Орион здз руководство

Опасность возникновения электрической дуги в энергоустановках заключается в том, что это явление способно в течение нескольких секунд нанести непоправимый вред оборудованию. Чтобы не допустить аварийных ситуаций, на установках применяется защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) – специальное реле, которое в нужное время срабатывает и отключает оборудование.

Применение

Устройства применяют на электроподстанциях энергокомпаний, предприятий газовой, нефтяной и других видов промышленности. Кроме того, ЗДЗ используют для защиты тяговых подстанций на железной дороге, в электрооборудовании метрополитена. Идеальными условиями для срабатывания дуговой защиты являются неотапливаемые помещения.

Дуговую защиту устанавливают в комплектных распредустройствах (КРУ), которые в связи с компактными габаритами могут быть отключены на время, не превышающее 1 секунды. Монтаж защитного реле выполняют:

• в ячейках КРУ внутренней и наружной установки;
• шинах (проводниках электрического тока с низким сопротивлением);
• камерах сборных одностороннего обслуживания (КСО);
• комплектных трансформаторных подстанциях (КТП) промышленных и собственных нужд.

Основные характеристики

• Селективная защита от дуговых замыканий в ячейках (шкафах) КРУ, КРУН, КСО, в том числе разделенных внутренними перегородками на несколько оптически независимых отсеков.
• Контроль интенсивности дугового разряда и срабатывание оптических датчиков горения дуги при превышении заданной пороговой освещенности.
• Пуск защиты по дискретному сигналу «ПУСК» от токовых защит питающих источников (защита ввода, секционного выключателя, трансформатора) и/или от защиты минимального напряжения.
• Формирование трех выходных сигналов (с контролем наличия входного сигнала разрешения) для селективного отключения высоковольтного оборудования в зависимости от номера канала сработавшего датчика.
• Возможность выполнения логического УРОВ – действие 2-го и 3-го сигналов срабатывания на формирование сигнала срабатывания 1.
• Отдельное выходное реле УРОВ для формирования сигнала отключения питающего присоединения.
• Формирование выходного сигнала запрета АПВ присоединения и АВР секции при срабатывании дуговой защиты.
• Светодиодная индикация и сигнализация: – наличия напряжения питания; – состояние подключенных оптических датчиков; – состояние дискретного сигнала разрешения работ «ПУСК»; – выполнения выходных сигналов УРОВ и запрет АПВ/АВР; – исправности устройства.
• Сброс сигнализации, инициализация устройства и визуальный контроль исправности индикаторов с помощью кнопки СБРОС на лицевой панели БКР-1.
• Местная параметризация и просмотр зарегистрированных сигналов и событий с помощью порта связи с интерфейсом RS-485 и сервисного ПО. Возможность интеграции в АСУ ТП энергообъекта.
• Сохранение в энергонезависимой памяти и последующее восстановление записанной информации о состоянии датчиков при отключении и последующем включении или кратковременном пропадании питания устройства.
• Автоматический контроль работоспособности – контроль линии связи и самих датчиков с использованием встроенного источника светового потока.
• Полная самодиагностика устройства и его составных частей с формированием сигнала ОТКАЗ при: – отсутствии напряжения питания; – неисправности контроллера и внутренней схемы БКР-1; – обнаружении неисправного выходного реле; – обнаружении неисправного датчика, недопустимом загрязнении фотоэлемента; – обрыве или коротком замыкании линии связи с датчиком; – срабатывании канала к которому не подключен датчик; – неисправности цепи дискретного сигнала «ПУСК».

Механизм и последствия короткого замыкания

Логическая защита шин

При возникновении короткого замыкания, сопровождающегося электродугой, в считанные доли секунды резко возрастает температура (до 120000С), повреждая стенки ячейки и переходя в соседние.

Обратите внимание! Буквально за мгновения ячейка, в которой создалось короткое замыкание с электродугой, выгорает дотла и не подлежит ремонту.

Если вовремя не принимаются меры, то необратимо выходят из строя целые секции распредустройства с глубокими повреждениями механического и термического характера. В электроустановках возникают очаги возгорания. Падение напряжения с возрастанием тока приводит к торможению и снижению производительности электродвигателей, остановке частей электрической системы, что приводит к локальным и системным (наиболее значительным) авариям.

При этом предприятие несет большие убытки в виде повреждений дорогостоящего оборудования, возможных травм персонала, незапланированных простоев в работе. Уровень причиненного ущерба зависит от качества и типа изоляционных материалов, величины тока короткого замыкания и длительности его воздействия.

ЗДЗ волоконно-оптического типа

Устройство дуговой защиты Овод-МД. Блок преобразования и мониторинга открыт. Видны подключенные волоконно-оптические кабели (синие) идущие от волоконно-оптически датчиков

Как и ЗДЗ фототиристорного типа, данный тип ЗДЗ реагирует на световую вспышку от электрической дуги. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется волоконно-оптический датчик (ВОД). Применяется два типа ВОД:

• петлевого типа;
• радиального типа.

ВОД размещаются по одному в каждом отсеке ячейки КРУ:

• в отсеке ввода;
• в отсеке выкатного элемента;
• в кабельном отсеке;
• в пространстве шинного моста.

Применяются также эконом-варианты размещения ВОД — так, например, один ВОД может быть одновременно размещен и в шинных отсеках и в отсеках выкатных элементов в нескольких ячейках одной секции. При дуговом КЗ каждый ВОД фиксирует световую вспышку от электрической дуги и формирует сигнал «Срабатывание», которые передается по ВОЛС на МП терминал ЗДЗ. В свою очередь МП терминал ЗДЗ на основании сигналов «Срабатывания» от ВОД формирует команды на отключение соответствующих выключателей с целью ликвидации дугового КЗ.

Для предотвращения неправильной работы ЗДЗ предусматривается токовый контроль — сигнал на отключение выдается МП терминалом ЗДЗ только при наличии 2-х факторов:

• сигнала «Срабатывание» от ВОД;
• сигнала «Пуск МТЗ» от терминала защиты (терминала защиты ввода КРУ или терминала защиты стороны ВН трансформатора).

При наличии только сигнала «Срабатывание» от ВОД без сигнала «Пуск МТЗ» отключение выключателей от ЗДЗ не происходит и МП терминал ЗДЗ выдает сигнал «Неисправность ВОД».

Построение оптико-электрических дуговых защит

Оптико-электрические дуговые защиты по типу используемых датчиков можно разделить на две группы: с полупроводниковыми фотодатчиками и с волоконно-оптическими датчиками. Тип датчика определяет не только алгоритмы обработки информации, но и исполнение защит, которые можно классифицировать как индивидуальные и централизованные.

Централизованная защита

, как правило, предназначены для защиты секции или группы ячеек и не обеспечивают селективного выявления зоны повреждения. Оптические датчики, например полупроводниковые фотоприборы, соединяются параллельно, а ВОД включается в виде петли.

Индивидуальное исполнение защиты

позволяет выполнить воздействие на выключатель поврежденной ячейки, обеспечить селективность действия защиты и выявить поврежденную зону.

Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)

Дуговая защита КРУ должна строиться с учетом его конструктивных особенностей и типов коммутационных аппаратов. Для этого необходимо выделить как особые элементы распредустройства, к которым относятся ячейки вводного выключателя, ячейка секционного выключателя, особые зоны (отсеки) ячеек КРУ: отсек шинного моста, отсеки высоковольтных выключателей, трансформатора напряжения и т. д. Такое деление КРУ на зоны позволит наиболее оптимально выполнять воздействия на коммутационные аппараты с минимизацией объёмов повреждений.

При КЗ в особых элементах требуется отключение секции без выдержки времени, а при КЗ в особых зонах, например, в отсеках измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов возможно отключение только поврежденной ячейки, например, при использовании вакуумных выключателей.

Горение дуги в ячейке вводного выключателя требует воздействия на отключение не только секционного выключателя, но и выключателя со стороны высшего напряжения силового трансформатора. Повреждение же секционного выключателя требует отключения вводных выключателей. С учетом вышеизложенного защита должна обеспечивать селективное выявление дуговых коротких замыканий в ячейках и их отсеках.

Существует также и другой подход в построении дуговой защиты КРУ, согласно которому любое КЗ в КРУ должно отключаться вводным выключателем, что приводит к «погашению» секции. Такой подход упрощает реализацию защиты и допускает объединение датчиков, например, позволяет выполнять оптико-электрический датчик единым, что имеет место при использовании ВОЛС, соединенной в «петлю». При реализации защиты по первому варианту возможно объединение ОЭДЗ и устройств, воздействующих на одни и те же выключатели.

Причины дуговых замыканий

Максимальная токовая защита

Электрическая дуга может появиться в результате:

• изношенной, поврежденной или загрязненной изоляции;
• нарушения схемы соединения (например, обрыв проводов на линии электропередачи, перекрытие токоведущих элементов животными, птицами);
• неисправности оборудования;
• повышенного уровня влажности;
• коррозии;
• повышения напряжения;
• ошибочных действий обслуживающего персонала во время оперативных переключений в электроустановках.

При квалифицированном и ответственном техническом обслуживании распределительных устройств перечисленные причины устраняются сразу же при обнаружении, что является профилактической мерой возникновения электрической дуги.

Влияние на дугу магнитных полей

При выполнении сварки на постоянном токе часто наблюдается такое явление как магнитное. Оно характеризуется следующими признаками:

— столб сварочной дуги резко откланяется от нормального положения; — дуга горит неустойчиво, часто обрывается; — изменяется звук горения дуги — появляются хлопки.

Магнитное дутье нарушает формирование шва и может способствовать появлению в шве таких дефектов как непровары и несплавления. Причиной возникновения магнитного дутья является взаимодействие магнитного поля сварочной дуги с другими расположенными близко магнитными полями или ферромагнитными массами.

Столб сварочной дуги можно рассматривать как часть сварочной цепи в виде гибкого проводника, вокруг которого существует магнитное поле.

В результате взаимодействия магнитного поля дуги и магнитного поля, возникающего в свариваемой детали при прохождении тока, сварочная дуга отклоняется в сторону противоположную месту подключению токопровода.

Влияние ферромагнитных масс на отклонение дуги обусловлено тем, что вследствие большой разницы в сопротивлении прохождению магнитных силовых линий поля дуги через воздух и через ферромагнитные материалы (железо и его сплавы) магнитное поле оказывается более сгущенным со стороны противоположной расположению массы, поэтому столб дуги смещается в сторону ферромагнитного тела.

Магнитное поле сварочной дуги увеличивается с увеличением сварочного тока. Поэтому действие магнитного дутья чаще проявляется при сварке на повышенных режимах.

Уменьшить влияние магнитного дутья на сварочный процесс можно:

— выполнением сварки короткой дугой; — наклоном электрода таким образом, чтобы его торец был направлен в сторону действия магнитного дутья; — подведением токоподвода ближе к дуге.

Принцип действия дуговой защиты

Дифференциальная защита

Для предотвращения выгорания ячеек комплектных распределительных устройств в современных схемах предусмотрены электродуговые защитные реле, которые выводят выключатели из рабочего положения при обнаружении повреждения в ячейке. Дуговая защита КРУ срабатывает гораздо быстрее и эффективнее традиционной максимальной токовой защиты (МТЗ), предохраняющей энергооборудование увеличением тока в цепи при выявлении КЗ.

Принцип защитного действия реле основан на распознавании датчиком вспышки электрической дуги и передаче информации исполнительным элементам, которые срабатывают отключением электроэнергии в КРУ для предупреждения негативных ситуаций. Появление дуги вызывает изменение параметров: яркости света, характеристик в цепи, давления и температуры.

Чтобы замыкания не перешли на другие ячейки КРУ, предусмотрено полное отключение оборудования, в том числе и дуговая защита шин (проводников электрического тока с низким сопротивлением).

Классификация реле

Согласно СИПам реле управления включается прямо в электрическую цепь и предназначено для частных подключений. Оно относится к самым распространенным электротехническим изделиям, и широко применяются в качестве комплектующих.

Классификация реле проводится по нескольким различным критериям, а именно, таким как:

• По назначению;
• Принципу действия;
• Замеряемой величине;
• Мощности управления;
• Времени срабатывания.

Защитное реле применяется для включения и отключения защиты устройств – вентиляторов, электродвигателей и других приборов, имеющих термоконтакты. Защитительный аппарат может автоматически отключиться, если контакты разомкнутся. Повторное включение питания сети, возможно, исключительно после того, как двигатель хорошо остынет до требуемой температуры.

По принципу воздействия, устройство подразделяется на:

• Электромеханическое;
• Индукционное;
• Магнитное;
• Электронное;
• Фотоэлектронное.

Электрическими реле называются аппараты, приводящие в действие одну или сразу несколько управляемых электрических цепей при воздействии на него определенных электрических сигналов. Самыми распространенными считаются электромеханические реле, которые наиболее часто применяются в устройствах телемеханики, автоматики, вычислительной техники.

Разновидности дуговой защиты

Существуют два типа защиты от дуговых замыканий: механическая (клапанная и мембранная) и электронная (фототиристорная и волоконно-оптическая).

Клапанная ЗДЗ

В защитном устройстве данного типа находится датчик в виде клапанов с выключателями, срабатывающий на повышение давления воздуха в результате появления дуги. Нарастание давления в ячейке способствует выбиванию крышки, которая замыкает контакт датчика (клапана), и происходит защитное отключение оборудования от сети.

Клапанная ЗДЗ проста в исполнении и обслуживании, отличается доступной ценой, надежностью при токах КЗ свыше 3кА. Но в связи с тем, что реле реагирует не на саму дугу, а на ее последствия (повышение давления), то при небольших токах КЗ имеет не вполне высокую чувствительность и несколько длительное время срабатывания.

Мембранная защита от дуги

ЗДЗ мембранного типа наделена шлангами, которые подведены к отсекам ячеек распредустройства. Система шлангов объединена через вентили обратного давления и подключена к мембранному выключателю, который срабатывает при повышении давления воздуха, создаваемого дугой.

Фототиристорный тип дуговой защиты

Относится к электронному виду защиты от дуговых замыканий, реагирует на вспышку от электрической дуги с помощью датчика, в качестве которого применяется полупроводниковый прибор – фототиристор.

Дуговая защита на основе фототиристорных датчиков обладает относительно высокой чувствительностью и быстротой реагирования. Однако их невозможно установить для полного обзора, трудно учесть организационные нюансы при контроле исправности. Также фототиристоры могут ложно срабатывать из-за токов утечки, прямых солнечных лучей или включенных ламп освещения.

Дополнительная информация. Датчиком светового срабатывания может быть фототранзистор, -диод, -резистор.

Волоконно-оптическая ЗДЗ

Следующим представителем электронной защиты от дуговых замыканий является волоконно-оптический вид ЗДЗ – наиболее современный и качественный. Датчики размещают в отсеках ввода, выкатного элемента, в кабельном отсеке. Волоконно-оптическая линия связи служит передающим звеном при срабатывании датчика на вспышку дуги. Микропроцессорный терминал, получив сигнал от датчика, подает команду на отключение выключателей для устранения короткого замыкания.

Важно! Данные устройства релейной защиты наделены достоинствами фототиристорных ЗДЗ и не имеют их уязвимых характеристик. Высокая стоимость волоконно-оптических приборов оправдана эффективностью, надежностью и качеством.

Лучшим представителем представленной защиты является прибор «Лайм», имеющий самые эффективные технические характеристики:

• реагирование (быстродействие) – 0,7-0,9 мс, то есть выше в 10 раз, чем в обычных устройствах;
• время начала срабатывания – 40 мс;
• длительность работы после отключения (инерция) – 3 с;
• благодаря возможности подключения трех датчиков, достигается угол обзора более 1800С.

С целью экономии средств на монтаж оптической ЗДЗ выбирают рациональный вариант построения защиты, объединяя одноименные зоны: отсеки шинного моста, выключателей, трансформаторов тока. В зависимости от особенностей схемы, также применяют объединение разноименных зон.

Дуговая защита является необходимостью при эксплуатации энергооборудования. Особенно это требуется на предприятиях, в учреждениях и организациях, от бесперебойного электроснабжения которых зависят важные человеческие и технические факторы. Применение надежной и качественной системы защиты от электрической дуги избавит от рисков работу оборудования стратегической важности, а также жизнь и здоровье большого количества людей.

Введение

На сегодняшний день электроэнергия занимает особое положение. Ее исключительные качества, такие как возможность трансформации и легкое преобразование в другие виды энергии: тепловую, механическую, обусловили сегодняшнее широкое развитие электроэнергетических систем (ЭЭС). Сегодня производство, доставка и распространение электрической энергии осуществляется множеством служб: производства энергии, оперативные службы, диспетчерские службы распределительных сетей, ремонтники электрического оборудования и другие. Нужно отметить, что доставка и распространение электрической энергии обладает рядом отличительных особенностей, не характерных другим отраслям промышленности. Например, мгновенное распространение электрического тока, а также возможность передачи огромного количества энергии (при высоком напряжении) может привести к чрезвычайным последствиям в случае возникновения аварии. Вот почему ЭЭС особое место отводится обеспечению защиты.

Сегодня разработано множество принципиальных схем защиты линий, аппаратов и участков сетей от возникновения ненормальных режимов, самыми опасными из которых являются Короткие Замыкания (КЗ). Кроме систем защиты также особое значение имеет контролирование параметров сети на отдельных ее участках, а также оперативное удаленное управление коммутационной аппаратуры. Телемеханика и измерения, наряду с защитой от ненормальных режимов, обычно также является зоной ответственности службы релейной защиты, обычно называют Служба Релейной Защиты, Автоматики и Измерений (РЗАИ)[].

Опасность искрения в выключателях, проводах и скрутках

С искрением и дуговым пробоем знаком практически каждый человек. Если в темное время суток нажать на клавишу выключателя света, то с некоторой вероятностью через пластиковый корпус получится разглядеть тусклую кратковременную зеленую вспышку. Подобный эффект в большей степени свойственен старым выключателям.

Явление носит вполне логичную природу. При включении света контакты выключателя приближаются. В некоторый момент времени они настолько близки, что между ними происходит пробой воздушного промежутка. Загорается очень маленькая и кратковременная дуга, которая и создает вспышку.

Данная ситуация безопасна, если говорить об исправном выключателе. Однако подобное часто происходит в распределительных коробках. Если провода слабо затянуты в скрутке или плохо прижаты под клеммником автомата, то они также будут искрить. При этом напряжение и ток в сети ведут себя самым непредсказуемым образом. Проблему усугубляет наличие в квартире емкостных и индуктивных потребителей.

Важно! Плохой контакт в скрутке, коробке или под клеммником автоматического выключателя приводит к искрению проводки. Оно, в свою очередь, создает непроизвольные скачки сетевого напряжения и тока

Данное явление способно вывести из строя дорогостоящие бытовые приборы. Особенно те, в которых содержатся электронные микросхемы, процессоры и цифровые платы.

Требования нормативных документов

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

Оптический датчик электрической дуги

В современных системах ЗДЗ используются оптические датчики двух видов, различающиеся по способу установки .

В первом случае полупроводниковый фотодатчик

(фотодиод, фоторезистор, фототранзистор, фототиристор) устанавливается непосредственно в отсек КРУ. Недостаток такой конструкции заключается в том, что электронные компоненты и линии связи располагаются в рабочей зоне, а значит, подвержены воздействиям сильных электромагнитных помех.

Для устранения этих нежелательных воздействий существует другой способ реализации оптического датчика, при котором в отсек КРУ устанавливается некий пассивный элемент, осуществляющий захват оптического излучения, а вся оптоэлектронная часть выводится за пределы шкафа РУ (рис. 3). Передача сигнала от собирающего элемента к фотоприемнику происходит по оптическому волокну, которое не подвержено влиянию электромагнитных помех. Такие устройства получили название волоконно-оптических датчиков

(ВОД). Захват оптического излучения выполняется при помощи устройства на основе линзы или же отрезка оптического волокна в прозрачной оболочке.

Фотодатчики и линзовые ВОД называют также точечными датчиками

, поскольку они регистрируют оптическое излучение в ограниченном телесном угле. ВОД на основе собирающего волокна реализуют захват излучения поверхностью волокна по всей его длине, поэтому называются
линейными датчиками
. Один линейный датчик может быть установлен сразу в нескольких отсеках или шкафах КРУ. Как точечный, так и линейный датчики имеют свои преимущества и недостатки (табл. 3).

Таблица 3. Сравнение точечного и линейного датчиков.

Сравниваемый параметр	Линейный датчик	Точечный датчик
Риск затенения	нет	есть
Чувствительность	ниже, чем у точечного	высокая
Возможность работы с несколькими отсеками	есть	нет
Точность определения места возникновения электрической дуги	низкая	высокая

Точечные фотодатчики нашли свое применение в ряде систем ЗДЗ, таких как ЗДЗ-01 (ИЦ «Бреслер»), «Фотон» (НПЦ «Мирономика»), БССДЗ-01 и БССДЗ-03 (ЗАО «Промэлектроника»). Большинство же отечественных и иностранных предприятий, разрабатывающих оптические системы ЗДЗ, используют точечные и линейные ВОД, в некоторых случаях сочетая оба подхода. Среди оптических систем ЗДЗ иностранного производства можно выделить следующие: REA (ABB, Германия), DEHNShort (Dehn, Германия), ARCON (Eaton, Ирландия), PGR-8800 (Littelfuse, США), VAMP (Schneider Electric, Франция). В России ассортимент оптических ЗДЗ представлен следующими устройствами: «ОВОД» (ООО НПП «ПРОЭЛ»), ФВИП-С (ФГУП ВНИИА им. Н. Л. Духова), «Орион-ДЗ» (ЗАО «РАДИУС Автоматика»), ДУГА-МТ (ООО «НТЦ «Механотроника»), «ЭТЮД» (ООО «МПП «Энерготехника»), РС40-АРК, ПД-01, ПД-02 (ООО «РЗА СИСТЕМЗ»), УДЗ 00 «Радуга-ПС» (ООО «ТЕРМА-ЭНЕРГО») и др.

При разработке ВОД необходимо учитывать несколько моментов.

• Выбор типа ВОД
  . Как точечный, так и линейный датчик имеют свои преимущества и недостатки и могут быть использованы в системах дуговой защиты. Зачастую целесообразно использование обоих типов датчиков.
• Выбор собирающего элемента
  . Линзовый ВОД должен захватывать излучение в достаточно широком телесном угле. Эффективность линейного ВОД во многом определяется свойствами собирающего волокна. Обычно используется волокно с большим диаметром сердцевины, например пластиковое (POF) или HCS-волокно.
• Расположение собирающих элементов
  . Необходимо обеспечить контроль всех частей КРУ, в которых возможно возникновение дугового КЗ.
• Выбор фотоприемника
  . Спектральная характеристика используемого фотоприемника должна перекрывать спектр излучения вспышки. Фотоприемник также должен иметь достаточную пороговую чувствительность.
• Диагностика работоспособности
  . Постоянная проверка работоспособности позволяет вовремя обнаружить неработающие датчики. Это можно сделать при помощи тестового сигнала, периодически посылаемого к фотоприемнику от передатчика, специально устанавливаемого в датчик для этой цели .
• Настройка пороговых значений
  . Устройство должно уметь отличать сигнал, вызываемый электрической дугой, от тестового сигнала и излучения других источников света.
• Быстродействие
  . Время срабатывания ЗДЗ складывается из времени срабатывания устройств обнаружения (МТЗ и оптического датчика) и времени срабатывания выключателя. Важную роль играет собственное время срабатывания оптического датчика.