Защиты, реагирующие на напряжение нулевой последовательности

Такие защиты могут действовать на отключение линии с ОЗЗ в том случае, если от сборных шин подстанции отходит только одна линия. По сравнению с ненаправленными токовыми и другими защитами рассматриваемый вариант обладает существенными преимуществами – в напряжении нулевой последовательности содержится гораздо меньше гармоник и защита по напряжению нулевой последовательности лучше ведет себя, например, при ОЗЗ, сопровождающихся перемежающимися и прерывистыми дугами. Ей не мешает наличие в сети дугогасящего реактора. Однако при наличии нескольких присоединений к сборным шинам такая защита может быть использована только в качестве неселективной сигнализации, т. е. сигнализировать появление в сети ОЗЗ без указания поврежденного присоединения. Именно в таком качестве, устройства контроля изоляции, она и используется в подавляющем большинстве случаев.

В настоящее время практически все устройства контроля изоляции выполняются с использованием трансформаторов напряжения (ТН), либо трехфазных пятистержневых ТН типа НТМИ, либо трех однофазных ТН и даже двух однофазных ТН, соединенных по схеме открытого треугольника с заземленной нейтралью. Как правило, на питающих подстанциях устанавливаются ТН типа НТМИ.

Рис. 2.20. Схемы включения (a) устройств контроля изоляции (PC) и максимальной защиты напряжения нулевой последовательности (РН) и векторные диаграммы напряжений (б и в) при однофазном замыкании на землю. ТН − трансформатор напряжения; V1, V2, V3 − вольтметры

Устройство контроля изоляции может быть выполнено несколькими способами (рис. 2.20, а). Например, с помощью трех вольтметров VI−V3, включенных на фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения. Может быть установлен один вольтметр с переключателем.

В нормальном симметричном режиме все три вольтметра показывают одинаковые фазные напряжения. При замыкании одной фазы на землю показания вольтметра этой фазы резко понизятся, вплоть до нуля при металлическом замыкании. Показания вольтметров других фаз увеличатся, вплоть до 1,73 фазного, также при металлическом замыкании. Для получения звукового сигнала при замыкании на землю в схему устройства может быть включено сигнальное реле.

2.3.2 Ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности.

В некоторых случаях необходимую эффективность можно обеспечить с помощью ненаправленных токовых защит нулевой последовательности [99, 100, 69, 70, 58].

В первую очередь − это относится к резистивно-заземленным сетям и установкам с малыми емкостными токами. Если, например, речь идет о защите кабельной сети собственных нужд электростанции, в которой установлен заземляющий резистор, а в месте ОЗЗ протекает активный ток резистора порядка 35−40 А и емкостные токи отдельных присоединений не превышают нескольких ампер, то здесь успешно могут быть использованы многие из известных ненаправленных токовых устройств защиты.

Во вторую очередь – это внутрицеховые сети на предприятиях, где может быть установлен дугогасящий реактор, но имеется большое количество присоединений с малым емкостным током. Выполнить эффективную селективную защиту без заземляющего резистора в таком случае сложно. Установив же такой резистор с током 10−15 ампер, получаем возможность на большинстве присоединений установить простую токовую защиту нулевой последовательности.

В настоящее время на российском рынке можно приобрести следующие устройства ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности.

Защиты, построенные на отечественных реле типа РТЗ-51, блоках микропроцессорной защиты БМРЗ (например, БМРЗ-КЛ-11, БМРЗ-КЛ-36, БМРЗ-КЛ-42, БМРЗ-КЛ-51) НТЦ Механотроника, терминалах защиты SEPAM типа S20 (код ANSI 50N/51N или 50G/51G) фирмы Schneider Electric, защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 фирмы «АББ Реле-Чебоксары», устройства типа MiCOM P121, P122 Compact, P123 фирмы AREVA (бывшая ALSTOM), защита типа SIPROTEC 4 7SJ61 фирмы SIEMENS и т. д.

Наиболее подходящие для конкретного предприятия устройства должны выбираться с учетом местных условий и возможностей.

Ток срабатывания ненаправленных токовых защит приходится отстраивать от собственного емкостного тока защищаемого присоединения, поэтому на присоединениях с большими емкостными токами такие защиты часто оказываются нечувствительными.

Ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности, основанные на «относительном замере», например, устройство микроконтроллерное МКЗЗП-6 фирмы «ЭСТРА» (НГТУ, г. Новосибирск). Это устройство запускается при ОЗЗ по признаку появления напряжения нулевой последовательности и сравнивает токи нулевой последовательности во всех присоединениях защищаемой системы или секции сборных шин. То присоединение, где основная гармоника тока нулевой последовательности больше, считается поврежденным. Такую защиту нельзя использовать при наличии в сети дугогасящего реактора или при малом количестве присоединений к сборным шинам (например, при двух присоединениях). При большом же количестве присоединениях защита работает весьма эффективно.

2.3.3 Направленные токовые защиты.

Эти защиты отстроены от собственных емкостных токов защищаемых присоединений по направлению, поэтому их токи срабатывания обычно можно принять гораздо более низкими, чем у ненаправленных токовых защит. В результате направленные токовые защиты удается выполнить более чувствительными и эффективными [99, 100, 67, 87].

Название «направленные защиты» относится к широкому классу устройств. Здесь защиты, реагирующие на величину тока нулевой последовательности и направление мощности, защиты, рабочей величиной которых является проекция тока нулевой последовательности на некий «характеристический угол», определяющий середину зоны срабатывания. Сюда относятся дистанционные защиты и устройства, реагирующие на отдельные составляющие или полную проводимость цепей нулевой последовательности. Разрабатываются также устройства, реагирующие на интеграл произведения мгновенных значений основных гармонических составляющих тока и напряжения нулевой последовательности и некоторые функции этих величин.

В качестве примера рассмотрим направленную защиту от однофазных замыканий наземлю типа ЗЗП-1М [20, 10]. Защита предназначена для селективного отключения линий 10 кВ при однофазных замыканиях на землю и может применяться в сетях с суммарным емкостным током не менее 0,2 А. Однако в связи большой вероятностью возникновения однофазных замыканий на землю на ВЛ 10 кВ через переходные сопротивления и с учетом некоторого запаса по чувствительности применение устройства ЗЗП-1М целесообразно в тех сетях 10 кВ, где минимальное значение суммарного емкостного тока, по крайней мере, в 2,5−3 раза выше, т. е. 0,5−0,6 А.

Токовые цепи защиты ЗЗП-1М подключаются к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности (ТТНП) типа ТЗР, ТЗЛ и т. п. (рис. 2.21, а), в связи, с чем защищаемая воздушная линия должна иметь кабельную вставку (ввод). Это является недостатком защиты ЗЗП-1М, ограничивающим ее применение.

Рис. 2.21. Принципиальная схема включения (а), структурная схема (б) направленной защиты типа ЗЗП-1М и схема распределения емкостных токов (в) при однофазном замыкании на землю в сети 10 кВ

Цепи напряжения защиты ЗЗП-1M включаются на напряжение нулевой последовательности 3U₀, получаемое от специальной обмотки трансформатора напряжения ТН типа НТМИ, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 2.21, а). Для защиты элементов ЗЗП-1М от высших гармоник, имеющихся в напряжении 3U₀, устройство следует подключать к ТН через фильтр с резонансной частотой 50 Гц, который подавляет все высшие гармонические составляющие с частотой выше 50 Гц. Фильтр выпускается в виде вспомогательного устройства ВУ-1, в которое входят дроссель с регулируемым воздушным зазором 1 последовательно включенный конденсатор. На одно устройство ВУ-1 может быть включено до 10 устройств ЗЗП-1М [10]. Для исключения опасного воздействия на устройства ЗЗП-1М перенапряжений, возникающих в первый момент замыкания на землю в сети 10 кВ, в схеме (рис. 2.21, а) предусмотрена небольшая задержка в подаче напряжения 3U₀ на устройства ЗЗП-1М.

ТН − трансформатор напряжения типа НТМИ; ТТНП − трансформаторы тока нулевой последовательности кабельного типа; ВУ − вспомогательное устройство максимального реле напряжения 1РН типа РН-53/60Д с уставкой 15 В, т. е. ниже, чем напряжение срабатывания устройства ЗЗП-1М. Как видно из схемы (рис. 2.21, а), напряжение 3U₀ подается на устройства ЗЗП-1М только после срабатывания реле 1РН и замыкания его контактов [20].

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов: согласующего устройства 1, усилителя переменного тока 2, фазочувствительного усилителя (органа направления мощности) 3, выходного реле 4 и блока питания 5 (рис. 2.21, б). Блок питания типа БПН-11 подключается к трансформатору напряжения ТН или к трансформатору собственных нужд подстанции.

Таким образом, защита ЗЗП-1М представляет собой направленную защиту нулевой последовательности. При однофазном замыкании на землю, например, на воздушной линии 10 кВ ВЛЗ (рис. 2.21, в) токи I_с1, I_c2, определяемые емкостью фаз неповрежденных линий ВЛ1, ВЛ2 по отношению к земле, имеют условное направление к месту повреждения на линии ВЛЗ и, таким образом, по-разному направлены на поврежденной и неповрежденной линиях. На неповрежденных линиях при направлении токов I_с к шинам 10 кВ подстанции защиты ЗЗП-1М не срабатывают. На поврежденной линии при направлении суммарного емкостного тока I_с(сумм) от шин подстанции к месту повреждения защита ЗЗП-1М срабатывает, если значение этого суммарного тока больше, чем ее ток срабатывания (чувствительность).

Если считать, что среднее удельное значение емкостного тока для воздушных сетей 10 кВ составляет на 1 км примерно 0,025 А, то для надежного срабатывания защиты ЗЗП-1М при минимальной ее уставке 0,2 А (первичных) необходимо, чтобы суммарная протяженность всех неповрежденных линий 10 кВ этой сети была бы не менее 20−25 км и, соответственно, суммарный емкостный ток I_{с сумм} > 0,5−0,6 А. В современных электросетях 10 кВ это условие, как правило, обеспечивается, но в том случае, когда одна или две линии 10 кВ могут быть отключены, защита ЗЗП-1М не сможет сработать на отключение из-за недостаточных значений суммарного емкостного тока, требуется, чтобы дополнительно к линейным защитам (ЗЗП-1М) на подстанции была бы установлена резервная неселективная максимальная защита напряжения нулевой последовательности (реле 2РН см. рис. 2.21, а), которая с выдержкой времени (0,5−0,7) действует на отключение питающего трансформатора (при этом должны запрещаться действия автоматики включения: АВР, АПВ). При малых значениях емкостных токов такое неселективное действие считается правильным, поскольку своим действием защита выполняет требования техники безопасности, предотвращает несчастные случаи [69]. Описание устройства ЗЗП-1М, технические данные указания по монтажу и эксплуатации приведены в работах [20].

Отдельным и очень важным вопросом, который требует особого внимания, является выбор уставок и проверки чувствительности таких защит, который в настоящее время далек от своего окончательного решения. Официально принятой методики выбора уставок таких защит в настоящее время не существует. Проектанты вынуждены, как правило, предлагать потребителям следующий вариант поведения. Вначале на выбранных устройствах защиты устанавливаются минимальные уставки. Если в процессе эксплуатации защита работает неправильно, уставки загрубляются до тех пор, пока неправильные действия не прекратятся. Такие рекомендации существенно усложняют эксплуатацию защит и снижают их эффективность. Изначально предполагается, что на первом этапе эксплуатации защита будет часто срабатывать неправильно.

Большинство разработчиков и изготовителей направленных токовых защит от ОЗЗ в рекламных материалах указывают максимально возможную чувствительность своих устройств как реально пригодную к использованию на практике. Речь часто идет о том, что предлагаемые устройства способны чувствовать первичные токи ОЗЗ порядка 0,2−0,3 ампера. Такие данные только вводят в заблуждение проектантов и заказчиков защитных устройств, поскольку не учитывают реальных условий эксплуатации. Дело в том, что в реальной сети постоянно присутствуют разного рода небалансы, т. е. в неповрежденной сети имеются такие сигналы, которые воспринимаются защитами как признак возникновения ОЗЗ. Эти небалансы могут появляться на короткое или продолжительное время и в определенных пределах изменяться по величине. Сеть как бы «живет и дышит». Если не учесть этих особенностей, то обеспечить высокую эффективность защиты не удается. В настоящее время нет методики расчета этих небалансов. Нет даже достаточно полного представления о некоторых причинах их возникновения.

В настоящее время на российском рынке можно приобрести следующие устройства направленной токовой защиты нулевой последовательности, которые могут быть использованы в сетях с резистивным заземлением нейтрали.

Реле типа ЗЗН производства ЧЭАЗ, микропроцессорное устройство БМРЗ НТЦ Механотроника, реле защиты типа ЗЕРО, производимое компанией «Объединенная энергия» (г. Москва), терминал защиты SEPAM типа S41 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric, защиты серии MiCOM модели − Р141, Р142 и Р143 фирмы AREVA, защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 фирмы «АББ Реле-Чебоксары», защита нулевой последовательности типов УЗЛ-1 и УЗЛ-2 производства НГТУ (г. Новосибирск) и т. д.

Ранее уже отмечалось, что существенные сложности возникают в защите от ОЗЗ воздушных линий электропередачи. При обрыве провода такой ВЛ в месте ОЗЗ иногда возникают переходные сопротивления порядка нескольких кOм. Напряжения и токи нулевой последовательности при этом сильно уменьшаются, причем степень снижения этих рабочих сигналов зависит от величины переходного сопротивления и основных характеристик сети (емкость относительно земли, параметры заземляющих резисторов и т. д). При больших переходных сопротивлениях рабочие сигналы защиты от ОЗЗ становятся соизмеримыми с небалансами, существующими в сети, и от которых защита должна быть отстроена. Значения этих небалансов ограничивают минимальные ток и напряжение срабатывания защиты. Отсюда ясно, что невозможно выполнить направленную токовую защиту от ОЗЗ, которая правильно работала бы во всех без исключения случаях, например, при падении провода на сухой снег зимой или сухой песок или скальный грунт летом и т. д.

В то же время в ряде случаев оставлять лежащий на земле и находящийся под напряжением провод невозможно по условиям электробезопасности − в России реально существуют такие городские сети, где ВЛ напряжением 10 кВ проведены по городской территории. Имеются сети 35 кВ с воздушными линиями, расположенными в густонаселенных районах.

Выходом из создавшегося положения может служить комбинация защит, работающих на разных принципах. Например, можно совместно использовать направленную токовую защиту нулевой последовательности и защиту, реагирующую на ток обратной последовательности. Защита нулевой последовательности будет в пределах своей чувствительности реагировать на ОЗЗ с «не очень большими», например, порядка единиц кOм переходными сопротивлениями. Защита же по току обратной последовательности будет отключать воздушную линию при обрыве ее провода.

Однако установка защиты от обрывов, реагирующей на ток обратной последовательности, не всегда эффективна на ВЛ, имеющих малые токи нагрузки в нормальном режиме работы. Удачное решение предлагаемой задачи имеется, например, в защите от ОЗЗ типа Р-142 фирмы AREVA. Здесь есть специальная опция обнаружения обрыва проводов ВЛ. Защита содержит элемент, который измеряет отношение токов обратной последовательности и прямой последовательности (). Оно будет меняться в меньшей степени, чем измерение тока обратной последовательности, так как отношение почти неизменно при изменении тока нагрузки. Следовательно, можно получить более низкую уставку и чувствительную защиту. Для успешной работы защиты требуется минимальное значение тока обратной последовательности, равное 8 % от тока прямой последовательности.

Область применения направленных защит от ОЗЗ – сети с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью.

Если в сети установлены дугогасящие реакторы (ДГР), то направленные и ненаправленные токовые защиты в большинстве случаев становятся неэффективными.

2.3.4 Защиты с наложением тока другой частоты

Источник наложенного тока с частотой, например, 25 Гц включают при этом в нейтраль сети и фиксируют токи частотой 25 Гц в защищаемых присоединениях [69,70].

В установившемся режиме ОЗЗ действие защит линий и генераторов обеспечивается за счет искусственного наложения контрольного тока с частотой 25 Гц. В качестве источника контрольного тока используется электромагнитный параметрический делитель частоты. Выходная обмотка делителя частоты включается последовательно с первичной обмоткой ДГР (рис. 2.22). При использовании в сети нескольких ДГР их выходы со стороны земли объединяются и подключаются к контуру заземления через выходную обмотку делителя частоты. Защита ВЛ выполняется с использованием специальных полупроводниковых фильтровых реле тока с рабочим диапазоном в области низких частот, подключаемых к кабельным ТТНП.

Рис. 2.22. Защита с использованием «наложенного» тока

Различие по частоте тока небаланса фильтра токов нулевой последовательности (50 Гц и гармоники, кратные трем) и воздействующей величины (25 Гц) упрощает отстройку защиты от небаланса и позволяет избежать загрубления защиты по первичному току.

Недостатками устройств, основанных на использовании «наложенного» тока с частотой 25 Гц, являются:

- влияние на устойчивость функционирования защиты погрешностей трансформаторов тока нулевой последовательности, возрастающих при уменьшении рабочей частоты;

- усложнение схемы первичной коммутации из-за необходимости подключения источника «наложенного» тока;

- трудности подключения источника вспомогательного тока при использовании в сети нескольких ДГР, установленных на разных объектах;

- сложности отстройки от естественных гармонических составляющих при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ, при которых спектр тока зависит от параметров сети и режима заземления ее нейтрали;

- положения точки ОЗЗ в сети и других факторов.

2.3.5 Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности

Используются в основном в сетях с дугогасящими реакторами. Наиболее широкое применение в компенсированных сетях 6−10 кВ получили токовая защита абсолютного замера, основанная на измерении уровня высших гармоник в токе 3 I₀ защищаемого присоединения и сравнении его с заданной уставкой, и токовая защита относительного замера, основанная на сравнении уровней высших гармоник в токах нулевой последовательности всех присоединений защищаемого объекта.

Токовые устройства абсолютного замера малоэффективны в условиях нестабильности состава и уровня высших гармоник в токе нулевой последовательности, что особенно характерно для сетей 6−10 кВ систем электроснабжения промышленных предприятий.

В [87] показано, что условия селективности несрабатывания при внешних ОЗЗ и устойчивости срабатывания при внутренних повреждениях для устройств абсолютного замера высших гармоник обеспечиваются в основном на крупных подстанциях и электростанциях с большим числом присоединений. Область применения централизованных токовых устройств относительного замера значительно шире и в основном ограничивается погрешностями кабельных ТТНП [87].

В настоящее время на российском рынке можно приобрести следующие устройства защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности.

Токовые защиты абсолютного замера: устройство типа УСЗ-2/2 производства ЧЭАЗ, микропроцессорные устройства «Сириус» производства выпускаемые НПФ «Радиус» [99], микропроцессорные устройства SPAC 801-013, SPAC 801-113, ООО «АББ Реле-Чебоксары» [100], устройства защиты MICOM P120/121/122/123, Р-125, Р-126, Р-127, Р-141, Р-142, Р-143 фирмы AREVA [39, 26].

В качестве примера, предлагается устройство «Сириус-ОЗЗ» (рис. 2.23) [11]:

Устройство определения присоединения с однофазным замыканием на землю СИРИУС-033 предназначено для определения наличия однофазного замыкания на землю на секциях шин подстанций, станций и распределительных пунктов напряжением 6−10 кВ, а также индикации конкретного присоединения с однофазным замыканием на землю. Устройство работает на принципе определения фидера с максимальным уровнем суммы высших гармоник в токе нулевой последовательности. Устройство предназначено для установки в релейных отсеках КРУ, КРУН и КСО, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 3–35 кВ.

Рис. 2.23. Устройство «Сириус-ОЗЗ»

Токовые защиты относительного замера:

- устройство УСЗ-3М, выпускаемые ЧЭАЗ (обслуживается вручную и поочередно подключается к трансформаторам тока всех присоединений секции или системы сборных шин);

- устройства сигнализации ОЗЗ типа КДЗС-2, разработанные СКТБ ВКТ Мосэнерго (автоматически сравнивающие значения высших гармоник).

Во ВНИИЭ разработано автоматическое централизованное устройство относительного замера уровней высших гармоник, названное ПАУК [20], использующее принцип параллельного сравнения значений входных сигналов с помощью измерительного органа, выполненного на базе максиселектора.

Микропроцессорные устройства SPAC 801-013, SPAC 801-113, ООО «АББ Реле-Чебоксары» [2] также способны выполнять относительный замер высших гармоник при условии установки АСУ высшего уровня, в которые заводятся сигналы от отдельных микропроцессорных терминалов SPAC. Следует отметить, что такое решение с одной стороны позволяет выполнить не только защиту от ОЗЗ, но и эффективные защиты от междуфазных замыканий, но, с другой стороны, требует значительных капитальных вложений.

2.3.6 Устройства, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности

Устройства защиты и сигнализации ОЗЗ, основанные на использовании электрических величин переходного процесса, разрабатывались в России и других странах, прежде всего для решения проблемы селективной сигнализации ОЗЗ в компенсированных сетях. По принципу действия устройства подобного типа могут быть использованы также в сетях с изолированной нейтралью или с высокоомным заземлением нейтрали через резистор.

Исследования и опыт применения защит от ОЗЗ, реагирующих на переходный процесс, показали, что наибольшую универсальность могут обеспечить устройства, в которых определение поврежденного присоединения осуществляется с использованием следующих двух способов:

- сравнения амплитуд переходных токов в присоединениях защищаемого объекта;

- определения знака мгновенной мощности нулевой последовательности (НП) в начальной стадии переходного процесса.

На основе первого из указанных способов выполняются центра­лизованные токовые устройства относительного замера. По второму способу могут быть получены направленные централизованные и автономные (индивидуальные) устройства защиты от ОЗЗ.

К наиболее известным в России разработкам направленных импульсных защит от ОЗЗ относятся [42]:

- автономные устройства направленной волновой защиты типа ИЗС и УЗС-01, разработанные ЭНИН [12, 55, 89, 93, 94];

- централизованное направленное устройство сигнализации ОЗЗ (ЦНУСЗ) «Импульс», разработанное и выпускаемое ИГЭУ [101, 98];

- автономное устройство направленной защиты типа КЗЗП, разработанное в Донецком политехнической институте [85, 84] и его микроэлектронный аналог − устройство типа ПЗЗМ, разработанное предприятием НТБЭ (Екатеринбург).

В качестве примера рассмотрим импульсную защиту сети типа ИЗС. Это устройство относится к группе «волновых» защит от замыканий в землю в сетях с изолированной или заземленной через ДГР нейтралью. Устройство контролирует направление распространения электромагнитных разрядных волн фаза-земля, возникающих при замыканиях фазы на землю.

Рис. 2.24. Защита типа ИЗС а − схема включения защиты типа ИЗС; б − поясняющие схемы ее работы; в − при однофазных замыканиях на землю в сетях 10 кВ разной конфигурации

Токовые цепи устройства ИЗС могут подключаться к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности (так же, как защиты ЗЗП-1М см. рис. 2.21, а) или к трехтрансформаторному фильтру токов нулевой последо­вательности. Цепи напряжения 3U₀ подводятся от специальной обмотки трансформатора напряжения ТН, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 2.24).

Устройство ИЗС состоит из пускового органа, реагирующего на появление напряжения нулевой последовательности при замыкании на землю; органа направления тока, контролирующего знак мощности на фронте волны в контуре фаза − земля; блока питания и указательного реле. Устройство может действовать на сигнал или на отключение выключателя защищаемой линии.

Наиболее целесообразно использовать устройства ИЗС в кольцевых сетях или при параллельной работе двух или нескольких линий (рис. 2.24, б). Устройства ИЗС включаются на обеих сторонах контролируемых линий таким образом, что они срабатывают на замыкание контактов при условно положительном направлении распространения волны (мощности) от места замыкания на землю и месту контроля, т. е. к шинам подстанций А и Б (рис. 2.24, б). При этом только на поврежденной линии знак мощности на обоих концах будет положительным и оба устройства ИЗСсработают (рис. 2.24, б) контакты ИЗС 1 и 2 показаны замкнувшимися). На неповрежденных линиях этой замкнутой сети контакты ИЗС замыкаются только на одной из сторон. По показаниям ИЗС можно однозначно определить, на какой из линий произошло ОЗЗ.

Устройства ИЗС могут применяться для селективной сигнализации замыканий на землю и на радиальных линиях (рис. 2.24, в). Например, при ОЗЗ на ВЛ1 направление распространения волны таково, что устройство ИЗС на подстанции А сработает (мощность направлена к шинам), а на подстанции Б устройство ИЗС неповрежденной линии ВЛ2 не сработает (мощность направлена от шин). На неповрежденных линиях ВЛ3, ВЛ4 устройства ИЗС также не сработают, поскольку по этим линиям не распространяются электромагнитные разрядные волны, возникшие при замыкании на землю на линий ВЛ1. Указания по обслуживанию устройств ИЗС приведены в работе [93,89].

Указанные выше автономные и централизованные устройства защиты от ОЗЗ реагируют только на электрические величины переходного процесса и поэтому не обладают свойством непрерывности действия при устойчивых замыканиях на землю. Свойство непрерывности действия при устойчивых повреждениях необходимо, прежде всего, для защит с действием на отключение (например, для упрощения согласования защит по времени срабатывания, учитывая, что напряжение 3 U₀ не сразу исчезает в сети после отключения поврежденного участка). При выполнении защиты от ОЗЗ с действием на сигнал свойство непрерывности действия упрощает поиск поврежденного участка методом оперативных переключений в сети.

На взгляд авторов [58], наиболее эффективное и универсальное решение в части защит от ОЗЗ с действием на отключение для компенсированных сетей 6−10 кВ может быть получено на основе следующих принципов:

- направленность в переходных и установившихся режимах ОЗЗ;

- селективность и высокая устойчивость функционирования при всех разновидностях ОЗЗ, включая дуговые прерывистые и дуговые перемежающиеся замыкания;

- возможность фиксации кратковременных самоустраняющихся пробоев изоляции;

- непрерывность действия при устойчивых ОЗЗ.

Эти принципы реализованы в автономном направленном устройстве защиты от ОЗЗ типа «Спектр», выполненном на микроэлектронной элементной базе [98].

Устройство «Спектр» предназначено для выполнения защиты от ОЗЗ с действием на отключение или на сигнал, прежде всего в сетях, работающих с компенсацией емкостных токов. Однако высокая чувствительность устройства по первичному току высших гармоник (до 20 мА в рабочем диапазоне частот) и высокая степень отстройки с помощью фильтров в каналах тока и напряжения НП от влияния составляющих промышленной частоты обеспечивают возможность применения его не только в компенсированных сетях, но и в сетях, работающих с изолированной нейтралью или с высокоомным заземлением нейтрали через резистор.

На переходные составляющие ОЗЗ способен реагировать терминал защиты SEPAM типа S41 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric. Достоинством такого решения является то, что этот терминал способен обеспечить как защиты от междуфазных КЗ, так и ненаправленную и направленную токовую защиту от ОЗЗ, реагирующие на установившиеся составляющие токов и напряжения нулевой последовательности. В настоящее время на Российском рынке появляются новые модификации терминалов защиты SEPAM типа S80 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric, являющиеся дальнейшей модификации описанных выше терминалов серии S40.

Большие возможности появляются при заземлении нейтрали через резистор. При этом в некоторых случаях (при больших, порядка десятков и сотен ампер, емкостных токах сети) резистивное заземление совмещают с включением в нейтраль дугогасящего реактора (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Схема сети

Устойчивым признаком поврежденного присоединения в резистивно-заземленной сети в соответствии с рис. 2.26 является протекание по нему активного тока заземляющего резистора. По неповрежденным линиям протекают преимущественно реактивные токи (собственный емкостный ток присоединения и ток утечки по изоляции).

Рис. 2.26. Распределение токов в сети с резистивным заземлением нейтрали

Во многих случаях это позволяет эффективно решить задачу селективной защиты от ОЗЗ, однако использование дугогасящих реакторов может существенно осложнить ситуацию, и в некоторых случаях, возможно, придется для выявления поврежденного присоединения использовать другие признаки.

Введение резистивного заземления нейтрали сети снижает уровень перенапряжений, исключает явления феррорезонанса и дает хорошие предпосылки для построения эффективной релейной защиты от ОЗЗ. Эта защита может действовать на отключение поврежденной линии или на сигнал, если такое неожиданное отключение невозможно или нежелательно.

Эффективная защита от ОЗЗ позволяет снизить опасное влияние на аппаратуру сетей 6−35 кВ тех воздействий, которые возникают при ОЗЗ. Это, в свою очередь, повысит надежность работы двигателей, кабелей и других элементов сети и позволит продлить срок их эксплуатации. Повышается также безопасность для людей и животных, которые могут оказаться в зоне падения провода ВЛ.