканий (КЗ), резкое снижение тока КЗ по мере удаления от шин 0,4 кВ питающей подстанции, а также сравнительно низкая надежность основных защитных аппаратов - автоматических выключателей. Поэтому проблема дальнего резервирования отказов защит и выключателей в сетях 0,4 кВ представляется весьма актуальной.

Резервирование защит отходящих от шин 0,4 кВ линий с помощью максимальных токовых защит трансформаторов 6(10)/0,4 кВ или вводных автоматических выключателей, установленных между трансформатором и шинами 0,4 кВ, как правило, не обеспечивается. Покажем это на примере сети, питающейся от трансформатора мощностью 1000 кВ-А, Uк -5,5%. Ток срабатывания указанных защит Iс. з. обычно находится в пределах 2Iн. т. - 5Iн. т. (где Iн.т. - номинальный ток трансформатора), условно примем среднее значение Iс.з = 3,5Iн.т. = 3,5 · 1445 = 5060 А. Определим зону действия этой защиты.

Суммарное значение , соответствующее надежному срабатыванию этой защиты,

где КчR - коэффициент чувствительности при КЗ через переходные сопротивления (с учетом электрической дуги в месте КЗ).

Это суммарное сопротивление можно представить в виде

где хс - индуктивное сопротивление питающей трансформатор системы, принимается равным 0, lx; X, и rх - индуктивное и активное сопротивления трансформатора, равные 8,6 и 2 мОм; хm и rm - индуктивное и активное сопротивления шин 0,4 кВ подстанции, принимаются равными 0,17 и 0,31 мОм; хк и rк - индуктивное и активное сопротивления кабеля 0,4 кВ до места КЗ, значение хк можно не учитывать, поскольку оно на порядок меньше rк; Rл - сопротивление переходных контактов и электрической дуги в месте КЗ, принимается равным 15 мОм.

Решая это уравнение относительно rк, получим rк=19,5мОм. По известному активному сопротивлению кабелей можно найти их длину, т.е. зону резервирования, в пределах которой рассматриваемая максимальная токовая защита может отключить трехфазное КЗ, табл. 1.

Таблица 1

Зона резервирования обычной МТЗ с уставкой 3,5Iн.т. для трансформатора мощностью 1000 кВ А, UK = 5,5%

Реальные длины кабелей в сети 0,4 кВ по условию падения напряжения могут быть в 5 - 15 раз больше соответственно для кабелей больших и малых сечений.

Таким образом, обычная максимальная токовая защита не обеспечивает резервирования защит и выключателей отходящих линий, и при отказе последних возможны загорания кабелей, пожары в кабельных каналах, полное и длительное погашение подстанции с остановкой соответствующего технологического оборудования и большим ущербом.

В 1975 г. в Атомтеплоэлектропроекте было разработано устройство дальнего резервирования отказов защит и выключателей для сетей 0,4 кВ атомных электростанций [1, 2], состоящее из набора серийно выпускаемых реле (два токовых реле, одно реле мощности, два промежуточных реле, реле времени и указательное реле), однако в схемах общепромышленных подстанций оно не применяется из-за большого количества используемой релейной аппаратуры, сложности расчетов и наладки, необходимости связей контрольными кабелями с защитой минимального напряжения, установленной со стороны питающей секции 6(10) кВ и не очень большой чувствительности, а также из-за его существенных недостатков - оно выводится из работы в период группового самозапуска электродвигателей и реагирует только на трехфазные КЗ.

Внедрение в практику релейной защиты цифровой техники позволяет выполнить дальнее резервирование на новых принципах, в основу которых положен непрерывный анализ текущих параметров сети и вычисление критериев, по которым можно однозначно идентифицировать возникновение КЗ в сети 0,4 кВ.

Алгоритм дальнего резервирования (авторы разработки М. А. Эдлин и А. В. Беляев), реализованный в блоке БМРЗ-0,4 производства НТЦ “Ме- ханотроника”, рассмотрен далее. Блок устанавливается на вводе. К нему подведены питание постоянным напряжением 220 В, цепи трансформаторов тока ввода и напряжения шин. Алгоритм состоит из трех независимых групп условий срабатывания дальнего резервирования (ДР), каждая из которых выдает команду на отключение выключателя ввода (или трансформатора).