Обслуживание РЗиА и вторичных цепей - Сигнализация замыкания на землю в сетях 3—35 кВ

При замыкании одной фазы на землю в сети, работающей с изолированной нейтралью, через место повреждения проходят емкостные токи, которые могут привести к возникновению электрической дуги; при этом в сети могут возникнуть перенапряжения и дополнительные серьезные повреждения изоляции относительно земли. Поэтому в Правилах [4] записано общее требование о компенсации емкостных токов при их значении более 30 А в сетях 3—6 кВ, более 20 А в сетях 10 кВ, более 15 А в сетях 15—20 кВ, более 10 А в сетях 35 кВ. Если в электрических сетях напряжением 3—35 кВ имеются воздушные линии с железобетонными или металлическими опорами, емкостный ток замыкания на землю не должен превышать 10 А независимо от значения напряжения [4].
В блочных схемах генератор — трансформатор дугогасящие аппараты (на генераторном напряжении) должны применяться при емкостном токе замыкания на землю более 5 А.
Учитывая, что в длительном режиме работы сети при наличии замыкания одной фазы на землю повышается вероятность возникновения междуфазного к. з. с повреждением оборудования, а также возникает опасность возгорания деревянной опоры или разрушения бетона железобетонной опоры, необходимо ускорять поиск места повреждения и восстановление нормального режима работы. Для облегчения поиска участка сети, на котором возникло замыкание на землю, применяют различные сигнальные устройства
как для сетей с изолированной нейтралью, так и для компенсированных сетей. Принцип действия, схема и конструкция этих устройств зависят от многих факторов, в том числе и от того, в какой сети они применяются: кабельной или воздушной, радиальной или кольцевой. На электростанциях и крупных узловых подстанциях часто устанавливают устройства сигнализации, действующие автоматически и селективно при устойчивых, а иногда и кратковременных замыканиях на землю. На небольших подстанциях и распределительных пунктах зачастую используют переносную, аппаратуру, с помощью которой персонал, производя соответствующие измерения, осуществляет поиск поврежденного участка сети.
В кабельных сетях для отыскания устойчивых замыканий на землю широко применяют устройства сигнализации типа УСЗ; ограничимся кратким изложением принципа действия этих устройств. Он основан на том, что при замыкании на землю форма кривой тока нулевой последовательности значительно отличается от синусоиды. Такую форму кривой тока можно получить, наложив на синусоиду тока промышленной частоты ряд синусоид тока более высокой частоты (высшие гармонические составляющие). Эксперименты и расчеты показали, что содержание высших гармоник с частотой 250—300 Гц в токе нулевой последовательности поврежденного участка сети значительно больше, чем на каждом неповрежденном участке. Устройство УСЗ описано в работе [8]. Оно выполнено таким образом, что обладает наибольшей чувствительностью по отношению к высшим гармоникам с частотой 250—300 Гц и наименьшей чувствительностью к сопоставляющим тока с частотой 50 Гц. Поэтому на поврежденном участке сети показание измерительного прибора УСЗ будет наибольшим. На объектах используются два типа этих устройств: УСЗ-З и УСЗ-ЗМ.
Устройство УСЗ-ЗМ применяют в тех случаях, когда на всех кабельных линиях установлены трансформаторы тока нулевой последовательности (ТНП) и вторичные цепи этих трансформаторов выведены на панель, где их можно поочередно подключать с помощью кнопок к устройству УСЗ-ЗМ.
Устройство УСЗ-З применяют на тех объектах, где на кабелях отсутствуют ТНП. Устройство УСЗ-З комплектуется токоизмерительными клещами типа КЭ44, заменяющими в данном случае ТНП. Для правильного измерения составляющих тока нулевой последовательности с помощью
устройства УСЗ, а также для обеспечения правильного действия защиты и сигнализации замыкания на землю устройств других типов, установленных на кабельных линиях, необходимо учитывать следующее: при замыканиях на землю вблизи кабельных линий, а также при работе электросварочных аппаратов на объекте (и в других случаях прохождения тока в земле вблизи кабельных линий) часть этого тока может проходить по броне и свинцовой оболочке кабеля. Для того чтобы этот ток /бр, проходя через заземленный корпус кабельной воронки (рис. 15), не вызывал во вторичной обмотке ТНП тока, достаточного для действия защиты или сигнализации замыкания на землю, заземляющий провод воронки кабеля следует пропустить через окно ТНП. При этом броня и свинцовая оболочка кабеля на участке от ТНП до воронки должны быть изолированы от земли и от сердечника ТНП. Тогда ток /бР, два раза проходя через окно ТНП в противоположных направлениях, не вызовет неправильного действия защиты или сигнализации замыкания на землю. Следовательно, клещи типа КЭ44 надлежит накладывать на кабель таким образом, чтобы заземляющий провод воронки проходил через окно клещей.

Рис. 15. Схема выполнения заземления воронки кабеля с ТНП
Для поиска места замыкания на землю в воздушных сетях также применяют различные устройства. Так, например, для воздушных сетей 6—20 кВ нашли широкое применение приборы «Поиск-1», «Волна» и «Зонд», разработанные в Союзтехэнерго [9]. Прибор «Поиск-1», находясь на расстоянии 8—10 м от проводов линии, реагирует на составляющие магнитной индукции, возникающие вокруг провода линии от высших гармоник тока замыкания на землю. Показания прибора вблизи поврежденной линии значительно больше показаний прибора вблизи неповрежденной линии. Если идти к месту повреждения со стороны питающей подстанции, то за местом замыкания на землю показания прибора резко уменьшаются. Токи нагрузки, протекающие по линии, и наличие компенсации емкостных токов сети на показаниях прибора практически не сказываются. По результатам испытаний был сделан вывод о том, что прибор «Поиск-1» может успешно применяться в тех сетях, где суммарная протяженность линий равна или более 25 км для сетей 6 кВ, 15 км для сетей 10 кВ и 10 км для сетей 20 кВ. Когда необходимо найти место замыкания на землю в сети меньшей протяженности, прибор может быть использован при искусственном повышении уровня гармоник, например наложением на сеть напряжения с частотой 250—300 Гц.