Для защиты элементов распределительной сети 6—10 кВ, кроме предохранителей, применяется и релейная защита, выполняемая, как правило, по простейшим схемам.
Релейной защитой называется устройство, состоящее из одного или нескольких приборов (реле), контролирующих исправное состояние отдельных элементов городской сети. При возникновении повреждения защищаемых элементов или ненормальных режимов в сети устройство автоматически об этом сигнализирует или воздействует на отключающие аппараты поврежденного элемента сети.
Релейная защита должна быть избирательной, быстродействующей, чувствительной и надежной. Избирательностью, как отмечалось, называется способность защиты отключать только поврежденный участок сети.
Быстродействие необходимо для ограничения размеров разрушений оборудования сети при возникновении режима к. з.
Чувствительностью защиты называется ее способность действовать при минимальных изменениях контролируемой величины, в частности при минимальных токах к. з.
Надежность релейной защиты заключается в ее безотказной работе в установленной для нее зоне изменения контролируемой величины. Надежность защиты в значительной мере определяется уровнем обслуживания устройства защиты в процессе эксплуатации.
Питание устройств релейной защиты может осуществляться с использованием постоянного и переменного тока. В городских сетях преимущественно применяется переменный оперативный ток. Имеются устройства с использованием выпрямленного напряжения. Источниками оперативного тока являются трансформаторы тока и напряжения, силовые трансформаторы, а также конденсаторные батареи.
При комплектовании релейной защиты используют следующие виды реле: основные реле, непосредственно воспринимающие изменения контролируемых величин; вспомогательные реле, применяемые для создания выдержек времени, размножения контактов, передачи команды от одного реле к другому, воздействия на отключающие механизмы выключателей и т. д.; указательные реле, сигнализирующие о срабатывании защиты.
Реле, используемые в городских сетях, работают на электрическом принципе, т. е. реагируют на изменение электрических величин: тока, напряжения, мощности.
По характеру изменения указанных величин различают максимальные и минимальные реле. Максимальные реле приходят в действие, если контролируемая величина начинает превышать заданную, а минимальные реле срабатывают в том случае, когда контролируемая величина становится меньше заданной.
Различают реле прямого и косвенного действия. Реле прямого действия непосредственно воздействует на механизм освобождения привода выключателя. Реле косвенного действия связано с механизмом расщепления выключателя посредством вспомогательных реле.
Основным видом защиты распределительных линий 6—10 кВ является максимальная токовая защита с выдержкой времени или без нее (так называемая токовая отсечка). Защита контролирует ток в линии и срабатывает при превышении установленного значения последнего. Это называется уставкой защиты.
Рис. 3-6. Схема максимальной токовой защиты: а, б — с реле РТВ; в — с реле РТ-85
ТТ — трансформаторы тока; ЗС — земляная сигнализация; ЭО — электро магнит отключения
Избирательность максимальной токовой защиты обеспечивается созданием выдержки времени, которая нарастает ступенями по 0,5—0,7 с по направлению от электроприемника к источнику питания.
Рассматриваемая защита осуществляется, как правило, в двухфазном исполнении с использованием одного или двух реле прямого действия или вторичных реле индукционного типа.
Применение реле прямого действия, которые устанавливаются непосредственно в приводе масляного выключателя, значительно удешевляет защиту, упрощает ее монтаж и последующую эксплуатацию. Принципиальная схема защиты с использованием реле типа РТВ показана на рис. 3-6, а и б.
Питание реле производится от трансформаторов тока, установленных на защищаемой линии. При возникновении повреждения ток в линии увеличивается и становится равным току срабатывания или больше него. В зависимости от вида к. з. с установленной выдержкой времени срабатывают одно или оба реле, непосредственно воздействуя на расцепляющий механизм выключателя. Линия автоматически отключается.
Реле РТВ (реле токовое с выдержкой времени) выпускается в разных вариантах, в зависимости от пределов изменения тока срабатывания. К недостаткам реле относится значительный разброс выдержки времени в начальной части характеристики. В связи с этим максимальная токовая защита иногда выполняется с использованием вторичных реле типа РТ-85 (рис. 3-6, в).
Защита состоит из двух индукционных токовых реле РТ-85 и двух катушек отключения 30, встраиваемых в привод выключателя. Питание реле производится от трансформаторов тока ТТ.
При повреждении линии одно или оба реле замыкают свои контакты, в результате ток от ТТ поступает в катушку 30 и тем самым происходит отключение выключателя линии.
В данном случае установка реле РТ-85 и монтаж защиты производится на лицевой двери камеры КСО с масляным выключателем линии нли на отдельных панелях релейной защиты.
Более сложной является направленная максимальная токовая защита, предусматриваемая при параллельной работе питающих линий 6—10 кВ (см. рис. 1-2). Защита устанавливается на приемных концах указанных линий в РП и действует по фактору изменения направления потока мощности при к. з. в любой нз параллельно работающих линии.
Защита состоит из трех органов: пускового, направления мощности и выдержки времени. Она выполняется с помощью вторичных реле, с питанием от трансформаторов тока и напряжения. Ее монтаж выполняется на лицевой стороне комплектных камер РУ 6—10 кВ или на специальной панели.
Наряду с отмеченными по местным условиям применяют и другие виды релейной защиты той или иной сложности.
Особые условия создаются при осуществлении защиты распределительных линий 6—10 кВ от однофазных замыканий на землю. Последнее определяется тем, что распределительные сети 6—10 кВ, в соответствии с действующими правилами, выполняются с изолированной нейтралью. При этом в сетях напряжением 6 и 10 кВ, имеющих суммарный ток замыкания на землю более 30 и 20 А соответственно, должна предусматриваться компенсация емкостного тока замыкания на землю с помощью дугогасящих аппаратов.
Указанное решение повышает надежность электроснабжения потребителей, так как в случае однофазных повреждений линий 6—10 кВ не требуется их немедленного отключения. Потребители, включенные на междуфазное напряжение, могут продолжать работать. Это обстоятельство позволяет выполнять защиту распределительных линий 6—10 кВ от замыкания на землю с действием на сигнал. При этом допускается применение в РУ 6—10 кВ источников питания общего устройства неселективной сигнализации, которое контролирует состояние изоляции сети 6—10 кВ, присоединенной к источнику питания. Указанная сигнализация дополняется устройством, с помощью которого устанавливается поврежденная распределительная линия 6—10 кВ. Согласно действующим положениям, работа сети с неотключенной поврежденной линией 6—10 кВ допускается не свыше двух часов.
Рис. 3-7. Схема присоединения прибора УСЗ-З
Наличие компенсации емкостных токов создало значительные трудности при разработке устройств для быстрого и избирательного определения линии 6—10 кВ с однофазным повреждением на землю. Для кабельных сетей в последние годы наибольшее использование получило устройство сигнализации однофазных повреждений типа УСЗ-3. Работа устройства базируется на измерении высших гармонических составляющих в токе нулевой последовательности, протекающем по кабелю. Из-за несинусоидального характера э. д. с. генераторов и токов намагничивания трансформаторов высшие гармонические отмечаются в токе и при нормальном режиме. Содержание высших гармонических в сети резко увеличивается при возникновении однофазного замыкания на землю, что определяется действием дугогасящих аппаратов. При этом содержание высших гармоник в токе нулевой последовательности поврежденной кабельной линии 6—10 кВ во много раз больше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных линий.
Устройство УСЗ-3 базируется на принципе относительного замера уровня высших гармоник во всех отходящих от РУ 6— 10 кВ распределительных линиях. С этой целью каждая кабельная линия 6—10 кВ в РУ источника питания и РП содержит трансформатор тока нулевой последовательности (рис. 3-7), который с помощью кнопочного устройства при необходимости может быть соединен с прибором УСЗ-З. Принципиальная схема сигнализации однофазного замыкания на землю приведена на рис. 3-7. Как правило, РУ 6—10 кВ источников питания и РП снабжаются стационарным прибором УСЗ-З, а также сборкой кнопок типа КО-3 по числу кабельных линий.
Как отмечено, появление однофазного замыкания на землю фиксируется общим устройством источника питания. Расшифровка полученного сигнала производится прибором УСЗ-3, который с помощью кнопок поочередно присоединяется к трансформаторам тока кабельных линий 6—10 кВ. Наибольшее отклонение прибора определит поврежденную линию. Если питание сети 6—10 кВ производится от РП, то определение поврежденной распределительной линии 6—10 кВ выполняется в два приема. Предварительно в РУ 6—10 кВ источника питания с помощью прибора УСЗ-3 уточняется питающая линия 6— 10 кВ, имеющая «землю», затем в РП непосредственно определяется поврежденная линия распределительной сети 6—10 кВ (аналогичным образом с помощью прибора УСЗ-3).
