Токовые защиты от межфазных КЗ линий с односторонним питанием

В качестве объекта релейной защиты рассматривается распределительная сеть, с помощью которой осуществляется распределение электроэнергии между потребителями. С другой стороны – это такая сеть, все точки которой находятся в электрическом смысле далеко от источников питания, т.е. за большими сопротивлениями. Это значит, что КЗ в любой точке такой сети не грозит нарушением устойчивости энергосистемы, а сопровождается протеканием больших токов.

Распределительная сеть, как правило, имеет один источник питания, строится по радиальной, магистральной или смешанной схемам. В настоящее время напряжения распределительной сети могут быть 6, 10, 35 и 110 кВ. Более высокие напряжения характерны для питающих и системообразующих сетей.

Как и любая электрическая сеть, распределительная сеть представляет собой совокупность линий и трансформаторных подстанций.

В данном разделе будем рассматривать вопросы защиты линий (кабельных и воздушных) от междуфазных КЗ. По российским правилам сети напряжением 3, 6, 10, 20, 35 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью. И по этой причине в таких сетях возможны только междуфазные КЗ. Однофазные замыкания возможны и весьма вероятны, но это простые, а не короткие замыкания и они сопровождаются протеканием малых (емкостных) токов, величина которых меньше токов рабочих режимов. Сети напряжением 110 кВ и выше работают с эффективно заземленной нейтралью. В такой сети имеют место как однофазные, так и междуфазные КЗ.

Основной документ, который регламентирует применение релейной защиты, это Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Эти правила распространяются на устройства релейной защиты электроустановок напряжением выше 1 кВ и до 500 кВ включительно.

Защиты электроустановок выше 500 кВ, кабельных линий выше 35 кВ, а также электроустановок атомных электростанций и передач постоянного тока в главе ПЭУ «Релейная защита» не рассматриваются.

Защита электрических сетей до 1 кВ выполняется в соответствии с требованиями главы ПЭУ «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ».

В соответствии с ПУЭ все электроустановки делятся на электроустановки напряжением выше 1 кВ (высоковольтные) и электроустановки напряжением ниже 1 кВ (низковольтные).

Высоковольтные электроустановки и, соответственно, высоковольтная сеть характеризуются применением в большинстве случаев высоковольтных выключателей, способных отключать токи КЗ. Эти коммутационные аппараты содержат главные контакты, устройства дугогашения и привод, служащий для включения и отключения электрической цепи. Устройство релейной защиты от КЗ в этом случае выполняется в виде отдельного блока или терминала. Выходная цепь защиты воздействует на катушку (селеноид) отключения. Высоковольтный выключатель не является автоматическим, а отключается под действием релейной защиты.

Низковольтные электроустановки и, соответственно, низковольтная сеть характеризуются применением низковольтных автоматических выключателей (автоматов). Такие выключатели способны отключить токи КЗ и срабатывают они под действием встроенных в выключатель устройсты релейной защиты. Коммутационный аппарат и релейная защита выполнены в одном корпусе, поэтому выключатель является автоматическим.

Основной вид релейной защиты линий с односторонним питанием от междуфазных КЗ – это максимальная токовая защита, основные сведения о которой приведены в курсе «Электроэнергетика, ч. 2».

В соответствии с ПУЭ на одиночных линиях с односторонним питанием напряжением 3-10 кВ с изолированной нейтралью от многофазных замыканий должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая – в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Кроме того, на таких линиях должна устанавливаться релейная защита от однофазных замыканий на землю. Эта защита должна действовать на сигнал или на отключение, если это требуется по условиям безопасности.

Для воздушных и кабельных линий в сетях напряжением 20 и 35 кВ с изолированной нейтралью также должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

На обычных линиях с односторонним питанием напряжением 20 и 35 кВ от многофазных замыканий должны быть установлены преимущественно ступенчатые защиты тока или ступенчатые защиты тока и напряжения, а если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, например, на головных участках, - дистанционная ступенчатая защита преимущественно с пуском по току. В этом случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Для воздушных линий в сетях напряжением 110-500 кВ с эффективно заземленной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. На одиночных линиях 110-500 кВ с односторонним питанием от многофазных замыканий следует устанавливать ступенчатые токовые защиты или ступенчатые защиты тока и напряжения. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстродействия, например, на головных участках, или, если это целесообразно по условию согласования защит смежных участков с защитой рассматриваемого участка, должна быть предусмотрена ступенчатая дистанционная защита. В этом случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется также использовать токовую отсечку без выдержки времени.

От замыканий на землю должна быть предусмотрена, как правило, ступенчатая токовая направленная или ненаправленная защита нулевой последовательности.