Компания АББ предлагает новый метод защиты от замыканий на землю для распределительных сетей среднего напряжения – земляную защиту (ЗЗ) на основе многочастотного измерения проводимости земляного контура. Этот метод защиты особенно ярко проявляет свои преимущества в распределительных сетях с компенсированной нейтралью в начальных режимах неустойчивого замыкания на землю малым активным сопротивлением - такие режимы наиболее сложны для селективной работы земляных защит из-за возникновения переходных процессов неустойчивого замыкания и наложения значительных гармонических составляющих на токи и напряжения нулевой последовательности промышленной частоты. Помимо таких режимов, данный метод эффективно выполняет свои функции и при других видах замыканий на землю в сетях как с компенсированной, так и с изолированной нейтралью.
Обычно, применяемые в наше время защиты от замыканий на землю по принципу работы можно разделить на три группы: защиты на базе измерений токов и напряжений основной промышленной частоты сети, защиты на основе измерений гармонических составляющих и защиты на основе анализа переходных процессов.
Новый метод защиты компании АББ во многом совмещает в себе перечисленные ранее традиционные методы, представляя универсальное решение с высокой степенью надежности селективной работы и легкой настройкой уставок.
Суть нового метода ЗЗ заключается в применении двух новых подходов для селективного определения замыканий на землю:
- Контроль комплексной проводимости земляного контура с учетом гармонических составляющих, позволяющий существенно повысить чувствительность защиты при различных режимах замыканий на землю. Применение направленной характеристики срабатывания позволяет реализовать селективность работы защиты, что в свою очередь решает задачу точного определения поврежденного сегмента сети и допускает работу защиты от замыканий на землю не только на сигнал, но и на отключение. Ниже приведена диаграмма направленности вычисляемого вектора комплексной проводимости сети с обозначением зон срабатывания (forward) и несрабатывания (reverse). При этом, зона срабатывания разделена на два сегмента, условно разделяющих характер замыканий на землю в защищаемой зоне на близкие и удаленные по соотношению активной и реактивной составляющей проводимости контура земляного замыкания.
- Использование в расчете проводимости земляного контура метода кумулятивного вычисления, позволяющего качественно более эффективно проводить измерения при неустойчивом характере замыканий с существенными гармоническими составляющими.
Суть работы нового метода вычисления отражает приведенное ниже выражение:
При этом, вычисление проводится кумулятивным способом т.е. вычисленные значения за отдельные моменты времени геометрически суммируются в единый результат в соответствии с выражением:
Ниже приведена диаграмма, графически отображающая работу описываемого метода вычисления (цветами выделены вычисленные отдельные вектора проводимости в разные моменты времени, а черным цветом показан результирующий кумулятивный вектор):
Такой метод дает возможность существенно увеличить точность измерений при режимах неустойчивых близких замыканий на землю с возникновением значительных всплесков гармонических составляющих в широком диапазоне частот и влиянии возникающих переходных процессов.
Ниже приведены сравнительные диаграммы результатов работы трех методов вычисления (слева направо): стандартные вычисления направленной земляной защиты на промышленной частоте, кумулятивное вычисление проводимости на промышленной частоте, кумулятивное вычисления проводимости с учетом гармонических составляющих:
Близкое неустойчивое замыкание на землю. Зеленым цветом показаны измерения по исправному присоединению, а красным – по поврежденному.
Удаленное замыкание на землю или замыкание с большим переходным сопротивлением. Зеленым цветом показаны измерения по исправному присоединению, а красным – по поврежденному.
Как можно видеть из приведенных диаграмм, метод кумулятивного вычисления комплексной проводимости с учетом гармонических составляющих является универсальным решением для различных режимов замыканий на землю и успешно определяет как неустойчивые замыкания на землю со значительными переходными процессами, характерные для городских кабельных распределительных сетей с компенсированной нейтралью, так и удаленные замыкания на землю/замыкания с большим переходным сопротивлением, характерные для воздушных линий сельских распределительных сетей.
Несмотря на кажущуюся сложность такого метода, расчет и задание уставок для этой защиты относительно просты – защита имеет критерии пуска по превышению тока Io и превышению напряжения 3Uo, логически объединенные по схеме «И». При этом, значение пуска по 3Uо определяется отстройкой от максимального значения в нормальном режиме работы сети с учетом влияния компенсации (для сетей с компенсацией), а значение пуска по Io задается равным 50-70% от суммарной активной составляющей тока замыкания на землю, определяемой применяемым в сети компенсатором и уровнем тока естественной изоляционной утечки в сети.
Также в уставках защиты, при необходимости, может быть скорректирован угол наклона линии зоны срабатывания на диаграмме комплексной проводимости в диапазоне 2-20 градусов для точной настройки селективной работы данной защиты с учетом погрешности измерений применяемых измерительных трансформаторов.
Описываемый метод защиты от замыканий на землю применяется в распределительных сетях среднего напряжения Финляндии с 2015 года и показал хорошие эксплуатационные результаты.
Применение нового метода защиты не накладывает специальных требований на первичное оборудование распределительных устройств среднего напряжения и может быть реализовано как для вновь возводимых, так и для существующих распределительных устройств 6 – 35 кВ.
Данный метод запатентован компанией АББ и реализован в устройствах защиты АББ серий RE_615, RE_620, RE_630, а также в устройствах RIO600.
Разработчики данного метода, специалисты АББ Финляндии Ари Вахлрус и Янне Алтонен, были награждены премией «Сетевая инициатива 2017 года», Тампере, Финляндия.
Статью подготовил: Николотов О. А., руководитель отдела РЗ департамента оборудования среднего напряжения ООО «АББ».
