книги из ГПНТБ / Винтерс, М. Защита сельских электрических сетей 0,4 кВ

ЛАТВИЙСКИЙ РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПРОПАГАНДЫ

УДК 621.311.1:621.316.91/92;

М. ВИНТЕРС, И. СТАЛТМАНИС, В. СТРАУМЕ.

ЗАЩИТА СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 0,4 кВ-

РИГА 1974

УДК 621.311.1:621.316.91/92

Защита сельских электрических сетей 0,4 кВ. М. А. Винтерс, И. О. Сталтманис, В. Л. Страуме. Рига, ЛатИНТИ, 1973, с.

Надежное обеспечение электроэнергией сель­ ских потребителей выдвигает повышенные требо­ вания к электроснабжению.

Защита сельских воздушных линий от всех ви­ дов коротких замыканий выполняется с помощью плавких .предохранителей или автоматических вы­ ключателей. Плавкие предохранители имеют ряд преимуществ, и значение их в защите сельских сетей немаловажное. Автоматические выключатели более удобны в эксплуатации, чем предохранители, и используются-, в основном, для внутренних про­ водок и электродвигателей.

часто прибегают к увеличению сечения проводов линий. Выгоднее в отдельных случаях увеличи­ вать сечение нулевого провода в пределах двух­ кратного сечения фазных проводов.

Для защиты электродвигателей в основном ис­ пользуют реле ТРП, ТРН. За рубежом для за­ щиты асинхронных электродвигателей применяют предохранители с инерционной время-токовой характеристикой (одноэлементные, а также ком­ бинированные).

ВЛатвглавэнерго разработаны предохранители

сповышенной выдержкой времени на номиналь­ ные токи 30— 125 А простой конструкции, техно­ логичные в изготовлении.

В_^£бза&е приведены также некоторые схемы защиты на полупроводниках.

Обзор составлен на основе опыта эксплуатации сельских сетей 0,4 кВ Латвийской ССР.

Илл. 13, библ. 31 найм.

С© ЛатИНТИ, 1973

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация сельскохозяйственного производства, уро­ вень его механизации и электрификации, рост потребления электроэнергии в производственных процессах — все это при­ ближает сельскохозяйственное производство к промышлен­ ному.

Дальнейший рост электровооруженности и двухкратное уве­ личение объема потребления электроэнергии сельским хозяй­ ством за годы девятой пятилетки выдвигает повышенные требования к надежному электроснабжению сельских потре­ бителей. Перерыв электроснабжения в ряде случаев приводит к весьма неприятным последствиям: авариям, порче оборудо­ вания, браку продукции. Для предотвращения этого при проектировании и эксплуатации электрических сетей прини­ маются меры для улучшения их работы и повышения надеж­ ности электроснабжения потребителей. В первую очередь используются мероприятия, не требующие относительно боль­ ших дополнительных затрат. К ним относится применение устройств защиты и автоматики. Надежная работа сельских сетей 0,4 кВ связана и с разработкой более совершенных устройств защиты от аварийных режимов. Министерством сельского хозяйства СССР разработаны основные направле­ ния научно-исследовательских и опытно-конструкторских ра­ бот по созданию нового электрооборудования для сельского хозяйства на 1971—75 гг. Функции головного научно-техниче­ ского центра в этой области возложены на ВНИИЭлектропривода [1].

Электропривод в сельском хозяйстве в основном базируется на электродвигателях общего назначения [2]. Однако ряд сель­ скохозяйственных помещений имеет высокую влажность, рез­ кие колебания температуры, содержит газы или пары, разру­ шающие изоляцию, токоведущие части, что снижает надеж­ ность электропривода и приводит к быстрому выходу электродвигателей из строя. Серьезными причинами порчи электродвигателей являются также колебания напряжения в сети и несимметричное распределение нагрузки по фазам.

3

В результате ежегодно до 25% электродвигателей требует ремонта [3].

Промышленность выпускает ряд новых видов электрообо­ рудования, приспособленного для сельского хозяйства: элек­ тродвигатели А02 со встроенной температурной защитой, некоторые виды пускозащитной аппаратуры и защитно-отклю- чающих устройств [1]. Однако их выпускается еще недоста­ точно для полного удовлетворения потребности. Проведенные в ряде районов обследования электродвигателей подчерки­ вают необходимость совершенствования пускозащитной аппа­ ратуры сельскохозяйственного электропривода [4].

Средний срок службы электродвигателя в сельскохозяйст­

у электродвигателя заводского изготовления.

До 70% общего количества двигателей, вышедших из строя, приходится на животноводческие помещения [6].

Электрооборудование в сельском хозяйстве обслуживают электромонтеры, численность и квалификация которых пока недостаточны. Для упорядочения эксплуатации электроуста­ новок МСХ СССР разработано положение о порядке опреде­ ления количества штатных должностей и оплаты труда спе­ циалистов электриков и электромонтеров в колхозах и совхозах. В хозяйствах предусматриваются специальные энергетические службы [7].

ЗАЩИТА СЕЛЬСКИХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИИ

0,4 кВ

Воздушные линии 0,4 кВ защищаются от коротких замыка­ ний по току нагрузки и условию селективности. Минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка дол­ жен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плав­ кой вставки ближайшего предохранителя или расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику, или при отсутствии заводских дан­ ных — в 1,4 раза уставку тока мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя для автоматических выклю­ чателей на ток до 100 А и в 1,25 раза для выключателей на ток более 100 А [8].

Когда сети имеют значительную протяженность, трудна обеспечить требуемый коэффициент чувствительности защиты.

Защита воздушных линий от всех видов коротких замыка­ ний выполняется с помощью плавких предохранителей, уста-

4

навливаемых в каждой фазе, или трехполюсных автоматиче­ ских выключателей.

К преимуществам плавких предохранителей относятся: без­ отказное срабатывание при сверхтоках, простота конструкции, высокая разрывная способность и токоограничение, избира­ тельность при коротких замыканиях, взаимозаменяемость плавких вставок в широком диапазоне номинальных токов, простое обслуживание и восстановление, низкая стоимость.

Основные недостатки плавких предохранителей: осущест­ вляют только однополюсный разрыв. Выпускаемые промыш­ ленностью предохранители имеют время-токовые характери­ стики, неприспособленные для защиты линий с короткозамк­ нутыми асинхронными электродвигателями сравнительно большой мощности. Плавкие предохранители хуже чем авто­ маты защищают от небольших перегрузок.

Работа плавкого предохранителя определяется защитной характеристикой, под которой понимается зависимость пол­ ного времени отключения от величины отключаемого тока. Действительное время отключения может значительно отли­ чаться от средних значений, указываемых изготовителем: из-за производственных допусков при изготовлении плавких вставок, температуры окружающей среды, качества контактов, старения вставок в эксплуатации и т. д. Опытным путем уста­ новлено, что при наиболее неблагоприятных факторах дейст­ вительное время отключения в отдельных случаях может отклониться от средней характеристики до ±50% [9].

Для защиты сельских сетей 0,4 кВ широкое применение на­ ходят предохранители ПН2. Ведущим заводом-изготовителем предохранителей ПН2 является Курский электроаппаратный завод. Предохранители ПН2 на токи до 250 А, начиная с тока отключения 5000 А Эфф действуют как гокоограничпвающие. Опыт эксплуатации предохранителей ПН2 выявил множество случаев их неудовлетворительной работы. Проведенные Цен­ тральной экспериментальной электролабораторией Латвглавэнерго исследования [10] показали, что неправильные сраба­ тывания предохранителей не являются их органическим дефектом, а происходят в результате их некачественного изго­ товления, неправильного выбора и недостаточного уровня эксплуатации. При вскрытии новых предохранителей установ­ лено, что они недостаточно заполнены кварцевым песком, наполнитель не имеет необходимую грануляцию зерен, содер­ жит пылевидные примеси и даже посторонние предметы; у не­ которых вставок предохранителей отсутствует растворитель.. Перезаряженные качественным и тщательно уплотненным; наполнителем предохранители ПН2 успешно отключают токи на всем диапазоне до предельной отключающей способности.

Автоматические выключатели (автоматы) более удобны

5

в эксплуатации, чем предохранители. Автоматы практически исключают работу электродвигателей на двух фазах, так как нарушение контакта в одном полюсе автомата мало­ вероятно.

В качестве элементов защиты в автоматах применяются мгновенные электромагнитные расцепители, расцепители с вы­ держкой времени, тепловые реле и максимальные токовые защиты на бесконтактных элементах.

Автоматы в основном применяются для защиты внутренних проводок и электродвигателей от перегрузок и коротких замы­ каний.

Большинство сельских воздушных сетей 0,4 кВ питаются от трансформаторов, комплектно устанавливаемых в транс­ форматорных подстанциях (КТП) или на мачтовых подстан­ циях. Закрытые подстанции для сельских потребителей соору­ жаются реже. Для установки в мачтовых подстанциях необхо­ димы автоматы, пригодные для работы при температурах примерно до —30°С, в условиях высокой влажности.

Двух- и трехполюсные автоматы АП 50 на 50 А, 500 В пере­ менного напряжения изготовляются и применяются в очень больших количествах. В настоящее время создание автомата АП 50 оправдывается тем, что он имеет расцепители на малые токи, регулировку уставки теплового расцепителя, относи­ тельно высокую механическую устойчивость (50 000 операций), что делает возможным его применение в качестве ручного пускателя асинхронных двигателей малой мощности. Однако относительно низкая температура срабатывания термобиме­ таллического элемента (около 100°С) и связанная с этим боль­ шая зависимость уставки от температуры среды делают теп­ ловую защиту менее совершенной, чем та, которая осуществ­ ляется тепловыми реле, обычно имеющими эффективную температуру срабатывания на верхних ступенях 150—200°С (серия ТРП) или.температурную компенсацию (серия ТРИ).

Автоматы АК 63 с расцепителями максимального тока на номинальные токи 0,63—63 А и 500 В переменного напряжения имеют в 2,5 раза большую коммутационную способность, чем АП 50.

Автомат допускает работу в интервале температур от —40 до +40°С, однако при изменении температуры существенно изменяется выдержка времени (уставка по току остается неиз­ менной).

В настоящее время в сельском хозяйстве еще применяют двух-, трехполюсные автоматы типа ACT на 440 В переменного напряжения небольшого размера с малой коммутационной способностью. Автомат имеет расцепители максимального тока с гидравлическим замедлителем на токи 0,3—25 А с отсечкой при 14—20-кратном токе.

6

Двух-, трехполюсный автомат АК 50 на переменное напря­ жение до 400 В, 50 Гц имеет расцепители максимального тока с отсечкой на 5, 7 или 10-кратный номинальный ток расцепи­ теля.

Автоматы АП 50, АК 50, АК 63 и ACT могут эксплуатиро­ ваться в наружных шкафах и неотапливаемых помещениях, однако их применение ограничивается большими кратностями уставок расцепителей и небольшими номинальными токами.

Многообразие типов автоматов на 0,4 кВ переменного тока (до 100 А включительно), стремление усовершенствовать кон­ струкции предыдущих автоматов (ACT, АП 50 и др.) побудили предприятия осваивать производство автоматов единой се­ рии — АЕ 2000.

Серия автоматических выключателей АЕ-2000 состоит из

двух-, треполюсными, иметь исполнения с одним из следую­ щих видов расцепителей максимального тока: с комбинирован­ ными (электромагнитные и тепловые), электромагнитными, без расцепителей — для работы в качестве неавтоматического вы­ ключателя.

Выключатели с комбинированными расцепителями выпол­ няются с возможностью регулировки тока уставки теплового расцепителя в пределах от —10 до +15% и с термокомпенса­ цией. Ток мгновенного срабатывания электромагнитных рас­ цепителей 12-кратный по отношению к номинальному току расцепителя. Выключатели могут поставляться с дополнитель­ ными дистанционными расцепителями, быть дистанционными и минимального напряжения. Предельная коммутационная способность в зависимости от типоразмера выключателя составляет 3—20 кА при напряжении 380 В. На рис. 1 дана защитная характеристика автомата серии АЕ 2000.

Опыт эксплуатации широко применяемых автоматов А 3100 выявил ряд недостатков, из-за которых они непригодны для защиты сельских сетей. Их электромагнитные расцепители имеют большие кратности уставок, последовательно включен­ ные расцепители не обеспечивают избирательное действие, тепловые расцепители калибруются в трехфазном режиме, поэтому при однофазных коротких замыканиях уставки загрублякпся, в эксплуатации изменяют характеристики, вследствие чего защищают хуже, чем плавкие предохранители, сами под­ вергаются перегреву, уставки не подлежат регулировке, не предназначены для работы при температурах ниже +5°С .

Все описанные до сих пор автоматы не осуществляли селек­ тивного отключения при последовательном их включении в случае появления токов короткого замыкания.

7

ных коротких замыканий предохранители и автоматические выключатели нечувствительны к таким повреждениям из-за малой кратности токов коротких замыканий.

Наличие несимметрии рабочих токов в четырехпроводных сетях 0,4 кВ и токов отсоса в нулевые провода неповрежден­ ных линий через повторные заземления при замыканиях на землю исключают возможность применения для отключения аварийного участка защиты, реагирующей на величину тока в нулевом проводе. Результирующий ток короткого замыкания от несимметрии нагрузок в нулевом проводе может быть меньше или больше величины тока однофазного короткого замыкания [14].

Возможность избежать указанных недостатков предостав­ ляется при использовании в качестве датчика защиты фильтра токов нулевой последовательности. При этом с целью обеспе­ чения чувствительности защиты к однофазным коротким замы­ каниям как на нулевой провод линии, так и помимо него, магнитопровод датчика должен охватывать только фазные провода линии.

Ток на выходе датчика пропорционален полному току одно­ фазного короткого замыкания, независимо от вида однофаз­ ного повреждения и количества повторных заземлений на поврежденной и соседних линиях 0,4 кВ.

На основе данного принципа Пятигорским электромехани­ ческим заводом выпускается защита типа ФО-0,4. Принци­ пиальная схема защиты приведена на рис. 5.

Защита срабатывает при однофазных коротких замыканиях фаза-нуль, а также однофазных коротких замыканиях на за ­ земленные металлоконструкции. Кроме того, исключается неселективное действие защиты за счет токов отсоса в нулевой провод при повреждениях на соседних линиях.

Принцип действия защиты — включение ее на фильтр токов нулевой последовательности — обеспечивает возможность сра­ батывания при обрыве одногоили двухфазных проводов в случае, если возникающий при указанных повреждениях ток нулевой последовательности достаточен для приведения защиты в действие.

Защита может также действовать как резервная в случае многофазных коротких замыканий при условии, что величина тока нулевой последовательности аварийного режима превы­ шает ток уставки защиты.

Недостатком рассматриваемого принципа защиты, а также и защиты с использованием тока нулевого провода является необходимость отстройки защиты от тока нулевой последова­ тельности, протекающего в нулевом проводе линии в режиме нормальной ее работы.

9