Расскажем об основных принципах улучшения выполнения дуговой защиты на примере «Лайм» производства НПП «Микропроцессорные технологии».
Короткие замыкания (КЗ) внутри отсеков комплектных распределительных устройств (КРУ) 6-35 кВ сопровождаются возникновением открытой электрической дуги. Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7 000 — 12 0000С за время менее одного периода промышленной частоты. Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по ее ликвидации неминуемо приводит к их разрушению.
Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.
Обобщенная зависимость степени повреждения элементов КРУ от времени горения электрической дуги внутри ячейки представлена на рисунке 1.
Требования нормативных документов к защите КРУ
Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.
В итоге можно сформулировать следующее основное требование к защите ячеек КРУ от дуговых замыканий:
Полное время ликвидации КЗ не должно привышать 60 мс.
Необходимость дуговой защиты вызвана несовершенством токовой
Несмотря на требования пунктов ПУЭ п.3.3.31, п.3.3.42 о применении АПВ шин и АВР после ликвидации КЗ внутри отсеков КРУ, сегодня проектные организации и эксплуатирующие предприятия обоснованно сомневаются в необходимости выполнения этих требований и предпочитают блокирование АПВ шин и АВР при срабатывании дуговой защиты КРУ. Такое решение обосновано отрицательным опытом применения АПВ шин среднего напряжения у эксплуатирующих организаций. Обоснован ли этот подход? Обеспечивают ли существующие решения защит отключение дугового КЗ за время, в течение которого не возникает критичных повреждений внутри КРУ?
Токовые ступенчатые защиты не могут быть использованы в качестве быстродействующей защиты от дуговых замыканий вследствие больших значений выдержек времени на питающих присоединениях (обычно более 0,5 с).
С целью сокращения времени действия токовых защит на питающих присоединениях применяют логическую защиту шин (ЛЗШ), принцип действия которой основан на передаче блокирующих сигналов от устройств защиты отходящих присоединений. Однако, и в этом случае время срабатывания защиты превышает допустимое значение. Выдержка времени ЛЗШ обычно составляет не менее 100мс.
ЛЗШ обладает рядом недостатков:
- отсутствие срабатывания при КЗ в «мертвой зоне» отсека подключения кабеля вводной ячейки КРУ;
- возможные отказы ЛЗШ, связанные с излишним блокирование защиты в случае подпитки места КЗ от мощных синхронных электродвигателей (с целью устранения данного недостатка возможно применение более сложной схемы защиты с использованием цепей напряжения и контролем направления мощности на отходящих линиях);
- возможные отказы ЛЗШ в сетях с низкоомным резистивным заземлением нейтрали, в которых ток замыкания на землю при КЗ на корпус КРУ может быть меньше уставки токовой защиты.
Таким образом, ЛЗШ также не может быть использована в качестве быстродействующей защиты КРУ от дуговых замыканий.
Виды обычной защиты от дуговых замыканий
Одним из наиболее часто применяемых в настоящее время видов быстродействующей защиты от дуговых замыкания является оптическая дуговая защита, принцип действия которой основан на регистрации вспышки света внутри отсеков КРУ при возникновении электрической дуги.
Находящиеся в эксплуатации в настоящий момент времени устройства подобного класса обладают временами срабатывания от 6 до 25 мс. С учетом времени действия промежуточных реле 12 – 30мс и собственного времени отключения высоковольтного выключателя 10 – 90мс. Время ликвидации дугового КЗ обычными дуговыми защитами зачастую превышает безопасный порог в 50-60мс.
При этом конструктивные и аппаратные характеристики этих изделий подлежат дальнейшему совершенствованию. Например, общим недостатком является ломкость оптического волокна в связи с несовершенством конструкции датчика и методов его крепления.
Самая быстрая дуговая защита Лайм
Особняком в данном ряду стоит дуговая защита «Лайм», выпускаемая НПП «Микропроцессорные технологии». Собственное время срабатывания данного устройства не превышает 0,9 мс (с учетом времени действия выходных реле), что позволяет организовать действительно быстродействующую дуговую защиту энергообъекта. 0,9мс – лучший показатель в мире по сравнению с обычными дуговыми защитами.