Защита кабельных линий

Основными видами повреждений кабельных линий, требующих отключения, являются однофазные или междуфазные КЗ. Большое влияние на характер протекания повреждений оказывает режим нейтралей. Так, кабельные сети 6—10 кВ работают с изолированной или заземленной через реактор нейтралью; кабельные сети 0,4 кВ, работают, как правило, с глухозаземленной нейтралью. Замыкание одной фазы на землю (корпус) в сетях 6—10 кВ не является аварийным режимом, требующим немедленного отключения, так как он не нарушает работу системы электроснабжения. Поэтому защиту от замыканий одной фазы на землю в этих cетях делают с действием на сигнал за исключением случаев повышенной опасности для обслуживающего персонала (например, сети 6—10 кВ торфяных предприятий), когда защита должна работать без выдержки времени на отключение [З].

Несмотря на то, что однофазные замыкания на землю в сетях 6—10 кВ не относятся к повреждениям, в этом случае появляется опасность нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз (напряжения этих фаз увеличиваются в ) и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное КЗ.

В сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью замыкание одной фазы на землю является однофазным КЗ и должно отключиться защитой, для выполнения которой часто используют составляющие нулевой последовательности, так как при этом не надо отстраивать защиту от рабочих токов.

В соответствии с ПУЭ защита кабельных линий напряжением ниже 1 кВ осуществляется плавкими предохранителями, если они проходят по своим параметрам и обеспечивают требуемые показатели (избирательность, чувствительность, отстройку от рабочих режимов), не препятствуют применению автоматики (например, АВР). Кроме того, кабельные линии напряжением ниже 1 кВ защищают также с помощью автоматических выключателей с встроенными в них расцепителями (электромагнитными от КЗ и тепловыми от перегрузки).

При выполнении токовой защиты с использованием автоматических выключателей 0,4 кВ рекомендуется выполнение следующих условий [4]:

;

;

; (3.32)

,

где , — токи срабатывания автоматического выключателя при перегрузке и КЗ соответственно; — ток перегрузки. Ток перегрузки выбирают большим из следующих двух значений [4]:

+I_{п n};

, (3.33)

где — коэффициент спроса по току ( < 1); — сумма максимальных рабочих токов всех п—1 потребителей, получающих питание от защищаемой линии, за исключением двигателя нагрузки (п-го), имеющего наибольший пусковой ток; — сумма пусковых токов m самозапускающихся двигателей нагрузки (как правило т<п, так как не вся нагрузка является двигательной, и, кроме того, часть двигателей нагрузки при исчезновении напряжения отключается с целью обеспечения самозапуска двигателей ответственных потребителей).

В соответствии с ПУЭ на кабельных линиях 6—10 кВ должна быть предусмотрена защита от однофазных замыканий на землю, в качестве которой применяется МТЗ нулевой последовательности; фильтром токов нулевой последовательности служит ТНП. Появление токов и напряжений нулевой последовательности объясняется нарушением баланса и симметрии емкостных токов и фазных напряжений; ток срабатывания защиты:

, (3.34)

где — ток нулевой последовательности, обусловленный емкостью линий; = 4÷5 (для защит без выдержки времени);

= 2÷2,5 (для защит с выдержкой времени с учетом перемежающегося 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 заземляющий 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 нулевой последовательности установившегося режима. Для избирательной сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6—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 гармонических 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 поврежденной 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 1 кВ в сетях с односторонним питанием применяют МТЗ и ТО, выбор параметров которых приведен в §3.4. Следует указать, что основным недостатком МТЗ является относительно большая выдержка времени. Поэтому МТЗ используют, где это возможно, совместно с ТО. Избирательность МТЗ обеспечивается только в радиальных сетях с одним источником питания в то время как ТО может применяться в сети любой конфигурации с любым числом источников питания. Существенным недостатком ТО является то, что она защищает только часть линии (ТО без выдержки времени), а поэтому не может быть основной защитой линии.

На рис. 3.15—3.19 приведены принципиальные схемы защиты кабельных линий напряжением выше 1 кВ.