Ivalt.ru

И-Вольт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дуговая защита вакуумного выключателя

Дуговая защита

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

Содержание

  • 1 Последствия дуговых замыканий
  • 2 Дуговая защита шин
  • 3 ЗДЗ клапанного типа
  • 4 ЗДЗ с мембранным выключателем
  • 5 ЗДЗ фототиристороного типа
  • 6 ЗДЗ волоконно-оптического типа
    • 6.1 Построение оптико-электрических дуговых защит
    • 6.2 Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)
  • 7 Требования нормативных документов
  • 8 См. также
  • 9 Ссылки

Последствия дуговых замыканий

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 7 000 … 12 000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по её ликвидации неминуемо приводит к их разрушению. Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Дуговая защита шин

Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6-10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН). Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распредустройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках.

ЗДЗ клапанного типа

На повышение давления воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ реагирует ЗДЗ клапанного типа. В ЗДЗ этого типа в качестве датчика, реагирующего на повышение давления воздуха, используются специальные разгрузочные клапаны с путевыми выключателями, смонтированные в КРУ.

ЗДЗ с мембранным выключателем

Представляет из себя систему из шлангов, вентилей обратного давления и мембранного выключателя. В каждый защищаемый отсек ячейки подводится шланг, объединение шлангов производится через вентили обратного давления, объединённый участок подключается к мембранному выключателю, реагирующему на волны давления, создаваемые электрической дугой. [wiki-rza.ru/index.php/%D0%97%D0%B0%D1%89%D0%B8%D1%82%D0%B0_%D0%BE%D1%82_%D0%B4%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D1%85_%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D1%8B%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D1%87%D0%B5%D0%B5%D0%BA_%D0%9A%D0%A0%D0%A3#cite_note-.D0.9F.D0.BD.D0.B5.D0.B2.D0.BC.D0.B0.D1.82.D0.B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B8.D0.B9_.D0.BC.D0.B5.D0.BC.D0.B1.D1.80.D0.B0.D0.BD.D0.BD.D1.8B.D0.B9_.D0.B2.D1.8B.D0.BA.D0.BB.D1.8E.D1.87.D0.B0.D1.82.D0.B5.D0.BB.D1.8C_8_AX_10-1 [1]]

ЗДЗ фототиристороного типа

На световую вспышку от электрической дуги реагируют ЗДЗ фототиристороного типа. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется фототиристор.

ЗДЗ волоконно-оптического типа

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».

Построение оптико-электрических дуговых защит

Оптико-электрические дуговые защиты по типу используемых датчиков можно разделить на две группы: с полупроводниковыми фотодатчиками и с волоконно-оптическими датчиками. Тип датчика определяет не только алгоритмы обработки информации, но и исполнение защит, которые можно классифицировать как индивидуальные и централизованные.

Централизованная защита, как правило, предназначены для защиты секции или группы ячеек и не обеспечивают селективного выявления зоны повреждения. Оптические датчики, например полупроводниковые фотоприборы, соединяются параллельно, а ВОД включается в виде петли.

Индивидуальное исполнение защиты позволяет выполнить воздействие на выключатель поврежденной ячейки, обеспечить селективность действия защиты и выявить поврежденную зону.

Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)

Дуговая защита КРУ должна строиться с учетом его конструктивных особенностей и типов коммутационных аппаратов. Для этого необходимо выделить как особые элементы распредустройства, к которым относятся ячейки вводного выключателя, ячейка секционного выключателя, особые зоны (отсеки) ячеек КРУ: отсек шинного моста, отсеки высоковольтных выключателей, трансформатора напряжения и т. д. Такое деление КРУ на зоны позволит наиболее оптимально выполнять воздействия на коммутационные аппараты с минимизацией объёмов повреждений.

При КЗ в особых элементах требуется отключение секции без выдержки времени, а при КЗ в особых зонах, например, в отсеках измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов возможно отключение только поврежденной ячейки, например, при использовании вакуумных выключателей.

Горение дуги в ячейке вводного выключателя требует воздействия на отключение не только секционного выключателя, но и выключателя со стороны высшего напряжения силового трансформатора. Повреждение же секционного выключателя требует отключения вводных выключателей. С учетом вышеизложенного защита должна обеспечивать селективное выявление дуговых коротких замыканий в ячейках и их отсеках.

Существует также и другой подход в построении дуговой защиты КРУ, согласно которому любое КЗ в КРУ должно отключаться вводным выключателем, что приводит к «погашению» секции. Такой подход упрощает реализацию защиты и допускает объединение датчиков, например, позволяет выполнять оптико-электрический датчик единым, что имеет место при использовании ВОЛС, соединенной в «петлю». При реализации защиты по первому варианту возможно объединение ОЭДЗ и устройств, воздействующих на одни и те же выключатели.

Требования нормативных документов

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

Дуговая защита

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

Содержание

  • 1 Последствия дуговых замыканий
  • 2 Дуговая защита шин
  • 3 ЗДЗ клапанного типа
  • 4 ЗДЗ с мембранным выключателем
  • 5 ЗДЗ фототиристорного типа
  • 6 ЗДЗ волоконно-оптического типа
    • 6.1 Построение оптико-электрических дуговых защит
    • 6.2 Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)
  • 7 Распределённо-независимая ЗДЗ
  • 8 Требования нормативных документов
  • 9 См. также
  • 10 Ссылки

Последствия дуговых замыканий

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.

Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по её ликвидации неминуемо приводит к их разрушению. Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Дуговая защита шин

Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6-10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН). Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распредустройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках.

ЗДЗ клапанного типа

На повышение давления воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ реагирует ЗДЗ клапанного типа. В ЗДЗ этого типа в качестве датчика, реагирующего на повышение давления воздуха, используются специальные разгрузочные клапаны с путевыми выключателями, смонтированные в КРУ.

ЗДЗ с мембранным выключателем

Представляет из себя систему из шлангов, вентилей обратного давления и мембранного выключателя. В каждый защищаемый отсек ячейки подводится шланг, объединение шлангов производится через вентили обратного давления, объединённый участок подключается к мембранному выключателю, реагирующему на волны давления, создаваемые электрической дугой. [1]

Читать еще:  Автоматический выключатель перевод английский

ЗДЗ фототиристорного типа

На световую вспышку от электрической дуги реагируют ЗДЗ фототиристороного типа. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется фототиристор.

ЗДЗ волоконно-оптического типа

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). Применяется два типа ВОД:

  • петлевого типа;
  • радиального типа.

ВОД размещаются по одному в каждом отсеке ячейки КРУ:

  • в отсеке ввода;
  • в отсеке выкатного элемента;
  • в кабельном отсеке;
  • в пространстве шинного моста.

Применяются также эконом-варианты размещения ВОД — так, например, один ВОД может быть одновременно размещен и в шинных отсеках и в отсеках выкатных элементов в нескольких ячейках одной секции. 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».

Построение оптико-электрических дуговых защит

Оптико-электрические дуговые защиты по типу используемых датчиков можно разделить на две группы: с полупроводниковыми фотодатчиками и с волоконно-оптическими датчиками. Тип датчика определяет не только алгоритмы обработки информации, но и исполнение защит, которые можно классифицировать как индивидуальные и централизованные.

Централизованная защита, как правило, предназначены для защиты секции или группы ячеек и не обеспечивают селективного выявления зоны повреждения. Оптические датчики, например полупроводниковые фотоприборы, соединяются параллельно, а ВОД включается в виде петли.

Индивидуальное исполнение защиты позволяет выполнить воздействие на выключатель поврежденной ячейки, обеспечить селективность действия защиты и выявить поврежденную зону.

Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)

Дуговая защита КРУ должна строиться с учетом его конструктивных особенностей и типов коммутационных аппаратов. Для этого необходимо выделить как особые элементы распредустройства, к которым относятся ячейки вводного выключателя, ячейка секционного выключателя, особые зоны (отсеки) ячеек КРУ: отсек шинного моста, отсеки высоковольтных выключателей, трансформатора напряжения и т. д. Такое деление КРУ на зоны позволит наиболее оптимально выполнять воздействия на коммутационные аппараты с минимизацией объёмов повреждений.

При КЗ в особых элементах требуется отключение секции без выдержки времени, а при КЗ в особых зонах, например, в отсеках измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов возможно отключение только поврежденной ячейки, например, при использовании вакуумных выключателей.

Горение дуги в ячейке вводного выключателя требует воздействия на отключение не только секционного выключателя, но и выключателя со стороны высшего напряжения силового трансформатора. Повреждение же секционного выключателя требует отключения вводных выключателей. С учетом вышеизложенного защита должна обеспечивать селективное выявление дуговых коротких замыканий в ячейках и их отсеках.

Существует также и другой подход в построении дуговой защиты КРУ, согласно которому любое КЗ в КРУ должно отключаться вводным выключателем, что приводит к «погашению» секции. Такой подход упрощает реализацию защиты и допускает объединение датчиков, например, позволяет выполнять оптико-электрический датчик единым, что имеет место при использовании ВОЛС, соединенной в «петлю». При реализации защиты по первому варианту возможно объединение ОЭДЗ и устройств, воздействующих на одни и те же выключатели.

Распределённо-независимая ЗДЗ

Приведенные выше типы ЗДЗ (ЗДЗ клапанного и мембранного типов, ЗДЗ с мембранным выключателем, ЗДЗ фототиристорного и волоконно-оптического типа) относятся к классу регистраторов (датчиков) дугового замыкания.

Система дуговой защиты шин с применением подобных регистраторов зависит от устройств релейной защиты, обеспечивающих токовый контроль, и промежуточных реле, действующих на отключение высоковольтного выключателя. Суммарное быстродействие подобных систем, как правило, составляет 30 мс и более.

Распределённо-независимая ЗДЗ исключает необходимость использования сторонних устройств пуска по току и промежуточных реле, что значительно повышает надежность системы и многократно увеличивает её быстродействие.

Распределённо-независимая ЗДЗ обладает следующими основными особенностями:

  • встроенный орган измерения тока для организации независимого токового контроля;
  • встроенное мощное реле прямого действия на выключатель.

Для повышения быстродействия в современных устройствах ЗДЗ выполнен отказ от дискретного преобразования Фурье в пользу более быстродействующих методов работы токового органа (работа по мгновенным значениям, анализ первой и второй производной тока и др.)

Примерами распределённо-независимых устройств ЗДЗ являются такие устройства, как Лайм-Плюс (НПП «Микропроцессорные технологии», Россия), AQ-110P (Arcteq, Финляндия) и REA 101 (ABB, Швейцария), с временем срабатывания 0,8 мс, 2 мс и 2,5 мс, соответственно.

Требования нормативных документов

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

КРУ с вакуумными выключателями

Комплектные РУ (КРУ) с вакуумными выключателями весьма компактны и выпускаются в выкатном (рис. 1) и стационарном (рис. 2) исполнениях. В конструкциях КРУ выкатного исполнения на выкатной тележке размещается выключатель с приводом. В корпусе шкафа содержатся отсеки сборных шин, измерительных ТТ и кабельной разделки, измерительной аппаратуры и релейной защиты. Роль высоковольтных разъединителей выполняют втычные контакты. Они создают видимый разрыв при выводе выключателя в ремонт. Соединение оперативных цепей тележки и корпуса осуществляется с помощью штепсельных разъемов. Выкатная тележка с выключателем может занимать три положения: рабочее, испытательное и ремонтное. Рабочее положение соответствует режиму, при котором замкнуты втычные контакты и соединены оперативные цепи с помощью штепсельного разъема. В испытательном положении производится испытание выключателя. При этом втычные контакты разомкнуты, а оперативные цепи замкнуты. В рабочем и испытательном положениях тележка фиксируется внутри корпуса шкафа.

Рис. 1. Шкаф КРУ с вакуумным выключателем выкатного исполнения: а — рабочее положение, б — испытательное положение, в — ремонтное положение; А — втычные контакты: I — отсек измерительных трансформаторов и кабельной разделки; II — отсек сборных шин: III — отсек измерительной аппаратуры и защиты; IV — отсек выкатной тележки; 1 — трансформатор тока; 2 — опорный изолятор; 3 — сборные шин; 4 — проходной изолятор; 5 — штепсельный разъем: 6 — вакуумный выключатель: 7 — привод вакуумного выключателя: 8 — выкатная тележка; 9 — заземляющий разъединитель; 10 — шторки; 11 — скользящий контакт заземления тележки.

Рис. 2. Шкаф КРУ стационарного исполнения с вакуумным выключателем (серия КРУН-102):
1 — рычаг-изолятор; 2 — опорный изолятор; 3 — тяга электромагнитного привода; 4 — отсек измерительной аппаратуры и защиты; 5 — рама выключателя; б — проходной изолятор; 7 — трансформатор тока; 8 — шина; 9 — кронштейн дугогасительной камеры: 10 — изоляционный барьер; 11 — вакуумная дугогасительная камера; 12 — шина с гибким дугоотводом; 13 — монтажный люк; 14 — отсек выключателя

Для производства ремонтных работ тележка выдвигается из пределов корпуса шкафа, при этом токоведущие силовые части шкафа, включая неподвижные втычные контакты, автоматически ограждаются шторками для защиты персонала от случайного прикосновения, а выводы ТТ заземляются специальными разъединителями.
Для обеспечения безопасности труда и предотвращения аварий предусматриваются специальные блокировки, которые делают невозможным:
вкатывание тележки в корпус при включенном выключателе; включение выключателя в нефиксированном положении тележки;
выкатывание тележки из рабочего положения при включенном выключателе;
включение заземляющих разъединителей при рабочем положении тележки;
вкатываиие тележки в рабочее положение при включенных заземляющих ножах.
Если выключатель не зафиксирован в рабочем положении, то возможен перегрев втычных контактов из-за плохого контакта или возникновения дугового разряда при разрыве цепи (если выключатель включен, а шины под напряжением).
Шкаф КРУ разделен на отсеки с помощью металлических перегородок и проходных изоляторов для локализации возникших в шкафу аварий в пределах поврежденного участка.
Комплектные распределительные устройства на 6 — 35 кВ с вакуумными выключателями п элегазовой изоляцией. Одним из недостатков вакуумных выключателей являются перекрытия по наружной поверхности изоляционного корпуса при перенапряжениях, что объясняется малой высотой изоляционного корпуса дугогасительной камеры. По этой причине первоначально вакуумные выключатели погружали в масло, что затрудняло условия их эксплуатации. Целесообразнее размещать их в специальных отсеках, заполненных элегазом. В этом случае не только облегчаются условия эксплуатации, но и повышается их надежность по сравнению с вакуумными выключателями, устанавливаемыми на воздухе, поскольку даже в случае потери вакуума в вакуумных дугогасительных камерах гашение дуги в элегазе происходит эффективнее, чем в воздухе.
Комплектное РУ с вакуумным выключателем и элегазовой изоляцией состоит из четырех отсеков: 1, 2, 7 и 9 (рис. 2). В отсеке 1 размещаются кабельные муфты 10, трансформаторы напряжения 11 и трансформаторы тока 12. Объем отсека 4 позволяет в случае необходимости разместить в нем разрядники или ограничители перенапряжения. В отсеке 2, заполненном элегазом при давлении Р = 0,25 МПа, размещается вакуумный выключатель 3. Отсеки 7 и 9 предназначены для двух систем сборных шин и соответствующих шинных разъединителей 5 и 8.
В отсеке 5, не заполняемым элегазом, расположены приводы выключателя и разъединителей и аппаратуры б управления, защиты и сигнализации.

Читать еще:  Quteo выключатель двухклавишный наружный


Рис. 3. Ячейка КРУ на 6 — 35 кВ с вакуумными выключателями и элегазовой изоляцией

Трансформаторы тока и напряжения с литой эпоксидной изоляцией.

Трансформаторы тока снабжены емкостным делителем напряжения. Их выводы присоединены к внешним зажимам. Это позволяет в любое время проводить
испытания изоляции и проверку фазировки без необходимости вскрытия отсека 1. К ячейке можно присоединить любой тип кабеля сечением до 625 мм 2 . Имеются также специальные вводы для проведения периодических испытаний изоляции.
Разработаны и отдельностоящие вакуумные выключатели, размещенные в герметичных корпусах, заполненных элегазом (рис. 1).

Рис. 1. Вакуумный выключатель на 25 кВ, установленный в герметическом корпусе с элегазом

Поскольку вакуумный выключатель обладает весьма высоким коммутационным ресурсом, затраты на эксплуатационные расходы такого комбинированного выключателя существенно уменьшаются.
Новые разработки КРУ с вакуумными выключателями. Новая концепция КРУ с вакуумными выключателями для установки внутри помещений отличается от традиционных решений наличием самоотделяющегося выключателя, выполняющего также функцию разъединителя, и продольным расположением фаз всех функциональных элементов.
Разработанная для распределительных сетей XXI века ячейка КРУ представляет собой новое поколение оборудования среднего напряжения, имеющее высокие характеристики по длительности непрерывной работы, надежности и безопасности, где все функциональные элементы смонтированы на одной прямой линии между шинами и кабельными подсоединениями.

Основой данной концепции является выключатель, оригинальным образом сочетающий функции выключателя и разъединителя в едином модуле. Техническая реализация этого модуля стала возможной при использовании вакуумной дугогасительной камеры. Изоляция между отсеками выключателя и кабелей обеспечивается специальной многофункциональной траверсой, в которую встроены трансформаторы тока и емкостный делитель для индикации напряжения. Механический привод выключателя, который располагается за дверцей ячейки, управляется с лицевой стороны. Заземляющий нож также управляется с лицевой стороны ячейки прямым поворотом его главной оси.
В конструкции КРУ шины, выключатель и кабели располагаются один над другим. Как и в традиционных ячейках, приборы зашиты, управления и сигнализации расположены в ее верхней части. Сзади имеется вытяжное устройство для отвода горячих газов в случае короткого замыкания внутри ячейки. В отсеке кабелей выводы их контактных зажимов и заземляющий нож смонтированы с правой стороны ячейки с тем, чтобы освободить слева максимум пространства для операций по подсоединению кабельных зажимов. Ячейки «ввода», «шинного перехода» (шиносоединительного выключателя) и «измерения» могут быть снабжены отключаемыми ТН. Они располагаются продольно с левой стороны отсека кабелей. Оригинальности ячейки заключается в том, что отделение шин от кабелей осуществляется с помощью поворота на 90 ° полюсов и механизма привода выключателя.
Перенапряжения при работе вакуумных выключателей. При коммутации вакуумными выключателями индуктивных токов (например, при отключении мало нагруженных трансформаторов и пусковых токов электродвигателей) возникают перенапряжения трех видов: вызванные срезом тока, многократными повторными пробоями межконтактного промежутка и одновременным отключением трех фаз. Следует отметить, что коммутационные перенапряжения носят случайный характер и зависят от структуры электрической сети и статистических свойств вакуумного выключателя.
В процессе отключения в межконтактном промежутке вакуумных дугогасительных камер возникает вакуумная дуга промышленной частоты (горящая в парах металла). Вследствие высокой скорости нарастания электрической прочности межконтактного промежутка в вакууме (рис. 3) дуга может погаснуть до естественного перехода тока через нулевое значение, т.е. происходит срез тока. В результате среза тока энергия, запасенная в индуктивной нагрузке, переходит в емкость нагрузки и возникают большие перенапряжения, которые могут привести к пробою изоляции электрооборудования, срабатыванию защит от замыканий на землю, что сокращает срок службы электрических аппаратов.
Срез тока вакуумными выключателями может привести к чрезвычайно высоким перенапряжениям, недопустимым для изоляции двигателей и кабелей. При отключении вакуумными выключателями пусковых токов перенапряжения могут быть еще больше, поскольку при этом индуктивность двигателя на порядок меньше. В связи с этим необходимо обеспечить защиту изоляции от таких перенапряжений. Наиболее совершенная защита изоляции обеспечивается нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН).
Кроме того, средствами защиты от перенапряжений могут быть RC-цепочки и устройства, регулирующие момент коммутации.
Использование RC-цепочки благоприятно влияет на переходные процессы при отключении:
уменьшает амплитуду перенапряжений при срезе тока, так как увеличивает емкость отключаемой нагрузки;
демпфирует высокочастотные колебания при повторных пробоях межконтактного промежутка;
снижает частоту колебаний после отключения тока, уменьшая вероятность повторных пробоев;
сдвигает положение нулевого значения тока высокочастотных колебаний относительно максимума напряжения, поэтому в момент гашения при нуле тока напряжение на емкости ниже максимального; это снижает восстанавливающееся напряжение и возможность повторных пробоев;
снижает крутизну фронта перенапряжений при повторных зажиганиях вследствие уменьшения частоты колебаний из-за увеличения емкости, что облегчает воздействие на продольную изоляцию.
Вследствие этого RC-цепочки снижают перенапряжения при многократных повторных пробоях, препятствуют эскалации напряжений.
Вместе с тем демпфирующие RC-цепочки имеют определенные недостатки:
емкость RC-цепочки увеличивает общий емкостный ток замыкания на землю в сети, что может привести в ряде случаев к необходимости установки дугогасящих устройств, усложняющих режимы и эксплуатацию сети;
размещение защитной цепочки вблизи зажимов двигателя затруднено (особенно на действующих объектах); установка RC- цепочки у выключателя снижает эффективность ограничения перенапряжений.
В случае использования демпфирующей RC-цепочки обусловленное ею затухание колебаний имеет максимум при определенном значении R, поскольку при R = 0 и R= затухание отсутствует. Изменяя при определенном С сопротивление R демпфирующей цепочки, можно найти значение R, соответствующее минимальным перенапряжениям. Этим в цепи создается режим наибольшего демпфирования колебаний.
Емкость демпфирующей цепочки С должна быть значительно больше емкости отключаемой индуктивной нагрузки (в 5 — 7 раз, как показывают многочисленные расчеты). При этом большую долю тока колебаний берет на себя ветвь ДС-цепочки, в результате чего возрастают потери и затухание.
Обычно в схемах собственных нужд электростанций длина кабеля составляет 50 — 500 м. С учетом длины и марки кабеля емкость КС-цепочки может составлять 0,1 — 1,3 мкФ. Сопротивление RC-цепочки для тех же параметров кабеля должно составлять 30 — 15 Ом.
Ограничение перенапряжений с помощью ОПН при коммутациях вакуумными выключателями электродвигателей и трансформаторов имеет ряд преимуществ. Ограничиваются перенапряжения ОПН при срезе тока и эскалации перенапряжений и тем самым исключается виртуальный срез тока. Конструктивно ОПН легко может быть установлен в ячейке выключателя или на крышке трансформатора. Поскольку уровень выдерживаемых перенапряжений у электродвигателей ниже, чем у трансформаторов, защита электродвигателя имеет первостепенное значение.
Кроме того, снизить перенапряжения, вызванные повторными пробоями межконтактного промежутка выключателя при отключении им индуктивных токов, можно посредством устройства синхронизированного отключения вакуумным выключателем. Оно включается в цепь электромагнита отключения выключателя с целью предотвращения размыкания контактов в моменты, опасные с точки зрения возникновения эскалации напряжений, представляющей собой процесс постепенного увеличения перенапряжений при нескольких повторных пробоях межконтактного промежутка отключающегося выключателя. Основное условие возникновения таких пробоев и перенапряжений состоит в том, что контакты выключателя механически размыкаются вблизи нулевого значения тока, за время около 1 мс до этого момента. В этом случае после погасания дуги контакты выключателя еще не успели разойтись на большое расстояние, электрическая прочность промежутка относительно невелика и он может быть пробит восстанавливающимся на выключателе напряжении.
Для предотвращения таких явлений необходимо исключить возможность размыкания контактов выключателя в указанный момент (до 1 мс до нулевого значения тока).

Читать еще:  Олимп схема подключения проходного выключателя

Устройства защиты от дугового пробоя

2017-12-10 Статьи 2 комментария

С 1 июля 2018 года на территории Российской Федерации вводится в действие стандарт ГОСТ IEC 62606-2016 «Устройства защиты бытового и аналогичного назначения при дуговом пробое. Общие требования». Стандарт распространяется на защитные устройства от дугового пробоя (УЗДП) бытового и аналогичного назначения, применяемые в цепях переменного тока.

Назначение УЗДП

Данный тип устройств предназначен для снижения риска возгорания в концевых цепях стационарной электроустановки под воздействием токов дугового замыкания, которые в определенных условиях длительной дуги могут привести к пожару.

В России этот тип устройств еще не распространен и я думаю, что многие даже не слышали о них. А вот в западных странах эти устройства уже широко применяются и являются в ряде случаев обязательными для применения.

Так в США устройства с аналогичным принципом действия AFDI (Arc fault detection and interruption) стали обязательными с 2008г. В Европе в 2013г. вышел международный стандарт IEC62606, регламентирующий применение устройств данного типа. Например в Германии с 2016г. по стандарту DIN VDE 0100-420:2016-02 УЗДП стали обязательными для применения в детских учреждениях, аэропортах, железнодорожных вокзалах и т.д.

Дело в том, что традиционно используемых устройства для защиты сетей, такие как автоматические выключатели, предохранители, устройства дифференциального тока (УДТ), не способны решить те задачи, которые призваны решать УЗДП, а именно неспособны различить отдельные, периодически возникающие искрения и дуговой пробой в электропроводке, так как они не вызывают увеличения тока или увеличения утечки, выше допустимого, на землю.

Автоматические выключатели и предохранители эффективно защищают от перегрузки сети, токов короткого замыкания, УДТ — от поражения людей электрическим током, предотвращения возгораний и пожаров, возникающих в следствии разрушения защитной изоляции проводника.

А вот ниша, которую призваны заполнить УЗДП, оставалась свободной, хотя последствия дугового пробоя могут быть весьма плачевны, вплоть до возгорания изоляции и последующего за этим пожара. Вот поэтому и решили ввести третью ступень защиты — УЗДП.

УЗДП способен обнаруживать неисправности, связанные с дугой короткого замыкания и вовремя отключать те линии, в которых эта неисправность была выявлена. Причем он не реагирует на те случаи, когда эта дуга вызвана рабочими процессами, не являющимися аварийной ситуацией — искрение щеток электродвигателей, искрение при замыкании и размыкании контактов реле, синусоидальные колебания электронных диммеров, блоков питания, подключение в розетку светильников или других устройств.

Ниже на фото приведены типичные примеры возникновения дуги короткого замыкания:

Все эти случаи могут вызвать следующие типы дуговых разрядов:

Последовательные дуги короткого замыкания (L) возникают, прежде всего, в результате повреждения провода или потери контакта в последовательности с нагрузкой.

В этих случаях ток меньше, чем рабочий ток, и автоматические выключатели или устройства защитного отключения не способны определить и выключить неисправность. И именно дуговая защита сконструирована так, чтобы определить дуги короткого замыкания – и прервать контур ещё перед тем, как энергия в месте неисправности достигнет значений, ведущих к возникновению пожара.

Параллельные дуги короткого замыкания (L-N) возникают от электрической дуги, которая была вызвана повреждённой изоляцией, позволившей произойти соединению двух проводников.

Размер тока определён полным сопротивлением контура. В зависимости от того, какой номинальный ток имеет защита (напр. автоматический выключатель), происходит выключение контура. Если полное сопротивление контура слишком высокое, и не достигнут отключающий ток защиты, выключение может не произойти. Дуговая защита выключит ток дуги короткого замыкания, имеющий значение больше 2,5 A, и предоставит так надёжную защиту.

Параллельные дуги короткого замыкания (L-PE). Дуги короткого замыкания относительно земли (PE) надёжно определены и выключены устройствами защитного отключения.

Устройства защитного отключения с IΔn 300 mА обеспечивают защиту от пожара в течение многих лет. Дуговая защита также определяет эти типы дуг короткого замыкания и предоставляет защиту в местах, где устройства защитного отключения не установлены. Приборы максимальной токовой защиты (автоматический выключатель, предохранитель) не предоставляют в некоторых случаях никакой защиты, так как полное сопротивление неисправного контура может быть слишком высоким.

Рекомендации к установке и применению

Устройство определения дугового пробоя согласно ГОСТ IEC 62606-2016 рекомендовано применять в следующих местах:

  • В помещениях со спальными местами: таких как гостиницы и общежития, детсады, ясли, интернаты, дома ухода за престарелыми и больными, школы, жилые дома и квартиры
  • В местах повышенной пожарной опасности в связи с характером обрабатываемых хранящихся материалов: таких как амбары, деревообрабатывающие цехи, склады горючих материалов, бумажные и текстильные производства, сельскохозяйственные помещения
  • В местах, где есть горючие материалы: таких как деревянные дома, здания, где большинство строительных материалов горючие
  • В конструкциях, проводящих пламя: таких как здания повышенной этажности, системы принудительной вентиляции
  • В местах присутствия подверженных опасности или невосстановимых предметов: таких как музеи, национальные памятники, общественные здания и важные объекты инфраструктуры, например аэропорты и железнодорожные вокзалы

Устанавливать УВДТ производители рекомендуют на вводе той линии, которую он должен защищать.

Как видно из рисунка, взятого из каталога EATON, устройства от дугового пробоя (AFDD) устанавливаются на отдельные линии совместно с АВДТ (RCBO).

Характеристики УЗДП

К основным характеристикам УЗДП относятся:

  1. Номинальный ток In — Значение тока, указанное изготовителем, который УЗДП может проводить в непрерывном режиме.
  2. Номинальное напряжение Un — Значение напряжения, установленное для УЗДП изготовителем, с которым соотносят работоспособность УЗДП.
  3. Номинальная частота — Номинальной частотой УЗДП является частота источника питания, на которую рассчитано УЗДП и которой соответствуют другие его характеристики.
  4. Номинальная включающая и отключающая способность Im — Действующее значение переменной составляющей ожидаемого тока, установленное изготовителем, который УЗДП может включать, проводить и отключать в заданных условиях.
  5. Номинальная включающая и отключающая способность в одном полюсе Im1 — Действующее значение переменной составляющей ожидаемого тока, установленное изготовителем, который УЗДП может включать, проводить и отключать одним полюсом в заданных условиях.
  6. Номинальный условный ток короткого замыкания Inc — Действующее значение ожидаемого тока, указанное изготовителем, который УЗДП, защищенное автоматическим выключателем, может выдержать в заданных условиях, не претерпевая изменений, ухудшающих его функционирование.

У различных производителей УЗДП могут быть как модульной конструкции, то есть присоединяться к автоматическому выключателю или УДТ в виде расцепителя дуговой защиты, так и отдельного исполнения.

Заключение

На сегодняшний день УЗДП выпускают уже целый ряд известных брендов, таких как Siemens, Eaton, OEZ, Schrack, Schneider. Из российских, насколько я знаю, есть подобные устройства у компаний IEK, EKF, Меандр и Эколайт. Несмотря на это, на нашем рынке эти устройства представлены еще довольно слабо и цена на них такая, что далеко не каждый будет готов их приобрести.

Так AFDD+ от Eaton стоит порядка 7000р, 5SM6 от Siemens еще дороже, A9FDD225 Schneider Electric я вообще не обнаружил в продаже. Самой доступной моделью пожалуй является УЗМ-51МД от компании Меандр, совмещающее в себе функцию защиты от дуговых пробоев с функцией реле напряжения — его цена составляет около 2600р.

К сожалению большего сказать об устройствах защиты от дугового пробоя пока что ничего нельзя, так как опыта их практического применения на данный момент нет, да и сами устройства еще немного «сырые» в силу того, что появились совсем недавно. Но я уверен, что со временем они будут набирать популярность, станут более доступными и тогда можно будет подробно рассмотреть их применение. Еще не так давно такие устройства как УЗО тоже были в новинку, а сегодня они уже применяются повсеместно, возможно тоже самое произойдет и с УЗДП.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector