АДАПТИВНАЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ ЗАЩИТА НИЗКОВОЛЬТНЫХ КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДУСТРОЙСТВ

Беличенко Р.И.

Аспирант, ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

АДАПТИВНАЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ ЗАЩИТА НИЗКОВОЛЬТНЫХ КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДУСТРОЙСТВ

Аннотация

В статье рассматривается быстродействующая защита сборных шин низковольтных распредустройств, обладающая абсолютной селективностью. Основными компонентами защиты являются датчики тока и логическое устройство. Датчик тока выполнен на основе трансформатора с немагнитным сердечником, облегающим шину. Логическое устройство реализует алгоритм дифференциальной защиты с торможением от токов отходящих присоединений.

Ключевые слова: энергетика, релейная защита, комплектные распределительные устройства.

Belichenko R.I.

Postgraduate student, Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Education “Platov South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute)”

LOW VOLTAGE SWITCHGEARS ADAPTIVE HIGH SPEED PROTECTION

                                                                                            Abstract

The article considers high speed relay protection with absolute selectivity implementing for low voltage switchgears bus bars. The main components of relay protection are current transducers and logical device. The current transducers are based on transformers with nonmagnetic core fitting the bar The logical device realizes the algorithm of differential protection with restrain from the current of outgoing feeders. Keywords: electrical power, relay protection, assembled switchgear.

К низковольтным комплектным распредустройствам (КРУ) относятся установки напряжением 0,4 - 6 кВ электрических станций и распределительных подстанций, а также главные распределительные щиты

(ГРЩ) автономных энергосистем, в частности судовых. Во время эксплуатации электроустановок должна быть обеспечена быстрая и надежная защита от ненормальных режимов работы (от короткого замыкания или перегрузки).

Существующие защиты низковольтных сетей от таких режимов осуществляется автоматическими выключателями (автоматами) или предохранителями. Они строятся на принципе максимальных токовых со ступенчатой выдержкой времени. При этом выдержка времени защиты, установленной на присоединениях, питающих КРУ, может превышать одну секунду. Отключение тока короткого замыкания, величина которого составляет десятки кА на сборных шинах КРУ, с такой выдержкой времени может привести к непоправимым последствиям.

Особую опасность представляют дуговые замыкания, которые возникают через несколько десятков миллисекунд после металлического короткого замыкания. Металлическая закоротка либо перегорает, либо выталкивается из места КЗ электродинамической силой. Электрическая дуга устойчиво горит, поскольку максимальная токовая защита не срабатывает. В результате может возникнуть пожар, приводящий к значительному материальному ущербу. Единственной защитой, позволяющей отключать КЗ на сборных шинах без выдержки времени, является дифференциальная.

Одним из основных требований дифференциальных защит сборных шин яв­ляется выполнение датчиков тока с одинаковым коэффициентом преобразования. При этом, если учесть то обстоятельство, что на всех фидерах КРУ должны устанавли­ваться датчики тока, рассчитанные на номинальный ток наиболее мощного присо­единения, габариты датчиков тока могут оказаться недопустимо большими для ряда маломощных фидеров.  Установка традиционных трансформаторов тока в низковольтных КРУ не представляется возможным. С целью уменьшения габаритов датчиков тока предложен датчик, у которого вторичная обмотка располагается на сердечнике из немагнитного материала, облегающем токоведущую шину, в литературе известный как воздушный трансформатор тока (рис. 1)

 

Рис. 1. Комбинированный датчик тока.

1 – токоведущая шина; 2 - сердечник из немагнитного материала; 3 – измерительная обмотка; 4 – ферромагнитный экран; 5 – обмотка источника оперативного питания; 6 – усилитель-преобразователь; 7 – блок питания. Такой датчик обладает линейной зависимостью вторичного напряжения от первичного тока во всем диапазоне его изменения, поэтому дифференциальная защита, выполненная с применением таких датчиков, будет иметь токи небаланса значительно меньшие, нежели защита на трансформаторах тока, подверженных насыщению. К недостатку воздушных трансформаторов тока следует отнести появление наведенной ЭДС от внешних магнитных полей соседних шин. Применение ферромагнитного экрана позволяет снизить эти наводки, к тому же экран можно использовать в качестве сердечника трансформатора для питания оперативных цепей защиты. Таким образом, реализуется комбинированный датчик тока, содержащий измерительный канал и источник питания для электронных устройств защиты. Конструкция рассмотренного выше датчика тока позволяет устанавливать на каждом присоединении КРУ датчик соответствующего типоразмера, рассчитанный на номинальный ток присоединения, без изменения конфигурации и габаритов распредустройства. На рис.2 представлена структурная схема дифзащиты, построенной на базе датчиков тока, выполненных на номинальный ток фидера.

Рис. 2. Структурная схема дифзащиты с торможением от максимального селектора

Г – синхронный генератор; ДТ – датчик тока; АВ – автоматический выключатель; ДН – датчик напряжения; ОНМ – орган направления мощности; ССН – схема сравнения напряжений; ВО – выходной орган; МС – максимальный селектор.

К датчикам тока питающих присоединений ДТ1, ДТ2 подключены схемы сравнения напряжений ССН1 и ССН2 и органы направления мощности ОМН1 и ОМН2. Датчики тока питаемых присоедине­ний ДТ3 – ДТ5 включены по схеме максимального селектора МС, тормозной сигнал с выхода ко­торого подается на все схемы сравнения напряжений. Со схем сравнения напряжений и органов направления мощности подаются сигналы на выходные органы ВО1 и ВО2, которые дают команду на отключение автоматическим выключателям АВ1 и АВ2 питающих присоединений.

Для анализа поведения защиты рассмотрим случаи возникновения КЗ в наи­более характерных точках К1, К2, К3. При КЗ в точке K1 сигналы на выходах дат­чиков тока ДТ, ДТ2, пропорциональны токам КЗ, а сигнал на выходе максимального селектора пропорционален току подпитки фидера с максимальной крат­ностью IПОДП / IНОМ .

Указанные сигналы подаются на схемы сравнения напряжений, срабатывание которых происходит при условии:

                                       IР IT КТ IСР.О  ,

где IР и IT — рабочий и тормозной токи соответственно; КТ — коэффициент торможе­ния, выбирается из условия отстройки защиты от внешних повреждений с учетом погрешностей датчиков тока; IСР.О — начальный ток срабатывания защиты, который вводится для отстройки от погрешностей датчиков тока и каналов передач в номи­нальном режиме (рис. 3).

 

Рис 3. Тормозная характеристика защиты

При коротких замыканиях на любом из питающих присоединений в точке К2 защита блокируется одним из органов направления мощности. При КЗ на отходящем фидере в точке К3 все схемы сравнения надежно тормозятся и защита не срабатывает.

Литература

1. Минэнерго. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. 14-е изд. Энергоатомиздат, 1989. С. 288.
2. Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998. С.800.
3. Овчаренко Н. И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распре­делительных электрических сетей. Москва, 1999. С. 64.
4. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.648.
5. Дорошев К.И. Комплектные распределительные устройства 6-35 кВ. М.: Энергоиздат, 1982. С. 376 .
6. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Судостроение, С. 272.