Реле и устройства защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ разработки и производства АО ЧЭАЗ
20.12.2024
Реле и устройства защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ разработки и производства АО ЧЭАЗ
Согласно статистическим данным, однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) составляют до 80% всех повреждений в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. Несмотря на то, что такие повреждения в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью не приводят к немедленному отключению потребителей, их своевременное обнаружение и локализация имеют критическое значение для предотвращения перехода в междуфазные короткие замыкания и обеспечения надежности электроснабжения. В связи с усилением требований к технологической независимости отечественной энергетики, реле и устройства защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю Чебоксарского электроаппаратного завода (АО «ЧЭАЗ») приобретает особую значимость как проверенное временем решение для защиты распределительных электросетей.
Технические решения АО «ЧЭАЗ» для защиты от однофазных замыканий на землю
Сигнализирующие устройства серии УСЗ
Реле типа УСЗ-2/2
Реле сигнализации однофазных замыканий на землю типа УСЗ-2/2 предназначено для использования в схемах релейной защиты и автоматики энергетических систем для селективной сигнализации ОЗЗ в кабельных сетях 6-10 кВ с компенсированной нейтралью. Установка производится на головных участках, отходящих от шин станций и крупных подстанций, на промежуточных подстанциях и распределительных пунктах с использованием кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) типов ТЗ, ТЗЛ, ТФ и др.
Принцип действия реле основан на анализе содержания высших гармоник в токе нулевой последовательности. При однофазных замыканиях уровень высших гармоник у поврежденного присоединения существенно превышает аналогичные значения в неповрежденных присоединениях независимо от режима компенсации электросети. Для надежной работы реле используется спектр высших гармоник в диапазоне от 50 до 2000 Гц.
Ключевые технические характеристики УСЗ-2/2:
- Номинальное напряжение питания: 110, 220 В DC
- Уставки по току срабатывания: 25, 50, 100, 250 А
- Коммутационная способность контактов: 50 Вт DC (индуктивная нагрузка с τ=0,005 с), 300 ВА AC (cosφ≥0,5)
- Термическая устойчивость: 26 А в течение 1 с
- Погрешность тока срабатывания при изменении температуры от -40 до +55°С: не более +25%, -20%
- Степень защиты оболочки: IP40 по ГОСТ 14254-2015
Особое внимание при монтаже реле УСЗ-2/2 следует уделить правильному заземлению металлической брони кабелей. Неправильное выполнение заземления нарушает принципы действия защиты и может привести к неселективному срабатыванию или отказу от срабатывания.
Реле типов УСЗ-3 и УСЗ-3М
Для оперативного поиска поврежденных участков в условиях отсутствия стационарных ТТНП, ЧЭАЗ производит аппараты типов УСЗ-3 и УСЗ-3М. Реле типа УСЗ-3 предназначено для использования совместно с токоизмерительными клещами типа КЭ-44, а реле типа УСЗ-3М - для работы с трансформаторами тока нулевой последовательности.
При появлении общего сигнала «земля» устройства поочередно подключаются ко всем присоединениям. Поврежденным считается присоединение, при подключении к которому показание прибора будет наибольшим при одном и том же положении регулировочной ручки.
Технические параметры УСЗ-3/УСЗ-3М:
- Чувствительность (УСЗ-3): 18-100 мкА в зависимости от частоты и уставки
- Чувствительность (УСЗ-3М): 3-611 мкА в зависимости от частоты и уставки
- Рабочий диапазон температур: от -40°C до +40°C (УХЛ4), от -10°C до +45°C (О4)
- Погрешность показаний: не более ±40%
- Средний срок службы: 12 лет
- Масса: не более 0,65 кг (УСЗ-3), не более 1,0 кг (УСЗ-3М)
Защитные устройства с функцией отключения
Реле типа ЗЗН
Реле защиты при однофазных замыканиях на землю типа ЗЗН предназначено для селективного отключения защищаемого присоединения при ОЗЗ в сетях напряжением 2-10 кВ. Защита работает как в сетях с изолированной нейтралью, так и в сетях с нейтралью, заземленной через активный резистор, а также в сетях с частичной компенсацией емкостного тока сети.
Принцип действия основан на определении направления мощности нулевой последовательности. Входные ток 3I₀ и 3U₀ преобразуются в прямоугольные единичные сигналы равной амплитуды, отличающиеся "знаком" в зависимости от угла между исходными сигналами. После суммирования и выпрямления на выходе фазочувствительного органа получается:
- При КЗ в зоне действия защиты (0°<φ<180°): постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде входного сигнала
- При КЗ вне зоны действия защиты (180°<φ<360°): напряжение, равное 0
Ключевые технические параметры ЗЗН:
- Номинальное напряжение питания: 100 В AC
- Номинальное напряжение цепей напряжения: 100 В
- Токи срабатывания: 0,07±0,02 А (уставка 1), 0,25±0,05 А (уставка 2), 2,5±0,3 А (уставка 3)
- Напряжения срабатывания: 10,0±1,0 В (уставка 1), 15,0±1,5 В (уставка 2), 20,0±2,0 В (уставка 3)
- Зона срабатывания: 180±10°
- Время срабатывания: не более 0,045 с
- Термическая устойчивость: 30 А в течение 1 с, 18 А в течение 2 с
- Ток потребления в цепи питания: не более 8 ВА
Важной особенностью защиты является наличие встроенной схемы «экспресс-проверки», обеспечивающей контроль ТТНП, его вторичных цепей и исправности схемы защиты как в зоне, так и вне зоны срабатывания. Схема требует подключения внешней проверочной цепи, состоящей из дополнительной проверочной обмотки ТТНП и соединительных проводов с сопротивлением не более 0,5 Ом.
Реле типа ЗЗП-1 с вспомогательным устройством ВУ-1
Для специфических условий эксплуатации в сетях торфоразработок, карьеров, шахтных сетях и тяговых сетях МПС с изолированной нейтралью 2-10 кВ ЧЭАЗ разработал реле типа ЗЗП-1. Это устройство представляет собой направленную защиту нулевой последовательности, состоящую из согласующего устройства, усилителя переменного тока и фазочувствительного усилителя.
Для защиты элементов фазочувствительного усилителя от перенапряжений используется вспомогательное устройство типа ВУ-1, представляющее собой фильтр L-C с частотой резонанса около 50 Гц. На одно устройство ВУ-1 может быть включено до 10 защит ЗЗП-1.
Технические характеристики ЗЗП-1:
- Номинальное напряжение питания: 24 В DC
- Номинальное напряжение цепей: 100 В AC
- Уставки по току срабатывания: 0,07; 0,5; 2,0 А
- Зона срабатывания: (180+20)°/-40°
- Угол максимальной чувствительности: (90+40)°/-30° на уставке 1, (90+20)°/-30° на уставках 2 и 3
- Степень отстройки от третьей гармоники: не менее 3
- Время срабатывания: не более 0,045 с
- Термическая устойчивость: 30 А в течение 1 с, 18 А в течение 2 с
Реле с повышенной чувствительностью
Реле типов РТЗ-51.01 и РТЗ-50
Для защиты генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю ЧЭАЗ производит реле тока с повышенной чувствительностью типов РТЗ-51.01 и РТЗ-50. Эти устройства предназначены для использования в схемах релейной защиты и автоматики энергетических систем совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности.
Особенностью этих реле является возможность работы как от переменного, так и от постоянного питания (100 В и 220 В соответственно). Диапазон регулирования уставок по току срабатывания составляет от 0,02 до не менее 0,12 А с дискретным регулированием ступенями 0,006; 0,012; 0,024; 0,036; 0,048 А.
Значимые технические параметры:
- Относительная предельная основная погрешность: не более ±10%
- Дополнительная погрешность при изменении температуры от -40°C до +55°C: не более ±12%
- Время срабатывания при двукратном токе срабатывания: не более 0,06 с
- Кратность увеличения тока срабатывания: не менее 4 на частоте третьей гармоники, не менее 15 на частоте восьмой гармоники
- Термическая устойчивость: 60 А в течение 1 с
- Степень защиты оболочки: IP40
Реле контроля изоляции типа РКИ
Для непрерывного контроля состояния изоляции в цепях постоянного тока предназначен реле контроля изоляции типа РКИ. Это устройство обеспечивает подачу сигнала (замыкание контакта) при недопустимом снижении сопротивления изоляции соединительных проводов, идущих от газового реле к панели защиты трансформатора.
Основные параметры РКИ:
- Уставка срабатывания: 400±50 мкА (при установленной перемычке), 150±50 мкА (при снятой перемычке)
- Уставка блокировки срабатывания: 35±5 мА
- Максимальный входной ток: 0,5 А
- Падение напряжения во входной цепи при токе 0,5 А: не более 5 В
- Напряжение питания: 110, 220 В DC
- Диапазон изменения напряжения питания: 88...242 В
- Степень защиты: IP20
Практические аспекты выбора и монтажа
Методика выбора уставок
Для реле УСЗ-2/2 уставка на ток срабатывания выбирается по суммарному емкостному току сети (Iс∑), при этом коэффициент отстройки должен быть Котстр > 2. В редких случаях, когда Iс макс > 0,1 Iс∑, для обеспечения Котстр ≥ 2 уставку следует выбирать по 10 Iс макс.
Для реле ЗЗН выбор уставок по току и напряжению следует производить с учетом близкого равенства коэффициентов чувствительности по току и напряжению. Например, уставку по напряжению 10 В при коэффициенте чувствительности Кчк = 100/10,0 = 10 следует иметь при уставке по току 3Iо = 0,25 А в сети с током сети Iс ≥ 2,5 А.
Для реле ЗЗП-1 выбор уставки производится по формуле: Кч.мин = Iс мин / (Iср - Iс макс) ≥ 2-3 где Iс мин - наименьшее значение суммарного емкостного тока сети; Iср - ток срабатывания защиты на соответствующей уставке; Iс макс - наибольшее значение собственного емкостного тока присоединения.
Особенности монтажа ТТНП
Анализ руководств по эксплуатации выявляет критически важные аспекты монтажа трансформаторов тока нулевой последовательности. Металлическая броня силовых кабелей подлежит заземлению по обоим концам линии и является каналом протекания токов нулевой последовательности.
При неправильном заземлении брони кабеля токи замыкания могут замыкаться по броне и проходить через окно ТТНП, что приведет к нарушению селективности защиты. Для исключения подобных ситуаций при наличии у концевой муфты металлической воронки, соединенной с бронёй кабеля, необходимо:
- Изолировать воронку и броню от заземленных частей на участке от ТТНП до воронки
- Присоединить заземляющий проводник к воронке и пропустить через отверстие магнитопровода ТТНП в обратном направлении
Эксплуатационные характеристики и надежность
Все устройства защиты от однофазных замыканий на землю производства ЧЭАЗ характеризуются высокими показателями надежности:
- Средняя наработка на отказ: не менее 1250 циклов ВО (для ЗЗН)
- Средний ресурс: не менее 10000 циклов ВО
- Средний срок службы: 12 лет
- Среднее время восстановления: не более 5 часов
Высокая устойчивость реле и устройств защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю к внешним воздействиям обеспечивается соответствием требованиям по электромагнитной совместимости:
- Устойчивость к наносекундным импульсным помехам (степень жесткости 3)
- Устойчивость к повторяющимся колебательным затухающим помехам (степень жесткости 3)
- Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты (степень жесткости 4-5)
- Устойчивость к электростатическим разрядам (6 кВ контактный, 8 кВ воздушный)
Климатическое исполнение реле и устройств позволяет их эксплуатацию в широком диапазоне температур:
- Исполнение УХЛ4: от -40°C до +55°C
- Исполнение О4: от -10°C до +45°C (до +50°C при встраивании в комплектные устройства)
Заключение
Анализ реле и устройств защиты от однофазных замыканий на землю производства АО «ЧЭАЗ» показывает, что предприятие предлагает широкий спектр решений для различных условий эксплуатации распределительных сетей 6-10 кВ. От простых реле сигнализации (УСЗ-2/2, УСЗ-3) до сложных направленных защит - устройств с функцией отключения (ЗЗН, ЗЗП-1), а также специализированных устройств с повышенной чувствительностью (РТЗ-51.01, РТЗ-50) и реле контроля изоляции (РКИ).
Ключевыми преимуществами продукции ЧЭАЗ являются:
1. Глубокая адаптация к особенностям российских электрических сетей
2. Высокая селективность и точность работы в различных режимах сети
3. Надежность и долговечность (средний срок службы 12 лет)
4. Высокая устойчивость к внешним воздействующим факторам
5. Простота настройки и обслуживания
В условиях усиления требований к технологической независимости отечественной энергетики, реле и устройства защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ от АО ЧЭАЗ представляют собой проверенное решение, обеспечивающее надежную защиту распределительных сетей от однофазных замыканий на землю.
Для профессионального подбора оборудования необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации, параметры сети и требования к функциональности реле и устройств защиты. Грамотный выбор и правильный монтаж реле и устройств защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю - это не только соответствие нормативным требованиям, но и гарантия надежной и безопасной работы распределительных сетей на долгие годы