Дуговая защита

Опасность возникновения электрической дуги в энергоустановках заключается в том, что это явление способно в течение нескольких секунд нанести непоправимый вред оборудованию. Чтобы не допустить аварийных ситуаций, на установках применяется защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) – специальное реле, которое в нужное время срабатывает и отключает оборудование.

Дуговая защита

Применение

Устройства применяют на электроподстанциях энергокомпаний, предприятий газовой, нефтяной и других видов промышленности. Кроме того, ЗДЗ используют для защиты тяговых подстанций на железной дороге, в электрооборудовании метрополитена. Идеальными условиями для срабатывания дуговой защиты являются неотапливаемые помещения.

Электрическая подстанция энергокомпании

Дуговую защиту устанавливают в комплектных распредустройствах (КРУ), которые в связи с компактными габаритами могут быть отключены на время, не превышающее 1 секунды. Монтаж защитного реле выполняют: 

• в ячейках КРУ внутренней и наружной установки;
• шинах (проводниках электрического тока с низким сопротивлением);
• камерах сборных одностороннего обслуживания (КСО);
• комплектных трансформаторных подстанциях (КТП) промышленных и собственных нужд.

Механизм и последствия короткого замыкания

При возникновении короткого замыкания, сопровождающегося электродугой, в считанные доли секунды резко возрастает температура (до 120000С), повреждая стенки ячейки и переходя в соседние.

Если вовремя не принимаются меры, то необратимо выходят из строя целые секции распредустройства с глубокими повреждениями механического и термического характера. В электроустановках возникают очаги возгорания. Падение напряжения с возрастанием тока приводит к торможению и снижению производительности электродвигателей, остановке частей электрической системы, что приводит к локальным и системным (наиболее значительным) авариям.

При этом предприятие несет большие убытки в виде повреждений дорогостоящего оборудования, возможных травм персонала, незапланированных простоев  в работе. Уровень причиненного ущерба зависит от качества и типа изоляционных материалов, величины тока короткого замыкания  и длительности его воздействия.

Причины дуговых замыканий

Электрическая дуга может появиться  в результате:

• изношенной, поврежденной или загрязненной изоляции;
• нарушения схемы соединения (например, обрыв проводов на линии электропередачи, перекрытие токоведущих элементов животными, птицами);
• неисправности оборудования;
• повышенного уровня влажности;
• коррозии;
• повышения напряжения;
• ошибочных действий обслуживающего персонала во время оперативных переключений в электроустановках.

Возникновение дуги

При квалифицированном  и ответственном техническом обслуживании распределительных устройств перечисленные причины устраняются сразу же при обнаружении, что является профилактической мерой возникновения электрической дуги.

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.

Дуговая защита на КРУ

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).

Разновидности дуговой защиты

Существуют два типа защиты от дуговых замыканий: механическая (клапанная и мембранная) и электронная (фототиристорная и волоконно-оптическая).

Клапанная ЗДЗ

В защитном устройстве данного типа находится датчик в виде клапанов с выключателями, срабатывающий на повышение давления воздуха в результате появления дуги. Нарастание давления в ячейке способствует выбиванию крышки, которая замыкает контакт датчика (клапана), и происходит защитное отключение оборудования от сети.

Клапанная ЗДЗ проста в исполнении и обслуживании, отличается доступной ценой, надежностью при токах КЗ свыше 3кА. Но в связи с тем, что реле реагирует не на саму дугу, а на ее последствия (повышение давления), то при небольших токах КЗ имеет не вполне высокую чувствительность и несколько длительное время срабатывания.

Мембранная защита от дуги

ЗДЗ мембранного типа наделена шлангами, которые подведены к отсекам ячеек распредустройства. Система шлангов объединена через вентили обратного давления и подключена к мембранному выключателю, который срабатывает при повышении давления воздуха, создаваемого дугой.

Фототиристорный тип дуговой защиты

Относится к электронному виду защиты от дуговых замыканий, реагирует на вспышку от электрической дуги с помощью датчика, в качестве которого применяется полупроводниковый прибор – фототиристор.

Дуговая защита на основе фототиристорных датчиков обладает относительно высокой чувствительностью и быстротой реагирования. Однако их невозможно установить для полного обзора, трудно учесть организационные нюансы при контроле исправности. Также фототиристоры могут ложно срабатывать из-за токов утечки, прямых солнечных лучей или включенных ламп освещения.

Дополнительная информация. Датчиком светового срабатывания может быть фототранзистор, -диод, -резистор.

Волоконно-оптическая ЗДЗ

Следующим представителем электронной защиты от дуговых замыканий является волоконно-оптический вид ЗДЗ – наиболее современный и качественный. Датчики размещают в отсеках ввода, выкатного элемента, в кабельном отсеке. Волоконно-оптическая линия связи служит передающим звеном при срабатывании датчика на вспышку дуги. Микропроцессорный терминал, получив сигнал от датчика, подает команду на отключение выключателей для устранения короткого замыкания.

Волоконно-оптическая ЗДЗ

Лучшим представителем представленной защиты является прибор «Лайм», имеющий самые эффективные технические характеристики:

• реагирование (быстродействие) – 0,7-0,9 мс, то есть выше в 10 раз, чем в обычных устройствах;
• время начала срабатывания – 40 мс;
• длительность работы после отключения (инерция) – 3 с;
• благодаря возможности подключения трех датчиков, достигается угол обзора более 1800С.

С целью экономии средств на монтаж оптической ЗДЗ выбирают рациональный вариант построения защиты, объединяя одноименные зоны: отсеки шинного моста, выключателей, трансформаторов тока. В зависимости от особенностей схемы, также применяют объединение разноименных зон.

Дуговая защита является необходимостью при эксплуатации энергооборудования. Особенно это требуется на предприятиях, в учреждениях и организациях, от бесперебойного электроснабжения которых зависят важные человеческие и технические факторы. Применение надежной и качественной системы защиты от электрической дуги избавит от рисков работу оборудования стратегической важности, а также жизнь и здоровье большого количества людей.

Видео

Автор:

Кoкушкин Сeргей Виктopoвич