Защита ячеек КРУ
При защите комплектных распределительных устройств от короткого замыкания, сопровождающегося с самого начала открытой дугой используются средства защиты, реагирующие на открытую дугу. То есть система дуговой защиты предназначена для быстрого отключения комплектных распределительных устройств и применяется дополнительно к средствам релейной защиты увеличивая ее быстродействие.
Эксплуатирующей организации, не так страшен сам факт короткого замыкания в конце концов сработает релейная защита и отключит место повреждения. Самое страшное это горение дуги, потому что оно сопровождается высокой температурой, образованием давления внутри ячейки, что может привести к её разрыву, пожару, повреждению цепей управления, потерей оперативного тока со всеми вытекающими последствиями. И основную роль в препятствовании и предотвращении этого играет дуговая защита.
Одновременно с этим, в силовых ячейках, кабельных линиях, силовых конденсаторах и трансформаторах при их работе существуют ионизационные процессы, которые приводят к появлению коронных разрядов и постепенному ухудшению изоляции (твердой или жидкой). При длительном воздействии ионизации и коронного разряда даже слабой интенсивности, происходит локальный нагрев изоляционного материала, ухудшение его изолирующих свойств. Далее (если не предпринимать никаких мер), этот процесс развивается весьма непредсказуемо и с различной длительностью протекания.
Как показывают многолетние наблюдения обслуживающего персонала предприятий электрических сетей, примерно в 90 случаях из 100, по истечению небольшого промежутка времени в этих местах и устройствах происходят аварии или аварийные ситуации.
По состоянию на сегодняшний день основной системой защиты в ячейках является клапанная защита, которая срабатывает от повышения давления внутри не герметичной ячейки, что происходит при токах дуги около 3500 А. Срабатывание этой системы защиты происходит после сильного повышения температуры (до значений от 2000 до 3000°С) внутри ячейки, что предотвращает только взрыв ячейки, но не её выход из строя, после чего необходим или капремонт или замена ячейки на новую. В связи с вышеизложенным, в дальнейшем данный тип зашиты мы рассматривать не будем.
Основным предложением зарубежных и отечественных производителей является фототиристорная система защиты, которая будет рассматриваться далее и с которой будет сравниваться система «Квант – ДИЗП» .
Важнейшими основными параметрами , характеризующими эффективность той или иной системы дуговой защиты являются следующие:
- чувствительность системы, характеризующаяся минимальным током дугового разряда, при котором срабатывает система и выдаётся команда на отключение ячейки;
- быстродействие системы, характеризующееся временем от начала обнаружения дугового разряда до времени выдачи электрического сигнала на отключение ячейки;
- надежность обнаружения и срабатывания системы, или её защита от ложного срабатывания ;
- ликвидация последствий дугового разряда в ячейке, основным из которых на сегодня является возгорание диэлектрических материалов, служащих изоляцией высоковольтных вводов ячейки;
- время работоспособности системы, в случае отключения напряжения питающей сети.
Рассмотрим каждый из перечисленных параметров, характеризующих существующие системы защиты:
Минимальным током разряда, вызывающим срабатывание для фототиристорных систем защиты, согласно их рекламной информации являются токи не более 500 А. Однако в перечне технических параметров такого параметра нет, а есть его косвенная характеристика –это освещенность в ячейке, создаваемая дуговым разрядом, при которой происходит превышение выставленного «порога» (учитывающего фоновую засветку) и срабатывание «светового канала».
Значение этого параметра указывается на уровне 1000 лк – это для проверки системы от фотовспышки, а на объекте устанавливается «порог», определяемый факторами внешней засветки: солнечным светом, лампочкой и т.п. Конкретная величина этого порога в единицах освещенности не приводится - т. е. это уже «проблема» потребителя этой системы.
Одновременно с этим, для обеспечения защиты от ложного срабатывания, в данных системах используется дублирование – или наличие «второго» фактора. Таким фактором выбрано увеличение (одновременно с появлением световой вспышки)тока в силовых цепях ячейки.
Формирование первичного сигнала о значительном и относительно длительном повышении тока в силовых цепях ячейки производится с помощью токовых трансформаторов , по каждой фазе.
При рассмотрении быстродействия рассматриваемой фототиристорной системы защиты, очевидно, что оно определяется быстродействием каждого из двух рассмотренных каналов (факторов): «светового» и «токового». Время срабатывания системы по световому каналу равно от 4 до 20 мс. Время срабатывания системы по токовому каналу получается у всех систем значительно больше. При токах дуги от 500 до 1250 А оно равно 150 – 200 мс. В зарубежных системах заложено дополнительно срабатывание от длительного (до 1 сек.) повышения тока в силовых цепях, при токе дуги от 250 до 500 А и наличии световой вспышки не менее 1000 лк.
Ликвидация последствий дуги или одновременное гашение дуги в указанных системах защиты не предусмотрено.
Время работоспособности фототиристорных систем защиты при пропадании напряжения питающей сети не превышает значений 0,35 – 1 сек.
Анализ недостатков существующих фототиристорных систем защиты.
Существующая фототиристорная система типа «Овод-М» построена по «фотометрическому» принципу с порогом срабатывания в единицах освещенности около 1000 лк. Её рабочий оптический диапазон находится в «ближней» ИК –области (конкретных данных не указывается), при этом «захватывая» и видимую часть излучения дуги. В связи с таким выбором спектра, существует проблема компенсации паразитной «засветки» в 10 - 14 ячейках, фон естественной освещённости в которых очень сильно отличается друг от друга. В итоге, при попытках компенсировать естественный, постоянно меняющийся фон, получается, что для надёжного срабатывания системы (ориентируясь на самый высокий уровень фона) – необходимо уменьшать чувствительность системы, тем самым снижая скорость обнаружения дуги.
В результате фототиристорная дуговая защита обладает следующими серьезными недостатками при её эксплуатации :
- ограниченным обзором пространства, из-за чего в одной ячейке устанавливают от 4-х до 6-и фототиристоров;
- достаточно высоким порогом срабатывания (из-за электромагнитных наводок);
- присутствием в зоне возможной дуги электронных компонентов (фототиристоров);
- сложностью организации контроля исправности фототиристоров;
- возможностью ложной работы из-за токов утечки при параллельном соединениии 4-6 фототиристоров, а также при попадании солнечного света или при включении сета ламп освещения отсеков КРУ.
Система типа «REA-101», также построена по «фотометрическому» принципу, при этом оптические датчики выполняют роль дополнительной информации о наличии дуги (порог срабатывания в единицах освещённости в паспортных данных - не приводится). Основными датчиками возникновения (наличия) дуги являются токовые трансформаторы, для которых указаны следующие пределы (диапазоны) работы:
а)Ток продолжительностью до 1 сек. – от 200 А до 500 А;
б)Ток продолжительностью до одной полуволны - 1250 А.
Для срабатывания системы должны произойти одновременно: стабильное увеличение тока
(т.е. «продолжительный ток») в указанных пределах и увеличение светового потока выше порогового. В итоге быстродействие системы определяется временем срабатывания токового трансформатора для указанных диапазонов изменения токов, с учетом установленного порога срабатывания системы защиты .
Согласно проведенным исследованиям в ФГУ НИИ энергетики РФ , приводятся параметры протекания процесса дугового разрядав ячейке , указанные на графике.
