|
Страница 2 из 14
2.1. Применение в электроустановке
Применение устройств защиты от замыкания на землю
Измерение должно выполняться:
либо на всех токоведущих проводах (3 фазы + нейтраль, если она распределена); Тип защиты от замыкания на землю: РТ или ТНП.
либо на проводнике РЕ. Тип защиты от замыкания на землю: ВТЗ.
Низкочувствительная ЗЗЗ может работать только в схеме TN-S.
Анализ рисунка 8 позволяет определить три уровня.
А/ На уровне ГРЩ НН электроустановка имеет следующие характеристики: очень сильные номинальные токи (> 2000 А); большие токи замыкания на землю; легкий доступ к РЕ защиты источника. Исходя из этих характеристик, на головной аппарат устанавливается ЗЗЗ типа "разностный ток" или "возврат тока по заземлителю". Условие бесперебойной работы требует обеспечения полной селективности устройств защиты от замыкания на землю в случае повреждения со стороны нагрузки. На этом уровне схемы установки могут быть достаточно сложными: с несколькими источниками и т.д.
Это должно учитываться при организации ЗЗЗ.
Б/ На уровне промежуточного или распределительного щита электроустановка имеет следующие характеристики:
большие номинальные токи (от 100 до 2000 А); токи замыкания на землю средней силы; доступ к защитным РЕ затруднен. Исходя из этих характеристик, применяются устройства ЗЗЗ типа "разностный ток" или "ток нулевой последовательности" (для малых величин).
Примечание: проблемы селективности могут быть решены путем питания групп от разных или разделительных трансформаторов.
В/ На уровне электроприемника электроустановка имеет следующие характеристики: слабые номинальные токи (< 100 А); слабые токи замыкания на землю; доступ к защитным проводникам РЕ затруднен. Защита имущества и людей на этом уровне обеспечивается высоко- или низкочувствительными УЗО.
Бесперебойность работы обеспечивается:
посредством горизонтальной селективности на уровне оконечных отходящих линий: по одному УЗО на каждую линию;
посредством вертикальной селективности по отношению к устройствам защит вышестоящего распределительного щита (легко реализуемой, так как значения уставок сильно различаются).
Рис. 8 - Общая схема
2.2. Координация устройств защиты от замыкания на землю
Рис. 9
Для устройств защиты от замыкания на землю должна обеспечиваться токовая и временная селективность. Данная селективность выполняется между вышестоящими и нижестоящими устройствами защит от замыкания на землю;
вышестоящими устройствами защит от замыкания на землю и токовыми отсеками нижестоящих устройств.
Логическая селективность ЗСВ гарантирует координацию верхних и нижних защит. Для неё необходим контрольный кабель между аппаратами.
Согласно § 95 стандарта НЭК 230 для предотвращения опасности возгорания защита от замыкания на землю необходима только на головном аппарате. Однако повреждения изоляции редко возникают на сборных шинах ГРЩ НН; чаще всего они имеют место в средней или оконечной части распределительной системы. Чтобы избежать вывода из работы всей электроустановки необходимо, чтобы сработала только нижняя защита, расположенная непосредственно над повреждением.
Верхнее устройство защиты от замыкания на землю должно быть скоординировано с нижними защитами. Координация защит выполняется между: верхней защиты от замыкания на землю и любыми возможными нижними ЗЗЗ;
верхней защиты от замыкания на землю и нижними УЗКЗ, так как учитывая значения уставок устройств защиты от замыкания на землю (несколько сот ампер), ЗЗЗ и установленные ниже УЗКЗ могут сработать одновременно с ЗЗЗ.
Примечание: проблемы селективности можно решить путём применения разделительных трансформаторов, обеспечивающих гальваническую развязку путём изменения ТЗС или уровня напряжения (см. § 2.4.3).
2.2.1. Селективность между устройствами защит от замыкания на землю
Типы селективности: токовая селективность и временная селективность.
Оба указанных типа селективности должны применяться одновременно.
Токовая селективность Уставка отключения верхнего устройства ЗЗЗ должна превышать уставку нижней ЗЗЗ. Учитывая допуски регулировки уставок, достаточно иметь разницу 30-50% между верхним и нижним устройствами.
Рис. 10 - Координация между устройствами защит от замыкания на землю
Временная селективность Установленная выдержка времени верхнего устройства ЗЗЗ превышает время отключения нижней защиты. Кроме того, необходимо, чтобы выдержка времени, установленная на верхней защите, учитывала максимальное время отключения, определяемое в § 230.95 НЭК (т.е. 1 с для 3000 А).
2.2.2. Селективность между верхней защиты от замыкания на землю и нижним УЗКЗ
Правила селективности между ЗЗЗ и нижними предохранителями
Учитывая величины уставок устройств защиты от замыкания на землю (несколько сот ампер), в случае замыкания на землю ЗЗЗ и установленные ниже защитные предохранители могут сработать одновременно.
Если нижерасположеная аппаратура не оснащена защитой от замыкания на землю, необходимо, чтобы регулировка верхней защиты от замыкания на землю учитывала времятоковую характеристику нижних предохранителей.
Изучение рабочих характеристик показывает, что полная селективность обеспечивается посредством:
коэффициента порядка 10 -15 между уставкой верхней защиты от замыкания на землю и номинальным током нижних предохранителей;
превышения установленной выдержки времени верхней защиты от замыкания на землю над временем отключения нижней защиты.
Времятоковая характеристика ЗЗЗ типа l*t=const позволяет намного улучшить селективность. Селективность намного легче обеспечить в случае использования на нижнем уровне защиты автоматического выключателя благодаря наличию в нем электромагнитного расцепителя с регулируемым по току и времени порогом срабатывания.
Правила селективности между ЗЗЗ и автоматическими выключателями:
вышеуказанное условие соответствует уставке устройства ЗЗЗ, превышающей в 1,5 раза уставку электромагнитной защиты или уставку селективной токовой отсечки (СТО) нижестоящего автоматического выключателя; если это условие не соблюдается, для его выполнения можно:
- уменьшить значение уставки магнитной защиты, стараясь при этом не допустить возможность ложных отключений на соответствующем фидере (особенно на фидере двигателя);
Неселективность Рис. 12а
Селективность путём регулировки уставок Рис. 126
- увеличить значение уставки ЗЗЗ, стараясь при этом сохранить защиту электроустановки от блуждающих токов, так как такое решение дает возможность прохождения более сильных токов.
2.2.3. Логическая селективность ЗСВ
ЗСВ = Зональная селективная взаимоблокировка
Рис. 13а - Селективность ЗСВ
ЗСВ, рекомендуемая к применению и широко используемая в США, реализуется при помощи контрольных кабелей, соединяющих каждую нижнюю ЗЗЗ и верхнюю ЗЗЗ.
В случае повреждения, ближайшее к месту замыкания на землю реле (напр. R2) "видит" повреждение и передает на верхнее реле (R1) сигнал о том, что оно "заметило" повреждение и немедленно его устранит. R1 получает это сообщение, "видит" повреждение, но остается в состоянии ожидания сигнала от R2, а также посылает сигнал на R3 и т.д. Реле R1 выполнит отключение только после выдержки времени (несколько десятков мс), если реле R2 не устранило повреждение, (см. примеры 1 и 2).
Эта технология позволяет:
легко реализовать селективность с числом ступеней три и более; устранить значительные нагрузки на электроустановку, связанные с выдержкой времени срабатывания защиты, при повреждении непосредственно на верхних сборных шинах. Таким образом, все защиты работают почти без выдержки времени. Эта технология требует применения контрольного кабеля, соединяющего все задействованные защиты.
Пример 1:
выключатели В1 - ВЗ оснащены расцепителем, позволяющим реализовать логическую селективность:
Рис. 136 - Применение ЗСВ
◊ в точке В происходит повреждение изоляции, вызывающее появление тока замыкания 1500 А;
- реле N° 3 (уставка 300 А) немедленно выдает команду на отключение выключателю (ВЗ) соответствующей отходящей линии;
- реле № з также посылает сигнал на реле № 2, которое также обнаружило сигнал (уставка 800 А), временно отменяя команду на отключение выключателя В2; продолжительность отмены команды составляет несколько сот миллисекунд, то есть время устранения повреждения выключателем ВЗ;
- реле N° 2, в свою очередь, посылает сигнал на реле №1;
- реле № 2 выдаст команду на отключение выключателя В2 через несколько сот миллисекунд только если повреждение не устранено, т.е. если выключатель ВЗ не отключился;
- так же реле № 1 выдаст команду на отключение выключателя В1 через несколько сот миллисекунд после появления повреждения, если выключатели В2 и ВЗ не отключились.
Пример 2:
в точке А происходит повреждение изоляции, вызывающее появление тока замыкания 1500 А;
реле 1 (уставка 1200 А), не получив никаких сигналов от нижерасположенных реле, мгновенно выдает выключателю (А) команду на отключение;
мгновенное отключение выключателя В1 позволяет значительно снизить действие тока замыкания.
2.3. Применение координации устройств защиты от замыкания на землю
2.3.1. Примеры применения
Правила селективности между ЗЗЗ и автоматическими выключателями требуют, чтобы величина уставки ЗЗЗ превосходила в 1,5 раза величину уставки электромагнитной защиты или СТО нижестоящего выключателя.
2.3.1.1. Селективность между устройствами защит от замыкания на землю
Пример 1:
выключатель В1 оснащен ЗЗЗ типа ВТЗ с уставкой тока 1200 А и выдержкой времени, соответствующей ступени 2 (t = 140 мс); выключатель В2 оснащен ЗЗЗ2 типа РТ с уставкой тока 400 А без выдержки времени; в точке Б происходит повреждение изоляции, ток замыкания на землю равен 1500 А; изучение времятоковых характеристик показывает, что оба реле "видят" ток повреждения. Но при этом срабатывает (мгновенно) только ЗЗЗ2;
селективность обеспечивается, если общее время At2 устранения повреждения выключателем В2 меньше выдержки времени At выключателя В1.
Рис. 14а - Времятоковые характеристики
Рис. 146
Пример 2:
в точке А происходит повреждение изоляции, ток повреждения равен 2000 А: С выключатель В1 устраняет повреждение после выдержки времени At; С электроустановка испытывает тепловые нагрузки, вызванные повреждением, в течение выдержки времени At и времени АН устранения повреждения.
2.3.1.2. Селективность между верхней защиты от замыкания на землю и нижним УЗКЗ
Пример 1:
Верхний выключатель В1 оснащен ЗЗЗ с уставкой тока 1000 А±15% и выдержкой времени 400 мс;
С Выключатель В2 с номинальным током 100 А защищает распределительные цепи. Селективная токовая отсечка выключателя В2 настроена на 101н, т.е. 1000 А ±15%. С В точке Б происходит повреждение изоляции, вызывающее ток замыкания In.
Изучение времятоковых характеристик показывает наличие "перекрытия" с величиной уставки электромагнитной защиты (1000 А, т.е. 101н±15%) и, соответственно, потерю селективности.
Путем понижения уставки СТО до 7 Iн обеспечивается селективность между обеими защитами при любом значении тока замыкания.
Рис. 14в
2.4. Особые случаи использования защит от замыкания на землю
2.4.1. Защита генераторов
Устройства защиты от замыкания на землю могут также применяться:
для защиты генераторов; для защиты электроприёмников. Использование трансформаторов на части электроустановки позволяет локализовать замыкания на землю. Селективность с верхней защиты от замыкания на землю реализуется естественным образом.
Повреждение изоляции внутри металлического каркаса электрогенерирующего агрегата может нанести серьёзный ущерб генератору. Повреждение должно быть обнаружено и устранено как можно быстрее. Кроме того, если параллельно с данным генератором соединены другие генераторы, они будут "питать" повреждение, что может привести к их отключению из-за перегрузки. Бесперебойность работы не обеспечивается.
Исходя из этого, встроенная в цепь генератора ЗЗЗ позволяет:
быстро отключить поврежденный генератор, обеспечив таким образом бесперебойность работы; погасить поле и остановить генератор с целью снижения риска нанесения ущерба.
Рис. 15 - Защита генераторов
Применяется устройство защиты от замыкания на землю типа "разностный ток", и оно устанавливается как можно ближе к устройству защиты (используемому в системе TNC) в каждую генераторную установку. При этом в каждой генераторной установке доступные для прикосновения открытые проводящие части (нормально не находящиеся под напряжением) заземляются отдельным проводником РЕ.
в случае замыкания на корпус на генераторе №1:
- из-за того, что повреждение "питают" оба источника (генераторные установки №1 и №2) в РЕ1 возникает ток повреждения ln1 + ln2;
- ЗЗЗ1 "видит" этот ток повреждения и дает команду на мгновенное отключение генератора 1 (отключение выключателя В1);
- генератор №2 остается в работе, так как используемая схема - TN-C, ЗЗЗ2 "не видит" данный ток повреждения.
В англоязычных странах этот тип защиты называется "restricted differential". В этом случае устройства ЗЗЗ защищают только источники.
Тип защиты от замыкания на землю: "разностный ток" (РТ)
Уставки устройств защиты от замыкания на землю: от 3 до 100 А в зависимости от ном. тока генератора
2.4.2. Защита электроприёмников
Небольшое повреждение изоляции в обмотке электродвигателя может быстро развиться в короткое замыкание, результатом которого будет резкое ухудшение работы и даже повреждение двигателя. Устройство защиты от замыкания на землю с низкой уставкой (несколько ампер) обеспечит надежную защиту путём выведения двигателя из работы до того, как ему будет нанесен значительный ущерб.
Тип защиты от замыкания на землю: ток нулевой последовательности
Уставки устройств защиты от замыкания на землю: от 3 до 30 А в зависимости от типа электроприёмника
2.4.3. Особые случаи применения
В США существует довольно распространенный метод - включать в силовую распределительную систему разделительные низковольтные трансформаторы с группой соединения обмоток Л/Y с целью: понизить напряжение; комбинировать схемы соединения с землей;
обеспечить гальваническую развязку между различными типами применения и т.д. Такой трансформатор позволяет также решить проблему селективности между верхней защиты от замыкания на землю и нижними защитами. Действительно, токи замыкания на землю не проходят через этот тип соединения обмоток.
Рис. 16 - Трансформаторы и селективность
|
