Многие отечественные сети, используемые для передачи электроэнергии, эксплуатируются в течение длительного времени. Особенно сильному износу подвержены ЛЭП среднего класса, мощность которых находится в диапазоне 6-35 кВ. Поэтому у них отмечается достаточно высокая аварийность. Обледенения и другие факторы приводят к коротким замыканиям и другим негативным последствиям. Аварийные места в большинстве случаев определяются визуально, отнимая много времени и вызывая перебои в электроснабжении. Решить эту задачу помогает индикатор короткого замыкания (ИКЗ), оперативно устанавливающий сам факт обрыва и точно указывающий на место аварии.
Индикаторы короткого замыкания: с помощью чего искать повреждения воздушных линий в России
Рост количества погодных аномалий и ограниченное финансирование заставляют расширять использование современного оборудования. Рассмотрим доступные в России востребованные устройства: индикаторы короткого замыкания (ИКЗ) для воздушных линий электропередачи.
Устройства для индикации повреждений воздушной линии могут иметь разную конструкцию, но все они выполняют одну основную задачу — экономят деньги и время, о чем мы рассказывали ранее. В случае аварии на линии приходится проводить обход с визуальной инспекцией проводов, причем обычно в условиях плохих дорог и атмосферных осадков. Индикаторы коротких замыканий (ИКЗ) облегчают эту работу. На российском рынке присутствуют ИКЗ ведущих международных компаний, а также отечественных производителей. У каждого бренда свои особенности, которые могут быть полезны в разных условиях.
Как ИКЗ экономят деньги?
Потребление электроэнергии населением в последние годы значительно возросло. Множество бытовых электроприборов, используемых населением, техника заводов и предприятий заставляют энергосеть работать на пределе возможности. В таких условиях аварии в системе электроснабжения неизбежны, учитывая её состояние.
Как уже упоминалось, место обрыва или замыкания линии электропередач, в нашей стране определяется дедовским методом. Оперативно-выездная бригада едет и осматривает линию, пока не найдёт проблемное место. Принимая во внимание, что страна наша очень просторна, расстояние между населёнными пунктами часто достигает несколько десятков километров. Следовательно, чтобы просто объехать такую высоковольтную линию, потребуется много часов. А учитывая, что аварии на линии случаются отнюдь не в хорошую погоду, то передвижение по нашему бездорожью займёт ещё больше времени.
Кроме того, длительный недоотпуск электроэнергии потребителям приводит к убыткам. Количество жалоб в таких условиях возрастает, что может привести к наложению штрафов на энергоснабжающую организацию.
Применение в энергетике индикаторов короткого замыкания, позволяет значительно снизить расходы на оплату рабочего времени монтёров оперативно-выездных бригад, амортизацию транспорта, расходов на горюче смазочные материалы для техники. При использовании ИКЗ в системе распределительных сетей, устранение неисправности сводится к непосредственному выезду бригады к месту аварии и восстановлению целостности линии.
Современные технологии ИКЗ, способны немедленно передать на пульт диспетчера информацию не только о повреждении, а и о месте его локализации. Статистически определено, что использование индикаторов короткого замыкания сокращает время поиска неисправности более чем в два раза, а на некоторых участках – в три раза. Срок окупаемости такого оборудования не превышает два с половиной года, при условии приобретения аппаратуры надёжных, проверенных фирм.
Некоторые бренды на рынке России
Немецкая компания Horstmann GmbH является одним из лидеров в разработке комплексных систем для индикации повреждений воздушных линий. Бренд производит все основные типы ИКЗ для разной силы тока, включая визуальные индикаторы, крепящиеся на проводах, а также системы дистанционного мониторинга.
«АНТРАКС». Это российская научно-производственная компания полного цикла с более чем 20-летним опытом работы. Крупнейший отечественный поставщик ИКЗ. У компании есть патентованная технология обнаружения повреждений ЛЭП. «Антракс» выпускает все основные типы ИКЗ, которые, в том числе, продаются за рубежом.
Amast Power Lines — российская инжиниринговая компания, в линейке продукции которой есть современный ИКЗ. У компании большая доля рынка благодаря поставке решений «под ключ».
Российская занимает заметную долю отечественного рынка ИКЗ и является одним из старейших игроков. Компания производит современные индикаторы, которые могут интегрироваться в геоинформационные системы управления энергосетями.
Норвежская компания Nortroll является одним из старейших европейских производителей оборудования для энергетики. У Nortroll есть линейка ИКЗ — это современные программируемые устройства с расширенным функционалом.
Конструкторское бюро «АСТРОН» известно в России разработками тепловизоров для военного и гражданского применения. Также компания в 2008 г. разработала первый собственный ИКЗ, адаптированный для российских воздушных линий электропередачи.
Какие индикаторы короткого замыкания купить?
На рынке специального оборудования для электросетей средней мощности особое место занимает германская компания Horstmann GmbH. Основанная в 1946 году, она накопила богатейший опыт в данной области. Традиционное немецкое качество и разработки лучших мировых специалистов вывели продукцию фирмы Horstmann в первый ряд среди устройств такого рода.
Рассмотрим номенклатуру ИКЗ производства Horstman:
| Серия ИКЗ | Порог чувствительности, А | Время реагирования, мс | Температура эксплуатации, °С | Питание | Место установки |
| Alpha | 400, 600, 800, 1000 | 100 | -30, +70 | От сети | В ячейки КРУ |
| Sigma | 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1000 (на землю – 20, 40, 60, 80, 100, 120, 160) | 40 – 80 (на землю – 80 – 160) | -30, +70 | От системы / Батарея | В ячейки КРУ |
| OPTO-F 3.0 | 400, 600, 800, 1000 | 40, 60, 80, 100, 200, 300, 500 / регулируемое | -30, +70 | От системы / Батарея | В ячейки КРУ |
| Fluid System | 400, 600, 1000 | 200 | -40, +85 | _ | На кабель высокого напряжения |
| Rotor System | 150, 200, 300 | 100 | -40, +85 | _ | На кабель высокого напряжения |
| Navigator | Авто настройка ≥200 | 100 | -40, +85 | _ | На провод воздушной линии |
Базовые ИКЗ для установки на проводах
Наиболее доступные и простые в установке индикаторы, которые можно видеть во время инспекции линии электропередачи. Представляют собой небольшой прибор, который крепится на проводе или другом элементе линии, и сообщает о коротком замыкании с помощью цветового или светового сигнала.
В списке решений от Horstmann есть простейшие ИКЗ, которые можно монтировать на провода и токопроводящие шины. Роторный ИКЗ оснащен пружиной, которая при протекании тока короткого замыкания передвигает флажок индикатора, выкрашенный с одной стороны в яркий цвет. Порог срабатывания от 150 А.
Horstmann Rotor System в положении срабатывания от КЗ
Преимуществом такого ИКЗ является надежность, но после срабатывания его необходимо снова взвести вручную. Жидкостный ИКЗ лишен этого недостатка, так как индикатор окрашивается под действием магнитного поля КЗ и снова становится прозрачным через несколько часов после устранения проблемы.
Horstmann Fluid System в режиме ожидания (слева) и в положении срабатывания
У есть линейка ИКЗ, которые монтируются на провода, а также небольшое семейство устройств для монтажа на опорах ЛЭП. В отличие от жидкостных и роторных ИКЗ от Horstmann, простейший ИКЗ-В31 от «Антракс» оснащен светодиодами, которые в дневное время видны с расстояния до 100 м невооруженным глазом (без бинокля). При этом разные алгоритмы мигания светодиодов позволяют издалека определить тип повреждения ЛЭП. Питание осуществляется от литиевого аккумулятора со сроком службы 10 лет в режиме ожидания.
ИКЗ-В31 для сетей 6-35 кВ
У ИКЗ-В31 порог срабатывания ниже, чем у роторных и жидкостных ИКЗ Horstmann, но при этом конструкция последних намного проще, а значит, потенциально надежнее и долговечнее.
ИКЗ «Антракс» для столбов имеет более простую конструкцию крепления и набор светоотражающих флажков, которые ночью хорошо видны в свете фонаря.
ИКЗ «Антракс» для монтажа на столб
У простейшего ИКЗ из этой линейки, ИКЗ-В1, механическая индикация и надежная конструкция с емкостным питанием от сети. В нем нет аккумулятора и каких-либо устройств беспроводной связи.
Простейшее решение Nortroll — индикатор Line Troll 110Eμ, который может определять междуфазное короткое замыкание и однофазное замыкание на землю.
Line Troll 110Eμ для сетей 6—69кВ
Особенностью индикатора является наличие микропереключателей, которые позволяют программировать параметры срабатывания. ИКЗ может регистрировать непостоянные замыкания, сообщая об этом миганием индикатора зеленого цвета в течение 24 часов.
Возвращение ИКЗ в режим ожидания автоматическое: по времени или после нормальной подачи тока в сеть. Время жизни литиевой батареи 9-10 лет.
Line Troll 110Eμ можно применять на линиях с заземленной нейтралью. Он не подходит для линий с многосторонним питанием и кольцевых линий.
ИКЗ для ВЛ с двухсторонним питанием
Для линий с двухсторонним питанием понадобятся модели с функцией направления – Smart Navigator HV DFCI.
Технические характеристики
Они устанавливаются на ВЛ напряжением до 220кВ. При этом могут использоваться как самостоятельно в качестве локальных точек обнаружения КЗ, так и совместно со Smart Reporter.
Направление прошедшего тока КЗ фиксируется красными или зелеными светодиодами.
Каждый индикатор на корпусе имеет две стороны – А и В.
При протекании тока в направлении от А к В – загорятся красные лампочки, от В к А – зеленые.
Для обнаружения повреждения вам нужно найти два ближайших сработавших ИКЗ с разной цветовой индикацией – один красного цвета, другой зеленого.
При двухстороннем питании место короткого замыкания как раз и будет между этими точками.
Продвинутые ИКЗ с возможностью подключения к сетям мониторинга
Наиболее совершенными ИКЗ для проводов у Horstmann является линейка индикаторов Navigator. Этот индикатор сигнализирует о неисправности с помощью светодиодов, хорошо заметных издалека, особенно в темное время суток.
Horstmann Navigator-LM (A) для воздушных линий
Как и другие ИКЗ, Navigator можно крепить на провод с помощью специальной штанги без отключения напряжения. При этом крепление ИКЗ достаточно надежное, чтобы выдержать ветер до 200 км/ч. Отличительная особенность индикаторов – это возможность использования на линиях до 220 кВ (Smart Navigator 2.0 HV).
Индикатор может хранить данные о нагрузке на линии за последние 72 часа, что снижает риск ложного срабатывания в сетях, где есть сильные колебания нагрузок. Автоматический сброс аварийной индикации можно настроить в широком диапазоне от 4 часов до недели. Индикаторы Navigator с приставкой Smart в названии могут быть частью дистанционной системы мониторинга с передачей данных через сети GSM.
ИКЗ «Антракс» для монтажа на провод
У ИКЗ с индексом «Л» могут применяться для удаленного обнаружения коротких замыканий. Например, индикатор ИКЗ-В34Л может связываться с терминалом выездной бригады по прямому Bluetooth-каналу на небольшом расстоянии или с удаленным центром управления энергосистемой через GSM.
Конструкторское бюро «АСТРОН» предлагает индикатор АСТРОН-8080 УХЛ1 для линий 6—35 кВ. Он обнаруживает междуфазные короткие замыканиях, измеряя электромагнитную индукцию при скачках силы тока в поврежденных фазах.
АСТРОН-8080 УХЛ1
Особенностью индикатора является его способность регистрировать низкие токи от 4 А, что актуально в российских сетях. ИКЗ имеет очень прочный поликарбонатный корпус, устойчивый к ультрафиолету. АСТРОН-8080 оснащен яркими светодиодами для индикации, а также модулями GPS и GSM. Последние позволяют интегрировать индикаторы в обширную сеть мониторинга. В случае срабатывания, оператор немедленно получает SMS с координатами места события. Также данные могут отправляться на компьютер центра управления сетью. Срок службы аккумулятора 7 лет в режиме ожидания, общий срок службы прибора 15 лет.
В линейке продукции Nortroll есть индикатор LineTroll r400D для монтажа на опору ЛЭП с напряжением 6—69 кВ. Он способен обнаружить однофазное замыкание на землю в диапазоне 0,5—60 А. Низкий порог срабатывания зачастую особенно полезен в российских условиях. Также индикатор способен определять междуфазное короткое замыкание 50—1000 А. Светодиодная индикация может отображать устойчивые и неустойчивые повреждения линии, причем специальные линзы могут направлять свет в нужную сторону. Срок службы аккумулятора 8 лет в режиме ожидания.
LineTroll r400D
LineTroll r400D — умное устройство с модулями GPS и GSM, а также возможностью настройки с близкого расстояния через радиоканал 2,4 ГГц. ИКЗ имеет счетчик неисправностей, может подключаться дистанционно к пульту управления, настраиваться через SMS с мобильного телефона.
Испытатель коротких замыканий (ИКЗ)
Испытатель коротких замыканий ИКЗ проверяет контактную сеть (к.с.) на наличие короткого замыкания (КЗ), и, в случае обнаружения КЗ, запрещает АПВ. ИКЗ подключается к фидерному автомату со стороны контактной сети, т. е. к фидеру к.с.
ИКЗ состоит из двух частей: высоковольтной и низковольтной, рис.2. В высоковольтной части находятся испытательный трансформатор Т1, измерительный трансформатор Т2 и две диодные цепочки. Верхняя диодная цепочка – компенсационная, нижняя – испытательная. Диоды зашунтированы RC-цепочками для выравнивания обратного напряжения и ограничения скорости нарастания обратного напряжения. Диодные цепочки подключены к вторичной обмотке испытательного трансформатора, испытательная цепочка к отводу с напряжением 100В, компенсационная цепочка к отводу 200В. На первичную обмотку испытательного трансформатора подаётся напряжение питания 220В. Последовательно с диодными цепочками включены резисторы 360 Ом. В цепь испытательной цепочки включена первичная обмотка измерительного трансформатора. Вторичная обмотка измерительного трансформатора нагружена на подстроечный резистор, напряжение с которого подаётся на разделительный трансформатор Т3. Подстроечным резистором задаётся уставка срабатывания ИКЗ. Напряжение с вторичной обмотки разделительного трансформатора выпрямляется и подаётся на пороговый элемент. К инверсному выходу порогового элемента подключена обмотка реле сигнализации срабатывания ИКЗ (РСИ). Прямой выход порогового элемента подключен к схеме АПВ.
Когда фидерный автомат включен, на контактную сеть и на ИКЗ подаётся 3,3 кВ, обе диодные цепочки закрыты, ток по ним не протекает.
При отключении фидерного автомата напряжение в контактной сети начинает падать. Считается, что если короткого замыкания в контактной сети нет, то в течение 2-3 секунд напряжение опускается не ниже 250-300 В, и диодные цепочки остаются закрытыми. При дальнейшем понижении напряжения в контактной сети диодные цепочки открываются и по ним протекают токи I1 и I2. Величина токов определяется остаточным сопротивлением контактной сети Rост. При наличии короткого замыкания напряжение в контактной сети опускается сразу до нуля.
При увеличении тока в первичной обмотке измерительного трансформатора увеличивается ток во вторичной обмотке и увеличивается падение напряжения на подстроечном резисторе. Соответственно увеличивается напряжение, снимаемое с подстроечного резистора и подаваемое на первичную обмотку разделительного трансформатора. При увеличении напряжения на вторичной обмотке разделительного трансформатора выше уставки срабатывает пороговый элемент. На прямом выходе Х1 появляется сигнал логическая 1, на инверсном выходе Х2 появляется сигнал логический 0. Сигнал с выхода Х1 поступает в схему логики АПВ и запрещает АПВ. Сигнал с выхода Х2 поступает на обмотку реле РСИ. Второй вывод обмотки подключен к шинке питания –Uk. На выводах обмотки РСИ появляется разность потенциалов и реле срабатывает, сигнализируя о наличии КЗ. Уставка задаётся так, чтобы запрет на АПВ выдавался при остаточном сопротивлении контактной сети менее 50 Ом. При остаточном сопротивлении более 100 Ом запрет не выдаётся.
Компенсационная цепочка служит для улучшения селективности работы ИКЗ.
Рис. 1. Функциональная схема АПВ фидера
Рис. 2. Схема испытателя коротких замыканий
Литература
1. Почаевец В. С. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог. М.: Маршрут, 2003. – 318с.
2. Василевский Н. Н. и др. Аппаратура автоматики и телемеханики в устройствах энергоснабжения. М.: Траспорт, 1971. – 256с.
3. Почаевец В. С. Защита и автоматика устройств электроснабжения. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. – 191с.
Учебное издание
Фролов Леонид Александрович
Комплексные решения для мониторинга ИКЗ
У есть только один ИКЗ — светодиодный индикатор повреждения воздушной линии (ИПВЛ). Этот прибор имеет ряд особенностей: корпус из нержавеющей стали, выдерживающий падение с высоты 10м. Аккумулятор имеет увеличенный срок службы до 8 лет в режиме ожидания. Диапазон срабатывания от 100 А до 650 А с шагом 10 А. Индикатор способен различать короткое замыкание или однофазное замыкание на землю на линиях 6-35 кВ.
ИПВЛ имеет радиопередатчик 433 МГц для связи с пультом управления на расстоянии до 25 м, а также GSM-модуль. Индикатор может интегрироваться в геоинформационную систему ОМП ВЛ, используя трансмиттеры с питанием от солнечных панелей.
ИПВЛ от «Релематика»
ИПВЛ регистрирует неисправность, трансмиттер ретранслирует показания индикатора через сеть GSM в центр управления, где место и характер неисправности отображается на цифровой карте. Одновременно производится рассылка SMS и электронных писем персоналу. Наличие комплексного решения является преимуществом, когда предприятие намерено развернуть масштабную сеть мониторинга.
У Amast Power Lines всего один индикатор APL-ИКЗ для линий 6—35 кВ, но с помощью специального программного обеспечения параметры работы ИКЗ могут настраиваться в широких пределах. Индикатор может обнаруживать трехфазные, двухфазные замыкания, а также однофазные замыкания на землю с малыми токами от 0,5 А.
Настройка APL-ИКЗ требует квалификации, но при этом индикаторы могут выступать в роли датчиков масштабной системы мониторинга воздушных линий электропередачи. Разработчик предлагает комплексное решение: опоры ЛЭП с установленными ИКЗ и телеметрическими приборами для автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии.
APL-ИКЗ
Помимо дистанционного мониторинга, APL-ИКЗ может обеспечить прогнозирование неисправностей с помощью машинного анализа данных, собранных за год-два измерений на линии электропередачи.
Как выбрать наиболее подходящее решение
Технические характеристики современных ИКЗ схожи, приборы известных брендов имеют хорошее качество сборки и техподдержку. Все используют изолированные магнитные датчики для обнаружения замыканий и могут монтироваться на провода под напряжением.
Выбор необходимо делать, исходя из локальных условий, цены и последующих планов расширения системы мониторинга в сторону более эффективных дистанционных комплексных решений.
В частности, в России у большинства воздушных линий электропередачи от 6 кВ до 35 кВ изолирована нейтраль. В итоге у таких линий ниже токи однофазного короткого замыкания на землю. За рубежом токи выше, так как нейтраль заземлена. ИКЗ российского производства учитывают эту особенность и могут быть более эффективны в обнаружении таких часто встречающихся замыканий.
Простые ИКЗ решают большинство задач, но в ряде случаев более целесообразно приобрести продвинутые ИКЗ с дополнительными функциями. Такие индикаторы могут подключаться к дистанционной системе мониторинга и сводить к минимуму время работы выездной бригады, так как место аварии будет точно известно. Также подобные ИКЗ способны регистрировать неустойчивые отказы, например, связанные с ростом напряжения между фазой и землей из-за замыкания на землю. В случае протяженных ЛЭП в труднопроходимой местности продвинутые ИКЗ с подключением к дистанционному мониторингу — наилучший выбор.
При выборе в пользу простых в монтаже и обслуживании индикаторов для опор ЛЭП следует иметь в виду, что есть ряд ограничений по месту установки таких индикаторов. Так, подобные индикаторы нельзя монтировать рядом с параллельной линией, на опорах, где заземление проходит между фазными проводами и индикатором.
Как установить на провода ВЛ?
При снятом напряжении индикатор на ВЛ можно поставить вручную. Только не забывайте на месте производства работ устанавливать ПЗ.
Но самый простой способ – это воспользоваться изолирующей штангой. В этом случае даже ЛЭП не придется гасить, все делается под напряжением с применением защитных средств.
На конце штанги должен быть крючок. Насаживаете его на прозрачную полусферу снизу индикатора.
Вручную отстегиваете верхнюю скобу. Далее подводите ИКЗ к проводу и упираетесь в него, надавливая снизу, скоба после этого автоматически защелкивается.
Поворачиваете штангу вокруг оси, крючок ослабляется и отстегивается.
Если нет штанги с крючком, понадобится насадка в виде чаши.
Индикатор целиком помещается в нее и фиксируется.
Этой же штангой ИЗК снимается с ВЛ (фиксирующая «собачка» на чаше предварительно переводится в другое положение).
