10. Защита кабельных линий

Основными видами повреждений кабельных линий, требующих отключения, являются однофазные на землю или междуфазные КЗ.

Большое влияние на характер протекания процесса при поврежде­нии оказывает режим работы нейтрали (см. гл. 2). Так как кабельные сети напряжением б... 10 кВ работают с изолированной или зазем­ленной через реактор нейтралью, замыкание одной фазы на землю не является аварийным режимом, требующим немедленного отклю­чения. Поэтому защиту от замыканий одной фазы на землю в сетях напряжением б... 10 кВ делают в большинстве случаев на сигнал.

В сетях напряжением 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью за­мыкание на землю одной фазы является однофазным КЗ и должно отключаться защитой, причем токи однофазного КЗ имеют значе­ния, соизмеримые с токами рабочих режимов. Поэтому для выпол­нения защиты от однофазных КЗ часто используются составляю­щие нулевой последовательности, так как. при этом не надо отстра­ивать защиту от рабочих токов.

В соответствии с ПУЭ защита кабельных линий напряжением до 1 кВ в большинстве осуществляется плавкими предохранителя­ми, которые отключают поврежденную линию в течение первого полупериода прохождения трехфазного тока КЗ. Кроме того, ка­бельные линии напряжением до 1 кВ защищают с помощью авто­матических выключателей. На кабельных линиях напряжением б... 10 кВ должна быть пре­дусмотрена защита от однофазных замыканий на землю, в качестве которой применяется максимальная токовая защита (МТЗ) нуле­вой последовательности; фильтром тока нулевой последовательно­сти служит трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП). Появление токов нулевой последовательности объясняется нарушением симметрии емкостных токов и фазных напряжений. Ток срабатывания защиты

(4)

где Iол - ток нулевой последовательности, обусловленной емкостью линии; k_OTC - коэффициент отстройки, зависящий от типа реле, k_OTC= 4... 5 (для защит без выдержки времени), k_OTC = 2... 2,5 (для защит с выдержкой времени с учетом перемежающего характера замыкания).

Для того чтобы МТЗ нулевой последовательности не сработала ложно, принимают специальные меры, а именно: воронку, броню и оболочку кабеля на участке от воронки до ТНП изолируют от зем­ли, а заземленный провод присоединяют к воронке кабеля и про­пускают через отверстие магнитопровода ТНП в направлении ка­беля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу. Если этого не пре­дусмотреть, то при однофазном замыкании на землю токи повреж­дения могут замыкаться как через землю, так и по проводящей обо­лочке кабеля, в том числе и неповрежденного, расположенного вблизи поврежденного. Это может вызвать срабатывание защиты неповрежденного кабеля.

Рассмотренная выше защита от замыкания на землю реагирует на токи замыкания прямой последовательности установившегося режима. Для избирательной сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях напряжением б... 10 кВ с нейтралью, заземленной через реактор, применяются устройства сигнализации замыканий на землю (УСЗ): УСЗ 2/2, УСЗ-ЗМ, УСЗ-3, которые реагируют на содержание высших гармоник в установившемся токе нулевой пос­ледовательности при однофазных замыканиях на землю. Устрой­ство устанавливается на каждой линии и срабатывает на сигнал на поврежденной линии, так как именно на поврежденной фазе линии уровень высших гармоник максимален. Для сетей с изолированной нейтралью при малых токах замыкания на землю УСЗ может не сра­ботать. Поэтому для таких сетей применяют более простую защиту с использованием чувствительного полупроводникового реле типа РТЗ-50.

Для защиты от междуфазных КЗ кабельных линий напряжением выше 11 кВ в сетях с односторонним питанием применяют МТЗ и токовую отсечку (ТО).

Для защиты от токов КЗ, которая всегда действует на отключе­ние защищаемой цепи, ток срабатывания, т.е. минимальный ток, при котором защита срабатывает,

(5)

где I_max -максимальный рабочий ток защищаемой сети; k_СЗ - коэф­фициент, учитывающий толчки тока от самозапуска электродвига­телей, k_СЗ .3 = 1,2... 2,4;

k_OTC= 1,05... 1,4 (меньшие значения относятся к электронным реле).

Выбранный ток срабатывания проверяют на требуемую чувстви­тельность защиты:

(6)

где k_Ч - коэффициент чувствительности, k_Ч> 1,5 для основной защиты и k_Ч >. 1,2 для резервной защиты; Iк min - минимальный ток КЗ, т. е. ток двухфазного КЗ I_K определяемый по трехфазному току КЗ I_K

(7)

Если выдержка времени МТЗ при КЗ в основной зоне защиты слишком велика, то дополнительно к МТЗ применяют токовую от­сечку. Ток срабатывания ТО выбирают по следующему выражению:

(8)

где Iпо - действующее значение периодической слагаемой тока КЗ в первый период в конце основной зоны защиты; k_OTC = 1>05... 1,6.

Токовая отсечка является быстродействующей защитой и может срабатывать от толчков тока намагничивания, возникающих при включении силовых трансформаторов защищаемой цепи. Поэтому должен удовлетворять условию:

(9)

где - сумма номинальных токов силовых трансформаторов, питаемых по защищаемой цепи; k_HAM - коэффициент, учитывающий бросок тока намагничивания силовых трансформаторов, k_HAM = 3... 5;

если ТО имеет выдержку времени (обычно t_С.З = 0,5... 1 с), то k_HAM = 1.

После выбора и схемы включения трансформаторов тока определяют зону действия отсечки, которая для линий должна быть не менее 15 ...20% их длины.

Если у ТО k_Ч< 1,5, то ее дополняют пусковым органом мини­мального напряжения.

Избирательность МТЗ обеспечивается только в радиальных се­тях с односторонним питанием, в то время как ТО может приме­няться в сети любой конфигурации с любым источником питания. Существенным недостатком ТО является то, что она защищает толь­ко часть линии (ТО без выдержки времени), а поэтому не может быть основной защитой линии.

Рис. 8. Принципиальная схема двухфазной двух релейной защиты линии от междуфазных КЗ (максимальная токовая защита)

Рис. 9. Принципиальная схема двухфазной одно-релейной защиты линии от междуфазных КЗ (максимальная токовая защита)

Рис.10. Принципиальная схема защиты линии от междуфазных КЗ с пус­ком от реле минимального напряжения (максимальная токовая защита):

KV1, KV2, KV3 - реле минимального напряжения, питающиеся от измерительного транс­форматора ТН (на рисунке показана его первичная обмотка а, ь, с)

Рис. 11. Принципиальная схема защиты линии от междуфазных КЗ (токо­вая отсечка без выдержки времени)

На рис. 8, 9, 10, 11 приведены принципиальные схе­мы защиты кабельных линий напряжением б... 10 кВ.