Система дуговой защиты с возможностью срабатывания по токовому сигналу

Содержание

• 1 Описание 1.1 ЗДЗ клапанного типа
• 1.2 ЗДЗ с мембранным выключателем
• 1.3 ЗДЗ фототиристороного типа
• 1.4 ЗДЗ волоконно-оптического типа

Для защиты ячеек КРУ от последствий дуговых предусматривается защита от дуговых замыканий (ЗДЗ)

.

Дуговым

называется КЗ, сопровождающиеся возникновением электрической дуги в месте замыкания. Наиболее благоприятными условиями для возникновения дуговых КЗ являются условия замкнутых пространств, поэтому практически все КЗ внутри ячеек КРУ являются дуговыми.

Дуговые КЗ в ячейках КРУ опасны тем, что даже при сравнительно небольшой длительности 0,3-0,5 с ячейка, в которой дуговое КЗ возникло, выгорает полностью и не подлежит ремонту. Нередки случаи, когда вовремя неликвидированное дуговое КЗ на шинах приводило к выгоранию целых секций КРУ.

ЗДЗ основывается на физических процессах, сопровождающих дуговое КЗ:

• повышение давление воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ, вследствие его расширения под действием тепловой энергии электрической дуги;
• яркая световая вспышка от электрической дуги.

Дуговая защита. Виды и работа. Применение и особенности

Комплектные распредустройства (КРУ) до 35 кВ являются наиболее распространенными элементами электрических подстанций, преимуществом которых стали компактные размеры, удобный монтаж и настройка. При возникновении короткого замыкания внутри этих устройств, время отключения электричества не должно быть более 1 секунды. Это связано с их небольшими размерами. Эта проблема усложняется тем, что распределительные устройства, изготовленные в прошлом веке, чаще всего не устанавливалась дуговая защита.

ЗДЗ волоконно-оптического типа[править]

Как и ЗДЗ фототиристорного типа, данный тип ЗДЗ реагирует на световую вспышку от электрической дуги. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется волоконно-оптический датчик (ВОД).ВОД размещаются по одному в каждом отсеке ячейки КРУ:

• в отсеке ввода;
• в отсеке выкатного элемента;
• в кабельном отсеке.

При дуговом КЗ каждый ВОД фиксирует световую вспышку от электрической дуги и формирует сигнал «Срабатывание», которые передается по ВОЛС на МП терминал ЗДЗ. В свою очередь МП терминал ЗДЗ на основании сигналов «Срабатывания» от ВОД формирует команды на отключение соответствующих выключателей с целью ликвидации дугового КЗ.

Для предотвращения неправильной работы ЗДЗ предусматривается токовый контроль — сигнал на отключение выдается МП терминалом ЗДЗ только при наличии 2-х факторов:

• сигнала «Срабатывание» от ВОД;
• сигнала «Пуск МТЗ» от терминала защиты (терминала защиты ввода КРУ или терминала защиты стороны ВН трансформатора).

При наличии только сигнала «Срабатывание» от ВОД без сигнала «Пуск МТЗ» отключение выключателей от ЗДЗ не происходит и МП терминал ЗДЗ выдает сигнал «Неисправность ВОД».

1. Пневматический мембранный выключатель 8 AX 10

Дуговая защита

Дуговую защиту называют по-другому защитой от дуговых замыканий (ЗДЗ). В последнее время больше используется оптическая дуговая защита, сокращенно (ОДЗ). Она является видом защиты от коротких замыканий, принцип действия которой основан на срабатывании от возникновения вспышки дуги.

Наиболее распространенными стали междуфазные замыкания, а также замыкания на землю.

Эти опасные явления обычно сопровождаются:

• Выделением значительного количества тепла.
• Скачками тока.
• Импульсами напряжения.
• Процессами перехода.

Условия срабатывания:

• Увеличение тока . В момент возникновения дуги, как правило, происходит короткое замыкание. Этот условие называют токовым контролем.
• Срабатывание датчика . В настоящее время часто используется клапанная защита от электрической дуги. В момент замыкания происходит нарастание избыточного давления, в результате металлическая крышка, которой закрыта высоковольтная ячейка, вылетает и замыкает контакт клапана. Замыкание этого контакта и наличие токового контроля создает условия для срабатывания защиты.
• В последнее время на многих подстанциях используется современная оптическая защита от электрической дуги. Здесь датчиками служат уже не клапаны, а волоконно-оптические датчики, которые реагируют на вспышку света .

Причины дуговых замыканий:

• Старение или повреждение изоляции.
• Нарушение схемы соединения кабелей и шин.
• Неисправность электрооборудования.
• Повышенная влажность.
• Загрязнения.
• Коррозия.
• Повышенное напряжение.
• Ошибки обслуживающего персонала.

Возникновение этих причин можно предотвратить качественным техническим обслуживанием. При выявлении и уменьшении последствий от дуговых замыканий большое значение имеет время. Дуга длительностью 0,5 секунды может серьезно повредить изоляцию, в результате ячейка распредустройства может полностью сгореть.

Процессы во время замыкания

Эти процессы зависят от времени воздействия тока и его величины. Ток при коротком замыкании характерен значительным повышением температуры. Степень повреждений зависит от коэффициента износа оборудования и качества изоляции.

При появлении дугового замыкания металлические стенки ячейки прожигаются, и замыкание может перейти на соседние ячейки. Также, при хорошей герметичности современного оборудования и отсутствии предохранительных клапанов большое давление при замыкании разрушает оборудование и корпус ячейки, что способствует полному разрушения всех элементов ячейки.

Последствия дугового замыкания в распредустройствах могут быть очень серьезными. При этом выводится из строя дорогостоящее оборудование, вследствие чего возникают простои в работе и предприятие несет экономические убытки. Также, последствиями могут стать травмы обслуживающего персонала.

Как работает дуговая защита

Датчиком этой защиты является устройство, реагирующее на вспышку электрической дуги и передающее информацию на исполнительные механизмы, отключающие электроэнергию для предотвращения отрицательных последствий.

Способы обнаружения дуги:

• Определение изменения яркости света, вызванного электрической дугой.
• Сравнение характеристик электрической цепи до замыкания и после него.
• Сравнение значения давления и температуры в камере распределительного устройства до и после замыкания.

Защита от замыканий шин

Организуется в распредустройствах от 6 до 10 киловольт для защиты сборных шин, для устройств с закрытыми токоведущими элементами.

Защита срабатывает двумя методами:

Волоконно-оптическая защита

Ее работа заключается на принципе обнаружения вспышки электрической дуги с помощью специальных оптических датчиков. Такие защиты размещают в отсеках ввода, на выкатном элементе ячеек, в кабельных отсеках. Обнаружение электрической дуги осуществляется сразу во всех элементах защиты.

Обесточивание ячеек выполняется при условиях:

Типы датчиков

• Распределительные, охватывают одним кабелем сразу несколько мест выявления вспышек.
• С креплением торцевой частью, дают возможность точно выявить наличие дуги.

Достоинства

• Невосприимчивость к помехам электромагнитного действия.
• Использование изоляционных материалов в устройстве датчиков.
• Высокое быстродействие.
• Небольшая стоимость оборудования, установки и настройки.

Фототиристорная дуговая защита

В качестве чувствительного элемента применяют фототиристоры, реагирующие на изменение яркости света.

Клапанная защита

Работа этой системы заключается в использовании процессов, возникающих при дуговом замыкании: повышение давления в камере. В качестве чувствительного элемента эта дуговая защита включает в себя специальные клапаны с выключателями, которые устанавливаются в камерах распредустройств.

Мембранная защита

Принцип работы заключается в способности выключателя мембранного типа реагировать на изменение давления воздуха от электрической дуги. Составными элементами этой защиты являются мембранные датчики, клапаны обратного давления, гибкие трубопроводы.

Область применения фототиристоров

Основное назначение фототиристора – создание переключающих устройств, управляемых световым лучом. Мощные ТФ с прямым управлением световым потоком достойно конкурируют с прочими силовыми полупроводниковыми приборами. Они используются для решения самых сложных задач в электроэнергетике:

• В энергосберегающих преобразователях, применяемых в сетях постоянного тока.
• В качестве импульсных ключей высокого напряжения, которые способны управлять сверхвысокими мощностями в сверхмалых временных промежутках. Такие ключи могут использоваться в аппаратуре, питающей мощную лазерную технику.
• В компенсаторах реактивной мощности.

В низковольтных маломощных преобразователях фототиристоры применяются для прямой коммутации нагрузки. В преобразователях высокой мощности, обычно используемых в высоковольтных сетях, фототиристор небольшой мощности воздействует на мощный силовой симистор, включающий нагрузку.

Виды конструкции фототиристоров

Тиристор данного типа имеет структуру с тремя или более p-n переходами. Без воздействия снаружи фототиристор находится в запертом состоянии. В этом случае через него протекает незначительный по величине темновой ток. Существует два варианта открытия потенциальных барьеров и включения прибора в работу:

• Световым потоком.
  В конструкции фототиристора с одной стороны корпуса предусмотрено окно с защитным стеклом и фокусирующая линза. Через окно свет попадает на поверхность полупроводниковой структуры. В корпус интегрирован элемент самозащиты прибора от пробоя при повышении напряжения выше критического уровня.
• Подачей напряжения на управляющий электрод.
  Выводом управления в этом полупроводниковом приборе служит оптический ввод с присоединенным к нему оптическим интерфейсным кабелем. В комплект входит лазерный диод, который преобразует электрический сигнал от управляющего драйвера в световой импульс, поступающий на полупроводниковую структуру.

Клапанный датчик дугового замыкания

Клапанный датчик дугового замыкания – устройство, обеспечивающее снижения давления в ячейке распределительного устройства[1].

Клапанный датчик дугового замыкания реагирует на увеличение давления газов, возникающих при горении дуги, сопровождающей короткое замыкание. Как известно, при возникновении дугового перекрытия с токами короткого замыкания более 20 кА возможно прожигание металла стенок ячеек и повреждение соседних ячейки.

Увеличение термической стойкости ячейки за счет утолщения её стенок (по некоторым данным повышение термической стойкости в 1, 5 раза потребует увеличения толщины стенок в 2 раза) приводит к повышению цены, веса и усложняет монтаж ячеек.

По предположению некоторых специалистов при интенсивном горении дуги, сопровождающемся выделением большого количества водорода возможно образование гремучей смеси (Н2+О2), что может привести к взрыву в соседних, неповрежденных ячейках.

Клапанный датчик, снижая давление внутри ячейки, предотвращает разрушение конструктивных элементов ячейки. Место расположения датчика выбирают так, чтобы исключить выброс продуктов горения дуги в коридор обслуживания (рис. 1)

Рис.1 Расположение клапанного датчика в ячейке КРУ38-12 распределительного устройства :

1 – клапанный датчик, А – релейный отсек, Б – отсек выдвижного элемента (выключателя), В – отсек сборных шин, Г – отсек трансформаторов тока и линейных шин

Клапанный датчик, оснащенный концевым выключателем, формирует сигнал, который можно использовать для разных целей, в том числе и для отключения коммутационного аппарата.

Недостатки традиционных датчиков такого типа — большие размеры, низкое быстродействие, возможность ложных срабатываний, высокий порог срабатывания (ток дугового замыкания должен составлять более 5 кА).

Многие недостатки традиционных датчиков данного типа устранены в клапанном датчике «Краб» (рис.2)

Рис. 2 Клапанный датчик «Краб» (по [1])

1 — корпус, 2 – кабель, 3 – конечный выключатель, 4 — рычаг привода

Особая конструкция клапана (патент РФ №1686559) позволила уменьшить собственное время срабатывания датчика «Краб» до 0,015-0,020 с. Тем не менее, общее время срабатывания дуговой защиты с любым клапанным датчиком в основном зависит от времени срабатывания конечного выключателя.

В настоящее время клапанные датчики дуговой защиты применяют вместе с датчиками, использующими другие способы распознавания дуговых коротких замыканий и контролирующие:

Принцип действия дуговой защиты

Для предотвращения выгорания ячеек комплектных распределительных устройств в современных схемах предусмотрены электродуговые защитные реле, которые выводят выключатели из рабочего положения при обнаружении повреждения в ячейке. Дуговая защита КРУ срабатывает гораздо быстрее и эффективнее традиционной максимальной токовой защиты (МТЗ), предохраняющей энергооборудование увеличением тока в цепи при выявлении КЗ.

Принцип защитного действия реле основан на распознавании датчиком вспышки электрической дуги и передаче информации исполнительным элементам, которые срабатывают отключением электроэнергии в КРУ для предупреждения негативных ситуаций. Появление дуги вызывает изменение параметров: яркости света, характеристик в цепи, давления и температуры.

Чтобы замыкания не перешли на другие ячейки КРУ, предусмотрено полное отключение оборудования, в том числе и дуговая защита шин (проводников электрического тока с низким сопротивлением).

Преимущества фототиристоров

Эти полупроводниковые приборы обеспечивают:

• прямое управление световыми импульсами;
• высокий КПД;
• характеристики, оптимизированные к последовательному соединению приборов в объединенных сборках;
• устойчивость к продолжительным и неоднократным токовым перегрузам;
• включение групп приборов с высокой точностью по времени;
• устойчивость к электромагнитным помехам;
• наличие гальванической развязки между управляющей и силовой цепями;
• отсутствие необходимости в частом проведении мероприятий по техническому обслуживанию;
• простота и безопасность эксплуатации.

Дуговая и логическая защита шин

Дуговая защита — особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги.

Значительную опасность для комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6-10 кВ представляют внутренние короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые электрической дугой (ЭД). Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7000 … 12000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Источник

Опасность искрения в выключателях, проводах и скрутках

С искрением и дуговым пробоем знаком практически каждый человек. Если в темное время суток нажать на клавишу выключателя света, то с некоторой вероятностью через пластиковый корпус получится разглядеть тусклую кратковременную зеленую вспышку. Подобный эффект в большей степени свойственен старым выключателям.

Явление носит вполне логичную природу. При включении света контакты выключателя приближаются. В некоторый момент времени они настолько близки, что между ними происходит пробой воздушного промежутка. Загорается очень маленькая и кратковременная дуга, которая и создает вспышку.

Данная ситуация безопасна, если говорить об исправном выключателе. Однако подобное часто происходит в распределительных коробках. Если провода слабо затянуты в скрутке или плохо прижаты под клеммником автомата, то они также будут искрить. При этом напряжение и ток в сети ведут себя самым непредсказуемым образом. Проблему усугубляет наличие в квартире емкостных и индуктивных потребителей.

Важно! Плохой контакт в скрутке, коробке или под клеммником автоматического выключателя приводит к искрению проводки. Оно, в свою очередь, создает непроизвольные скачки сетевого напряжения и тока

Данное явление способно вывести из строя дорогостоящие бытовые приборы. Особенно те, в которых содержатся электронные микросхемы, процессоры и цифровые платы.