что такое здз в релейной защите
Защита от дуговых замыканий ячеек КРУ
Содержание
Описание [ править ]
Для защиты ячеек КРУ от последствий дуговых КЗ предусматривается защита от дуговых замыканий (ЗДЗ).
Дуговым называется КЗ, сопровождающиеся возникновением электрической дуги в месте замыкания. Наиболее благоприятными условиями для возникновения дуговых КЗ являются условия замкнутых пространств, поэтому практически все КЗ внутри ячеек КРУ являются дуговыми.
Дуговые КЗ в ячейках КРУ опасны тем, что даже при сравнительно небольшой длительности 0,3-0,5 с ячейка, в которой дуговое КЗ возникло, выгорает полностью и не подлежит ремонту. Нередки случаи, когда вовремя неликвидированное дуговое КЗ на шинах приводило к выгоранию целых секций КРУ.
ЗДЗ основывается на физических процессах, сопровождающих дуговое КЗ:
ЗДЗ клапанного типа [ править ]
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 [ править ]
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]
ЗДЗ фототиристороного типа [ править ]
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 [ править ]
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:
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.
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».
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.
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.
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:
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.
Обратите внимание! Буквально за мгновения ячейка, в которой создалось короткое замыкание с электродугой, выгорает дотла и не подлежит ремонту.
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:
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.
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.
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.
Важно! Данные устройства релейной защиты наделены достоинствами фототиристорных ЗДЗ и не имеют их уязвимых характеристик. Высокая стоимость волоконно-оптических приборов оправдана эффективностью, надежностью и качеством.
Лучшим представителем представленной защиты является прибор «Лайм», имеющий самые эффективные технические характеристики:
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
Дуговая защита. Виды и работа. Применение и особенности
Комплектные распредустройства (КРУ) до 35 кВ являются наиболее распространенными элементами электрических подстанций, преимуществом которых стали компактные размеры, удобный монтаж и настройка. При возникновении короткого замыкания внутри этих устройств, время отключения электричества не должно быть более 1 секунды. Это связано с их небольшими размерами. Эта проблема усложняется тем, что распределительные устройства, изготовленные в прошлом веке, чаще всего не устанавливалась дуговая защита.
Дуговая защита
Дуговую защиту называют по-другому защитой от дуговых замыканий (ЗДЗ). В последнее время больше используется оптическая дуговая защита, сокращенно (ОДЗ). Она является видом защиты от коротких замыканий, принцип действия которой основан на срабатывании от возникновения вспышки дуги.
Наиболее распространенными стали междуфазные замыкания, а также замыкания на землю.
Эти опасные явления обычно сопровождаются:
Условия срабатывания:
Причины дуговых замыканий:
Возникновение этих причин можно предотвратить качественным техническим обслуживанием. При выявлении и уменьшении последствий от дуговых замыканий большое значение имеет время. Дуга длительностью 0,5 секунды может серьезно повредить изоляцию, в результате ячейка распредустройства может полностью сгореть.
Процессы во время замыкания
Эти процессы зависят от времени воздействия тока и его величины. Ток при коротком замыкании характерен значительным повышением температуры. Степень повреждений зависит от коэффициента износа оборудования и качества изоляции.
При появлении дугового замыкания металлические стенки ячейки прожигаются, и замыкание может перейти на соседние ячейки. Также, при хорошей герметичности современного оборудования и отсутствии предохранительных клапанов большое давление при замыкании разрушает оборудование и корпус ячейки, что способствует полному разрушения всех элементов ячейки.
Последствия дугового замыкания в распредустройствах могут быть очень серьезными. При этом выводится из строя дорогостоящее оборудование, вследствие чего возникают простои в работе и предприятие несет экономические убытки. Также, последствиями могут стать травмы обслуживающего персонала.
Как работает дуговая защита
Датчиком этой защиты является устройство, реагирующее на вспышку электрической дуги и передающее информацию на исполнительные механизмы, отключающие электроэнергию для предотвращения отрицательных последствий.
Способы обнаружения дуги:
Защита от замыканий шин
Организуется в распредустройствах от 6 до 10 киловольт для защиты сборных шин, для устройств с закрытыми токоведущими элементами.
Защита срабатывает двумя методами:
Волоконно-оптическая защита
Ее работа заключается на принципе обнаружения вспышки электрической дуги с помощью специальных оптических датчиков. Такие защиты размещают в отсеках ввода, на выкатном элементе ячеек, в кабельных отсеках. Обнаружение электрической дуги осуществляется сразу во всех элементах защиты.
Обесточивание ячеек выполняется при условиях:
Типы датчиков
Достоинства
Фототиристорная дуговая защита
В качестве чувствительного элемента применяют фототиристоры, реагирующие на изменение яркости света.
Клапанная защита
Работа этой системы заключается в использовании процессов, возникающих при дуговом замыкании: повышение давления в камере. В качестве чувствительного элемента эта дуговая защита включает в себя специальные клапаны с выключателями, которые устанавливаются в камерах распредустройств.
Мембранная защита
Принцип работы заключается в способности выключателя мембранного типа реагировать на изменение давления воздуха от электрической дуги. Составными элементами этой защиты являются мембранные датчики, клапаны обратного давления, гибкие трубопроводы.
Ко всем ячейкам распределительного устройства подводятся трубки, которые затем объединяются в общую сеть и подключаются к мембранному датчику. При повышении давления в какой-либо ячейке датчик срабатывает и обесточивает оборудование.
Проект РЗА
Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике
Дуговая защита КРУ 6(10) кВ
В настоящее время все ячейки КРУ 6(10) кВ с воздушной и твердой изоляцией должны оснащаться дуговыми защитами.
Так основное требование к дуговой защите это быстродействие, то и ее конструкция должна быть особой. В настоящее время в проектах в основном применяются оптические регистраторы, которые позволяют зафиксировать вспышку от дуги и сформировать выходной логический сигнал за несколько миллисекунд. Стоит отметить, что это время не является временем срабатывания дуговой защиты, о чем забывают некоторые фирмы-изготовители, указывая его в преимуществах своих устройств.
Полное время реакции дуговой защиты складывается из времен работы регистратора (1-10 мс) и подтверждения протекания аварийного тока (25-35 мс). Именно последнее время имеет определяющее значение потому, что в большинстве случае контроль по току осуществляется в стороннем устройстве (блоки РЗА вводов и СВ) и данный признак передается через дискретные входы/выходы цифровых устройств.
Кроме основных требований к РЗА (Б, Ч, С, Н) для дуговой защиты стоит обратить внимание на удобство монтажа, особенно в части оптических линий связи, а также контролю целостности оптического тракта. Большая длина волоконных линий, проходящих через несколько отсеков КРУ, также снижает надежность защиты из-за возможных механических повреждений.
На сегодняшний день стандартным исполнением дуговой защиты являются отдельные оптические регистраторы дуги в каждой ячейке КРУ, к которым подключаются 2-4 датчика (ВОД) для разных отсеков. Регистраторы фиксируют вспышку в конкретной ячейке и выдают сигнал срабатывания на центральный блок дуговой защиты, либо блоки РЗА вводов и СВ. Там проверяется наличие пуска по току и формируется сигнал отключения поврежденного присоединения, либо всей секции.
В целом логика и построение дуговой защиты зависит от конструкции ячеек КРУ и режимов работы подстанции. Основные сложности возникают при наличии на секции генерирующих присоединений, а также мощных двигателей, которые в режиме КЗ дают подпитку дуги, а следовательно должны быть отключены за минимальное время.
Данные особенности нужно учитывать при проектировании систем дуговой защиты.
Дуговая защита (УДЗ, ЗДЗ)
Разновидности устройств ЗДЗ (УДЗ)
Практическая реализация
В настоящее время, для обеспечения селективности и отсутствия ложных отключений, УДЗ логически объединяются с электрическими защитами присоединений. Так, при возникновении в цепи тока повреждения, вызванного дуговым пробоем, запускаются самые чувствительные защиты питающих (или других) присоединений, но его (тока) как правило недостаточно для срабатывания быстродействующей ступени, в чей зоне работы находится место короткого замыкания, так как переходное сопротивление дуги больше, чем металлическое короткое замыкание. В этом случае для электрической защиты короткое замыкание находится как бы вне зоны самой быстродействующей ступени, электрическая защита присоединения работает с выдержкой времени. В этом случае участок электрической цепи отключается дуговой защитой без выдержки времени по факту пуска электрической защиты (любой из ступеней защиты) и факту наличия дуговой вспышки (высокому давлению). Такая логика работы УДЗ называется «Работа дуговой защиты с блокировкой по току».
В настоящее время УДЗ без блокировки по току на объектах электроэнергетики не используются, поскольку зафиксировано множество случаев ложного отключения присоединений. Особенно часты ложные отключения без блокировки по току у устройств с опто-электрической реализацией, так как фотодатчики могут ложно зафиксировать факт наличия дуги при изменении интенсивности освещения или при проведении сварочных работ в помещении распределительного устройства.