Журнал «релейная защита и автоматизация» №3 (08) 2012 by РИЦ "СРЗАУ"

Ж У РН А Л Н ЕКО М М ЕРЧ Е С КО ГО П А Р Т Н ЕР С Т ВА « СОД ЕЙ С Т В И Е РА З В И Т И Ю Р Е Л Е Й Н О Й З А Щ И Т Ы , А В Т О М АТ И К И И У П РА В Л Е Н И Я В ЭЛ Е К Т Р ОЭ Н Е Р Г Е Т И К Е »

Н А У Ч Н О - П РА К Т И Ч Е С К О Е И З Д А Н И Е

Тема номера: «Релейная защита и режимы заземления нейтрали в сетях среднего напряжения

№ 03 (08) | Сентябрь | 2012

«Релейная защита и автоматизация» – научно-практическое издание. №03 (08), 2012 год, сентябрь. Периодичность: 4 раза в год. Тираж: 4000 экз.

Учредители журнала: Некоммерческое партнерство «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Общество с ограниченной ответственностью «Рекламно‑издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике», Белотелов Алексей Константинович. Издатель: ООО «Рекламно‑издательский центр «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (ООО «РИЦ «СРЗАУ»). Учредители издательства: ООО НПП «ЭКРА», ООО НПП «Бреслер», ООО «НПП «Динамика», ЗАО «ОРЗАУМ», Белотелов Алексей Константинович. Состав редакционной коллегии: Главный редактор – Белотелов Алексей Константинович, к.т.н., президент НП «СРЗАУ». Выпускающий редактор – Иванова Наталия Анатольевна. Члены редакционной коллегии: Арцишевский Ян Леонардович, к.т.н., МЭИ (Технический университет); Дорохин Евгений Георгиевич, филиал ОАО «СО ЕЭС» Кубанское РДУ; Журавлев Евгений Константинович, ОАО «Ивэлектроналадка»; Илюшин Павел Владимирович, ОАО «Холдинг МРСК»; Караулов Александр Александрович, ОАО «ВНИИАЭС»; Козлов Владимир Николаевич, к.т.н., ООО НПП «Бреслер»; Лачугин Владимир Федорович, к.т.н., ОАО «ЭНИН»; Левиуш Александр Ильич, д.т.н., ОАО «НТЦ Электроэнергетики»; Любарский Дмитрий Романович, д.т.н., ОАО «Институт «Энергосетьпроект»; Маргулян Александр Михайлович, ЗАО «НОВИНТЕХ»; Нагай Владимир Иванович, д.т.н., профессор, Южно-Российский государственный технический ун-т; Орлов Юрий Николаевич, ОАО «Фирма ОРГРЭС»; Петров Сергей Яковлевич, ЗАО «ОРЗАУМ»; Пуляев Виктор Иванович, ОАО «ФСК ЕЭС»; Тюделеков Павел Георгиевич, ОАО «ФСК ЕЭС»; Шевцов Виктор Митрофанович, к.т.н., профессор, член СИГРЭ , Чувашский государственный университет; Шуин Владимир Александрович, д.т.н., профессор, Ивановский государственный энергетический университет. Дизайн и верстка: Качанова Ирина, e-mail: design@srzau-ric.ru Редакция журнала: Адрес: 428003, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И. Яковлева, 3, тел.: (8352) 226-394, 226-395, e-mail: ina@srzau-ric.ru Главный редактор: тел.: (495) 627-10-57, добавочный 231, e-mail: info@srzau-np.ru Печать: ООО «НН ПРЕСС», 428031, Россия, г. Чебоксары, пр-д Машиностроителей, д. 1с. Редакция не несет ответственности за достоверность рекламных материалов. Рекламируемая продукция подлежит обязательной сертификации и лицензированию. Перепечатка, цитирование и копирование размещенных в журнале публикаций допускается только со ссылкой на издание. Регистрационное свидетельство ПИ № ФС77-44249

Уважаемые читатели журнала! Очередной номер нашего журнала было решено сделать тематическим. Ранее такой вариант представления материала нами не рассматривался. Мы считали, что в издании должно быть представлено сразу несколько тем, чтобы каждый номер мог быть интересен как можно большему числу читателей. На этот раз мы решили сделать исключение и, по предложению компании «НПП Бреслер», подготовили специальный выпуск журнала на тему «Релейная защита и режимы заземления нейтрали в электроустановках и сетях среднего напряжения». Эта тема хотя и активно изучается в течение длительного времени, но и поныне остается актуальной. Читателей нашего журнала должны заинтересовать публикации, дающие представление о сложности и многообразии протекающих процессов, происходящих при замыканиях на землю. С методами и результатами изучения этих процессов можно ознакомиться на страницах этого номера. Если Вы, наши читатели, пришлете на ina@srzau-ric.ru свои положительные отзывы о тематических подборках статей, то в дальнейшем это станет традицией. 4 сентября отметил свой 70-летний юбилей главный редактор нашего журнала и Президент НП «СРЗАУ» Алексей Константинович Белотелов. Присоединяемся к многочисленным поздравлениям юбиляру, которые присланы в адрес редакции. С надеждой на пользу от чтения нашего журнала, выпускающий редактор Иванова Наталия

РИЦ «СРЗАУ» Рекламно-информационная поддержка деятельности НП «СРЗАУ» по выработке и продвижению взвешенных решений для реализации согласованной технической политики в ЕЭС России с участием всех заинтересованных лиц, предприятий и организаций разных форм собственности.

Издательская деятельность: Журнал «Релейная защита и автоматизация»; Сборник «Номенклатурный справочник устройств РЗА, ПА и АСУ»; Техническая и научно-методическая литература. Аутсорсинг в области рекламной и PR-деятельности для электротехнических предприятий: Рекламные услуги Разработка оригинал-макетов и контента листовок и каталогов продукции; Разработка рекламных мероприятий по продвижению продукции; Разработка рекламных модулей для размещения в СМИ; Фотосессии на предприятиях и продукции электротехники. PR-услуги Разработка PR-кампаний на электротехническом рынке России; Создание презентационных фильмов; Разработка представительской продукции – буклетов, проспектов, юбилейных книг, flash-презентаций; Организация представительских мероприятий на территории России.

428003, РФ, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И.Я. Яковлева, 3 тел.: (8352) 226-394, 226-395

е-mail: ina@srzau-ric.ru www. srzau-ric.ru

CОДЕРЖАНИЕ:

стр.

1. События:

•  Успешный тандем АББ и ЭКРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 06 • В научно-техническом совете России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 06 • ПО для диагностики первичного оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 09 • Знакомство с Россией началось в Чебоксарах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 • Наши юбиляры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Наука:

Режимы заземления нейтрали: •  Козлов В.Н., Петров М.И., Соловьев И.В. О способах выполнения автоматики управления ДГР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 •  Афанасьев И.В., Кокарев Н.А., Яковлев А.В. Коммутационные перенапряжения при отключении заземляющих трансформаторов с дугогасящими реакторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 •  Степанов И.Н., Петров М.И., Маршутин Е.В. Повышение эффективности применения компенсирующих устройств в режиме замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 •  Телегин А.В., Ширковец А.И. Проблематика замыканий на землю и режим заземления нейтрали в сетях среднего напряжения стран Европы и Америки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 •  Ширковец А.И. Характеристики перенапряжений и особенности горения дуги при замыканиях на землю в кабельных сетях с линиями большой протяженности . . . 40 Релейная защита: •  Лачугин В.Ф., Иванов С.В., Белянин А.А. Разработка импульсных защит от замыканий на землю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 •  Гречухин В.Н., Лебедев В.Д., Гречухин М.А. Стратегия и технические решения по обеспечению цифровыми ТТ и ТН метрологии и надежности систем РЗА и учета электроэнергии на подстанциях 110-220 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 ЭМС: •  Головин Д.Л., Сарылов О.В. Особенности мониторинга электромагнитной обстановки на энергоблоке АЭС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3. Практика:

Релейная защита: •  Алексеев В.Г., Коржецкая Т.А., Козлов В.Н., Соловьев И.В.  Устройства определения поврежденного фидера производства «НПП Бреслер».   Функциональные испытания в рамках аттестации в ОАО «ФСК ЕЭС» . . . . . . . . . 74 •  Пашковский С.Н., Понамарев Е.А. Моделирование процессов при перемежающихся дуговых замыканиях . . . . . 78

4. История:

•  Памяти Владимира Георгиевича Гарке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5. Внимание:

•  Требования к оформлению статей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

научно‑практическое издание

СОБЫТИЯ

УСПЕШНЫЙ ТАНДЕМ АББ И ЭКРА В июне 2012 года в Пензенской области филиалом ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Волги после реконструкции вновь введена в работу ПС 220 кВ «Пенза-1». В соответствии с проектом, рядом с действующей ПС «Пенза-1» был построен новый энергообъект мощностью 400 МВА. Проект реконструкции предусматривал строительство на отдельной площадке ПС нового поколения и оснащение её новейшим высокотехнологичным оборудованием с последующим переводом всех линий электропередачи классов напряжения 220, 110 и 35 кВ со старой ПС на новую. На новой ПС установлены современное компактное оборудование, устройства и системы российского и зарубежного производства: ОРУ 220 кВ, ЗРУ 35 кВ, два автотрансформатора мощностью 200 МВА, АСУ ТП, система коммерческого

учета электроэнергии, МП-устройства релейной защиты. АСУ ТП подстанции построена на базе ПТК MicroSCADA Pro компании «АББ Силовые и Автоматизированные системы». В ней в качестве микропроцессорных защит установлены терминалы РЗА 6-35 кВ производства НПП «ЭКРА» после проработки нескольких вариантов архитектуры ПТК с использованием различного оборудования. Выбор был сделан в пользу микропроцессорных терминалов серии БЭ2502, соответствующих всем действующим требованиям ОАО «ФСК ЕЭС».

Впервые на практике ПТК MicroSCADA Pro компании «АББ Силовые и Автоматизированные системы» не базируется на МПустройствах РЗА концерна АББ. С 2010 года НПП «ЭКРА» на эту ПС в общей сложности поставлено 80 терминалов серии БЭ2502 и 85 шкафов основных и резервных защит серии ШЭ2607 для всех видов присоединений. Подстанция «Пенза-1» является одним из узловых объектов Пензенской энергосистемы, питающих объекты нефтехимической отрасли, железной дороги и жизнеобеспечения г. Пенза и области.

В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОМ СОВЕТЕ РОССИИ 9 июля 2012 года состоялось совместное заседание Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС» и Научного совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем. На повестке дня заседания был один актуальный на сегодняшний день вопрос: «Повышение технического уровня, качества и безопасности в электроэнергетике путем развития системы стандартизации и сертификации». На страницах нашего журнала неоднократно поднимался вопрос о проблемах и значимости системы сертификации в электроэнергетике. Ниже мы публикуем выдержки из протокола совместного заседания, касающиеся системы добровольной сертификации в электроэнергетике. «УТВЕРЖДАЮ Председатель Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС», Председатель Научного совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики, член-корреспондент РАН, д . т. н . , п р о ф е с с о р А . Ф. Д ь я к о в , «18» июля 2012 г. 6

03 / Сентябрь 2012

ПРОТОКОЛ Совместного заседания Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС» и Научного совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем, 9 июля 2012 года, № 4/12, г. Москва Присутствовало: 57 чел. Повестка дня заседания: 1. Повышение технического уровня, качества и безопасности в электроэнергетике путем развития системы стандартизации и сертификации. 1.1. Деятельность Системного оператора в развитии системы стандартизации и сертификации. 1.2. Система добровольной оценки соответствия и сертификации в электроэнергетике Корпорации «ЕЭЭК».

2. О поддержке развития экспериментальной базы ОАО «ВТИ», ОАО «НПО «ЦКТИ» и учебно-экспериментальной базы НИУ «МЭИ». По первому вопросу повестки дня со вступительным словом выступил Председатель Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС», Председатель Научного совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики, членкорр. РАН, д.т.н., профессор А.Ф. Дьяков. С докладом 1.2. Система добровольной оценки соответствия и сертификации в электроэнергетике Корпорации «ЕЭЭК» выступил к.т.н. Э.М. Перминов – технический

СОБЫТИЯ директор Корпорации «Единый электроэнергетический комплекс». Ниже изложены основные положения доклада: События последних лет продемонстрировали, что часто причинами критических отказов и аварийных ситуаций в электроэнергетике является отсутствие действенных рычагов эффективного противостояния коммерческим интересам частных собственников, которые реализуются в ущерб обществу, партнерам по экономической деятельности, потребителям и природной среде. Ликвидация ОАО РАО «ЕЭС России» существенно осложнила осуществление в электроэнергетике единой технической политики, направленной на повышение эффективности, надежности и обеспечение технологической совместимости всех её звеньев. Решение задач повышения технического уровня и качества поставляемой энергетикам промышленной продукции может быть обеспечено только совместными усилиями всех субъектов рынка, действующих в рамках согласованной единой технической политики, с использованием методов и средств технического регулирования. С вводом в действие Федерального закона от 27.12.2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании» государство установило новые правила нормирования и контроля над исполнением требований к продукции, связанными с ней процессами, а также к работам и услугам. Закон разделил все предъявляемые требования к продукции, процессам, работам и услугам на обязательные и добровольные. Государство взяло на себя только нормирование и надзор за соблюдением требований по безопасности и устранилось от нормирования и контроля над потребительскими свойствами продукции. Субъекты рынка вынуждены самостоятельно решать проблемы обеспечения технического уровня и качества продукции, а также соблюдения этих норм поставщиками. С признанием качества продукции и услуг рыночными категориями у приобретателей промышленной продукции и заказчиков работ и услуг остался един-

ственный инструмент защиты от недоброкачественной, технически несовершенной и фальсифицированной продукции, а также от некомпетентных и ненадежных контрагентов – оценка и подтверждение их соответствия установленным требованиям. В качестве инструментов решения проблем обеспечения технического уровня, качества и безопасности продукции и услуг предлагаются методы и средства технического регулирования, прежде всего стандартизация и сертификация. Существующие системы добровольной сертификации в электроэнергетике, в силу своих ограниченных возможностей, организационной и методической разобщенности, пока не могут результативно участвовать в реализации единой технической политики в электроэнергетике. Имеют место и принципиальные расхождения в методологии оценок и определенный ведомственный и «частный» подход к методам оценки. Некоторые действующие системы добровольной сертификации обладают недостаточным уровнем компетентности. Возникла объективная необходимость в создании Системы добровольной сертификации (СДС) в электроэнергетике, которая учитывала бы новые международные и отечественные стандарты, имела бы широкую сферу деятельности и развитую инфраструктуру, гарантирующую высокий уровень компетентности, объективности и надёжности её оценок. Корпорацией «Единый электроэнергетический комплекс» (Корпорация «ЕЭЭК») такая СДС была создана. Основной целью создания СДС Корпорации «ЕЭЭК» является оценка соответствия продукции, работ (услуг) организаций, осуществляющих деятельность в интересах энергетических объектов России. СДС Корпорации «ЕЭЭК» создавалась как инструмент технического регулирования, базирующийся на Федеральном законе от 27.12. 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а также международном стандарте ИСО/МЭК 17000: 2004 «Оценка соответствия. Общие положения» и СТО РАО «ЕЭС России» 1723082.27.010.002-2008 «Оценка соответствия в электроэнергетике».

научно‑практическое издание

Ведущим исполнителем этих НИОКР выступило ЗАО «Научно-производственное объединение «Нетрадиционная электроэнергетика» Корпорации «ЕЭЭК» (ЗАО «НПО «НЕТРАЭЛ» Корпорации «ЕЭЭК»). Разработанная научно-техническая документация позволила зарегистрировать в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии СДС Корпорации «ЕЭЭК» и организовать её работу. СДС Корпорации «ЕЭЭК» внесена в государственный реестр 08.09.2009 г. за № РОСС RU. М 584.04 ЧУ 00. Научно-техническая, нормативная, методическая документация и другие необходимые материалы предназначены для квалифицированного коммерческого использования применительно к международным требованиям и техническим нормам и стандартам Российской Федерации. Это позволяет осуществлять квалифицированную сертификацию товаров и услуг, функции по оценке и подтверждению соответствия, а также выполнять роль методического, консультационного и координирующего центра, обслуживающего субъекты электроэнергетики в области технического регулирования. В процессе проведения работ по сертификации органы СДС выступают в качестве третьей стороны, что исключает их участие в осуществлении какой-либо деятельности, ставящей под сомнение их независимость и беспристрастность. Система позволяет осуществлять экспертную оценку соответствия. Данный подход позволяет не только анализировать деятельность организаций, но и выдавать рекомендации по наиболее критическим направлениям. Положение о СДС предусматривает аккредитацию её участников: органов добровольной сертификации (ОС), испытательных центров (лабораторий) (ИЦ), экспертных организаций (ЭО) и экспертов по всем основным направлениям деятельности ЕЭС России. Для этого привлечены ведущие НИИ и КБ, технологические и проектные организации, известные специалисты и ученые, а также квалифицированные испытательные центры. В своей деятельности СДС Корпорации «ЕЭЭК» опирается на научно-технический потенциал некоммерческого 7

СОБЫТИЯ партнерства «НТС ЕЭС», Комиссии Минэнерго России по мониторингу оборудования, ведущие научно-исследовательские и проектные организации электроэнергетической и энергомашиностроительной отраслей, а также структуры РАН, МГТУ им. Баумана и НГУ «МЭИ». В качестве основных участников СДС Корпорации «ЕЭЭК» аккредитованы ОС, ИЦ, ЭО по основным направлениям деятельности ЕЭС России, в частности, по тепловым и гидравлическим электростанциям, высоковольтным линиям электропередачи и подстанциям, тепловым сетям, системам релейной защиты, противоаварийной автоматики, автоматизированным системам управления технологическими процессами в электроэнергетике, возобновляемым источникам энергии, экологическим характеристикам объектов электроэнергетики и систем экологического менеджмента и др. В настоящее время действуют пять органов сертификации: - ОС ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»; - ОС «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» (ОС НП «СРЗАУ»); - ОС ОАО «НИИ по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения» (ОС ОАО «НИИПТ»); - ОС «Возобновляемые источники энергии» Корпорации «ЕЭЭК» (ЗАО «НПО «НЕТРАЭЛ» Корпорации «ЕЭЭК»); -   О С   « Э н е р г о с о о т в е т с т в и е »   (О О О «Регионэнергоинжиниринг»). В качестве испытательных центров (лабораторий) и экспертных организаций помимо указанных аккредитованы ОАО «Институт ТЭП», ООО «ОРЗАУМ», ОАО «ГосМКБ «Радуга» им. А.Я. Березняка», кафедры НГУ «МЭИ». В качестве экспертов СДС Корпорации «ЕЭЭК» аккредитовано более 50 специалистов. С целью содействия успешной работе аккредитованных структур предварительно были заключены Соглашения о сотрудничестве СДС Корпорации «ЕЭЭК» в области технического соответствия и сертификации с ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «СО ЕЭС», «Отраслевым советом по техническому регулированию, стандартизации и оценке соответствия в электротехнической промышленности», ОАО «НИИПТ», 8

03 / Сентябрь 2012

ОАО «Институт ТЭП» и др. Рассматривается возможность сотрудничества с другими компаниями электроэнергетики и смежных отраслей. СДС Корпорации «ЕЭЭК» является саморегулирующейся организацией, осуществляющей регулярный внутренний контроль, обеспечивающей неуклонное соблюдение правил её функционирования, компетентность и объективность оценок. Создана универсальная система, предназначенная для сертификации как продукции и услуг, так и производственных процессов. Одним из преимуществ такой Системы является объективный мониторинг деятельности организаций, получивших сертификат соответствия при помощи периодического инспекционного контроля. Это позволяет гарантировать всем заинтересованным лицам и партнерам энергетических предприятий стабильно высокий уровень качества выпускаемой продукции или оказываемых услуг, а также свести до минимума риски, связанные с необходимостью ликвидировать последствия технических отказов или недоделок. В своей деятельности СДС Корпорации «ЕЭЭК» опирается на деятельность НП «НТС ЕЭС», в частности, сотрудничает с Секцией технического регулирования НП «НТС ЕЭС» в разработке и обсуждении нормативно-технической документации и по оценке соответствия оборудования и объектов электроэнергетики требованиям действующих нормативных документов, а также предъявляемым заказчиками промышленной продукции работ и услуг. С заключением от экспертирующей организации выступил профессор, д.т.н. И.Б. Пешков – председатель совета директоров ОАО «ВНИИКП». Экспертное заключение представил д.т.н., профессор Б.К. Максимов – зам. зав. кафедрой РЗиА НИУ «МЭИ». В дискуссии по докладу Э.М. Перминова выступили: академик РАН А.А. Саркисов, академик РАН К.С. Демирчян. В докладе эксперта и в выступлениях по представленной работе высказаны следующие предложения и замечания:

1. Проведённая в последние годы реструктуризация отрасли «электроэнергетика» существенно осложнила осуществление в электроэнергетике единой технической политики, направленной на повышение эффективности, надёжности и обеспечение технологической совместимости всех её звеньев. Причиной аварийных ситуаций в электроэнергетике всё больше становится отсутствие действенных рычагов эффективного противостояния коммерческим интересам частных собственников, не соблюдающих технический уровень и качество продукции в ущерб потребителям, партнерам по экономической деятельности, обществу и природной среде. 2. С вводом в действие Федерального закона от 27.12.2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании» государство установило новые правила нормирования и контроля над исполнением требований к продукции, связанными с ней процессами, а также к работам и услугам. Закон разделил все предъявляемые требования к продукции, процессам, работам и услугам на обязательные и добровольные. 3. Государство взяло на себя только нормирование и надзор над соблюдением требований по безопасности и устранилось от нормирования и контроля над потребительскими свойствами продукции. Субъекты рынка вынуждены самостоятельно решать проблемы обеспечения технического уровня и качества продукции, а также соблюдение этих норм поставщиками. Решение этих проблем может быть обеспечено только совместными усилиями всех субъектов рынка, действующих в рамках согласованной единой технической политики с использованием методов и средств технического регулирования. 4. В сложившейся ситуации СДС Корпорации «ЕЭЭК» способствует восстановлению научно-технического потенциала отрасли и содействует проведению единой современной технической политики и модернизации предприятий электроэнергетической отрасли. Деятельность СДС Корпорации «ЕЭЭК» нужно поддержать. Целесообразно придать СДС Корпорации «ЕЭЭК» право не только добровольной, но и обязательной сертификации.

СОБЫТИЯ 5. Вместе с тем, несмотря на участие значительного количества организаций, большого числа квалифицированных специалистов, об успешной деятельности СДС Корпорации «ЕЭЭК» пока говорить рано. Необходимо расширить информационную и рекламную деятельность и добиться заинтересованности организаций и объектов отрасли, потребителей продуктов и услуг в сотрудничестве с СДС Корпорации «ЕЭЭК». Деятельность СДС Корпорации «ЕЭЭК» должна получить поддержку научно-технической общественности и руководства соответствующих структур. С заключительным словом и по проекту решения выступил Председатель Научного совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики, Председатель

Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС», член-корр. РАН, д.т.н., профессор А.Ф. Дьяков. Заслушав доклад Корпорации «ЕЭЭК» (Э.М. Перминов), выступления представителей экспертных организаций, замечания и предложения членов Советов и приглашенных специалистов, выступивших в дискуссии, Совместное заседание РЕШИЛО: 1.  Одобрить деятельность Корпорации «ЕЭЭК» по созданию Системы добровольной сертификации оборудования, работ и услуг для объектов электроэнергетики и смежных отраслей. 2. Отметить большие возможности СДС Корпорации «ЕЭЭК», высокую квалификацию её аккредитованных структур, членов и экспертов, способность СДС Корпорации «ЕЭЭК» обеспечивать оценку соответ-

ствия всего спектра оборудования, работ и услуг объектов электроэнергетики. 3. Рекомендовать электроэнергетическим компаниям активно использовать возможности СДС Корпорации «ЕЭЭК» с целью повышения качества и надёжности их объектов и проведения единой технической политики. Заместитель Председателя Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС», д.т.н., профессор В.В. Молодюк, Ученый секретарь Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС», к.т.н. Я.Ш. Исамухамедов, Ученый секретарь Совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики, заведующий отделением ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», д.т.н., профессор В.А. Баринов».

ПО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЕРВИЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Primary Test Manager (PTM) – это сервисное программное обеспечение для диагностики состояния силовых трансформаторов, выключателей и трансформаторов тока. ПО облегчает пользователю проведение тестирования и измерения с использованием многофункциональной испытательной системы Omicron CPC 100. PTM позволяет провести диагностику параметров первичного оборудования быстрее, проще и безопаснее, чем это было ранее. Легкое управление возможно благодаря объединенной высокопроизводительной базе данных энергетического оборудования и связанных с ним планов тестирования. Во время процесса тестирования ПО подсказывает пользователю обо всех тестовых процедурах с подробными схемами подключения. Результаты тестов могут оцениваться автоматически в соответствии с международными стандартами и принятой в промышленности пракнаучно‑практическое издание

тикой. Таким образом, обеспечивается высокий уровень безопасности при проведении испытаний в отношении оценки результатов. На основе результатов программа автоматически формирует протоколы, которые могут быть адаптированы под индивидуальные формы отчетов. Совместное использование PTM и CPC 100 удовлетворяет национальным и международным стандартам, таким как IEEE 62 (C57.152) или IEC 60076-1 (-3), и отвечает всем требованиям к точности измерений.

СОБЫТИЯ

ЗНАКОМСТВО С РОССИЕЙ НАЧАЛОСЬ В ЧЕБОКСАРАХ 15 августа 2012 года на НПП «ЭКРА» побывала официальная делегация компании Weidmüller Group (Германия) в составе генерального директора д-ра Петера Кёлера, управляющего по развитию бизнеса в странах Восточной Европы и России Йозефа Гросса и генерального директора ООО «Вайдмюллер» (г. Москва) Натальи Митрофановой. Уже более десяти лет НПП «ЭКРА» в разработках своей продукции отдает предпочтение клеммам компании Weidmüller. В 2009 году взаимоотношения между компаниями вышли на новый качественный уровень. По инициативе и техническому заданию НПП «ЭКРА» немецкими специалистами были разработаны и освоены в производстве многофункциональные испытательные блоки серии POCON, которые с 2010 года начали устанавливаться в шкафах РЗА НПП «ЭКРА». Немецкие коллеги, для которых пребывание в г. Чебоксары оказалось первым знакомством с Россией, остались довольны теплым приемом, экскурсией по НПП «ЭКРА» и городу, продуктивным общением с техническими специалистами предприятия. По итогам встречи между Weidmüller Group и НПП «ЭКРА» были достигнуты договоренности о продолжении взаимовыгодного сотрудничества.

03 / Сентябрь 2012

Справка Многофункциональные испытательные блоки серии POCON предназначены для использования в качестве многополюсных силовых соединителей в цепях трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН) устройств РЗА и измерительных приборов. Блоки выпускаются двух типов: POCON4 и POCON8 – для подключения, соответственно, 4-х и 8-ми цепей трансформаторов тока или напряжения. Для передачи в АСУ предусмотрена цепь контроля состояния (вставленной или вынутой) крышки. В состав испытательных блоков типов POCON4 и POCON8 входят: клеммный блок, набор крышек, включая рабочую, модернизированную и измерительную, и другие аксессуары. Рабочая крышка вставляется в клеммный зажим при использовании блоков в рабочем режиме – при этом закорачивающие перемычки (в цепях тока) разомкнуты, а соединение цепей обеспечивается перемычками, встроенными в рабочую крышку. При переходе в режим наладки или измерений в клеммный блок устанавливается измерительная крышка – в этом положении закорачивающие перемычки (в цепях тока) размыкаются, и соединение цепей обеспечивается уже перемычками, установленными в измерительную крышку. Модернизированная крышка используется в цепях ТТ устройств РЗА в схемах с обходным выключателем для

размыкания всех цепей. Степень защиты оболочки блоков с установленными рабочей и модернизированной крышками с обслуживаемой стороны – IP40 (по ГОСТ 14255-69). Степень защиты оболочки с измерительной крышкой и защитным экраном, со снятой крышкой, а также со стороны клеммных зажимов – IP20. Подсоединение проводов производится в бюгельный винтовой зажим для обеспечения надежного герметичного, вибро- и удароустойчивого соединения. Применение многофункциональных испытательных блоков серии POCON позволяет передавать сигнал в АСУ ТП о наличии крышки на испытательном блоке, а также увеличить количество цепей, подключаемых через один блок. Этот инновационный продукт выполнен в современном дизайне и изготовлен с применением современных полимерных материалов, обеспечивающих высокую прочность конструкции. Блоки POCON обеспечивают надежную защиту эксплуатирующего персонала от поражений электрическим током, имеют большее количество подключаемых цепей, а также возможность передачи в АСУ ТП сигнала состояния рабочей крышки, что особенно актуально в свете современных требований. Важным достоинством блоков POCON является учет традиционных решений ранее применявшихся БИ производства ЧЭАЗ, что позволяет их использование без переработки эксплуатационной документации. Все это по достоинству оценили не только потребители продукции НПП «ЭКРА», но и другие российские производители, также начавшие широко использовать блоки POCON в своих разработках.

СОБЫТИЯ

Наши юбиляры

Козлову Владимиру Николаевичу – 60 лет 15 августа 2012 года члену редколлегии нашего журнала – Главному конструктору ООО «НПП Бреслер» Владимиру Николаевичу Козлову исполнилось 60 лет. Редакция журнала присоединяется к прозвучавшим в этот день многочисленным поздравлениям в адрес юбиляра и хочет отметить, что Владимир Николаевич одним из первых поддержал идею выпуска журнала по тематике РЗА в г. Чебоксары, и мы искренне благодарны ему за это. Кроме этого еще в 70-е годы прошлого века он стоял у истоков зарождения отечественной микропроцессорной релейной защиты. Коллеги из Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова и НПП «Бреслер» характеризуют Владимира Николаевича как преподавателя и ученого-исследователя от Бога! Семья и дом для

Владимира Николаевича – «тихая гавань», где заботливая жена и двое чудных внуков наполняют каждый вечер его сердце любовью, гордостью и умиротворением. Со своей стороны желаем Владимиру Николаевичу и в дальнейшем сохранить энтузиазм преподавательской деятельности в стенах родного вуза и терпения в деле обучения молодых кадров непосредственно на предприятии. Пусть не иссякает творческая составляющая его личности, а жизнелюбие и оптимизм поддерживают, как и прежде, в трудных жизненных ситуациях!

Белотелову А лексею Константиновичу – 70 лет 4 сентября 2012 года исполнилось 70 лет заместителю Генерального директора ЗАО «ОРЗАУМ», Президенту Некоммерческого партнерства «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике» и главному редактору журнала «Релейная защита и автоматизация», члену экспертной коллегии Инновационного центра «Сколково», к.т.н. Белотелову Алексею Константиновичу. Вся трудовая биография А.К. Белотелова неразрывно связана с энергетикой. В 1961 г. после окончания Московского энергетического техникума – работа электромонтажником треста «Гидроэлектромонтаж» на строительстве Воткинской ГЭС. И даже во время службы в рядах Советской Армии, с 1961 по 1964 гг., он продолжал работать электриком. После демобилизации в 1964 г. А.К. Белотелов, работая на центральном телефонном узле г. Москвы, освоил еще и специальность связиста. С февраля 1965 по 1993 гг. непрерывно в течение 28 лет вся его трудовая дея-

тельность проходила в ОРГРЭС, где он начал трудиться в должности техника и дошел до старшего бригадного инженера – руководителя группы подстанций. За это время побывал на многочисленных пусковых объектах электроэнергетики бывшего СССР и за рубежом. Особенно весом его вклад в развитие и становление национальной энергосистемы Республики Куба, где он проработал, в общей сложности, более 5 лет. Параллельно с работой, без отрыва от производства, в 1980 г. А.К. Белотелов завершает учебу во Всесоюзном заочном политехническом институте, позже – также аспиран-

научно‑практическое издание

туру ВНИИЭ, где по ее окончании в 1999 г. он защитил диссертацию с присвоением ученой степени кандидата технических наук. В 1993 году А.К. Белотелов начинает работу в РАО «ЕЭС России»: сначала главным специалистом-электриком Севзапэнерго и Центрэнерго, а с 1995 г. по 2002 г. – главным специалистом Департамента научно-технической политики и развития. В 2002 г. был приглашен в ОАО «ФСК ЕЭС», где трудится в исполнительном аппарате вплоть до 2008 г., курируя вопросы развития и эксплуатации РЗА, ПА, АСУ ТП, АСДУ и системы телекоммуникаций. 11

СОБЫТИЯ

Наши юбиляры

А.К. Белотелов неоднократно награждался медалями ВДНХ, имеет грамоты РАО «ЕЭС России», ОАО «ФСК ЕЭС» и Минэнерго РФ. Ему присвоено звание «Ветеран труда» и почетные звания «Заслуженный работник ЕЭС России» и «Ветеран энергетики». Работая всю жизнь в электроэнергетике, Алексей Константинович внес значительный вклад в развитие этой отрасли и снискал заслуженный авторитет как в России, так и за рубежом. Он и сейчас продолжает активную трудовую деятельность на посту заместителя генерального директора ЗАО «ОРЗАУМ». А также возглавляет общественную организацию – НП «СРЗАУ» и является главным редактором нашего журнала. Коллектив ИЦ «Бреслер» искренне поздравляет Алексея Константиновича Белотелова с юбилеем! Ваш жизненный и профессиональный путь непрерывно связан с большой энергетикой Советского Союза и России. На Ваших глазах она трансформировалась, модернизировалась, но вопросы надёжности энергосистемы всегда оставались в центре Вашего внимания. Вы приложили немало сил для повышения её устойчивости, активно участвуя в создании новых устройств релейной защиты и автоматики. И сейчас Вы – в авангарде: возглавляемый Вами журнал затрагивает наиболее актуальные темы в сфере релейной защиты и автоматизации, а возглавляемое Вами некоммерческое партнёрство объединяет самые передовые российские компании, разрабатывающие РЗА. Желаем Вам крепкого здоровья, энергии и творческих успехов! Коллектив ООО ИЦ «Бреслер» Уважаемый Алексей Константинович! Коллектив научно-производственного предприятия «Динамика» искренне поздравляет Вас со знаменательной датой – 70-летием со дня Вашего рождения! Семьдесят лет – это не просто юбилейная дата, это целая эпоха, наполненная результатами Ваших трудов и заслуг. За Вашими плечами интересный жизнен12

03 / Сентябрь 2012

ный путь, который является примером честного исполнения профессионального долга. Проработав не одно десятилетие в энергетической отрасли, Вы достигли значительных успехов, которые говорят о Вас как о человеке целеустремленном, глубоко увлеченном своим делом, обладающим всей полнотой знаний и богатым опытом. От всей души желаем Вам профессиональных успехов, реализации всех намеченных планов, силы и мудрости в принятии решений. Пусть каждый новый день Вашей жизни будет насыщен творчеством, созидательной энергией, теплом домашнего очага, любовью родных и близких. С уважением, Директор НПП «Динамика» Димитриев В.Н. Уважаемый Алексей Константинович! Коллектив НПП «ЭКРА» сердечно поздравляет Вас с Юбилеем! Ваш вклад в развитие энергетической отрасли неоценим, и Вы являетесь признанным авторитетом как в России, так и за рубежом. Продолжая активную деятельность на посту заместителя генерального директора ЗАО «ОРЗАУМ», Вы также возглавляете НП «СРЗАУ» и являетесь главным редактором профессионального журнала, принимаете активное участие в международных конференциях, семинарах и выставках. За Вашими плечами – большая школа жизни, богатый опыт научной и творческой деятельности. Ваш высокий профессионализм и большая ответственность в работе, неисчерпаемая энергия и стремление всегда быть в курсе всего нового снискали Вам признание и глубокое уважение коллег. Желаем Вам доброго здоровья, благополучия, вдохновения во всех делах и начинаниях, новых профессиональных и творческих успехов! От имени ООО НПП «ЭКРА» Генеральный директор О.Л. Саевич Уважаемый Алексей Константинович! От всей души поздравляем Вас с юбилеем и хотим выразить глубочайшую

признательность за Ваш профессионализм, ответственность и преданность любимому делу! Вся Ваша жизнь связана с энергетикой – одной из важнейших отраслей народного хозяйства нашей страны. Вы прошли долгий и достойный трудовой путь, начав карьеру с электромонтажника треста «Гидроэлектромонтаж» и дойдя до руководящих должностей в РАО «ЕЭС России» и в ФСК. И даже имея возможность уйти на заслуженный отдых, Вы не покинули любимую отрасль и ведете активную работу в качестве главного редактора журнала «Релейная защита и автоматизация» и Президента НП «СРЗАУ». Ваши знания и опыт на протяжении многих лет были направлены на развитие отечественной электроэнергетики. Невозможно оценить Ваш личный вклад в такие ее направления, как эксплуатация РЗА, ПА и АСУ ТП. Ваша деятельность не ограничивается только Россией – Вами был внесен существенный вклад в становление энергосистемы и за рубежом. Благодаря Вашим усилиям был организован и успешно проведен целый ряд важных отраслевых мероприятий – выставок и конференций, безусловно, сыгравших значительную роль в выборе инновационных путей развития российской энергетики. Ваши заслуги отмечены многочисленными наградами, почетными званиями и грамотами, Ваш опыт и вклад в энергетику пользуются заслуженным авторитетом среди российских и зарубежных экспертов отрасли. Спасибо Вам за Ваш благородный труд! Хотим пожелать в эту знаменательную дату крепкого здоровья, энергии и вечной молодости! Пусть рядом с Вами всегда будут друзья и близкие, блестящих побед, новых успехов и свершений! Коллектив ООО «ЭнергопромАвтоматизация» Уважаемый Алексей Константинович! Примите от релейщиков Чебоксарского электроаппаратного завода самые сердечные поздравления и наилучшие пожелания в связи Вашим 70-летием! Вся Ваша трудовая деятельность

СОБЫТИЯ

Наши юбиляры

связана с релейной защитой и автоматикой, но самый значительный вклад в дело ее развития Вы внесли, работая главным специалистом Департамента научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» и в исполнительском аппарате ОАО «ФСК ЕЭС». С тех пор началось и продолжается наше с Вами плодотворное сотрудничество в этой области уже в рамках НП «СРЗАУ», Президентом которого Вы являетесь, а ЧЭАЗ является членом этого партнерства. Ваш вклад в развитие и совершенствование РЗА нашел отражение в разработке, согласовании технических заданий, ТУ различных руководящих и нормативных документов, информационных писем РАО «ЕЭС» и ОАО «ФСК ЕЭС» и в Вашей кандидатской диссертации. Еще в 1999 году в решении совещания релейщиков России, проведенного в г. Чебоксары под Вашим руководством, отмечена необходимость совершенствования электромеханической и микроэлектронной аппаратуры РЗА с учетом ее дальнейшего использования как самостоятельно, так и в сочетании с микропроцессорными устройствами. Но эта проблема осталась нерешенной и с тех пор стала ещё более актуальной. В настоящее время Вы решаете в рамках Некоммерческого партнерства сложную задачу по консолидации усилий всех разработчиков и изготовителей устройств РЗА России по совершенствованию и повышению надежности этой аппаратуры – этого, говоря на футбольном языке, «вратаря» по ликвидации аварийных ситуаций в энергосистемах страны. Поздравляя Вас с юбилеем, уважаемый Алексей Константинович, желаем Вам здоровья, активного творческого долголетия и успехов на благо нашего общего дела – релейной защиты и автоматики энергосистем. Генеральный директор ЗАО «ЧЭАЗ» А.Б. Федотов Дорогой Алексей Константинович! Вспоминаю весеннее настроение в г. Юрмала, где релейщики всей страны на второй НТК «Программируемые устройства релейной защиты и автоматики энер-

госистем» 15-17 марта 1988 г. обсуждали наш доклад [Казанский В.Е., Белотелов А.К., Кузнецов А.П., Арцишевский Я.Л. «Результаты исследований и разработки цифровых устройств релейной защиты и автоматики»]. В те дни мы и мечтать не могли, что векторные измерения, лежащие в основе наших цифровых устройств, получат значительное развитие и применение в энергосистемах многих стран мира, в системах WAMS, СМПР… Примите мои поздравления и наилучшие пожелания в связи с Вашим юбилеем! Доцент НИУ МЭИ, к.т.н., чл.-корр. АЭН РФ Арцишевский Я.Л. Многоуважаемый Алексей Константинович! Поздравляю Вас с юбилеем и желаю, прежде всего, дальнейших творческих успехов в области электроэнергетики, особенно в части РЗА электроэнергетических систем. Хочу особо отметить Вашу благородную и самоотверженную деятельность по содействию развития микроэлектронных устройств РЗА в СССР в прошлом веке и внедрения в электроэнергетике нынешней России новейших микропроцессорных защит. Мне как руководителю разработки серии микроэлектронных реле направления мощности РМ-11,12 (заменившие электромеханические барабанчиковые реле РБМ), Вы запомнились мудрым Председателем МВК. Благодаря Вашему авторитету, убедительности и обоснованности аргументов, принципиальности и лояльности все члены МВК единогласно поддержали решение о возможности внедрения серии микроэлектронных реле мощности на ЧЭАЗ. В связи с юбилеем хочется искренне пожелать Вам, Алексей Константинович, удач в реализации планов и замыслов, крепкого здоровья, благополучия и счастья! Зам. технического директора по наукезав. техническим отделом НПП «ЭКРА», к.т.н. Шевцов В.М. Уважаемый Алексей Константинович! Примите наши самые теплые поздравления С Днем Рождения!

научно‑практическое издание

Ваш организаторский талант, трудолюбие и преданность делу по праву снискали Вам высокий авторитет и уважение. Благодаря Вашей активной жизненной позиции и высокому профессионализму сохраняются и преумножаются достойные традиции российских релейщиков. Желаем, чтобы Удача, Успех и Вдохновение были верными спутниками во всех Ваших начинаниях, а накопленный жизненный опыт и мудрость помогали достичь Вам новых высот! Со всей искренностью желаем Вам крепкого здоровья, жизненной энергии, оптимизма, воодушевления для новых свершений, счастья, семейного уюта и благополучия! С уважением, коллектив инженерной компании ООО «Прософт-Системы» Глубокоуважаемый Алексей Константинович! Сердечно поздравляем Вас, известного и авторитетного специалиста, ученого и организатора, плодотворно работающего в области РЗА электроэнергетических систем, со знаменательным юбилеем – 70-летием! Среди тех, кто умело проектирует, строит, налаживает и эксплуатирует системы релейной защиты, трудно найти человека, который бы Вас не знал как активного специалиста, успешно сочетающего практическую работу с общественной деятельностью. Огромное уважение вызывает Ваш подвижнический труд по созданию и развитию НП «СРЗАУ» и журнала «Релейная защита и автоматизация». Благодаря Вашей положительной внутренней энергии и оптимизму работа в журнале, наполненная творческим содержанием, сплотила многих ведущих специалистов и, несомненно, способствует развитию отечественной сферы производства средств РЗА. Испытывая чувство глубочайшей признательности за внимание и доброжелательное отношение, желаем Вам доброго здоровья, неиссякаемых сил, вдохновения и успехов в Вашей благородной деятельности! От имени специалистов «НПП Бреслер» Генеральный директор Н.С. Ефимов. 13

ПРАКТИКА НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Авторы: Козлов В.Н., Петров М.И., Соловьев И.В.,

О СПОСОБАХ ВЫПОЛНЕНИЯ АВТОМАТИКИ УПРАВЛЕНИЯ ДГР

ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия. Kozlov V.N., Petrov M.I., Solovyev I.V., LLC «NPP Bresler»,

УДК 621.316

ABOUT HOW TO PERFORM AUTOMATIC CONTROL ARC SUPPRESSION COILS Аннотация: рассмотрены способы выполнения автоматики управления дугогасящими реакторами, внедренные в электрических сетях России в разное время.

Cheboksary, Russia.

Ключевые слова: компенсация емкостных токов, контур нулевой последовательности, автоматика управления ДГР, способ настройки, дополнительный источник, расстройка, свободные колебания, инжекция тока. Abstract: The methods of implementation of the automatic control arc suppression coils are embedded in networks of Russia at various times. Keywords: Compensation of capacitive currents, circuit zero of seguence network. Automatic control of the ASR, setup method, additional source, detuning, free oscillations, injection current.

03 / Сентябрь 2012

Компенсация емкостного тока в сетях с изолированной нейтралью с помощью дугогасящих реакторов (ДГР) – основной способ сохранения их в работе при возникновении замыканий на землю [1]. Степень компенсации емкостного тока принято оценивать величиной, называемой расстройкой компенсации 100%,

(1)

где IC – суммарный емкостной ток сети, I L – компенсирующий ток ДГР. Задача автоматики – поддерживать как можно меньший уровень расстройки при изменении параметров сети. В настоящее время в серийных устройствах автоматики управления ДГР используются четыре основных способа определения расстройки компенсации емкостного тока (контура нулевой последовательности) сети. Два «пассивных» способа, основанных на резонансной характеристике контура нулевой последовательности КНП – достижение напряжением нулевой последовательности на нейтрали сети U N максимума при резонансе и изменении угла этого напряжения относительно опорного сигнала. А также два «активных» способа, основанных на постороннем воздействии на КНП сети и оценке ее реакции. В первом случае на сеть накладывается сигнал заранее известной частоты, во втором – импульсный сигнал произвольной формы. Экстремальный способ настройки ДГР На рис. 1 приведены типичные резонансные кривые зависимости напряжения на нейтрали сети от величины расстройки при различных добротностях КНП.

Рис. 1. Амплитудная характеристика КНП

Задача автоматики – поддержание настройки на максимуме резонансной кривой или на ее заданной точке при изменении параметров (конфигурации) сети. Для высокодобротных сетей, при небольших уровнях расстройки, задача не представляется сложной. Основным очевидным недостатком является необходимость постоянного манипулирования ДГР при изменениях (колебаниях) контролируемого напряжения U N. Однако наиболее распространенные плунжерные ДГР, изменение индуктивности которых осуществляется за счет механического изменения зазора магнитопровода, имеют незначительный ресурс механический части и допускают лишь несколько включений привода в сутки. В то же время изменения U N чаще всего связаны с изменением нагрузки сети, а не ее конфигурации.

ПРАКТИКА НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Как результат, автоматика, построенная по данному принципу, быстро выводит из строя механическую часть ДГР. Одного этого недостатка достаточно, чтобы использовать другие принципы настройки ДГР. Кроме вышесказанного существует еще целый ряд проблем, обусловленных использованием напряжения на нейтрали сети U N в качестве основного контролируемого параметра. Это напряжение образуется как сумма напряжений различных «небалансов» в сети, основные из них приведены на рис. 2. Величины «небалансов» различны для различных сетей, нестабильны, многие

имеют частоты, отличные от частоты сети, и не синхронизированы с ней. В результате оказывается, что естественное напряжение небаланса имеет значительную непредсказуемую часть, которая постоянно меняется (рис. 3). Для борьбы с влиянием нестабильной части U N используется искусственное смещение напряжения на нейтрали сети [2]. Чем оно выше, тем меньше сказывается нестабильная часть. ПУЭ [3] [п. 2.5.96] допускает смещение нейтрали до 15% фазного напряжения. Тем самым констатируется факт, что еще встречаются несимметричные (как правило воздушные) линии, кото-

Uнс – напряжение несимметрии, обусловленное

Uнб.C – емкостной проводимости,

небалансом:

U нб.TV – измерительного трансформатора,

Uнб.т – силового трансформатора,

U нб.нав – наведенных ЭДС,

Uнб.ст – сети высшего уровня,

U пом – напряжение помехи, представленное:

Uнб.R – утечек изоляции,

U нб.TV, и U нб.нав.

Uнб.Rн – нагрузки, Рис. 2. Основные источники, формирующие напряжение несимметрии UN

а) формирование области нестабильности

б) смещение нейтрали

Рис. 3. Область нестабильности напряжения U N

научно‑практическое издание

рые требуется эксплуатировать. Однако любая несимметрия сети приводит к появлению блуждающих токов в земле и электрохимической коррозии ее элементов (ПУЭ п. 2.3.101). Для кабелей это в первую очередь разрушение защитной оболочки. Идеальная сеть должна иметь нулевое значение U N. Еще одна проблема, связанная с напряжением на нейтрали U N – ее реальная величина. Даже для высокодобротных сетей величина 3U0, пропорциональная UN, при резонансе составляет: воздушные линии – единицы вольт; кабельные – сотни мВ; современные кабельные из сшитого полиэтилена – десятки мВ. Современные способы комбинированного заземления нейтрали [4], старение изоляции и т.д. приводят к уменьшению добротности сетей до величин 2...6. В итоге изменения напряжения при изменении расстройки сети резко уменьшаются, и автоматика оказывается неспособной четко определить точку резонанса (рис. 1). Теоретически резонансная кривая должна иметь монотонный спад по обе стороны от точки резонанса – сплошная линия на рис. 1. Однако практически (с учетом влияния небаланса) нестабильная часть U N , при значительной расстройке компенсации, приводит к некоторому росту напряжения – пунктирная линия на рис. 1. В результате автоматика реально способна адекватно работать лишь в узком диапазоне расстройки компенсации. Выход расстройки за данный диапазон приводит к неправильной работе автоматики, «загоняющей» ДГР на крайние режимы компенсации и дальнейшему ее отказу. Фазовый способ настройки ДГР Фазовый способ определения расстройки компенсации емкостного тока основан на фазовой характеристике резонансного контура (рис. 4). Контролируемым параметром является угол между напряжением на нейтрали сети и опорным вектором. В качестве последнего могут выступать различные величины. В условиях резко переменных нагрузок – дуговые печи, работа мощного прессового оборудования и т.д. – стабильность угла напряжения U N значи15

ПРАКТИКА НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Рис. 4. Фазовая характеристика КНП

Рис. 5. Схема замещения сети для ИКТ

Рис. 6. Принцип инжекции тока в измерительную обмотку ДГР

тельно выше, чем ее величины. Поэтому фазовый способ определения расстройки предпочтительнее экстремального. Контролируемым параметром по-прежнему остается напряжение U N на нейтрали сети со всеми вышеописанными недостатками, ему присущими. При малых значениях напряжения U N ее нестабильная часть оказывает на угол даже большее влияние, чем на величину. Поэтому фазовый способ используется исключительно совместно с искусственным смещением нейтрали сети [2] со всеми его недостатками. На рис. 4 приведена идеальная и реальная (с учетом влияния небаланса) фазовые характеристики, из которых видно, что зона правильного определения расстройки такого регулятора невелика. Выход за пределы этой зоны приводит к такому же неадекватному поведению фазового регулятора, как и построенного по экстремальному принципу. Описанные способы, благодаря относительной простоте их реализации, используются в автоматических регуляторах REG-DPA, МИРК, УАРК. Однако вышерассмотренные недостатки со всей очевидностью свидетельствуют, что для определения расстройки компенсации необходимо использовать другие способы. Такую возможность дает активное воздействие на контур нулевой последовательности сети. Способ определения расстройки компенсации с помощью дополнительного источника Способ базируется на введении 16

03 / Сентябрь 2012

в контур нулевой последовательности сети контрольного источника тока (ИКТ), который имеет заранее известную частоту [5, 6] или форму [7]. Источник контрольного тока включается последовательно с ДГР. Схема замещения контура нулевой последовательности сети для этого источника, без учета активного сопротивления и собственной индуктивности, имеет вид рис. 5. Из схемы можно записать (2) где ωИ – круговая частота напряжения источника ИКТ, L и C – соответственно индуктивность ДГР и емкость сети. Выразив емкостный ток сети IC=U NωCC и ток ДГР IL=U N / ωCL через напряжение на нейтрали сети UN, где ωC – круговая частота сети, можно привести (1) к виду .

(3)

Введя обозначение ωC = к ωИ и решив (2) и (3) совместно, получим . Последняя формула позволяет определить расстройку компенсации для ИКТ любой частоты, измерив величины напряжений на ДГР и ИКТ. В качестве ИКТ обычно используется трансформатор, первичная обмотка которого включается последовательно с ДГР, а во вторичную – осуществляется инжекция тока [6]. Форма инжектируемого

тока имеет существенное значение. Желательно, чтобы ток не имел дополнительных гармонических составляющих, кроме того, он не должен содержать постоянной составляющей приводящих к насыщению электромагнитных элементов сети. Для выделения накладываемого сигнала приходится применять специальные фильтры. Реально выпускается устройство ИРК-5А, в котором используется специальный мощный постоянно действующий ИКТ, имеющий частоту 25 Гц [6]. Дополнительно такое устройство позволяет выполнять поиск поврежденного фидера при замыканиях на землю в сети или однофазных замыканий на землю в генераторах при установке ИКТ в нейтраль последних. Основными недостатками данного способа определения расстройки компенсации являются проблемы с ИКТ, который входит в контур нулевой последовательности сети, и его параметры должны учитываться. ИКТ должен иметь достаточную мощность, чтобы накладываемый им сигнал можно было с достаточной точностью измерить на фоне собственного шума в КНП и дополнительных гармоник, создаваемых самим ИКТ. Да и насыщение сети дополнительными гармониками нельзя считать положительным фактором. Определение расстройки компенсации по частоте свободных колебаний КНП Из курса ТОЭ [8] известно, что частота свободных колебаний RLC конту-

ПРАКТИКА НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Рис. 7. Схема замещения сети при воздействии источника возмущения EВ

Рис. 8. Схема замещения сети при отсутствии источника возмущения

а) б) Рис. 9. Осциллограмма напряжения 3UN на нейтрали сети

ра зависит только от параметров элементов этого контура. Чтобы вызвать колебания в контур, нужно внести возмущение – изменить энергию одного из реактивных элементов. Возврат к равновесному состоянию (выравниванию энергии между L и C) происходит апериодическим или колебательным образом, что определяется сопротивлением R контура. В КНП электрических сетей переходной процесс, при наличии ДГР, носит колебательный характер. Естественным образом свободные колебания в КНП сети возникают в момент короткого замыкания провода на землю. Эти колебания имеют большую интенсивность, и их легко выделить. Есть свидетельства, что еще в 70-е годы частота этих колебаний использовалась Лихачевым Ф.А. [9] для определения правильности настройки КНП в резонанс. Для построения автоматики управления ДГР необходимо уметь ис-

кусственно вызывать и выделять свободные колебания в КНП. Возмущение в КНП можно создать аналогично предыдущему способу с помощью ИКТ. Основное отличие заключается в том, что нет необходимости в постоянном действии ИКТ, так как колебания возникают в момент начала возмущения и далее быстро затухают. Поэтому ИКТ может быть импульсным, причем форма сигнала не играет роли, а вносимая им энергия определяет только интенсивность колебаний. Проще всего внести возмущение в КНП через измерительную обмотку ДГР (рис. 6). Импульсный источник вызывает свободные колебания дважды – как в момент начала своего действия, так и в момент окончания. Схема замещения КНП при действии источника возмущения приведена на рис. 7, а при его отсутствии – на рис. 8. Очевидно, что последняя схема проще, в ней отсутствуют элементы цепи возмущения и, следовательно, параметры измерительной обмотки ДГР.

научно‑практическое издание

Рис. 10. Расчетная схема замещения сети для участка 3 осциллограммы рис. 9,а

Основная задача – выделить из напряжения нулевой последовательности свободные колебания [10, 11]. На рис. 9,а приведена осциллограмма U N, снятая при работе автоматическим регулятором ДГР «Бреслер-0107.060». Осциллограмма разбита на три участка: 1 – до момента инжекции тока; 2 – в момент инжекции тока; 3 – после прекращения действия источника. Визуально трудно найти различия кривой U N на этих участках, т.е. инжектируемый ток невелик и не приводит к заметному изменению напряжения на нейтрали сети. Тем не менее применение современных методов обработки сигналов позволяет совместить осциллограммы 1-го и 3-го участков и найти разностный сигнал (рис. 9,б) который и является напряжением свободных колебаний – U N,св. Из решения дифференциального уравнения для схемы замещения сети после прекращения действия возмущающего импульса (рис. 10) можно получить выражение для свободной состав17

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Козлов Владимир Николаевич Дата рождения:15.08.1952 г. Окончил Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова в 1975 г., кафедра «Электрические аппараты». В 1985 г. защитил кандидатскую диссертацию в Ленинградском политехническом институте

ИРК-5А

на тему «Комплексная

Рис. 11. Сравнительные размеры ИКТ устройств

Бреслер-0117.60

защита судовых генераторов». Доцент каф.

ляющей напряжения на нейтрали сети в виде

«ТОЭРЗА» Чувашского госуниверситета, главный конструктор ООО «НПП Бреслер».

где величины U0 и θ определяются состоянием схемы в момент прекращения инжекции тока. Частота ωсв и коэффициент затухания α свободных колебаний определяются корнями характеристического уравнения , соответствующего дифференциальному уравнению, описывающему схему (рис. 8). Следовательно ,а

(4)

где – резонансная частота идеального (без потерь) резонансного контура. Выражение (1) можно преобразовать к виду, характеризующему влияние частоты на величину расстройки: . (5) Величина затухания контура легко определяется [8] как , где напряжения U1 и U2 берутся из кривой рис. 9,б через интервал времени, равный периоду свободных колебаний TСВ. Обычно U N измеряется с помощью специального трансформатора напряжения – TV на 18

03 / Сентябрь 2012

рис. 2. Однако, поскольку для вычисления расстройки используется только частота и коэффициент затухания свободных колебаний, они могут быть определены не обязательно из этого напряжения, а, например, из тока ДГР или напряжения на его измерительной обмотке. Последнее может быть использовано для упрощения автоматики ДГР и повышения надежности устройства. Основными достоинствами метода определения расстройки компенсации по частоте свободных колебаний КНП следует считать: - корректная работа как в высокодобротных сетях, так и в сетях с низкой добротностью, в том числе обусловленной комбинированным заземлением нейтрали; - корректная работа в высокосимметричных сетях с практически нулевым смещением нейтрали; - отсутствие необходимости в дополнительном смещении нейтрали сети, соответственно, и связанных с этим неприятностей и проблем; - отсутствие излишних включений привода ДГР, не обусловленных реальным изменением конфигурации сети; - возможность определения частоты свободных колебаний непосредственно из напряжения на измерительной обмотке ДГР. В настоящее время в эксплуатации находится около 300 устройств автоматического управления плунжерными ДГР типа «Бреслер-0107.060» [12]. Устройство используется практически со всеми типами реакторов и раз-

ПРАКТИКА НАУКА

Петров Михаил Иванович Дата рождения 07.10.1956 г. Окончил Чувашский государственный университет в 1979 г., кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» (ЭсПП). Защитил в 1994 г. в МЭИ диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Совершенствование средств компенсации емкостных токов замыкания на землю». Главный специалист по режимам нейтрали ООО «НПП Бреслер».

Режимы заземления нейтрали личными видами заземления нейтрали, имеющимися в России и странах СНГ. Современные цифровые способы обработки информации позволили отказаться от мощного ИКТ. Для сравнения на рис. 11 приведены габариты ИКТ устройства ИРК-5А и блока инжекции тока устройства «Бреслер-0107.060». Первый представляет собой силовое маслонаполненное оборудование весом десятки кг [13], второе – небольшое устройство весом 300 грамм, размещаемое на DIN-рейке шкафа автоматики [12]. Микропроцессорная реализация устройства дополнительно обеспечивает: - совместное использование ИКТ как для задачи автоматики управления ДГР, так и для поиска поврежденного фидера; - ведение журнала событий, в котором фиксируется дата и время изменения емкостного тока сети, новые значения величины этого тока и расстройки компенсации; - периодический мониторинг добротности сети с сохранением результатов, позволяющий косвенно судить о состоянии изоляции сети; - диагностику привода плунжера ДГР без разборки его механической части; - удаленный доступ к автоматике с возможностью изменения режимов ее работы и передачи имеющейся информации.

Литература: 1. Petersen W., Neutralizing of ground fault current and suppression of ground fault arcs through the ground fault reactor, E.T.Z., 1919. 2. Миронов И. Дугогасящие реакторы 6–35 кВ. Автоматическая компенсация емкостного тока // Новости ЭлектроТехники. – 2007. – № 3(45). – С. 62–65. 3. Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Утверждено Приказом Минэнерго РФ от 08.07.2002. 4. Вайнштейн Р.А., Коломиец Н.В., Шестакова В.В. Режимы заземления нейтрали в электрических системах: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006.– 118 с. 5. Миронов И. Дугогасящие реакторы 6–35 кВ. Автоматическая компенсация емкостного тока // Новости ЭлектроТехники. – 2007. – № 5(47). – С. 56–59. 6. Головко С.И., Потапов П.Н. Измерение расстройки компенсации в сетях 6 – 35 кВ //Электрические станции. – 2003. - №9.С. 59-65. 7. Druml G., Seifert O. Дугогасящие реакторы 6–35 кВ. Новый метод определения параметров сети // Новости ЭлектроТехники. – 2007. – № 2(44). – С. 61–64. 8. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники: В 3-х ч. Ч.1. Линейные электрические цепи. Учебник для вузов. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Энергия, 1978. – 592 с. ил. 9. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. – М.: Энергия, 1971,– 152 с. с илл. 10. Патент РФ №2321132. Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях/В.Ф. Ильин, М.И. Петров, И.В. Соловьев.- Опубл. в Б.И. №9, 2008. 11. Козлов В.Н., Петров М.И. Дугогасящие катушки и автоматика управления ими./ Релейная защита и автоматизация. – 2010. №01(00). – С. 20-25. 12. http://www.bresler.ru.

Выводы

Соловьёв Игорь Валерьевич Дата рождения 21.10.1984 г. В 2007 г. окончил Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, кафедра вычислительной техники. Инженер ООО «НПП

1. Из рассмотренных способов определения расстройки компенсации емкостного тока наиболее перспективным является способ, основанный на контроле частоты свободных колебаний контура нулевой последовательности сети. 2. Использование последнего способа в совокупности с его микропроцессорной реализацией и современными способами обработки информации позволило получить ранее не достижимые характеристики и функции устройства автоматического управления ДГР.

Бреслер».

научно‑практическое издание

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Авторы: Афанасьев И.В., Кокарев Н.А.,

КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ДУГОГАСЯЩИМИ РЕАКТОРАМИ

ФБГОУ ВПО «ЧГУ»,

Яковлев А.В., ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия. Afanasyev I.V., Kokorev A.N., FBSEI HPE «Chuvash State

УДК 621.316

SWITCHING SURGES AT THE DISCONNECTED GROUNDING TRANSFORMER WITH ARC SUPPRESSION COILS

University», Yakovlev A.V., LLC «NPP Bresler», Cheboksary, Russia.

Аннотация: статья посвящена исследованиям внутренних перенапряжений, возникающих при отключении нейтралеобразующего трансформатора с подключением к нейтрали дугогасящего реактора (ДГР). Приводятся примеры аварийных ситуаций, связанных с неполнофазными режимами в цепи присоединения ДГР. Приведены примеры измерения помех.

Ключевые слова: коммутационные перенапряжения, неполнофазный режим, дугогасящий реактор, ток замыкания, разъединитель, поврежденная фаза.

Abstract: The article deals with internal overvoltage arising from off neutrals forming transformer connected to neutral arc suppression coils (ASC). The examples of emergency situations related to phase operating condition in the chain joining the ASC. Keywords: switching surges, phase operating condition, arc suppression coils, fault current, disconnector, broken phase.

Рис. 1. Схема подключения ДГР к сети

03 / Сентябрь 2012

Коммутационные перенапряжения составляют наиболее распространенный вид внутренних перенапряжений. Связано это с тем, что сети всех номинальных напряжений имеют разветвленную конфигурацию и элементы, способные накапливать электроэнергию. Потребители электроэнергии, линии, трансформаторы, электродвигатели требуют отключения и включения в сеть в соответствии с режимами их работы, графиками эксплуатации и ремонта. Поэтому коммутация в сетях происходит часто.

Значительные коммутационные перенапряжения (кратностью 4 и выше) с вероятностью около 50% сопровождают отключение малых индуктивных токов, которые возникают при размыкании выключателей в цепи силовых трансформаторов. Силовой трансформатор, к нейтрали первичной обмотки 6-35 кВ которого подключена дугогасящая катушка, должен отключаться от сети выключателем Q только после отсоединения от него дугогасящей катушки. В противном случае возникают опасные перенапряжения из-за неодновременного размыкания контактов выключателя в цепи трансформатора с ДГР (рис. 1). На практике неоднократно наблюдались случаи перекрытия изоляции электрооборудования 6-35 кВ при различных попытках отключения трансформаторов без отключения нейтрали дугогасящих реакторов. Весьма опасные и длительно действующие феррорезонансные перенапряжения возникают в случаях, когда трансформатор или генератор с дугогасящей катушкой оказываются подключенными к сети не всеми фазами. Неполнофазная компенсация емкостных проводимостей сети индуктивной проводимостью дугогасящей катушки, распределенной между неотключившимися фазами, может привести к опасным смещениям нейтрали [1, 2]. Трехфазный трансформатор с ДГР подключается к сети через короткий кабель и выключатель (рис. 1). Контакты выключателя прерывают

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

цепи токов фаз не одновременно. Возможен вариант, когда в фазах В и С ток течет, а в фазе А уже прервался (рис.  2, а); когда в фазах В и С выключателя Q ток прервался, а в фазе А он продолжает течь. В обоих случаях наступают неполнофазные режимы, длительность которых составляет одну двенадцатую периода основной частоты (0,02 с/12 0,00167 с), одну шестую периода основной частоты (0,00334 с) и более. За это короткое время неполнофазных режимов возможна кратковременная асимметрия в сети и появление напряжения смещения нейтрали. Величина напряжения нейтрали, как и развитие перенапряжения в сети, зависит от вида неполнофазного режима. Это нетрудно установить, проделав необходимые расчеты.

В первом случае, когда ток прерывается в фазе А (рис. 2а), две фазы трансформатора и ДГР оказываются подключенными параллельно емкостям фаз В и С по схеме звезды. Применив формулу преобразования звезды в эквивалентный треугольник, получим индуктивность LЭ, эквивалентную индуктивностям обмоток трансформатора LS и ДГР LN. Индуктивности LЭ подключаются параллельно емкостям фаз В и С (рис.3, а). Тогда результирующие реактивные проводимости фаз В и С: (1) значительно отличаются от проводимости фазы А сети jωCA . Коэффициент асимметрии сети . (2)

Пример расчета по схеме рис. 2а. Однофазный ДГР типа РЗДС0М-460/6УI (S Н = 460 кВар, U Н = 6,3/√кВ, I Н =50 А) обладает индуктивностью L N =0,255 Гн и обеспечивает резонансную компенсацию емкостной проводимости фаз сети . Коэффициент асимметрии равен α=3,18, и напряжение смещения нейтрали кВ. Под воздействием этого напряжения смещения нейтрали через ДГР потечет индуктивный ток. Контакты будут разрывать этот ток, при котором срез тока невозможен. Перенапряжения на емкостях фаз присоединения трансформатора с ДГР возникнут изза появления смещения нейтрали. Во втором случае, когда в фазе А выключателя ток не прервался (рис.2, б) эквивалентная индуктивность включается параллельно емкости фазы А сети (рис.3, б), вызывая значительное смещение нейтрали:

а) б) Рис. 2. Неполнофазные режимы при подключении ДГР

(3)

где – индуктивная проводимость фазы трансформатора и ДГР; – суммарная емкостная проводимость всей сети. Так как в знаменателе проводимости разных знаков, то числитель в несколько раз больше знаменателя и коэффициент асимметрии значительно больше единицы. Продолжая числовой пример, получим для рассматриваемого случая кВ. Под воздействием данного напряжения через контакты фазы А выключателя будет протекать ток 314 А, при отключении которого среза тока не произойдет. Перенапряжение же во всех трех фазах сети будет развиваться благодаря напряжению смещения нейтрали

а) б) Рис. 3. Эквивалентные схемы расчета перенапряжений

научно‑практическое издание

НАУКА

Режимы заземления нейтрали На емкостях фаз происходят высокочастотные переходные процессы зарядки в связи с появлением напряжения смещения нейтрали. В момент t = 0, когда индуктивный ток в фазе В достиг нуля, напряжение фазы В равно амплитудному значению

Афанасьев Игорь Вячеславович Дата рождения 23.08.1964 г.

В этот же момент времени мгновенные значения тока и напряжения фазы А равны:

Окончил ЧГУ имени И.Н. Ульянова в 1990 г., кафедра «ЭсПП». Старший преподаватель кафедры электроснабжения промышленных предприятий ЧГУ.

Кокарев Николай Алексеевич Дата рождения 26.01.1951 г. Окончил ЧГУ имени И.Н. Ульянова в 1974 г., кафедра «ЭсПП». Доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий ЧГУ.

Яковлев Альберт Викторович Дата рождения 26.04.1990 г. Окончил ЧГУ имени И.Н. Ульянова в 2004 г., кафедра «ИВТ». Инженер ООО «НПП Бреслер».

03 / Сентябрь 2012

Ток в фазе А выключателя Q достигнет нуля через время t=0,02/6=0,0333 с. Параметры свободного процесса зарядки фазных емкостей по данным рассматриваемого примера: c-1. Угловая скорость примерно равна третьей гармонике с временем периода Т"= 0,02/3= 0,0066 с. Видно, что за половину периода свободных колебаний напряжение Т"/2= 0,00333 с на емкости фазы А установится максимальное напряжение, равное: Это пятикратное превышение амплитуды фазного напряжения не позволит прерваться току в фазе А. Аналогичное положение будет наблюдаться и в других фазах выключателя Q. Возникнет симметричный режим, асимметрия исчезнет. Переходные процессы на фазных емкостях сохранятся, но при других начальных условиях. Контакты Q продолжат расходиться с повторением описанных выше перенапряжений. В [3] приводятся характерные разновидности аварийных развитий: 1. На одной ТЭЦ трансформатор с ДГР был присоединен к шинам через плавкий предохранитель. При замыкании перегорел предохранитель в одной фазе, и пока персонал отыскивал место повреждения, за счет перенапряжений возникли многоместные повреждения электрооборудования (перекрыты лобовые части у двух АД и вводы у трех АД, в ячейке КРУ повреждены были выключатель, ТТ, кабель и цепи вторичной коммутации). 2. Отключение генератора с ДГР выключателем вследствие обрыва фарфоровых тяг создавало условия неполнофазных режимов генератора с ДГР. Реакторы были настроены в резонанс с сетью. Возникали многоместные повреждения изоляции электрооборудования. Во всех случаях происходило полное обесточивание ТЭЦ.

Перенапряжения также возникают, если сеть обладает некоторой асимметрией. Под воздействием напряжения смещения нейтрали через контакты выключателя Q протекает малой величины индуктивный ток. При отключении последнего возможен срез тока и напряжения как результат высокочастотного обмена энергиями между индуктивностью ДГР и малой емкостью короткой кабельной линии. Ограничение перенапряжений производят установкой ограничителей перенапряжений (ОПН) в нейтраль трансформатора и предварительным отсоединением ДГР от нейтрали трансформатора установленным для этой цели разъединителем. Литература: 1. Борисоглебский П.В., Дмоховская Л.Ф., Ларионов В.П. – Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – Л.: Госэнергоиздат. – 1963 г. – 472 с., ил. 2. Вильгельм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах / М-Л.: – 1959. – 416 с. 3. Злобин Ю.И., Стребуляев Б.И. Опыт эксплуатации фильтрокомпенсирующего устройства. Промышленная энергетика. – №5, 1997.

ПРАКТИКА

Режимы заземления нейтрали

научно‑практическое издание

НАУКА Авторы: Петров М.И., ООО «НПП Бреслер»,

Степанов И.Н., Маршутин Е.В., ФБГОУ «Чувашский государственный университет»,

Режимы заземления нейтрали УДК 621.318.43.072.31

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В РЕЖИМЕ ЗАМЫКАНИЯ

IMPROVING THE APPLICATION OF THE COMPENSATING DEVICE IN LOOPBACK

г. Чебоксары, Россия.

Petrov M.I., LLC «NPP Bresler»,

Аннотация: на основе анализа работы электрических сетей с компенсацией емкостных токов предложена одноканальная система автоматической настройки дугогасящих реакторов, функционирующая в режимах устойчивого и перемещающегося горения дуги, на основе измерения только одного параметра сети – фазного угла между векторами напряжений нейтрали и остаточного в месте повреждений.

Ключевые слова: дугогасящий реактор, ток замыкания, регулирование компенсации тока, поврежденная фаза. Marschutin E.V., Stepanov I.N., FBSEI «Chuvash State University», Cheboksary, Russia. Abstract: вased on the analysis of electrical networks with compensation of capacitive currents proposed singlechannel system automatically adjust the arc suppression coils, works in both the stable and moving arc based on the measurement of only one parameter, the network - the phase angle between the neutral and residual stresses in damage. Keywords: arc suppression coils, fault current, the regulation of compensation current, broken phase.

03 / Сентябрь 2012

В электрических сетях 6-35 кВ с компенсацией емкостных токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в настоящее время поддерживается резонансный режим или близкий к нему с расстройкой не более ±5% только в нормальном режиме работы сети [1]. Во время существования замыкания работа системы регулирования индуктивности дугогасящего реактора (ДГР) блокируется, и при этом поддерживается в сети предшествующий замыканию резонансный режим. Как известно, основной задачей систем автоматической компенсации емкостных токов замыкания является обеспечение снижения остаточного тока до минимума и улучшение качества переходных процессов, что может быть достигнуто только поддержанием расстройки в допустимых пределах в режиме ОЗЗ, т.е. при резонансе токов. Однако в режиме ОЗЗ может возникнуть расстройка в контуре нулевой последовательности сети (КНПС), обусловленная различными условиями резонанса до и после возникновения замыкания, которая дополнительно зависит от нелинейности вольтамперных характеристик ДГР, преднамеренных поисковых отключений линий, работы противоаварийной автоматики, неконтролируемых переключений в абонентских сетях. Все это приводит к недопустимым расстройкам компенсации и развитию ОЗЗ в междуфазные короткие, приводящие к перерыву электроснабжения. Кроме этого поддержание резонанса напряжений в КНПС при отсутствии замыкания на землю часто приводит к увеличению напряжения нейтрали выше допустимого, особенно в воздушных и смешанных электрических сетях, где напряжение естественной несимметрии доходит до 1-3% от

фазного напряжения. Для ее уменьшения искусственно снижают добротность (ИСД) КНПС подключением дополнительного сопротивления. Проведенный в [2] анализ влияния ИСД на погрешность настройки ДГР по фазовым и экстремальным характеристикам, по частоте свободных колебаний с искусственным возбуждением КНПС в нормальном режиме работы показывает, что возникает дополнительная расстройка требуемого режима компенсации, которая может превысить допустимое значение при однофазном замыкании из-за необходимости отключения ИСД. Несмотря на недостатки поддержания резонансного режима до замыкания на землю, приводящие к снижению эффективности использования ДГР и надежности электроснабжения потребителей электроэнергии, применение указанного способа резонансной настройки КНПС с блокировкой работы системы регулирования в режиме замыкания на землю связывают с подготовкой КНПС к возможному пробою изоляции [3]. При дуговых замыканиях на землю протекающие через место повреждения токи высших гармонических составляющих снижаются сопротивлением заземляющей дуги тем интенсивнее, чем ближе к резонансной настройке контур КНПС. Возникновение замыкания на землю вызывает переходной процесс, который носит колебательный характер из-за обмена энергией между емкостями неповрежденных фаз и реактивным сопротивлением трансформатора. При этом реактивное сопротивление дугогасящего реактора велико и не может участвовать в свободных колебаниях. Частота колебаний зависит от соотношения сопротивлений в месте повреж-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

дения и волнового сопротивления линий передач. Ток через место повреждения имеет форму быстрозатухающих колебаний с частотой, равной 250-3000 Гц в зависимости от параметров воздушных и кабельных сетей. ДГР практически не участвует в переходном процессе в начале замыкания. Действительно, если наблюдается равенство тока ДГР и тока замыкания на частоте сети, то на высших частотах, приведенных выше, ток, протекающий через ДГР, очень мал. Кроме того, в зависимости от фазы напряжения в момент замыкания в реакторе возникает апериодический ток, затухающий через 10-15 периодов промышленной частоты. В результате в начальный момент замыкания настройку тока компенсации, близкую к резонансной, осуществить практически затруднительно. В соответствии с [1] расстройка режима не должна превышать 5% с целью снижения скорости нарастания напряжения поврежденной фазы путем уменьшения остаточного тока в месте повреждения. Для поддержания расстройки в требуемых пределах необходимо осуществить регулирование индуктивности реактора во время существования замыкания на землю. При этом автоматически будут ликвидированы все недостатки существующей системы резонансной настройки в нормальном режиме работы электрических сетей. Существуют отдельные опытные разработки универсальных и всережимных автоматических устройств настройки реакторов, обеспечивающих оптимальный режим настройки в режимах: нормальном, устойчивого и перемежающегося дугового замыкания [4]. В этих устройствах в перечисленных режимах работы электрической сети применялись различные способы контроля степени расстройки компенсации, требующие свои каналы регулирования, приводящие к громоздкости реализации, перекрестным взаимодействиям, затрудняющие нормальное функционирование этих систем. Поэтому они не получили широкого распространения. Для осуществления автоматиче-

ского регулирования тока компенсации во время существования замыкания на землю авторами предлагается использовать фазовый принцип определения степени расстройки компенсации в режиме устойчивого горения дуги, а в режимах нормальной работы и перемежающегося дугового замыкания по частоте свободных колебаний напряжения нейтрали с преобразованием разности частот в фазу. При этом в нормальном режиме работы сети не поддерживается резонанс напряжений, производится только измерение степени расстройки компенсации. В режимах устойчивого горения дуги и перемежающегося дугового замыкания скорость изменения индуктивности ДГР должна быть высокой для ликвидации возникающих расстроек компенсации. Выпускаемые и эксплуатируемые ДГР типа РДМР, РЗДПОМ и импортные ASR, ZTC, EDD, ELD имеют низкое быстродействие (время полного регулирования доходит до трех минут), а реакторы типа РУОМ [3] решают проблему частично, т.е. обеспечивают отсутствие резонанса напряжения в нормальном режиме сети, а в момент возникновения замыкания за счет быстродействия реактора устанавливают резонанс токов в КНПС и поддерживают его на все время существования замыкания. Однако при всех изменениях емкости сети в режиме замыкания контроль и установка оптимального режима компенсации не осуществляется. Для осуществления предложенного принципа регулирования тока

а)

компенсации необходимы быстродействующие ДГР с плавным изменением индуктивности. В некоторых энергосистемах используются такие ДГР с подмагничиванием, имеющие время отработки всего диапазона по индуктивности 1-3 с [5, 6, 7]. При сравнении с плунжерными ДГР они имеют несколько худшие характеристики по содержанию высших гармонических составляющих в рабочем токе и диапазону регулирования индуктивности, а также высокий расход активных материалов. Но они являются статическими электромагнитными устройствами, в них отсутствуют подвижные части, технологичны, имеют высокое быстродействие и надежны в работе. Регулирование тока компенсации во время существования замыкания на землю имеет свои особенности. Векторные диаграммы напряжений в режиме однофазного замыкания на землю фазы А приведены на рисунке 1. В режиме устойчивого горения дуги контроль расстройки осуществляется по изменению фазы между остаточным напряжением в месте повреждения и напряжением нейтрали, т.е. по углу ,

(1)

где υ – степень расстройки компенсации, d – коэффициент демпфирования сети. Использование этой фазовой зависимости позволяет получить наилучшие результаты, так как значение этого угла не зависит от переходного сопротивления в месте замыкания и

б)

Рис. 1. Векторная диаграмма напряжений при устойчивом (а) и перемежающемся дуговых (б) замыканияхЗ

научно‑практическое издание

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

чувствительность будет высокой даже при малых значениях коэффициента расстройки. Однако изменение этого угла по приведенному выражению происходит только при весьма большом токе в месте замыкания, когда дуга горит устойчиво и напряжение на дуге сравнительно мало. При малых токах дуга горит неустойчиво, и могут наблюдаться многократные перенапряжения. В этом режиме значение угла зависит не только от параметров КНПС, но и от разности частот напряжения сети и нейтрали, которые изменяются во времени при каждом обрыве дуги в месте замыкания [8]. На рис. 1б приведено векторное представление изменения напряжений в КНПС в режиме перемежающегося дугового замыкания. Амплитуда напряжения , следующая с частотой свободных колебаний ω, убывает по экспоненте, начальное значение которой зависит от переходного сопротивления в месте замыкания. Вектор напряжения является результатом сложения напряжения фазы А относительно нейтрали источника и смещения нейтрали . Мгновенные значения напряжений в соответствии с рис. 1,б в показательной форме имеют вид: (2) (3) , (4) где UAM – амплитуда напряжения – коэффициент, зависящий от степени расстройки КНПС. Из выражения отношений векторов напряжений и . Для выделения остаточного напряжения поврежденной фазы относительно земли достаточно осуществить вычитание напряжения смещения нейтрали из напряжения . Фазовый угол находится согласно выражению ,

(5)

где – разность вынужденных колебаний с частотой сети и

03 / Сентябрь 2012

Рис. 2. Функциональная схема регулятора

свободных колебаний напряжения нейтрали с частотой ω, K – коэффициент, учитывающий уменьшение амплитуды напряжения из-за влияния переходного сопротивления в месте замыкания. Из выражения (5) следует, что в этом режиме по фазовому углу нельзя контролировать режим настройки КНПС, т.к. происходит его изменение даже для случая постоянной расстройки. Поэтому предложено использовать фазовочастотные фильтры (ФЧФ) с собственной частотой, равной круговой частоте сети с фазовой характеристикой, следующей из уравнения ,

(6)

где Q – добротность фильтра [9]. Фазовая характеристика фильтров в области малых расстроек близка к прямой, и ее наклон характеризируется добротностью контура, т.е. имеется возможность изменения в широких пределах чувствительности контура регулирования. Особенности автоматического регулирования тока компенсации во время существования замыкания на землю рассмотрены в [10]. В начальном периоде после возникновения замыкания на землю возникает значительная погрешность в оценке степени расстройки по величине угла, и по его знаку невозможно судить о режиме компенсации. Поэтому для улучшения функционирования системы регулирования тока компенсации предложено ввести задержку формирования сигнала управления на один период промышленной частоты с момента возникновения замыкания.

Автоматический регулятор одноканальный, используется наиболее простой принцип регулирования по фазовым характеристикам КНП сети, а именно по величине фазы напряжения на нейтрали относительно вектора остаточного напряжения. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные с целью улучшения его характеристик, основываются на следующих положениях: а) резонансную настройку необходимо осуществлять только в режимах непрерывного и перемежающегося дугового замыкания; б) для измерения фазы между векторами и из-за появления высокочастотных составляющих в момент возникновения замыкания требуется введение задержки работы автоматического регулятора на период промышленной частоты [8]; в) быстродействие всей системы автоматической компенсации с дугогасящими реакторами с подмагничиванием достигается путем форсированной подачи напряжения управления на обмотку подмагничивания с введением корректирующих звеньев. Функциональная схема разработанного автоматического регулятора приведена на рис. 2. Она состоит из следующих узлов: селектора выбора поврежденной фазы (СВПФ), определения режима работы электрической сети (ОР), фазового корректора (ФК), делителя (Д), сумматора (С), фазовочастотных фильтров (ФЧФ), усилителей ограничителей (УО1) и (УО2), частотнофазового компаратора (ЧФК), интегрирующего устройства (ИУ), усилителя мощности (УМ). В нормальном режиме электрической сети напряжение смещения ней-

НАУКА

Степанов Иван Николаевич Дата рождения 22.02.1941 г. Окончил в 1969 г. факультет «Электрификация и автоматизация промышленности» Чувашского государственного университета. Защитил в 1985 г. в МЭИ диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему «Разработка и исследование системы автоматической компенсации в сетях промышленных предприятий». Доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Чувашского государственного университета.

Рис. 3. Осциллограммы

Режимы заземления нейтрали трали недостаточно для срабатывания порогового устройства определителя режима, СВПФ отключен и узлы автоматического регулятора в работе системы компенсации участия не принимают. На вход усилителя мощности подается сигнал управления, соответствующий наименьшему току подмагничивания с целью контроля электрических цепей ДГР. В режимах глухого или перемежающегося дугового замыкания напряжения смещения нейтрали доходит до фазного. Определитель режима формирует сигналы на включение СВПФ. В схеме ОР предусмотрена задержка отключения селектора после ликвидации замыкания на 10 с, необходимая для восстановления изоляции в месте повреждения и исключения повторного зажигания дуги. Селектор выбора поврежденной фазы выделяет линейное напряжение для формирования опорного , совпадающего по фазе с напряжением замкнутой фазы на землю, то есть в случае замыкания на землю фазы А для формирования опорного используется линейное напряжение . Фазовый корректор осуществляет поворот вектора напряжения на угол , обеспечивая получение требуемого опорного напряжения. Аналогично происходит формирование вектора опорного напряжения при замыкании фаз B и C, только селектор выделяет при этом соответственно линейные напряжения и . Работа АР основана на измерении угла φ между векторами напряжения и остаточного напряжения в месте замыкания (вектор напряжения на рис.1). На входы сумматора (С) через делитель (Д) поступают напряжения ’ и , и на выходе выделяется разность входных напряжений, равная напряжению поврежденной фазы относительно земли . Делитель позволяет уменьшить напряжение на входе С, что эквивалентно увеличению переходного сопротивления в месте замыкания. В результате, даже при металлическом замыкании, когда в сети напряже-

ние на нейтрали равно фазному напряжению источника на выходе С, имеется напряжение, совпадающее по фазе с напряжением . Определение напряжения в месте повреждения путем измерения напряжений, имеющих достаточную амплитуду, обладает рядом преимуществ по сравнению с непосредственным его выделением на фоне высших гармоник при малых значениях переходного сопротивления. Вопервых, не возникает отказ в работе регулятора из-за снижения чувствительности. Во-вторых, в режиме металлического замыкания на землю не требуются различные блокировки и блок памяти для запоминания индуктивности ДГР, т.к. в этом режиме напряжения на выходе С не равно нулю, его значение задается Д. Фазовочастотные фильтры ФЧФ1 и ФЧФ2, настроенные на частоту сети, предназначены для подавления сигналов с частотами, отличающимися от рабочей частоты сети и повышения чувствительности измерительного органа фазы в режиме перемежающегося дугового замыкания с использованием их фазовочастотных характеристик. Усилители-ограничители преобразуют входные сигналы в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, следующие со скважностью, равной двум. К выходам усилителей ограничителей подключены входы ЧФК, который формирует выходной сигнал с правильным знаком при различных частотах входных сигналов после каждого обрыва дуги в месте повреждения. В ЧФК дополнительно реализован блок задержки, определяющий зону нечувствительности по фазе, для обеспечения устойчивой работы устройства при несимметриях фазных напряжений [11]. В нормальном режиме работы, до появления замыкания на землю, контроль степени расстройки осуществляется измерением разности частот δω вынужденных и свободных колебаний напряжений сети и нейтрали искусственным возбуждением КНПС с последующим ее преобразованием в фазовый угол.

а)

б)

восстанавливающегося напряжения на нейтрали U 0 , 0 , поврежденной фазы U ост и тока

U 0, 0

подмагничивания IП при увеличении (а) и уменьшении (б) емкостного тока

научно‑практическое издание

НАУКА

Петров Михаил Иванович Дата рождения: 07.10.1956 г. Окончил Чувашский государственный университет в 1979 г., кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» (ЭсПП). Защитил в 1994 г. в МЭИ диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Совершенствование средств компенсации емкостных токов замыкания на землю». Главный специалист по режимам нейтрали ООО «НПП Бреслер».

Маршутин Евгений Валерьевич Дата рождения: 07.04.1986 г. Окончил Чувашский государственный университет в 2011 г., магистр техники и технологии по направлению «Электроэнергетика». Аспирант кафедры ЭсПП Чувашского госуниверситета имени И.Н. Ульянова, специальность 04.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы».

03 / Сентябрь 2012

Режимы заземления нейтрали При этом, по зависимости (5) фазового угла от разности частот, т.е. , находятся фактические величины расстройки с дополнительным определением реактивного сопротивления ДГР. В момент возникновения замыкания с учетом регулировочной характеристики устанавливается требуемая величина тока подмагничивания. При возникновении расстройки в режимах перемежающегося дугового и глухого замыканий на землю импульсы с выхода ЧФК поступают на интегрирующий усилитель, который, воздействуя на УМ, изменяет его индуктивность до тех пор, пока расстройка не станет равной нулю. На основе структурного представления разработанной математической модели системы регулирования совместно с электрической сетью проведено исследование динамики системы с целью оптимизации по быстродействию и выбраны параметры корректирующих звеньев. Экспериментальные исследования разработанной системы автоматической компенсации тока замыкания были проведены на модели электрической сети в лабораторных условиях с применением ДГР с подмагничиванием мощностью 1,0 кВА. Для проверки работоспособности системы регулирования тока компенсации в режиме перемежающегося дугового замыкания было использовано устройство имитации замыкания, осуществляющее «клевки» в сети при достижении восстанавливающего напряжения на поврежденной фазе 0,95 Uф. В режиме перемежающегося дугового замыкания были отсняты осциллограммы (рис. 3) восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе Uост и тока подмагничивания IП при увеличении (а) и уменьшении (б) емкостного тока во время существования замыкания на землю. В момент изменения емкостной проводимости возникает расстройка в КНПС. При каждом обрыве дуги в момент перехода тока через нуль возникают затухающие колебания напряжения нейтрали с частотой и наблюдается рост напряжения на поврежденной фазе. Возникающая расстройка в момент изменения емкости вызывает рост напряжения Uост со значительной скоростью, что приводит к увеличению частоты «клевков» на землю. Отработка расстройки в КНПС во время существования замыкания приводит к значи-

тельному увеличению времени восстановления напряжения на поврежденной фазе, что свидетельствует о высокой эффективности разработанной системы автоматической компенсации. Приведенные осциллограммы наглядно показывают зависимость времени восстановления напряжения Uост от величины расстройки в КНПС и способность автоматически поддержать оптимальный режим компенсации с помощью разработанной автоматической системы регулирования при колебаниях напряжений на нейтрали и поврежденной фазе. Применение разработанной системы автоматического регулирования тока компенсации во время существования замыкания на землю позволяет ликвидировать резонансные режимы при нормальной работе электрической сети и сократить расход электроэнергии на подмагничивание в дугогасящем реакторе, а также приводит к медленному росту восстанавливающегося напряжения в месте повреждения, что значительно улучшает работу электрических сетей вследствие ликвидации режима перемежающегося дугового замыкания и уменьшения последствий однофазного замыкания на землю (рис. 3). Литература: 1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, РД 34.20.501-2003. М.: СПО ОРГЭС, 2003. 2. Методы и средства технической диагностики. Сборник научных статей / Марийский гос. ун-т. – Йошкар-Ола, 2008. – 255 с. 3. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. 152 с. 4. Режимы нейтрали в электрических сетях напряжением до 35 кВ, ИЭД АН УССР, Киев, 1980. 104 с. 5. Брянцев А.М., Лурье А.И., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А., Базылев Б.И., Управляемые подмагничиванием дугогасящие реакторы с автоматической конденсацией емкостного тока замыкания на землю для сетей 6-35 кВ //Электричество. – 2000. №7. – с. 59-61. 6. Устройство автоматической компенсации емкостных токов в промышленных сетях 35 кВ / Дорожко Л.И., Федосов Л.Л., Божко В.М. и др. – Промышленная энергетика, 1983. №4. 7. А.С. 898523 СССР. МКИ НО1 F29/14. Электрический реактор с подмагничиванием/ Н.Ф. Калин, А.И. Кузьмичев, И.Н. Степанов, В.И. Лошкарев, М.В. Богданов. – Опубл. 15.01.82. Бюл. №2. – 3 с.: 1 ил. 8. Р. Вильгейм и М. Уотерс. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 415 с. 9. А.С. 1184045 СССР, МКИ Н02H9/08 Устройство для втоматической настройки тока компенсации/ И.Н. Степанов, В.А. Щедрин – Опубл. 07.10.85 Бюл. №37. 10. Петров М.И., Степанов И.Н. Особенности автоматического регулирования тока компенсации во время существования замыкания на землю. В сб.: Пути повышения эффективности систем электроснабжения: Межвузовский сборник научных трудов /Чуваш. ун-т. Чебоксары. 1990. 100 с. 11. А.С. 1265914 СССР, МКИ НО2Н 9/08. Устройство для автоматической компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю/ И.Н. Степанов. – Опубл. 23.10.86. Бюл. №39. 10 с.

НАУКА

Режимы заземления нейтрали УДК: 621.311

Авторы: Телегин А.В., Ширковец А.И., ООО «Болид», г. Новосибирск, Россия.

Telegin A.V., Shirkovets A.I., LLC Bolid, Novosibirsk, Russia.

ПРОБЛЕМАТИКА ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ И РЕЖИМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ В СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ СТРАН ЕВРОПЫ И АМЕРИКИ SINGLE PHASE-TO-GROUND FAULTS AND NEUTRAL GROUNDING IN MEDIUM VOLTAGE NETWORKS IN EUROPEAN AND AMERICAN COUNTRIES

Abstract: The paper describes methods of neutral grounding in medium

Аннотация: в статье представлены способы заземления нейтрали в сетях среднего напряжения некоторых европейских и американских стран, анализируются их основные преимущества и особенности реализации. Для сетей с компенсацией емкостного тока определяются предельные токи самогашения дуги на основе немецкого стандарта VDE 0228-2:1987. Приводится сравнение высокоомного и низкоомного заземления нейтрали в соответствии с указаниями стандарта IEEE Std 142-2007. Рассматриваются режимы заземления нейтрали и способы подавления замыканий на землю, которые мало распространены в России.

Ключевые слова: режим заземления нейтрали, глухое заземление нейтрали, изолированная нейтраль, высокоомное заземление нейтрали, низкоомное заземление нейтрали, однофазное шунтирование, компенсация остаточного тока, предельный ток самогашения. voltage networks in European and American countries with the analysis of their advantages and implementation. For networks with capacitance current compensation, self-extinguishing current limits are determined according to German standard DIN VDE 0228-2:1987. The comparison between highresistance and low-resistance grounding in accordance with IEEE Std 142-2007 is presented. Methods of neutral grounding and ways of ground fault current suppression which is not popular in Russia are considered. Keywords: neutral grounding, solid grounding, ungrounded systems, high-resistance grounding, low-resistance grounding, one phase shunting, residual current compensation, self-extinguishing current limit.

03 / Сентябрь 2012

Введение К настоящему времени накоплен значительный опыт эксплуатации сетей среднего напряжения (6-35 кВ в России, 1-69 кВ за рубежом) с различными режимами заземления нейтрали. Однако вопрос выбора оптимального способа заземления нейтрали для конкретной сети в России зачастую решается исключительно на основе устоявшейся практики проектирования, опирающейся на устаревшие положения отраслевых нормативных документов. Между тем в развитых странах Европы и Америки принята практика обобщения опыта эксплуатации, проведения полевых испытаний, создания уточненных математических моделей и, при необходимости, актуализация и корректировка нормативных положений по результатам таких комплексных исследований. Это позволяет на современном уровне решать многофакторную задачу оптимизации режима нейтрали, влияющего на виды и параметры возникающих замыканий, ток в месте замыкания и перенапряжения на неповрежденных фазах, логику работы релейной защиты от замыканий на землю, безопасность персонала при

однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Основанные на многочисленных исследованиях рекомендации по расчету, схемным решениям и выбору оборудования для заземления нейтрали отражены в ряде национальных и международных стандартов МЭК, CENELEC, DIN VDE, IEEE, ANSI и др. Не следует, однако, считать, что Россия серьезно отстает в решении задачи защиты оборудования при замыканиях на землю: в этой тематике и сегодня ведутся серьезные исследования и активно разрабатываются и внедряются новые нормативно-технические документы, правда, пока в формате стандартов организаций. В числе последних – ОАО «Газпром», ОАО «АК «Транснефть», ОАО «МРСК Волги» и «МРСК Сибири». В настоящей статье рассматриваются особенности различных способов заземления нейтрали согласно нормам зарубежных стандартов, приводятся предлагаемые к использованию методы и средства для решения задач подавления ОЗЗ и минимизации их последствий в электрических сетях среднего напряжения некоторых стран мира.

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Сети с глухим заземлением нейтрали

Сети нейтралью

По определению ANSI/IEEE 100 [1], глухим (эффективным) заземление нейтрали считается при совместном выполнении условий X 0 / X 1≤3% и R 0 /R 1≤3%, где X 0 , R 0 – активное и реактивное сопротивление нулевой последовательности, а X 1, R 1 – активное и реактивное сопротивление прямой последовательности. На практике это означает, что сопротивление между нейтральной точкой сети и заземляющим контуром пренебрежимо мало. В результате токи при замыкании на землю могут быть различной величины – от очень малых до превышающих ток трехфазного КЗ. Амплитуда тока зависит от конфигурации сети, места замыкания и сопротивления в месте замыкания. Поскольку уровень тока составляет в этом случае сотни и тысячи ампер, упрощается задача локализации места замыкания и селективного отключения поврежденного участка. В России, в соответствии с требованиями ПУЭ, глухое заземление нейтрали в сетях среднего напряжения не применяется. Что касается зарубежных стран, то глухое заземление нейтрали широко применяется в электрических сетях США, Канады, Австралии и Великобритании. Однако в этих сетях реализованы четырехпроводные сети 4-25 кВ, когда четвертый нулевой проводник протягивается вдоль всей длины воздушной линии. Это используется для максимального сокращения суммарной длины низковольтной сети 120 В. Кроме указанных стран, глухое заземление нейтрали применяется в Португальской Распределительной Сети (Portuguese Transmission Network), поскольку большинство трансформаторов (400/63 кВ, 220/63 кВ и 150/63 кВ) и автотрансформаторов (400/220 кВ и 400/150 кВ) работают в режиме глухозаземленной нейтрали и по стороне 63 кВ.

В сетях с изолированной нейтралью нет преднамеренного соединения нейтральной точки сети с «землей». Однако всегда существуют емкостные связи между разноименными фазами сети и различными цепями, а также между каждым проводником и «землей». Следовательно, сеть оказывается связанной с «землей» через распределенную емкость (емкостное сопротивление) нулевой последовательности фазных проводников. В сетях с изолированной нейтралью токи замыкания на землю на 90% или более определяются емкостью линий на «землю». Эквивалентная емкость линий зависит от типа, сечений проводников и длин линий, присоединяемых в единой гальванически связанной сети. В сетях с изолированной нейтралью возможно возникновение опасных для изоляции перенапряжений в повторных циклах зажиганий и гашений дуги при замыкании на землю. Эти перенапряжения, которые могут в несколько раз превышать напряжения нормального режима, являются фактически результатом резонансных явлений в эквивалентной схеме «индуктивное сопротивление системы – распределенная емкость относительно земли». Опыт эксплуатации показывает, что эти перенапряжения могут вызывать множественные (многоместные и междуфазные) повреждения изоляции оборудования, что характерно для электродвигателей и элементов кабельных линий. Переходные перенапряжения в результате повторных дуговых пробоев фазной изоляции на землю, а также их последствия являются основным мотивом отказа от режима изолированной нейтрали. Чтобы снизить уровни перенапряжений при повторных замыканиях на землю, необходимо обеспечить заземление нейтрали через активное или реактивное сопротивление. В этой связи, с точки зрения задачи минимизации повреждений оборудования, интересен тот факт, что в 2011-

научно‑практическое издание

изолированной

2012 гг. для ряда новых промышленных предприятий Финляндии были спроектированы сети 20 кВ с изолированной нейтралью, но из-за очень частых повреждений этих сетей пришлось вернуться к низкоомному заземлению нейтрали, широко используемому ранее в подобных схемах. Режим изолированной нейтрали до сих пор широко используется в России, и при суммарной протяженности распределительных сетей более 1 миллиона километров значительная их доля (до 70% сетей 6-35 кВ в зависимости от региона) эксплуатируется именно с этим режимом. Однако известные недостатки сетей с изолированной нейтралью привели к тому, что в большинстве европейских и некоторых других странах мира режим изолированной нейтрали исключен из практики эксплуатации. Есть и исключения: например, в соответствии с «Энергетическим стандартом Латвии» (Energy standard of Latvia) изолированная нейтраль должна применяться в электрических сетях 20 кВ, независимо от типа линий, если ток однофазного замыкания на землю не превышает 15 А [2]. При возрастании тока замыкания на землю повышается вероятность перехода однофазного замыкания на землю в двухфазное, которое приводит к отключению двух и более фидеров и перебою энергоснабжения потребителей на длительное время. Се т и с к о м п е н с и р о в а н н о й нейтралью При использовании режима компенсированной нейтрали в нейтральную точку сети подключается реактивное сопротивление (реактор). При этом ток ОЗЗ может быть скомпенсирован полностью или частично, в зависимости от качества настройки и типа ДГР (ступенчатый, плунжерный, с подмагничиванием), состава тока замыкания на землю (доля активной составляющей, наличие высших гармоник), а также вида замыкания (перемежающееся дуговое, «металлическое», через переходное сопротивление и пр.). 31

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Заземление нейтрали через реактивное сопротивление – альтернатива глухому заземлению Ток замыкания на землю, протекающий в контуре нулевой последовательности, в системе с заземлением нейтрали через реактивное сопротивление зависит от значения этого сопротивления. Поэтому амплитуда тока ОЗЗ рассматривается в качестве критерия при описании уровня (степени) заземления, что используется, например, в распределительных сетях США [3]. В такой системе ток замыкания на землю должен составлять от 25% (X0 = 10X1) до 60% (X0 = 3X1) от тока трехфазного КЗ, чтобы предотвратить появление опасных перенапряжений в переходном процессе. Сопротивление X0 представляет собой сумму реактивного сопротивления нулевой последовательности источника питания X0ист и утроенного реактивного сопротивления заземления 3X n (X0 =X0ист + 3X n). В данном случае ток замыкания на землю получается значительно выше, чем величина желаемого тока замыкания для системы с резистивным заземлением нейтрали, поэтому заземление нейтрали через реактивное сопротивление не может являться альтернативой заземлению сети через низкоомное сопротивление. Заземление нейтрали через реактивное сопротивление в США обычно используется в случаях, когда требуется ограничить ток замыкания на землю до величины, близкой к амплитуде тока трехфазного короткого замыкания [3]. Заземление нейтрали через реактивное сопротивление используется в некоторых случаях в Португальской Распределительной Сети (Portuguese Transmission Network) напряжением 63 кВ. С целью ограничения несимметричного тока замыкания в нейтраль трансформаторов включается реактивное сопротивление такого номинала, чтобы ограничить этот несимметричный ток и обеспечить коэффициент замыкания на землю не более 1,4. Резонансное заземление нейтрали (заземление через дугогасящий реактор) – альтернатива изолированной нейтрали 32

03 / Сентябрь 2012

В сетях с компенсацией емкостного тока заземление нейтрали осуществляется через дугогасящий реактор или, по зарубежной терминологии, катушку Петерсена. При таком режиме нейтрали основным преимуществом полагается создание условий для гашения дуги однофазного замыкания на землю и его самоликвидации. Это обеспечивается за счет снижения величины тока замыкания на землю через переходное сопротивление и ограничения перенапряжений до (2,4-2,6)UФ, где UФ – фазное напряжение сети. При этом режиме заземления нейтрали не требуется отключения поврежденного участка сети. Заземление нейтрали через дугогасящий реактор довольно редко применяется в сетях США, однако часто используется в распределительных сетях Великобритании, Германии, Австрии и других европейских стран [3]. Ключевой особенностью этого способа заземления нейтрали является то, что резонансный контур должен быть перенастроен, если произойдет изменение распределенных параметров связанного с ним контура нулевой последовательности защищаемой сети (например, за счет отключения линий). Достигнуть наилучшего эффекта от применения ДГР можно либо в сети с минимальным изменением конфигурации, что, например, для городских кабельных сетей невозможно в принципе, либо – за счет обеспечения правильной и быстрой работы автоматики управления реактором, в том числе при «сложных» видах ОЗЗ. На сегодняшний день во многих европейских странах, например, в Латвии [2], защита от замыканий на землю основана на компенсации тока замыкания дугогасящим реактором (катушкой Петерсена). Эффект самогашения дуги с помощью ДГР хорошо проявляется в сети с воздушными линиями (ВЛ) электропередачи, что подтверждено, например, опытом эксплуатации реакторов в сетях ОАО «Тюменьэнерго». В ряде случаев наличие ДГР также предотвращает переход однофазных замыканий при грозовых поражениях ВЛ 10 кВ в междуфазные КЗ и снижает количество аварийных отключений в грозовой

сезон. Однако это явление связано прежде всего с возможностью полного самовосстановления электрической прочности воздушной изоляции после погасания дуги. Но при использовании ДГР в кабельных сетях возникает вопрос о целесообразности удержания ОЗЗ, исходя из следующих соображений: • в о-первых, полимерная кабельная изоляция (сшитый полиэтилен и этиленпропиленовая резина) не способна к самовосстановлению после пробоя. Происходит расширение области повреждения, и однофазное замыкание переходит в междуфазное КЗ, что приводит к отключению поврежденного фидера, за время от 0,5-0,7 с до 1 минуты. • в о-вторых, даже при успешном гашении дуги ОЗЗ в бумажно-пропитанной изоляции кабеля формируется локально ослабленная, дефектная область, в которой наиболее вероятно произойдет пробой при последующих замыканиях, даже в перспективе от нескольких минут до нескольких месяцев. В настоящее время в распределительных сетях при реконструкции воздушных линий распространена их замена на кабельные, применение кабельных вставок, а также формирование смешанных кабельно-воздушных сетей с переходами ВЛ-КЛ-ВЛ и обратно. Поэтому дугогасящие реакторы, компенсирующие только емкостную составляющую тока замыкания, с усложнением состава оборудования, изменением конфигурации сети и присоединением новых, в том числе нелинейных потребителей, становятся значительно менее эффективными. Компенсация емкостных токов с помощью ДГР осуществляется в сетях среднего напряжения Испании (10-30 кВ), Франции (12-24 кВ), Италии (10-20 кВ), Германии (10-20 кВ), Австрии (10-30 кВ), Швейцарии (10-20 кВ), Финляндии (20 кВ), Швеции, Норвегии, Чехии и Словакии. При этом ДГР производят всего в четырех странах мира (за исключением РФ и Беларуси): Австрия (TRENCH), Чехия (EGE), Китай (JUNFA), Индия (филиал TRENCH). Кроме указанных режимов заземления нейтрали в Германии, Чехии

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

и некоторых других странах применяется также комбинация (параллельное включение) дугогасящего реактора и резистора: ДГР обеспечивает гашение кратковременных однофазных перекрытий изоляции на землю, а низкоомный резистор подключается к нейтрали сети параллельно реактору только кратковременно специальным однофазным силовым выключателем. Резистор в такой схеме служит исключительно для селективного определения фидера с устойчивым однофазным замыканием на землю. Такие известные зарубежные производители ДГР, как TRENCH (Австрия, реакторы END, ELD, EDD) и EGE (Чехия, реакторы ZTC и ASR) реализуют указанный способ заземления подключением низкоомного резистора к дополнительной обмотке ДГР. Такой способ включения резистора служит исключительно для выявления поврежденного фидера и не решает главной задачи – снижения перенапряжений в моменты замыкания на землю. Между тем при расстройках компенсации, возникающих в процессе развития дугового замыкания, дополнительное устройство подавления импульсных перенапряжений (в частности, высоко-

омный резистор, постоянно включенный параллельно ДГР) может сыграть решающую роль в снижении повреждения оборудования. Компенсация емкостного тока также часто используется в распределительных сетях Финляндии, главным образом из-за необходимости сохранения питания потребителей при ОЗЗ. Такое решение является тем более оправданным, что на напряжении 20 кВ эксплуатируется большое количество воздушных сетей. В настоящее время в сетях среднего напряжения многих европейских стран, как и в России, особенно актуальной становится задача компенсации больших (100-200 А и более) токов замыкания на землю и связанная с ней проблема ограничения активных и реактивных составляющих тока до уровня, обеспечивающего самогашение дуги при ОЗЗ. Зарубежные исследования позволяют заключить, что предельные токи самогашения дуги в сети с компенсацией могут оказаться существенно выше приведенных в отечественном ПУЭ значений 10-30 А. В публикации [4] для сетей 20 кВ с компенсацией предлагаются следующие значения предельных остаточных токов ОЗЗ, при которых еще возможно самогашение дуги: (1)

Рис. 1. Предельные токи самогашения дуги по отношению к токам ОЗЗ в зависимости от номинального напряжения распределительной (воздушной или кабельно-воздушной) сети согласно немецкому стандарту VDE 0228-2:1987

Предельные значения токов самогашения, определенные в разное время на основе работ Х. Розера, М. Эриха, Г. Хайнце, К. Коха, Д. Полла, составили 200-1150 А при емкостном характере остаточного тока и 70-210 А – при активном. В действующем западноевропейском стандарте VDE 0228-2:1987 на основе проведенных в разное время исследований согласно (1) установлены пределы тока самогашения для сетей разного класса напряжения с различными режимами нейтрали (рис. 1) [4]. Как видно из рис. 1, значения токов, определенные по кривым для сетей классов напряжения 6-10 кВ, составят 35 А (изолированная нейтраль) и 60 А (ком-

научно‑практическое издание

пенсация тока замыкания). Первое значение оказывается на 17% и 75% выше, чем указано в ПУЭ для сетей 6 и 10 кВ соответственно. Второе значение тока (60 А) не имеет аналога в отечественной технической документации. Для сети 35 кВ ток самогашения составит 40-42 А при изолированной нейтрали (в ПУЭ – 10 А) и 68-70 А – в сети с компенсацией. Очевидно, концепция определения предельного тока замыкания, который может погаснуть при дуговом замыкании на землю, существенно отличается в отечественной и зарубежной литературе. Однако О. Майер еще в 1950 г. отметил, что для успешного погасания дуги, кроме остаточного тока замыкания на землю, необходимо рассматривать также и влияние восстанавливающегося напряжения UВОССТ, форма огибающей которого и определяет итог горения дуги при ОЗЗ. Для сетей с компенсацией емкостного тока (значительная часть кабельных сетей 6-35 кВ) Д. Полл предлагает UВОССТ рассчитывать как: ,(2) где ω – круговая частота сети; δ – коэффициент демпфирования; υ – степень расстройки компенсации. Для сетей с малыми токами замыкания (до 10-15 А) характеристика U ВОССТ является более существенной в плане оценки возможности гашения дуги в каждом пробое. Следует отметить, что наклон огибающей U ВОССТ, рассчитываемого по (2), отличается для одинаковой величины расстройки компенсации в случае пере- или недокомпенсации: в случае перекомпенсации он больше, чем в случае недокомпенсации. Время горения дуги с учетом экспериментальных исследований [4] предлагается определять согласно выражению: (3) Можно показать, что для набора соотношений I СГ и I С согласно (3), с учетом формулы (1), время горения 33

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

дуги составит как минимум t ДУГ = 0,2 с в сети с компенсацией и предельными значениями I С = 240 А, I ОСТ = 60 А и будет расти по мере приближения значения IС к IОСТ (tДУГ увеличивается на 10% при снижении IС на 10 А). Подобная зависимость имеет место и для сети с изолированной нейтралью. Результаты экспериментов, проведенных за рубежом, однако, свидетельствуют, что tДУГ = 0,02 – 1,4 с для IСГ = 10 – 80 А. Сети с резистивным заземлением нейтрали Резистивное заземление нейтрали – один из наиболее широко используемых режимов нейтрали за рубежом. Методические основы применения резистивного заземления нейтрали приведены в стандартах IEEE Std 142-1991 и замещающем его IEEE Std 142-2007 [3]. В редакции этого стандарта 1991 г. указано, что при высокоомном заземлении нейтрали «значение тока замыкания на землю не превышает обычно 10 А», а при низкоомном – «сопротивление резистора выбирается с учетом обеспечения желаемого тока релейной защиты». Последнее замечание продублировано при пересмотре IEEE Std 142-2007 г.: «допускается протекание токов замыкания на землю большей величины, обычно в пределах 100-1000 А, с целью обеспечения желаемого тока для селективной работы релейной защиты». В действующей же редакции IEEE Std 142-2007 [3] граница между высокоомным и низкоомным заземлением нейтрали определена с помощью отношения тока ОЗЗ при наличии резистора к току трехфазного КЗ конкретной сети. Низкоомным заземлением нейтрали считается, если (до 100-1000 А). Если же , то это высокомное заземление нейтрали. При высокоомном заземлении нейтрали ток от резистора в режиме однофазного замыкания на землю обычно принимается на уровне IR = (0,7 – 1,2)IC. Следует отметить, что согласно IEEE Std 142 (обеим редакциям), значение тока замыкания 10 А соответствует режи34

03 / Сентябрь 2012

му его длительного протекания без повреждения оборудования, поэтому не может служить границей между высокоомным и низкоомным заземлением нейтрали сети. В полном соответствии с рекомендациями Петерсена (1916 г.), в распределительных сетях США значение сопротивления высокоомного резистора выбирается таким образом, чтобы I R ≈ I C . Это обеспечивает снижение напряжения на нейтрали в бестоковую паузу практически до нуля, и задача ограничения перенапряжений до 2,5UФ успешно решается. При этом активный ток через высокоомный резистор составляет обычно от 1 до 25 А, а практически не более 10 А [5]. При низкоомном резистивном заземлении, по сути являющемся адекватной альтернативой глухому заземлению нейтрали, ток замыкания на землю обычно ограничивается до 50-600 А по первичной стороне [5], что обеспечивает селективную работу релейной защиты. Для проектируемых и вновь строящихся сетей такое решение обусловливает существенный экономический эффект, поскольку в ряде случаев может быть использовано оборудование, рассчитанное не на линейное, а на фазное напряжение. Отметим, что в электрических сетях горнодобывающих предприятий США используется также «средне-высокоомное» заземление (medium-high-resistance) нейтрали [5]. В этих сетях особое внимание уделяется вопросу электробезопасности и защиты персонала, поэтому ток замыкания ограничивается до 25-50 А по первичной стороне. Все передвижное оборудование (например, шагающие экскаваторы) запитывается от сети отдельного фидера, нейтраль которой заземляется через резистор на расстоянии не менее 15 метров от питающей подстанции. Для обнаружения замыкания и отключения поврежденного фидера, без локализации места повреждения, применяются микропроцессорные защиты с нулевой выдержкой времени. При этом системы аварийного освещения, вентиляции, пожаротушения (системы жизнеобе-

спечения) питаются от независимых подстанционных фидеров с обеспечением соответствующей категорией надежности электроснабжения [5]. Оценка мировой практики свидетельствует, что резистивное заземление нейтрали – наиболее широко применяемый способ, применяемый в сетях среднего напряжения зарубежных промышленных предприятий и распределительных объектах электросетевого комплекса Японии, Австралии, США, стран Западной, Северной и Восточной Европы. Поэтому резисторы для заземления нейтрали выпускаются более чем на пятидесяти предприятиях во всем мире: в США («Jenkins», «Post Glover»), Канаде («Avtron», «ICP»), Италии («Telema»), Германии («Gino ESE»), Франции («Areva»), Японии («Miluoki Resistor»), Южной Корее («Rara Electronic Corporation»), Турции («Hilkar»), Индии («National Resistors Onies») и т.д. Особенностями производимых и применяемых за рубежом высоковольтных резисторов являются малое номинальное время работы (обычно до 3 с) и высокая температура нагрева токопроводящих элементов (до 760 °С), выполняемых из металлических сплавов. Этим обусловлены соответствующие ограничения по количеству и длительности выдерживаемых (т.е. отключаемых) ОЗЗ. Указанных недостатков лишены низкоомные резистивные установки на основе электропроводящих композиционных материалов (например, ЭКОМа), номинальное время работы которых составляет от десятков до сотен секунд, а температура на поверхности резистивных элементов не превышает 120-130 °С. Резистивное заземление осуществляется с помощью имеющихся или вновь устанавливаемых трансформаторов [6]. Задействуется обмотка «звезда» с выведенной нейтралью или применяется трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в «зигзаг» (рис. 2). При этом трансформатор со схемой «звезда с выведенной нейтралью – треугольник» используется только для организации нейтральной точки. В [5] приведен пример заземления нейтрали через трансформа-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Рис. 2. Низкоомное заземление нейтрали с использованием заземляющих трансформаторов с первичной обмоткой, соединенной в «зигзаг»

Рис. 3. Схема реализации низкоомного заземления нейтрали через реактор или резистор

научно‑практическое издание

тор, первичная обмотка которого соединена в «зигзаг» подобно отечественным нейтраллерам типа ФМЗО производства ОАО «РЭТЗ «Энергия» и ФЗМ производства ОАО «ХК «Электрозавод». Активное сопротивление маломощного (до 1000 кВА) трансформатора с первичной обмоткой «зигзаг» крайне мало, однако за счет реактивного сопротивления рассеяния ток подключенного резистора может несколько ограничиваться (как правило, не более чем на 3-5%) (рис. 2). Ниже рассмотрен пример расчета низкоомного заземления нейтрали для сети 13,8 кВ через активное или реактивное сопротивление (рис. 3) [5]. Заземляющий реактор, устанавливаемый в выведенную нейтраль трансформатора 115/13,8 кВ мощностью 20 МВА, используется для ограничения тока при однофазном замыкании на землю до 400 А по стороне 13,8 кВ. При этих условиях необходимое реактивное сопротивление устройства в нейтрали равно 19,4 Ом, активное – 19,9 Ом. В Финляндии резистивный способ заземления нейтрали используется в основном в сетях электроснабжения промышленных предприятий. Сопротивление резистора также выбирается из условия IR ≈ IC. Это гарантированно предупреждает возникновение недопустимо высоких перенапряжений при неустойчивых замыканиях на землю. В кабельных сетях Финляндии оптимальным режимом нейтрали считается почти исключительно низкоомное резистивное заземление, поскольку повсеместное применение кабелей с твердой полимерной изоляцией не предполагает возможности самоустранения ОЗЗ, после пробоя требуется восстановление поврежденного участка КЛ. В последние годы низкоомное резистивное заземление нейтрали внедряется в кабельных сетях 10 кВ в Латвии, главным образом в Риге [2]. Нейтраль сети заземляется через очень малое сопротивление, обычно не более 5 Ом. В результате ток замыкания на землю значительно возрастает (вплоть до 1000 А), что обеспечивает селективность срабатывания релейной защиты для отключения поврежденного кабеля. Кроме того, в этой ситуации можно быстро локализовать поврежденный участок с помощью простых индикаторов 35

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

(указателей) замыканий и восстановить подачу электроэнергии потребителям. Вероятность перехода однофазного замыкания в КЗ при этом достаточно мала. Недостатком этого режима заземления нейтрали является неизбежное отключение кабельной линии вместе со всеми подключенными потребителями, поэтому его реализация может встретить организационные сложности, связанные с требованием обеспечения категории надежности со стороны потребителя. Эта задача может быть решена с помощью внедрения средств быстродействующего АВР, а также оснащения всех распределительных пунктов и подстанций прилегающей сети кабельными ТТНП и релейными защитами от ОЗЗ. Следует отметить, что в случае объединения схем подстанций с низкоомным заземлением нейтрали и подстанций с изолированной или компенсированной нейтралью на параллельную работу, релейная защита подстанции с низкоомным заземлением нейтрали может работать некорректно. Поэтому таких режимов в эксплуатации следует избегать. Кроме рассмотренных выше, в европейских странах применяются еще два способа заземления нейтрали [2, 7-16]: •о днофазное шунтирование однополюсным заземляющим выключателем; •р езонансное заземление нейтрали с компенсацией остаточного тока. Рассмотрим указанные способы подробнее.

Однофазное шунтирование однополюсным заземляющим выключателем С увеличением длин линий и тока замыкания на землю затрудняется выполнение условий по электробезопасности (ограничение напряжения прикосновения и шагового напряжения), а также повышается вероятность переходов ОЗЗ в многоместные повреждения и междуфазные КЗ. Одним из вариантов предупреждения негативных последствий от замыканий на землю является использование однополюсного заземляющего выключателя, установленного в центре питания (на «головной» подстанции). При возникновении в произвольной точке сети однофазного замыкания на землю с помощью микропроцессорных устройств релейной защиты осуществляется определение поврежденного фидера и аварийной фазы. Следующим шагом является глухое заземление поврежденной фазы в центре питания однополюсным выключателем, срабатывающим с минимально возможной выдержкой времени. Примерная схема реализации указанного алгоритма представлена на рис. 4. Главным преимуществом такого решения является обеспечение минимальной скорости роста восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе и, вследствие этого, ликвидация повторных пробоев. Дуга ОЗЗ гаснет при ближайшем переходе тока через ноль.

Рис. 4. Примерная схема шунтирования замыкания на землю однополюсными выключателями

03 / Сентябрь 2012

Моделирование переходного процесса в схеме с шунтированием ОЗЗ показывает, что после включения однополюсного заземляющего выключателя амплитуда UВОССТ пробитой фазы не превышает 200-400 В [2], поэтому вероятность повторных пробоев кабельной изоляции существенно снижается. Как показали натурные эксперименты с организацией «металлических» замыканий на землю и их последующим шунтированием в сети 8 кВ на питающих подстанциях энергетической компании «Regionalwerke AG Baden» (Швейцария) [7], при токе ОЗЗ до 60 А результаты полевых испытаний хорошо согласуются с теоретическими положениями. Искусственное создание второй точки замыкания посредством включения заземляющего выключателя приводит к тому, что напряжение поврежденной фазы становится строго равным нулю, а на неповрежденных фазах – возрастает в √3 раз. Подобные исследования с шунтированием дуговых ОЗЗ в изоляции силовых кабелей, проведенные в тех же сетях [7], подтвердили факт отсутствия повторных пробоев аварийной фазы кабеля. Чем меньше выдержка времени на включение заземляющего выключателя после локализации ОЗЗ, тем ниже оказывается степень повреждения кабеля. Отметим ключевые преимущества использования метода шунтирования замыкания на землю однополюсным заземляющим выключателем: • в о-первых, при включении заземляющего выключателя не протекает ток в месте замыкания, за счет чего предотвращается дальнейшее разрушение оборудования; • в о-вторых, уровни перенапряжений на неповрежденных фазах ограничиваются линейным напряжением сети, что снижает риск переходов ОЗЗ в междуфазные КЗ; • в -третьих, улучшаются условия электробезопасности, поскольку значения напряжения прикосновения и шагового напряжения, как правило, не превышают допустимых уровней. Таким образом, зарубежные исследования подтвердили практическую при-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

менимость рассматриваемого метода шунтирования замыканий на землю однополюсным заземляющим выключателем. Тем не менее следует отметить некоторые проблемы, возникающие при его реализации. В случае небольшого сопротивления в месте замыкания, когда часть тока нагрузки поврежденной фазы будет протекать через заземляющий выключатель и землю в место замыкания, а часть – к нагрузке, возможно увеличение тока в точке однофазного повреждения по сравнению с ожидаемым значением этого тока. При малых значениях переходного сопротивления в точке однофазного повреждения через место замыкания может протекать более 50% тока нагрузки [7]. Несмотря на это, возможность использования метода шунтирования ОЗЗ с помощью однополюсных заземляющих выключателей (пока, правда, в неопределенной перспективе), уже рассматривается применительно к сетям 20 кВ латвийской энергетической компании «Латвэнерго» [2]. Подчеркнем, что идея шунтирования ОЗЗ, прошедшая в 2008-2010 гг. полевые испытания в Швейцарии, далеко не нова. Этот способ заземления нейтрали был предложен еще в 1975 г. В.Л. Георгиевским при ре-

шении задачи определения поврежденного фидера при замыканиях на землю. Он предложил увеличить ток в точке замыкания до уровня тока двухфазного КЗ с помощью специального заземляющего выключателя искусственного «металлического» замыкания на землю на шинах подстанции, которое по времени будет синхронизировано с моментом возникновения реального замыкания в сети [8]. Аналогичный по сути и содержанию способ предлагается и китайскими учеными [9] для гашения дуги однофазного замыкания на землю. Констатируется, что при использовании специально смонтированного на подстанции заземляющего выключателя с пофазным управлением коммутацией можно отвести емкостный ток от места замыкания и погасить дугу в точке возникновения ОЗЗ. Резонансное заземление нейтрали с компенсацией остаточного тока замыкания Крайне перспективным для широкого применения представляется режим нейтрали, обеспечивающий не просто компенсацию емкостной составляющей тока ОЗЗ частоты 50 Гц, но и максимально

Рис. 5. Схема заземления нейтрали с компенсацией остаточного активного тока ОЗЗ

научно‑практическое издание

полное подавление остаточного тока в месте повреждения, включая его активную, реактивную и высшие гармонические составляющие [10]. Схема реализации такого режима нейтрали приведена на рис. 5. Очевидно, перенапряжения в этом случае будут минимальными – не более (2,4-2,6) UФ, и, кроме того, на время оперативных переключений с вводом резервного питания сохраняется возможность оставить поврежденную линию в работе. Известно, что используемые сегодня во всем мире плунжерные дугогасящие реакторы не предназначены для компенсации тока непромышленной частоты без введения дополнительных фильтров, инверторов и устройств их регулирования. Однако в некоторых случаях целесообразно компенсировать и активный остаточный ток однофазного замыкания на землю, обусловленный наличием в сети активных проводимостей на землю, а также джоулевых потерь в самих ДГР. Для этого можно использовать схему, обеспечивающую при возникновении ОЗЗ инжекцию в цепь нейтрали дополнительного активного тока, сдвинутого на 180° относительно ожидаемого активного тока в точке повреждения. Полная компенсация остаточного тока способствует снижению восстанавливающего напряжения на поврежденной фазе и уменьшает вероятность развития аварийной ситуации. При рассматриваемом способе заземления нейтрали возникновение импульсных дуговых перенапряжений с уровнем, превышающим текущую электрическую прочность изоляции оборудования – редкое явление. Это означает, что доля самоликвидирующихся после первого пробоя «клевков» на землю может возрасти до 90-95% (речь идет о кабельных и смешанных сетях с БПИ-кабелями). Для кабельных линий на основе кабелей с СПЭ- или ЭПР-изоляцией минимизация остаточного тока замыкания на землю приводит к уменьшению степени повреждения изоляции, подобно тому, как это происходит при шунтировании ОЗЗ однополюсным заземляющим выключателем. Активное внедрение систем с компенсацией реактивной и активной состав37

НАУКА

Телегин Андрей Владимирович Дата рождения: 26.03.1987 г., окончил в 2010 г. Новосибирский государственный технический университет, кафедра систем электроснабжения предприятий, магистр техники и технологии по направлению Электроэнергетика, старший инженер научноисследовательского отдела ООО «Болид».

Ширковец Андрей Игоревич Дата рождения: 06.09.1983 г., окончил в 2006 г. Новосибирский государственный технический университет, кафедра техники и электрофизики высоких напряжений, магистр техники и технологии по направлению Электроэнергетика. В настоящее время соискатель ученой степени кандидата технических наук (НГТУ), научный руководитель д.т.н., профессор К.П. Кадомская, ведущий инженер научно-исследовательского отдела ООО «Болид». 38

03 / Сентябрь 2012

Режимы заземления нейтрали ляющих тока ОЗЗ в настоящее время происходит в Швеции. Они носят название GFN (Ground Fault Neutralizer) – система нейтрализации тока замыкания на землю [11]. Кроме Швеции, возможности применения такой системы изучаются в Латвии [12] и Венгрии [13]. В состав системы GFN входят дугогасящий реактор ASC (Swedish Neutral), инверторкомпенсатор остаточного тока и шкаф управления. Особенностью применяемых ДГР является отсутствие в их составе плунжера, регулирование индуктивного тока происходит за счет коммутации конденсаторных батарей во вторичной низковольтной обмотке. Анонсируются высокое быстродействие системы (выход на режим полной компенсации емкостного тока 60 мс), возможность эксплуатации в кабельных сетях с низкой асимметрией (вводится дополнительный источник 3U0), а также возможность определения места повреждения на линии, в том числе при переходном сопротивлении в точке ОЗЗ более 20 кОм. Измерение активной проводимости утечек по изоляции сети позволяет настраивать систему GFN для выдачи соответствующего активного тока в противофазе. Следует отметить, однако, что о возможности компенсации высших гармоник в токе ОЗЗ упоминается как об опции, параметры которой настраиваются индивидуально, для конкретной сети. Вместе с тем хорошо известно, что уровень высших гармоник в токе замыкания на землю может быть весьма заметным (ток искажения достигает десятков процентов от составляющей 50 Гц), он зависит от многих факторов, а их содержание может существенно изменяться даже в течение одного дня, не говоря уже о более длительном периоде регистрации [14]. Это зачастую является объективной причиной некорректной работы релейных защит от ОЗЗ на высших гармониках, не дублирующих метод определения поврежденного фидера с помощью других принципов. Поэтому говорить о полной и качественной компенсации тока ОЗЗ с помощью системы GFN, включая подавление высших гармоник специальными фильтрами, которые должны быть интегрированы в контур нулевой последовательности, пока преждевременно. Тем не менее сети с резонансным заземлением нейтрали и компенсацией остаточного тока имеют важное преимущество. Этот режим заземления нейтрали позволяет присоединять текущую сеть к прилегающим подстанциям с изолированной или компенсированной нейтралью без каких-либо проблем. Система компенсации остаточного тока автоматически отслеживает конфигурацию сети и изменение ее эквивалентной активной проводимости для повышения вероятности успешного гашения дуги при замыканиях на землю. Справедливости

ради следует подчеркнуть, что в России основы метода полного подавления тока ОЗЗ были разработаны в свое время профессором В.К. Обабковым, предложившим компенсировать помимо реактивной также и активную составляющую остаточного тока ОЗЗ [15, 16]. Внедрение указанного способа усложняется задачей автоматической идентификации состава тока замыкания и регулирования комбинированного устройства подавления дуговых замыканий. При этом не решенной остается проблема наличия в токе ОЗЗ высших гармоник, которые по эквивалентному среднеквадратическому значению могут превышать действующее значение его активной составляющей. Последняя определяется суммарной активной проводимостью изоляции на землю, которая не превышает обычно 3-5% от емкостной проводимости сети. Выводы 1. Несмотря на относительное многообразие способов заземления нейтрали, в сетях среднего напряжения за рубежом используются в основном режимы с компенсацией емкостного тока (начиная от значений 10-15 А), резистивное заземление и их комбинации. В португальской распределительной сети 63 кВ используется глухое заземление нейтрали. В США, Финляндии и Латвии (сети 13,8-20 кВ) ток ОЗЗ, напротив, ограничивается, по сравнению с током однофазного КЗ, активным или реактивным сопротивлением в нейтрали до значений 400-1000 А. 2. Одним из наиболее активно применяемых во всем мире является способ резистивного заземления нейтрали с организацией действия релейных защит от ОЗЗ, в зависимости от условий по надежности электроснабжения и электробезопасности персонала, а также наличия и быстродействия АВР, на сигнал или на отключение. Указанный способ заземления нейтрали реализуется в сетях напряжением до 69 кВ в Австрии, Германии, Чехии, Финляндии, Японии, Австралии, США и многих других странах. 3. В Швейцарии в 2008-2010 гг. успешно апробирован метод шунтирования ОЗЗ однополюсными заземляющими выключателями, позволяющий минимизировать повреждения оборудования при замыканиях на землю. Примерно в это же время указанный способ был анонсирован в работах китайских ученых. Однако по факту шунтирование однофазного замыкания заземляющим выключателем было предложено в СССР еще в 1975 г. 4. Сегодня одним из наиболее перспективных способов ликвидации однофазных замыканий на землю, который получил опыт применения

НАУКА

Режимы заземления нейтрали в Швеции и Германии (в сетях с компенсацией емкостного тока), представляется полное подавление остаточного тока в месте замыкания. Практическая реализация систем компенсации реактивной и активной составляющих тока ОЗЗ предлагается шведской компанией «Swedish Neutral» на основе бесплунжерного реактора оригинальной конструкции, а также специального инвертора. В России теоретические основы данного метода и предложения по его инструментальному обеспечению были разработаны профессором В.К. Обабковым в 1980-х гг. Литература: 1. IEEE 100 The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms. Seventh Edition. 2. Sults V., Kalcevs G., «Concepts and Practical Neutral Earthing Modes in Latvia’s 20 kV Rural Networks» // Proceedings of PQ2008 6th International Conference: 2008 Electric Power Quality and Supply Reliability (August 27-29, 2008 Pärnu, Estonia). Р. 187-192. 3. IEEE Std 142-2007 (Green Book). IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 4. Fuchs E., Fickert L.,«The Self-Extinguishing Current Limit and the Arс Burning Time of Compensated 20-kV-Power-Grids» // Proceedings of PQ2012 8th International Conference: 2012 Electric Power Quality and Supply Reliability (June 11-13, 2012 Tartu, Estonia). Р. 229-235. 5. Protective Relaying. Principles and Applications. Third Edition. By J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin (CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006). 6. Емельянов Н.И., Ильиных М.В., Кудряшов Д.С. О способах подключения высокоомных защитных резисторов для заземления нейтрали сети и их безопасной эксплуатации. // Научные про-

блемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2008. – спец. вып. №1. – с. 62-65. 7. Koeppl G., Abaecherli P., Schmid A., Voss G., «Concept and practical testing of single pole operated earthing breakers in an urban MV cable network» // Proceedings of 18th International Conference on Electricity Distribution: CIRED 2005 (June 06-09, 2005 Turin, Italy). 8. Георгиевский В.Л. Оптимизация режима нейтрали электрической сети: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.14.06 / В.Л. Георгиевский; Новосибирский гос. тех. ун т. – Новосибирск, 1975. – 27 с. 9. Чэнь Вэй-сянь, Чэнь Хо. Новый способ гашения дуги однофазного короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью. // Электричество. – 2009. – №1. – с. 54-57. 10. Tasman L. Scott, Klaus Winter, «The first application of resonant earthing with residual compensation to a New Zealand distribution network» // Proceedings of EESA Energy NSW Conference (September 2007). 11. http://zaonipo.ru/zao-nipo/sistema-neietralizacii-tokaodnofaznogo-zamikaniya-na-zemlyu-ground-fault-neutralizer.html 12. Rozenkrons J., Sults V., Priedite I., «Quenching of Partial Discharges in Medium Voltage Networks by Traditional Arc Suppression Coil» // Proceedings of PQ2010 7th International Conference: 2010 Electric Power Quality and Supply Reliability (June 16-18, 2010 Kuressaare, Estonia). Р. 203-206. 13. Raisz D., Dán A., «Comparison of Different Methods for Earth Fault Location in Compensated Networks» // Proceedings of PQ2010 7th International Conference: 2010 Electric Power Quality and Supply Reliability (June 16-18, 2010 Kuressaare, Estonia). Р. 237-242. 14. Ширковец А.И. Исследование параметров высших гармоник в токе замыкания на землю и оценка их влияния на гашение однофазной дуги.//Релейная защита и автоматизация. 2011. №04. – С. 54-59. 15. А.с. 813587 (СССР). Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания на землю/ В.К. Обабков, Ю.Н. Целуевский. – Опубл. в БИ, 1981, № 10. 16. Обабков, B.K. Устройство автокомпенсации емкостных и активных составляющих типа УАРК в системах электроснабжения с резонансным заземлением нейтрали / В.К. Обабков, Ю.Н. Целуевский // Промышленная энергетика, №3, 1989. – С.17-21.

ГЕНЕРАТОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ГТЧ-03М ООО «Радиоэлектронные системы» производит генератор технической частоты ГТЧ-03М, предназначенный для испытания, наладки и технического обслуживания устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. Генератор обеспечивает автоматизированное измерение частоты и времени срабатывания устройств защиты при плавном и скачкообразном изменении частоты. ГТЧ-03М внесен в реестр средств измерений и имеет сертификат соответствия РосТест.

научно‑практическое издание

• Компактный, легкий – 3кг. • Брызгозащитный ударопрочный корпус-чемодан. • Комплектуется длинными высококачественными силиконовыми проводами с изолированными клеммами и зажимами типа «крокодил». • Диапазон рабочих температур от -20 Со до +50 Со. • Межповерочный интервал – 3 года. • Гарантия – 3 года. 620137, г. Екатеринбург, ул. Июльская, 41 Тел.: 8 (343) 374-24-64, доб. 140 http://www.irsural.ru e-mail: z@irsural.ru

НАУКА

Режимы заземления нейтрали УДК: 621.315

Автор: Ширковец А.И., ООО «Болид», Новосибирск. Shirkovets A.I., LLC Bolid, Novosibirsk, Russia. Abstract: high rate of development of cable networks caused by implementation of new production capacities and new

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ДУГИ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ С ЛИНИЯМИ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ

consumers leads to the rise

OVERVOLTAGE CHARACTERISTICS AND FEATURES OF ARCING AT SINGLE

of feeder lengths. As a result,

PHASE-TO-GROUND FAULTS IN CABLE NETWORKS WITH LONG-DISTANCE

single phase-to-ground currents increase. The paper deals with

TRANSMISSION LINES

special characteristics of arcing ground fault development in mass-impregnated paperinsulated cables obtained by analytical study, recorded oscillograms and experimental investigations in operational networks. It is stated that during transient process simulation at single phase-to-ground faults in a cable, conditions of arc extinguishing at high-frequency component current zero should be taken into account. Based

Аннотация: высокие темпы развития кабельных сетей, обусловленные введением новых производственных мощностей и подключением новых потребителей, приводят к росту протяженности единичных линий (фидеров) и повышению токов однофазного замыкания на землю. В статье рассматриваются характерные особенности развития дугового замыкания на землю в бумажно-пропитанной изоляции силовых кабелей, полученные на основе аналитических исследований, результатов регистрации перенапряжений и натурных экспериментов в действующих электрических сетях. Констатируется, что при моделировании переходного процесса, сопровождающего однофазное дуговое замыкание в кабеле, следует задаваться условием погасания дуги в переходе высокочастотной составляющей тока через ноль. На основе расчета амплитудных параметров перенапряжений при дуговых замыканиях в разных точках кабельной линии (КЛ) 10 кВ протяженностью до 5 км показано, что распределение перенапряжений вдоль КЛ определяется в основном соотношением активного тока от резистора в нейтрали и емкостного тока сети.

Ключевые слова: горение дуги, перенапряжения, дуговые замыкания на землю, кабельные сети, кабели с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ), переходные процессы, резистивное заземление нейтрали, натурные осциллограммы. on calculations of amplitude overvoltage characteristics at arcing ground faults in various points of a 10 kV cable line with a length of 5 km, it was shown that overvoltage distribution along a cable line is determined by the ratio of active current of the resistor to capacitive current of the network. Keywords: arcing, overvoltages, single phase-to-ground arcing faults, cable networks, cables with massimpregnated paper insulation, transient processes, resistance neutral grounding, experimental oscillograms.

03 / Сентябрь 2012

Введение Как показывает опыт эксплуатации, одной из основных причин выхода из строя БПИ-кабелей напряжением 6-10 кВ является воздействие внутренних перенапряжений, которые оказывают негативное влияние на ослабленную изоляцию и в совокупности с объективными факторами (увлажнение масла, термохимическая деструкция целлюлозы, механическое разрушение слоев бумаги) могут привести к каскадному повреждению КЛ. Эта ситуация характерна для кабельных сетей промышленных предприятий и сетевых подстанций в крупных городах, где протяженность кабельных сетей может достигать нескольких сот километров, а токи замыкания на землю (из условия приближенной оценки 1,2-1,3 А/км) составляют иногда 100-150 А и более. Анализ многочисленных схем распреде-

лительных сетей подтверждает, что длина единичных КЛ на действующих объектах составляет от десятков метров до 3-5 км. КЛ на напряжение 6-10 кВ длиной более 5 км встречаются крайне редко. Длина сети фидера от центра питания через транзитные распределительные пункты (РП) при этом может достигать в среднем 15-16 км. Для распределительных кабельных сетей с линиями большой протяженности важным вопросом является оценка параметров переходных процессов при дуговых замыканиях на землю в разных точках сети, в том числе с учетом места замыкания (в кабельной изоляции), а также распределения перенапряжений по длине линии. Это необходимо для выбора оптимального режима заземления нейтрали и наилучшей защиты сети от перенапря-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

жений, сопровождающих ОЗЗ. В рамках решения этой задачи следует также определить особенности процесса развития дугового замыкания на землю в изоляции силовых кабелей. Следует подчеркнуть, что несмотря на безальтернативное использование кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена при новом строительстве, реконструкции и модернизации энергообъектов различного назначения, в действующих электрических сетях (как городских, так и на промышленных предприятиях) кабели напряжением 6-10 кВ с БПИ все еще составляют подавляющее большинство (до 100%). Характерные особенности развития процесса дугового замыкания в бумажно-пропитанной изоляции кабелей Рассматривая процесс горения дуги в закрытом объеме кабельной изоляции, необходимо определить характерные особенности и условия пробоя кабельной изоляции. Возникновение перемежающейся дуги в кабелях с БПИ наиболее вероятно на первом этапе развития ОЗЗ, когда еще не произошло науглероживания дугового канала и возможно кратковременное восстановление электрической прочности. Основными случайными факторами, определяющими амплитудные характеристики перенапряжений при дуговых ОЗЗ, являются: напряжение на поврежденной фазе в момент пробоя (зажигания дуги), момент погасания дуги, который может быть охарактеризован номером прохождения через нулевое значение высокочастотной составляющей тока ОЗЗ, и напряжение повторного зажигания дуги. Согласно классической постановке задачи предполагается, что максимальные перенапряжения формируются после второго погасания дуги. Момент первого пробоя сопоставляется с мгновенным значением напряжения на поврежденной фазе, которое зависит также от переходного сопротивления в месте замыкания. В общем случае распределение напряжения пробоя изоляции подчиняется усеченному нормальному закону в интервале [- ∆U...UФMAX...∆U], где ∆U = (0,4-0,6) UФMAX [1].

Момент погасания дуги при пробое, в том числе и кабельной изоляции, зависит от двух факторов: •и схода «соревнования» восстанавливающейся в месте пробоя электрической прочности UВЭП и амплитуды возрастающего напряжения UВОССТ на поврежденной фазе, возникающего после погасания дуги; • с оотношения скорости VI подхода тока дуги к нулевому значению и значения предельной скорости VПРЕД, при которой происходит гарантированное погасание дуги. При совместном и одновременном выполнении условий UВЭП > UВОССТ и VI < VПРЕД происходит успешное погасание дуги ОЗЗ, в противном случае происходит повторный пробой (при UВЭП >UВОССТ) либо переход в режим устойчивого горения дуги (при VI > VПРЕД) – до момента следующего перехода тока через нулевое значение, когда процесс «соревнования» повторится с попыткой повторного погасания дуги. В зависимости от значений UВОССТ и VI происходит погасание при первом или последующем переходах высокочастотной составляющей тока через нулевое значение, что справедливо именно для кабельной изоляции. Следует отметить, что первый пробой изоляции происходит при напряжении UПР, близком к фазному. Напряжение последующих пробоев зависит от места повреждения и с развитием дугового замыкания постепенно стабилизируется.

Для изоляции силовых кабелей с БПИ характерно кратковременное увеличение UВЭП в начальной стадии процесса, в основном за счет выдувания дуги из узкого канала пробоя, с последующим понижением UПР при выгорании изоляции в месте повреждения. Момент погасания дуги определяется в результате сопоставления UВЭП и UВОССТ, при этом параметры UВЭП задаются с помощью математического ожидания М[UВЭП] и среднеквадратического отклонения σ[U] для нормального закона распределения. Кривая восстановления электрической прочности UВЭП в первом приближении может быть аппроксимирована несколькими прямолинейными участками (рис. 1): – первый участок (А–В) отображает относительно быстрое первоначальное возрастание электрической прочности после погасания дуги за счет приэлектродных участков; t1 ≤ 0,1 с; – второй участок (В–С) соответствует медленному процессу возрастания электрической прочности за счет уменьшения концентрации ионов и охлаждения плазмы дуги газообразными продуктами разложения изоляции; наблюдается постепенная стабилизация UВЭП, пробои происходят при напряжении UПР ≤ UФMAX (точка «С»); t2 ≈ 0,1 – 0,2 с; – третий участок (С–D) (пунктирная линия) представляет собой почти на всем протяжении прямую, параллельную оси абсцисс, поскольку в течение времени t2–t3 cреднее значение электрической

Рис. 1. Характер изменения восстанавливающейся электрической прочности в процессе развития дугового замыкания в изоляции силового кабеля

научно‑практическое издание

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

прочности изменяется, как правило, незначительно. Количество повторных пробоев ограничено свойствами изоляционного промежутка. Диапазон t2–t3 может быть весьма широким: от 0,3-1,5 с до десятков минут для кабелей с БПИ и не более нескольких минут для кабелей с СПЭизоляцией. В ходе последовательных пробоев UВЭП меняется ступенчато; – четвертый участок (D–E) характеризует переход в режим непрерывного горения дуги с образованием металлического мостика «фаза-земля» с вероятным переходом ОЗЗ в междуфазное КЗ и отключением фидера. При этом наклон участка «D–E» по отношению к оси абсцисс может достигать 90о, поскольку скорость снижения прочности промежутка на заключительном этапе зависит от типа изоляции и степени ее повреждения. Проиллюстрируем представленные положения натурными осциллограммами, зафиксированными в кабельной сети 6 кВ ОАО «Гродно Азот» с помощью регистраторов аварийных событий «Парма» (частота дискретизации 1 кГц). В качестве первичных датчиков напряжения использовались ТН типа ЗНОМ-6, установленные на секциях главных понизительных подстанций (ГПП). На рис. 2 напряжение фазы «А» – черный, фазы «В» – зеленый, фазы «С» – красный, напряжение с «разомкнутого треугольника» ТН (нейтраль) – синий. Нейтраль каждой секции 6 кВ заземлена через резистор. Повторные пробои следуют каждые 10-20 мс, что соответствует условиям горения перемежающейся дуги. Анализ зарегистрированных в сети 6 кВ трех ГПП технологических нарушений с 2008 г. по 2011 г. показывает, что абсолютное большинство аварийных отключений в сети 6 кВ ОАО «Гродно Азот» связано с переходом однофазных замыканий на землю в двухфазные и трехфазные КЗ. При этом к коротким замыканиям приводят как зарегистрированные при дуговых замыканиях «клевки», вызывающие от 55% до 85% аварийных событий, так и длительные (условно – более 1 с) и устойчивые дуговые ОЗЗ. Результаты расчета амплитудных и частотных параметров пере42

03 / Сентябрь 2012

а) технологическое нарушение 24.07.2008: восстановление электрической прочности с самоустранением дугового замыкания после десяти пробоев – участок «А–В» рис. 1

б) технологическое нарушение 27.05.2009: изменение характера горения дуги со снижением длительности бестоковых пауз и стабилизацией UПР – участок «А–С» рис. 1

в) технологическое нарушение 14.12.2010: изменение характера горения дуги при науглероживании канала пробоя – участок «А–D» рис. 1

г) технологическое нарушение 16.10.2008: быстрое развитие дугового ОЗЗ с переходом в междуфазное КЗ с отключением поврежденного фидера – участок «А–E» рис. 1 Рис. 2. Натурные осциллограммы переходных процессов, отражающие изменение условий горения дуги при развитии дуговых замыканий в действующей кабельной сети 6 кВ

ходного процесса при однофазном замыкании в кабеле Поскольку протяженности КЛ как на сетевых подстанциях, так и в схе-

мах электроснабжения промышленных предприятий с развитием производства и подключением новых потребителей по стороне 6-10 кВ неуклонно воз-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Рис. 3. Принципиальная однолинейная схема одной секции распределительной кабельной сети для оценки параметров переходных процессов при дуговых ОЗЗ в разных точках КЛ

растают, актуальной в настоящее время является задача расчета распределения перенапряжений по длине линии при различных схемах заземления нейтрали сети, в частности при внедрении резистивного заземления нейтрали. Можно ожидать, что за счет волновых процессов, в зависимости от первичных параметров линии, уровни перенапряжений в конце КЛ будут выше, чем в начале. Покажем, как это происходит. Расчет произведем на основе принципиальной схемы кабельной сети напряжением 10 кВ, приведенной на рис. 3. Следует отметить, что одним из адекватных вариантов минимизации негативных последствий от однофазных замыканий является их отключение, легко реализуемое при оснащении нейтрали сети резистором соответствующего номинала, обычно с активным током не более 300-400 А. Поэтому ниже рассматриваются переходные процессы в кабельной сети при различных соотношениях активного тока от резистора и полного емкостного тока. Несмотря на необходимую во многих случаях компенсацию емкостного тока в

кабельных сетях, организация действия релейной защиты на отключение фидера с ОЗЗ с минимальной выдержкой времени позволяет отказаться от применения дугогасящих реакторов. Примером использования такой концепции является реализуемый в настоящее время пилотный проект низкоомного резистивного заземления нейтрали в нескольких крупных центрах питания г. Санкт-Петербурга. В эквивалентной схеме рассматриваемой электрической сети (рис. 4) КЛ моделировалась в виде десяти П-схем (эквивалентирование участками по 500 м) с погонными параметрами R0=0,258 Ом/км; Х0 =0,081 Ом/км. Полный емкостной ток ОЗЗ в схеме равен 10 А, в том числе 6,14 А – ток от ёмкости рассматриваемой КЛ при принятых длине и сечении кабеля; 3,86 А – ток от эквивалентной ёмкости (n силовых кабелей суммарной длиной 3,1 км при том же сечении 3х120 мм2) на стороне НН трансформатора ТРДН-25000/110. Для учета влияния нелинейного ТН на характеристики переходного процесса была разработана и учтена в схеме модель трансфор-

научно‑практическое издание

матора типа НТМИ-10 с заземленной первичной обмоткой (фаза «В»). В ходе вычислительного эксперимента моделировалось два последовательных цикла зажигания и погасания дуги в двух точках кабельной линии: в середине КЛ – на отметке 2,5 км от питающих шин (1); в концевой муфте КЛ со стороны нагрузки – на отметке 5,0 км от питающих шин (2). Перенапряжения фиксировались по всей длине линии, «реперными» точками для этого служили узлы П-схем модели. Активная проводимость (эквивалент тока утечки) была принята равной 5% от емкостной проводимости на землю. Измерения перенапряжений проводились на каждом участке КЛ при соотношениях активного и емкостного токов IR/IC = 0…4. Трехфазная нагрузка подключена через трансформатор ТМГ-400 и представлена сопротивлением с параметрами RН=13 Ом, ХН=10,05 Ом на каждой фазе. Сопротивление дуги, исходя из условия возникновения дугового пробоя при малом динамическом сопротивлении дугового столба в изоляции кабеля, для упрощения модели и получения устойчивого результата было принято R Д = 5∙10 -4 Ом. Адекватность этого решения подтверждается многочисленными расчетами, показывающими удовлетворительную сходимость с результатами натурных экспериментов. Следует отметить, что продольные параметры кабельных линий оказывают существенное влияние на мгновенные значения токов и напряжений при дуговых замыканиях на землю и практически не влияют на действующие значения и гармонические составляющие в области частот примерно до 5 кГц. В сетях, выполненных воздушными линиями, и в сетях с токоограничивающими реакторами на отходящих от шин подстанции кабельных линиях продольные индуктивности могут быть соизмеримыми с индуктивностями питающих трансформаторов. Аналогичная ситуация, в зависимости от параметров конкретных КЛ, имеет место в сетях с относительно протяженными (длиной 3-5 км или 43

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

Рис. 4. Схема замещения распределительной кабельной сети для оценки параметров переходных процессов при дуговых ОЗЗ в разных точках КЛ, реализованная в программной оболочке VMAES

более) кабельными линиями. С учетом этого обстоятельства принимается схема замещения, реализованная в формате визуально-ориентированной модели в программной оболочке VMAES и представленная на рис. 4. Ставятся и решаются задачи распределения перенапряжений по длине протяженной КЛ, в том числе в зависимости от отношения IR /IC. Условия зажигания и погасания дуги принимались на основе результатов многочисленных экспериментальных исследований и данных регистрации несимметричных режимов работы сетей 6-10 кВ. Указанные сведения подтвердили основные закладываемые в математическую модель сети парамет44

03 / Сентябрь 2012

ры дугового ОЗЗ. В расчетной схеме реализованы следующие положения, касающиеся моментов зажигания и погасания дуги: а) при моделировании дугового ОЗЗ в середине КЛ первое зажигание происходит после перехода через максимум мгновенного значения напряжения на повреждаемой фазе, погасание дуги в первом цикле – после третьего перехода через ноль; второе зажигание – при максимуме напряжения; погасание дуги во втором цикле – после четвертого перехода ВЧ-тока дуги через нуль (рис. 5); б) при моделировании дугового ОЗЗ в концевой муфте КЛ зажигание дуги происходит после перехода через максимум мгновенного значения напряжения на повреждаемой фазе; погасание дуги происходит при первом переходе высокочастотного тока через нуль (рис. 6). Моделируется дуговое ОЗЗ на фазе «А» в кабеле. На рис. 5-6 представлены компьютерные осциллограммы напряжений на фазах (фаза «А» – черный, фаза «В» – синий, фаза «С» – красный) и нейтрали (зеленый), а также тока дуги в месте повреждения (голубой – в первом цикле пробоя, желтый – во втором). Оценка параметров переходных процессов показала, что частота тока дуги (перед обрывом в нуле) может несколько отличаться от цикла к циклу и для рассматриваемой схемы сети со-

ставляет 5,1-5,8 кГц. Высокая частота напряжения неповрежденных фаз после погасания дуги в первом цикле составляет 9,3-9,5 кГц, во втором – 8,7-8,9 кГц. Частоты среднечастотных составляющих напряжения после погасания дуги и в первом, и во втором циклах практически совпадают (2,0-2,5 кГц). Частоты импульсных перенапряжений менее 2 кГц в переходном процессе для рассматриваемой схемы в расчетном эксперименте не зарегистрированы. Можно показать, что более высокие частоты переходного процесса, определяемые в том числе параметрами источника питания и нагрузки, и в токе дугового замыкания, и в напряжении неповрежденных фаз – соответствуют более ранним переходам тока дуги через нуль с ее погасанием. Отметим, что отличие предложенной модели дугового ОЗЗ от классических схем Петерсена и Н.Н. Белякова заключается в реализации фактических положений по условиям зажигания и погасания дуги в изоляции кабеля с БПИ, полученных при мониторинге перенапряжений в действующих электрических сетях [2]: • в о-первых, пробой изоляции на одной фазе в кабельной сети после перехода напряжения через максимум на ней более вероятен (вероятность ≥ 0,5), нежели пробой в максимум (вероятность = 0,15);

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

а)

Рис. 5. Компьютерные осциллограммы

б)

переходных процессов при моделировании дугового ОЗЗ в середине КЛ (2,5 км от питающих шин): исходная осциллограмма (а), первый (б) и второй (в) циклы «зажиганиепогасание» дуги

в)

• в о-вторых, погасание дуги может происходить с равной вероятностью как в первый, так и любой из последующих 3-х–4-х переходов тока дуги через нуль. Адекватные действительным уровни перенапряжений могут быть получены на компьютерной модели при двух последовательных пробоях фазы на землю, на практике повторных пробоев может быть сколь угодно много (наибольшая зарегистрированная длительность дуговых ОЗЗ составляет на сегодняшний день несколько десятков минут), но независимо от их количества и условий существования справедливо соотношение UПЕР/UФMAX ≤ 3,0–3,2. При этом следует учитывать, что погасание дуги при горении в кабельной изоляции происходит при переходе высокочастотной составляющей (от 400-600 Гц до 2-6 кГц) тока через нуль. На основе рассматриваемой модели сети 10 кВ (рис. 4) в приложении к близким к реальным условиям горения дуги в кабельной изоляции при первых ее пробоях произведена оценка зависимости уровней перенапряжений от соотношения IR /IC по длине КЛ (рис. 7). Результаты расчетов, приведенные на рис. 7, хорошо согласуются с результатами физического моделирования, выполненного Н.Н. Беляковым [3]. Исходя из анализа параметров переходных процессов при дуговых ОЗЗ для различных моделей электрической сети с КЛ, а также на основе кривых распределения перенапряжений как функции отношения IR /IC можно отметить следующее. Точки пересечения кривых наибольших перенапряжений в одной и той же точке линии при двух последовательных пробоях позволяют оценить значения сопротивления резистора, достаточно-

а)

Рис. 6. Компьютерные осциллограммы переходных процессов при моделировании дугового ОЗЗ в концевой муфте КЛ (5,0 км от

Рис. 7. Расчетные уровни перенапряжений в трех точках

питающих шин) в

КЛ для различных соотношений IR/IC (пунктирные линии –

первом (а) и втором

после первого пробоя, сплошные – после второго) в сети без

(б) циклах «зажиганиепогасание» дуги

компенсации емкостного тока б)

научно‑практическое издание

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

го для ограничения перенапряжений до требуемого (который полагается безопасным для изоляции даже состаренного оборудования) уровня не более (2,4-2,6)UФMAX . Например, для рассматриваемой схемы сети практически независимо от удаления точки замыкания от питающих шин, оптимальный номинал резистора соответствует значениям активного тока I R = (0,6-0,7)I C . Зависимость UПЕР/UФMAX = f (IR /IC) носит характер гладкой ниспадающей кривой, которая с уровнем достоверности 0,98-0,99 может быть аппроксимирована полиномиальной функцией четвертой степени вида Аx4+Bx3+Cx2+Dx+E (для оценки перенапряжений на шинах) и функцией пятой степени вида

Аx5+Bx4+Cx3+Dx2+Ex+F (для оценки перенапряжений по длине КЛ) с коэффициентами, приведенными в табл. 1. Использование подобных полиномов позволит с высокой степенью точности проводить оценочные расчеты по выбору номинала резистора для заземления нейтрали сети как по условию ограничения перенапряжений, так и по условию гарантированного перевода перемежающейся дуги в устойчивую. На рис. 8 приведены кривые распределения уровней перенапряжений по длине рассматриваемой КЛ. Как показали расчеты, при дуговых ОЗЗ на КЛ наблюдается рост перенапряжений к концу линии, практически независимо от точки замыкания (напомним, что в расчетах замыкание

Табл. 1. Коэффициенты аппроксимирующих полиномов для оценки уровней перенапряжений в разных точках КЛ Коэффициенты полинома UПЕР/UФMAX = f(IR/IC)

Точка регистрации перенапряжений по длине КЛ концевая муфта со стороны нагрузки (отметка 5,0 км)

питающие шины (отметка 0 км)

середина КЛ (отметка 2,5 км)

9,8·10-3

1,3·10-3

-6,9·10-3

-0,1185

5,9·10-3

9,22·10-2

0,5243

-0,1506

-0,479

-1,0279

0,6753

1,2101

2,8832

-1,1928

-1,5164

2,98

3,08

Рис. 8. Распределение уровней перенапряжений по длине КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией при различных соотношениях IR/IC

03 / Сентябрь 2012

на землю моделировалось в середине линии на отметке 2,5 км и в концевой муфте на отметке 5,0 км). Это связано с характером волнового процесса при распространении импульса перенапряжения по линии. Следует отметить, что с повышением соотношения IR /IC рост перенапряжений по длине КЛ становится менее заметным: например, при IR /IC=0 разница в начале и конце КЛ длиной 5 км составляет ΔU ПЕР/UФMAX = 0,15, а при I R /I C =4 имеет место снижение до ΔU ПЕР/UФMAX = 0,06. Можно показать, что подобный характер изменения перенапряжений будет наблюдаться и при иных значениях протяженности КЛ с сохранением следующего соотношения: удаление точки регистрации фазных напряжений от точки дугового ОЗЗ на каждые 1000 м приводит к росту U ПЕР/UФMAX примерно на 1-4% после первого пробоя и на 0,5-1,0% после второго. Эти заключения были в целом подтверждены результатами осциллографирования переходных процессов при искусственных «металлических» ОЗЗ, которые можно рассматривать как частный случай единичного дугового пробоя, в кабельной сети 6 кВ ПС №104 «АСМ» г. Рубцовска. Регистрация фазных напряжений в двух точках – на секции шин подстанции, а также удалении на 7,7 км по наиболее протяженному фидеру сети – показала, что уровни U ПЕР/UФMAX могут увеличиваться по длине КЛ более чем на 20-25%, а длительность фронта импульса перенапряжения повышается примерно на 0,1-0,5 мс. Рост перенапряжений более расчетных значений и некоторое «вытягивание» фронта вызваны, вероятно, переотражением волны напряжения на узлах схемы – транзитных РП-6 кВ. Оценка параметров переходного процесса при дуговом замыкании в кабеле для сети с комбинированной нейтралью Можно показать, что для сети с компенсацией емкостного тока справедливы основные положения, касающиеся расчета амплитудных и частотных параметров с помощью использованной модели дугового замыка-

НАУКА

Режимы заземления нейтрали

ния. Принципиально в сети с ДГР за счет снижения скорости восстановления напряжения поврежденной фазы уменьшается частота следования повторных пробоев, однако при расстройках компенсации более 15-20% этот эффект будет серьезно нивелирован, возможны биения, а уровни перенапряжений станут сопоставимы с таковыми для сети с изолированной нейтралью. Включение в нейтраль параллельно дугогасящему реактору активного сопротивления способствует быстрому снижению свободных колебаний, гашению биений и снижению напряжения на поврежденной фазе. Большинство приведенных выше положений было подтверждено в результате натурных экспериментов с инициированием дугового замыкания в БПИ кабеля (искусственное повреждение типа «прокол») в действующей электрической сети 6 кВ Кемеровской ТЭЦ. Схема заземления нейтрали сети – комбинированная. В рассматриваемом опыте емкостный ток сети составлял 96 А, индуктивный ток перекомпенсации – 9,6 А (υ=+10%), активный ток от резисторов в нейтрали – 6,9 А. На рис. 9 с разными развертками по времени приведены осциллограммы переходного процесса дугового ОЗЗ в испытываемом кабеле ААшВ-6 3х120 мм2 (напряжение фазы «А» – синий, фазы «В» – зеленый, фазы «С» – красный, ток дуги в месте повреждения – черный). Всего в течение опыта было зафиксировано 57 пробоев. Попытки гашения дуги наблюдаются при каждом переходе высокочастотного тока через нуль, о чем свидетельствует появление малого, но отличного от нуля напряжения поврежденной фазы (рис. 9 б, в). Полученная частота тока дуги до погасания, совпадающая с частотой напряжений неповрежденных фаз, равна 520±30 Гц, а скорость перехода тока дуги через нуль перед погасанием – 400500 А/мс. Зарегистрированная в эксперименте частота тока перед погасанием дуги примерно на порядок ниже расчетных значений (рис. 5-6), что объясняется соответствующим отличием значений емкостей прямой и нулевой последо-

а)

б)

в) Рис. 9. Экспериментальная осциллограмма многократного дугового замыкания в кабельной изоляции с попытками погасания и успешным гашением дуги при переходе высокочастотного тока дуги через нуль (масштаб по оси напряжения 2,55 кВ/дел): а) 100 мс/дел, б) 20 мс/дел, в) 2 мс/дел

вательностей в экспериментальной и расчетной схемах сети. Перенапряжения на протяжении дугового замыкания (длительностью 5,2 с в рассматриваемом опыте) не превышают 2,4UФMAX. В процессе горения прерывистой дуги с

научно‑практическое издание

бестоковыми паузами 60-100 мс и длительностью существования высокочастотного тока 5-7 мс напряжение повторных пробоев меняется в диапазоне (0,1-0,6)UФMAX. Скорость восстановления напряжения на поврежденной 47

НАУКА

Ширковец Андрей Игоревич Дата рождения: 06.09.1983 г., окончил в 2006 г. Новосибирский государственный технический университет, кафедра техники и электрофизики высоких напряжений, магистр техники и технологии по направлению «Электроэнергетика». В настоящее время соискатель ученой степени кандидата технических наук (НГТУ), научный руководитель д.т.н., профессор К.П. Кадомская, ведущий инженер научноисследовательского отдела ООО «Болид»

03 / Сентябрь 2012

Режимы заземления нейтрали фазе в бестоковую паузу, в зависимости от условий пробоя, составляет от 15-20 В/мс до 40-60 В/мс. Таким образом, представленные цифровые осциллограммы, записанные с частотой дискретизации не ниже 500 кГц, в целом подтверждают адекватность, дополняют и корректируют результаты расчетов с помощью представленной модели для анализа переходных процессов при дуговых замыканиях на землю в изоляции силовых кабелей 6-10 кВ. Выводы 1. Рассмотрены особенности дугового замыкания в БПИ силового кабеля, и получен характер изменения восстанавливающейся электрической прочности на различных стадиях горения дуги ОЗЗ, подтвержденный натурными осциллограммами в действующей кабельной сети 6 кВ промышленного предприятия. 2. В рамках решения поставленной задачи разработана и реализована в программной оболочке VMAES расчетная модель для анализа переходных процессов при дуговых ОЗЗ в сети 10 кВ с кабельными линиями большой протяженности. Для данной модели кабельной сети характерной конфигурации (секция шин) проведен комплекс расчетов перенапряжений и определены основные амплитудные и частотные параметры переходного процесса. 3. Показано, что погасание дуги при горении в кабельной изоляции происходит при переходе высокочастотной (как правило, от 400-600 Гц до 2-6 кГц) составляющей тока через нуль. Это условие следует использовать при моделировании соответствующих переходных процессов, частоты которых в идеальной схеме замещения определяются только эквивалентной емкостью сети (фазной на землю и междуфазной) и мощностью питающего трансформатора. 4. Распределение перенапряжений по КЛ 6-10 кВ длиной до 5 км, определяемое в основном соотношением IR /IC и относительно слабо зависящее от точки замыкания, не превышает обычно (2,4-2,6)UФMAX уже при IR /IC ≥ 0,5-0,7. В целом волна перенапряжений, вызванная замыканием на землю в изоляции кабеля, при пробегании по линии несколько искажается как по длительности фронта, так и по амплитуде. Независимо от точки замыкания уровень перенапряжений, воздействующих на изоляцию неповрежденных фаз кабеля, определяется соотношением IR /IC и повышается к концу линии примерно на 5-15% для КЛ с характерными длинами 3-5 км.

Эффект повышения амплитуды перенапряжения при пробегании волны вдоль протяженной КЛ становится более заметным и может достигать 20-25% уже при первом пробое, если длина КЛ превышает 7 км. 5. Натурные эксперименты с созданием дугового замыкания длительностью более 5 с в кабельной изоляции позволяют скорректировать амплитудные и частотные параметры переходного процесса для случая комбинированного заземления нейтрали, т.е. при меньшей (по сравнению с режимом резистивного заземления нейтрали) скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе в бестоковую паузу, оцененной как 20-60 В/мс. Литература: 1. Александров Г.Н., Иванов В.Л., Кадомская К.П. и др. Техника высоких напряжений. Учеб. пособие для вузов./ Под ред. М.В. Костенко. – М.: Высшая школа, 1973. – 528 с. 2. Ильиных М.В., Ширковец А.И., Сарин Л.И., Буянов Э.В. Компенсированная и комбинированно заземленная нейтраль. Опыт эксплуатации сети 6 кВ металлургического комбината // Новости Электротехники. 2007. №2 (44). – С. 68–72. 3. Беляков Н.Н. Перенапряжения от заземляющих дуг в сетях с активным сопротивлением в нейтрали// Труды ВНИИЭ. 1961. Вып. 11. – C. 84-101.

НАУКА

научно‑практическое издание

НАУКА Авторы: к.т.н. Лачугин В.Ф., ОАО «ЭНИН», г. Москва, Россия;

к.т.н. Иванов С.В., Белянин А.А., ООО «ИЦ «Бреслер», г. Чебоксары, Россия.

Релейная защита УДК 621.316.925

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНЫХ ЗАЩИТ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ THE IMPULSE GROUND FAULT PROTECTION DESIGN

Аннотация: рассмотрены этапы разработки и внедрения селективных защит от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ, использующих для своего функционирования токи и напряжения переходного процесса, принципы построения которых закладывались и модернизировались в Энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского. Приведены результаты испытаний микропроцессорных устройств защиты, разработанных ОАО «ЭНИН» и ООО «ИЦ «Бреслер».

Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, импульсные защиты, разработки, опыт эксплуатации, испытания, микропроцессорные устройства. Lachugin V.F., Ph D, JSC «ENIN», Moscow, Russia; Ivanov S.V., Belianin A.A., «Research Center «Bresler» LLC, Cheboksary, Russia.

Abstract: The design and implementation stages of selective traveling wave ground fault protections for 6-35 kV distribution networks are described. Philosophy of this protection are founded and modernized in ENIN by G.M. Krzyzanowskiy. The microprocessor – based devices test results developed by JSC «ENIN» and «RC «Bresler» LLC are shown. Keywords: ground fault, travelling wave protections, design, field experience, tests, microprocessor – based devices.

03 / Сентябрь 2012

Обеспечение надежной работы распределительных сетей 6-35 кВ требует широкого применения селективных защит от однофазных замыканий (ОЗЗ) на землю. Сети 6-35 кВ могут иметь различные конфигурацию и режимы заземления нейтрали (изолированную, заземленную через дугогасящий реактор (ДГР) и резистивно заземленную), что предъявляет к защитам от ОЗЗ ряд весьма жестких требований в части обеспечения • в ысокой чувствительности и 100% селективности независимо от конфигурации сети и от режима заземления нейтрали электрической сети с воздушными, кабельными и смешанными линиями; • с елективности как при устойчивых, так и неустойчивых замыканиях; •н адежности при многократно повторяющихся (перемежающихся) замыканиях; •д ействия на сигнал или на отключение, с возможностью передачи информации о срабатывании на верхний уровень автоматизированных систем управления (АСУ) по каналам связи; • в озможности проверки защиты под нагрузкой. Выполнение данных требований сталкивается с существенными трудностями. Так, вследствие имеющейся вероятности формирования низкого уровня токов ОЗЗ (до сотых долей ампера) могут не удовлетворяться требования по чувствительности в сетях с изолированной нейтралью, особенно при замыканиях через переходное сопротивление. Компенсация тока ОЗЗ в сети с помощью ДГР способна снизить уровень токов ОЗЗ промышленной частоты практически до нуля. Использование токов установившегося режима затруднено и при многократно повторяющихся замыканиях.

Следует отметить, что в кабельных радиальных сетях 6-10 кВ с емкостной компенсацией успешно зарекомендовали себя устройства защиты от замыканий на землю, реагирующие на высшие гармонические составляющие тока ОЗЗ. Однако в сетях 35 кВ, преимущественно воздушных, эти защиты практически не применяются из-за низкого уровня высших гармоник. Все это свидетельствует о сложности организации защиты от ОЗЗ в сетях с обеспечением необходимой селективности и чувствительности. Поэтому в сетях напряжением 6-35 кВ страны в большинстве случаев поиск линии с ОЗЗ осуществляется путем переключения линий сети после регистрации факта срабатывания устройством контроля изоляции, фиксирующим ОЗЗ на секции сборных шин, к которым эти линии подключены. Даже при незначительном затягивании поиска

Рис. 1. Схема воздушной сети 35 кВРис.1 с размещением импульсной защиты от ОЗЗ

НАУКА

Релейная защита

Рис. 2. Осциллограммы переходного процесса в цепях импульсного органа направления мощности при внешнем ОЗЗ (метки через 200 мкс): I – напряжение на входе цепи тока ОНМ, установленного на ГРЭС-3 на ВЛ ГРЭС-3 – подстанция 199; II – напряжение на входе цепи напряжения того же ОНМ

присоединения с ОЗЗ возможен переход ОЗЗ в двойное замыкание на землю с развитием аварии. Удовлетворению требований по селективности при устойчивых и неустойчивых ОЗЗ способствует применение быстродействующих алгоритмов, реагирующих, в частности, на переходные токи и напряжения [1]. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют защиты, реагирующие на направление распространения волн переходного процесса, возникающего при ОЗЗ [2, 3]. Использование данного принципа определяет независимость функционирования защиты от

режима заземления нейтрали и конфигурации сети, а также обеспечивает способность ее работы как при устойчивых, так и при неустойчивых замыканиях. Энергетический институт (ЭНИН) им. Г.М. Кржижановского является основоположником научно-технического направления по созданию селективных импульсных устройств защиты от ОЗЗ в сетях 6-35 кВ. Принципы действия устройства основаны на сравнении и запоминании в органе направления мощности (ОНМ) знаков токов 3I0 и напряжений 3U0 переходного процесса, формируемых в месте ОЗЗ

и распространяющихся к концам линий (пунктам установки защит). Несовпадение знаков этих электрических величин определяет ОЗЗ в защищаемом направлении, совпадение – внешнее ОЗЗ. Факт устойчивого ОЗЗ подтверждается срабатыванием пускового органа этой защиты, реагирующего на установившееся напряжение 3U0 промышленной частоты. Экспериментальные исследования переходных процессов в воздушных и кабельных линиях 6-35 кВ при ОЗЗ позволили проверить закономерности формирования сигналов на входах защиты, а также проверить основной принцип защиты – контроль направления распространения волн по знаку мгновенной мощности [1]. Многочисленные опыты искусственных ОЗЗ в электрических сетях фиксировались электронным осциллографом со ждущей разверткой с применением частотных RC-фильтров, подавляющих величины промышленной частоты, с записью переходных токов и напряжений в цепях фильтров нулевой последовательности, а также напряжения на выходе ОНМ, характеризующего соотношение знаков тока и напряжения. Ниже приводятся осциллограммы наиболее характерных опытов ОЗЗ в воздушных сетях 35 кВ (рис. 1 и 2), 6 кВ (рис. 3) и 10 кВ (рис. 4).

Рис. 4. Схема участка кабельной сети 10 кВ и осциллограммы переходного процесса при ОЗЗ в Рис. 3. Схема кабельной сети 6 кВ ГРЭС-1 н осциллограммы

защищаемом направлении на шинах ФП-1 (метки через 500 мкс):

переходного процесса при ОЗЗ в конце ВЛ 1-08 (развертка – 2,5 мс):

I – напряжение ЗU0 с ТН шин подстанции 10 кВ; II – ток нулевой последовательности линии

I – напряжение 3U0 с ТН шин ГРЭС-1: II – ток в нулевом проводе TT ВЛ 1-11

Ф-11 (осциллограмма 1) и суммарный ток 3I0 линий Ф-6, Ф-7 и Ф-11 (осциллограммы 2 и 3) при

(осциллограмма I), ТT ВЛ 1-08 (осциллограмма 2) на ГРЭС-1

измененной полярности подключения цепи тока

научно‑практическое издание

НАУКА

Релейная защита

Анализ осциллограмм показывает: •р азличие начальных знаков тока и напряжения в переходном процессе для условий ОЗЗ в зоне и вне зоны действия защиты; •д остаточную для надежной фиксации длительность начальной стадии переходного процесса до изменения знака – от сотен микросекунд примерно до одной миллисекунды. На основе теоретических исследований и приведенных результатов опытов ОЗЗ рижским заводом «Энергоавтоматика» совместно с ЭНИН в 1976 году было разработано устройство импульсной защиты (ИЗС) от ОЗЗ для сетей 6-35 кВ. В течение 1977-89 годов в энергосистемы страны поступило несколько тысяч этих устройств. Опыт эксплуатации ИЗС наряду с весьма положительными показателями, в частности в электрических сетях Ленэнерго, Куйбышевэнерго и других энергосистем, выявил ряд случаев недостаточной эффективности функционирования ИЗС. По полученным ЭНИН к 1990 году данным, в электрических сетях ряда энергосистем зафиксированы неправильные действия ИЗС при ОЗЗ в схемах, в которых к секции шин 6-35 кВ были подключены только две линии. Анализ этих данных позволил установить в качестве основной причины неправильных действий ИЗС представленный в [1] метод выбора параметров срабатывания ИЗС. В этом методе были даны рекомендации по загрублению ИЗС для предотвращения излишних срабатываний в радиальной сети, что давало основание эксплуатации выбирать наибольшее значение тока срабатывания ОНМ ИЗС при установке устройств в сети. Это приводило к снижению чувствительности защиты на срабатывание при внутренних ОЗЗ, вызывая ее действие на блокировку по каналу ОНМ, имеющему в два раза большую чувствительность. При этом создавались усло52

03 / Сентябрь 2012

вия для произвольного срабатывания ИЗС на отключение на других защищаемых линиях при изменениях полярностей тока и напряжения в процессе развития переходного процесса с учетом смежных линий относительно малой длины (не более 1-2 км). Для повышения эффективности функционирования ИЗС было принято (с учетом расчетных исследований) решение использовать только самый низкий параметр срабатывания ОНМ по току, а также снизить полосу пропускания частот ОНМ до 1-2 кГц с целью увеличения длительности входного сигнала, на который должна реагировать ОНМ для повышения селективности ИЗС. Это требование было реализовано при выполнении разработки модернизированного устройства импульсной защиты от ОЗЗ, осуществленной в 1990-91 гг. ЭНИН совместно с рижским заводом «Энергоавтоматика». Это устройство, получившее название ИЗС-М, в отличие от ИЗС, имевшей полупроводниковую элементную базу, было выполнено с использованием микроэлектронной технологии. Наряду с некоторым уменьшением габаритов и веса устройства удалось усовершенствовать блок тестового контроля, выполнив его в отдельной конструкции с выполнением функций сразу для нескольких устройств. В феврале 1992 года 10 устройств ИЗС-М были подключены к трансформаторам тока и напряжения кабельных линий (КЛ) 35 кВ Невинномысской ГРЭС. Большой вклад в разработку этих устройств внес сотрудник «Энергоавтоматики» к.т.н. И.К. Сурвило. Благодаря его высокому профессионализму и творческому подходу к выполняемым техническим решениям удалось выполнить все требования, предъявляемые к новой разработке. Следствием этого стало успешное функционирование устройств ИЭС-М в течение всего времени их эксплуатации. Драматическая обстановка

1990-х годов привела к затуханию и прекращению промышленно-экономических связей российских предприятий с предприятиями такого типа как «Энергоавтоматика», оказавшихся в разных государственно-политических образованиях. В результате систематическое производство ИЗС-М не смогло быть продолжено, и в середине 1990-х годов ОАО «ЭНИН» начало разработку нового устройства импульсной защиты (УЗС) совместно с казанским предприятием «Энергосоюз». Во многом благодаря инициативе директора «Энергосоюза» М.Г. Мустафина, а также усилиям рабочей группы, в которую входили А.С. Вакатов, В.Е. Айхенвальд и автор настоящей статьи В.Ф. Лачугин, удалось разработать устройство УЗС, выполненное так же, как и ИЗС-М, на микроэлектронной основе. Новая разработка импульсной защиты сети 6-35 кВ позволила не только устранить отмеченные выше недостатки, но и повысить ее техническое совершенство за счет разработки блока защиты, реагирующего на ОЗЗ в единственной линии, присоединенной к секции шин, а также уменьшить габариты и вес защиты. Пилотный образец УЗС был установлен на секции шин Казанской ТЭЦ-1. Устройство находилось в опытной эксплуатации с 1996 года и действовало правильно. В мае 1998 года были проведены испытания образца УЗС на физической модели трехфазной электрической сети кафедры «Автоматическое управление электроэнергетическими системами» Ивановского государственного энергетического университета. Целью испытаний являлось проведение экспериментальных исследований устройства защиты в условиях, приближенных к реальным в электрических сетях 6-10 кВ. Физическая модель, на которой проводились испытания устройства, имитировала смешанную кабельновоздушную сеть напряжением 6 кВ в

НАУКА

Релейная защита

режимах с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостного тока ОЗЗ. Схема сети обеспечивала моделирование нескольких кабельных (длиной от 100 до 500 м) и воздушных (длиной до 10 км) линий, с изменением суммарного емкостного тока сети I сΣ , удаленности I з точки ОЗЗ от шин, начальной фазы пробоя изоляции φ, интервалов времени между повторными пробоями, переходного сопротивления R n в месте повреждения. Кабельные и воздушные линии имитировались трехфазными цепными схемами, удаленные участки сети – сосредоточенными трехфазными емкостями. Испытания включали проверку эффективности функционирования устройства защиты УЗС при внешних и внутренних ОЗЗ всех разновидностей: кратковременных, самоустраняющихся, устойчивых и прерывистых. Параметры, определяющие условия экспериментов, изменялись в следующих пределах: I сΣ от 10 до 30 A; I з от 0 до 10 км; φ от 0 до 360°; R n от 0 до 1000 Ом. Интервалы времени между повторными пробоями изоляции изменялись от долей до 10 и более периодов промышленной час тоты. Общее чис ло ОЗЗ, имитировавшихс я на модели, сос тавило более 1000. В результате испытаний: •п ри всех внешних ОЗЗ ус тройс тво УЗС срабатывало правильно (на блокировк у); •п ри вну тренних ОЗЗ ус тройс тво УЗС срабатывало правильно во всех с лучаях, когда уровень пе реходного тока превышал заданный порог срабатывания по ток у, а д лительнос ть с ущес тво вания напряжения 3U 0 в сети – время срабатывания пускового органа защиты по напряжению нулевой пос ледовательнос ти. Если уровень входных сигналов по ток у и напряжению нулевой по с ледовательнос ти оказывалс я меньше заданных техническими требованиями параметров срабатывания, ус тройс тво дейс твовало

на блокировк у. Таким образом, излишних и ложных срабатываний защиты при испытаниях отмечено не было. Срабатывания при внутренних ОЗЗ на блокировку имели место только в тех условиях, когда уровни входных сигналов по току и напряжению оказывались ниже установленных техническими требованиями на устройство защиты УЗС. Следует отметить, что наряду с УЗС испытаниям на модели был подвергнут один из экземпляров устройства ИЗС. Результаты показали несколько худшую чувствительность этого образца по сравнению с испытывавшимся устройством УЗС, в частности при имитации переходных сопротивлений в месте ОЗЗ. Разработанное устройство импульсной защиты УЗС в 1999-2000 годах прошло серию испытаний в сети 35 кВ Октябрьских сетей Мосэнерго на ПС «Солнечногорск» [3]. Испытания включали ОЗЗ в конце и начале защищаемой воздушной линии (ВЛ) 35 кВ, а также на смежных линиях в транзитном и тупиковом режимах сети 35 кВ. При этом организовывались металлические и дуговые замыкания. Устройство защиты было включено по токовым цепям в нулевой провод трансформатора тока ВЛ 35 кВ «Солнечногорск-Волково», а по цепям напряжения – к емкостному фильтру нулевой последовательности трансформатора напряжения системы шин 35 кВ ПС «Солнечногорск». До начала испытаний была выполнена проверка направленности защиты. Опыты замыканий в конце защищаемой линии осуществлялись следующим образом. Отключали выключатели линии «СолнечногорскВолково» со стороны ПС «Волково». Отключали также шинный разъединитель выключателя, и на одну из фаз ошиновки этого выключателя со стороны шинного разъединителя подключалась цепь замыкания на землю в виде устройства с пробивным промежутком (для имитаций

научно‑практическое издание

дуговых замыканий) или в виде переносного заземления (для имитации металлических замыканий). Само ОЗЗ вызывалось выключением выключателя со стороны ПС «Волково». Кроме того, осуществлялся режим включения линии на предварительно установленное заземление фазы путем замыкания выключателя со стороны ПС «Солнечногорск» при включенном выключателе со стороны ПС «Волково». ОЗЗ вблизи места устройства защиты осуществлялись включением предварительного отключенного выключателя ПС «Солнечногорск» на цепь замыкания, подсоединенную к одной из фаз ошиновки этого выключателя со стороны его линейного разъединителя, при отключенном выключателе линии на ПС «Волково». Все опыты проводились в режиме замыкания транзита, а также при подключении ВЛ «Солнечногорск-Волково» только к силовым трансформаторам ПС «Солнечногорск (тупиковый режим). Результаты испытаний показали следующее. При ОЗЗ в конце защищаемой ВЛ 35 кВ защита действовала на срабатывание во всех случаях опытов независимо от характера замыкания и режима коммутации сети 35 кВ. При ОЗЗ в начале защищаемой ВЛ устройство действовало на срабатывание в транзитном режиме при всех металлических замыканиях. При дуговых замыканиях в этом же режиме устройство срабатывало при касании проводом земли или при его расположении на деревянной платформе, с изменением ее высоты от 2 до 10 см. Устройство импульсной защиты УЗС в конце 2000 года было принято межведомственной комиссией с рекомендацией по его установке в сетях 6-35 кВ Российской Федерации. Селективное распознавание поврежденной линии электропередачи в сети 6-35 кВ импульсными устройствами типа ИЗС, ИЗС-М и УЗС 53

ПРАКТИКА

Релейная защита

Рис. 5. Схема подключения устройства ТОР 110 ИЗН (а – к ТТ нулевой последовательности, б – на сумму фазных токов ТТ)

Рис. 6. Устройство ИЗН-01(внешний вид)

определяется временем в несколько десятков микросекунд, что существенно превышает быстродействие устройств аналогичного назначения, реагирующих на параметры режима промышленной частоты. В течение многих лет выполнение устройства импульсной защиты от ОЗЗ в виде микропроцессорного с учетом направления развития современной техники релейной защиты откладывалось из-за высокой стоимости соответствующих микропроцессоров. Появление микропроцессоров, способных регистрировать и обрабатывать переходный процесс с интервалом дискретизации порядка десятков и сотен микросекунд, и накопление определенного опыта работы с ними позволило ОАО «ЭНИН» совместно с ООО «ИЦ «Бреслер» (г. Чебоксары) приступить в 2009 году к выполнению разработки микропроцессорного устройства релейной защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-35 кВ, реагирующего на начальную стадию переходного процесса, вызванного ОЗЗ. Особое место при выполнении 54

03 / Сентябрь 2012

Рис. 7. Устройство ИЗН-01, установленное в ячейке 31 линии РП-15-1

указанной разработки было уделено процессу моделирования функционирования микропроцессорного устройства импульсной защиты при ОЗЗ (с помощью программных средств Matlab) в радиальной и кольцевой сети 10 кВ с учетом намечаемой установки трех разрабатываемых устройств на линиях напряжением 10 кВ. При этом серьезное внимание уделялось моделированию величины активного сопротивления дуги в месте ОЗЗ. Указанная величина варьировалась до 1000-1250 Ом – для сети с изолированной нейтралью, до 1000-2300 Ом – для сети с компенсированной нейтралью и до 500-800 Ом – для сети с резистивно-заземленной нейтралью. Испытания показали, что при параметрах срабатывания ОНМ защиты 0,01 А по току и 1 В по напряжению устройство обладало требуемыми чувствительностью и селективностью при ОЗЗ в зоне и вне зоны микропроцессорной защиты. Три пилотных микропроцессорных устройства импульсной защиты от ОЗЗ в октябре 2010 г. были

установлены в опытную эксплуатацию на ПС «Ханты-Мансийская» [4]. Результаты натурных испытаний защиты на линиях 10 кВ ПС «ХантыМансийская» подтвердили работоспособность устройства. В дальнейшем ОАО «ЭНИН» совместно с ООО «ИЦ Бреслер» провели доработку указанного микропроцессорного устройства с целью ускорения его промышленного внедрения. В результате было разработано устройство «ТОР 110 ИЗН» (ИЗН-01), являющееся индивидуальным и устанавливаемым на защищаемой линии и подключаемым к вторичной обмотке трансформатора тока (ТТ) нулевой последовательности защищаемой линии и к обмотке трансформатора напряжения (ТН) шин, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 5, а). При отсутствии ТТ нулевой последовательности устройство может подключаться на сумму токов трех фаз ТТ линии (рис. 5, б). Устройство «ТОР 110 ИЗН» (ИЗН-01), внешний вид которого представлен на рис. 6, обеспечивает: • с елективную защиту от замыканий на землю воздушных, кабельных и смешанных линий в сети 6-35 кВ независимо от режима заземления ее нейтрали (с действием на сигнал или отключение без необходимости изменения параметров срабатывания устройства в процессе эксплуатации); • к онтроль состояния цепей ТН; •о сциллографирование и регистрацию ОЗЗ и переключений с организацией базы данных аварийных осциллограмм; • к онтроль правильности ориентирования устройства в заданном направлении (фазировки); •и нтеграцию в АСУ по протоколу IEC 60870-103. Устройство обладает малыми габаритами и весом и может устанавливаться, в частности, на дверь релейного отсека, как показано на рис. 7. Для контроля правильности ориентирования защиты в заданном направлении, а также для проверки устройства под нагрузкой в устройстве предусмотрена тестовая функция, ввод которой осуществляется при включении выключателя

ПРАКТИКА

Релейная защита

Рис. 8. Осциллограмма токов и напряжений нулевой последовательности при включении выключателя линии

Рис. 9. Схема сети 10 кВ ПС «Ханты-Мансийская»

научно‑практическое издание

защищаемой линии. За счет разновременности замыкания контактов выключателя по фазам А, В и С линии возникает кратковременный переходный процесс с формированием напряжения и тока нулевой последовательности в соответствии с рис. 8. По направлению мгновенной мощности устройства определяется правильность фазировки. Натурные испытания устройств ИЗН-01 проводились в мае 2012 года в электрической сети 10 кВ подстанции (ПС) Ханты-Мансийская ОАО «Тюменьэнерго» при установке этих устройств на линиях РП-12-1, РП-12 2, РП-15-1 и Базьяны. Схема сети 10 кВ представлена на рис. 9. Сеть состоит преимущественно из воздушных линий, подключение которых к шинам 10 кВ осуществлено через кабельные вставки. При этом городские линии, спустя несколько километров, переходят в кабельные. Секции 1 и 3, а также секции 2 и 4 работают параллельно. На ПС осуществляется кратковременное подключение резисторов к соответствующим секциям шин 10 кВ через 500 мс после возникновения ОЗЗ. При натурных испытаниях искусственные ОЗЗ осуществлялись путем включения выключателя линии на предварительно установленное в конце линии устройство переносного заземления. Всего было проведено 21 искусственное ОЗЗ. Кроме того, в промежутке между натурными испытаниями было зафиксировано одно реальное ОЗЗ. При всех ОЗЗ устройства ИЗН-01 работали правильно. Осциллограммы токов и напряжений искусственного ОЗЗ на ЛЭП РП-12 1 приведены на рис. 10 ( а и б – осциллограммы, записанные устройствами ИЗН-01, установленными соответственно на линии РП-12-1 и на линии Базьяны). При этом значительные искажения напряжения ТН третьей секции шин 10 кВ вызваны некорректным подключением антирезонансной обмотки ТН. Тем не менее это не привело к неселективной работе устройства. На рис. 11 приведена осциллограмма реального ОЗЗ на ЛЭП 10 кВ ОАО-1, записанная устройством ИЗН-01, 55

НАУКА

Релейная защита

Лачугин Владимир Федорович Дата рождения: 9.06.1948 г. В 1972 году окончил Московский энергетический институт по специальности «Электрические сети и системы». В 1981 году защитил в Энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского кандидатскую диссертацию на тему: «Анализ переходных процессов в линиях

Рис. 10. Осциллограммы искусственного замыкания на линии РП-12-1, записанные

сверхвысокого напряжения

на линиях РП-12-1(а) и Базьяны(б)

для целей построения релейной волновой защиты». Заведующий лабораторией информационно-измерительных и управляющих систем в электроэнергетике ОАО «ЭНИН».

Иванов Сергей Владимирович Дата рождения: 1980 г. Окончил в 2003 г. магистратуру электроэнергетического факультета Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова по специальности «Автоматика энергосистем». В 2005 г. защитил кандидатскую диссертацию. Директор центра исполнения проектов ООО «ИЦ «Бреслер».

03 / Сентябрь 2012

Рис. 11. Осциллограмма ОЗЗ на линии ОАО-1

НАУКА

Белянин Андрей Александрович Дата рождения: 1990 г. В 2011 г. с отличием закончил бакалавриат Чувашского государственного университета (ЧГУ) им. И.Н. Ульянова по специальности «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем». Магистрант второго года обучения ЧГУ им. И.Н. Ульянова по

Релейная защита установленным на линии Базьяны. Устройство работало правильно на блокировку, поскольку для него это замыкание являлось внешним. Измеренное устройством ИЗН-01 вторичное напряжение 3U0, равное 80,8 В, указывает на значительную величину переходного сопротивления в месте ОЗЗ. В процессе эксплуатации защиты с мая по июль 2012 года на линиях 10 кВ ПС «Ханты-Мансийская» было зафиксировано 97 ОЗЗ, большая часть которых носила самоустраняющийся (кратковременный) характер. Среди этих ОЗЗ был зафиксирован ряд срабатываний устройств ИЗН-01, вызванных плавным развитием ОЗЗ в течение 300-500 мс до начала волновой стадии. Для устранения вероятности неселективных срабатываний предполагается усовершенствовать алгоритм защиты на основе использования уникальных возможностей устройства ИЗН 01 по осциллографированию реальных ОЗЗ и предаварийных стадий с высокой разрешающей способностью.

специальности «Автоматика энергосистем». Инженер-исследователь

Технические характеристики устройства: Порог срабатывания импульсного органа направления мощности: по току 3I0....................................(0,01 ± 0,002 ) А; по напряжению 3U0..........................(1,0 ± 0,2) В. Порог срабатывания пускового органа напряжения 3U0.........................................(15 ± 2) В. Собственное время срабатывания защиты..................................................не более 60 мс (предусмотрена дополнительная задержка для отстройки от кратковременных замыканий на 1-2 с). Рабочий диапазон устройства........от -40° С до +60°С. Литература: 1. Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов. – М.: Энергоатомиздат, 1986, 248 с. 2. Лачугин В.Ф. Направленная импульсная защита от замыканий на землю // Энергетик. – 1997. – № 9. С. 21. 3. Лачугин В.Ф. Экспериментальные исследования импульсной защиты от замыканий на землю воздушных и кабельных сетей с компенсированной нейтралью // Электрические станции. – 2005. – № 8. С. 58-63. 4. Лачугин В.Ф., Иванов С.В. Новое микропроцессорное устройство для воздушных и кабельных линий 6 – 35 кВ. // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2011. – № 6 (9). С. 150.

ООО «ИЦ «Бреслер».

ВСЕ, ЧТО ВЫ ХОТЕЛИ ЗНАТЬ ОБ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В новой книге Владимира Гуревича детально описаны устройства и системы электропитания релейной защиты: от встроенных источников питания микропроцессорных реле защиты, зарядно-подзарядных агрегатов, аккумуляторных батарей, источников бесперебойного питания до особенностей систем резервирования оперативного постоянного тока подстанций и электростанций. Рассматриваются также и конкретные проблемы устройств и систем электропитания РЗ, встречающиеся на практике, но малоизвестные и не описанные в технической литературе. Описание технических проблем сопровождается предложениями по их решению. Попутно автор попытался решить проблему недостаточного уровня знаний в области электроники у пер-

научно‑практическое издание

сонала, обслуживающего системы электропитания РЗ путем описания в первой главе книги основ электроники и самой распространенной элементной базы: транзисторов, тиристоров, оптронов, логических элементов, реле. Книга рассчитана на инженеров и техников, занимающихся эксплуатацией систем оперативного тока и собственных нужд подстанций и электростанций, систем релейной защиты, а также может быть полезна преподавателям и студентам соответствующих дисциплин средних и высших учебных заведений. Оформить заказ на книгу Вы можете на сайте Издательства «Инфра-Инженерия»: http://www.infra-e.ru. Справки по тел.: 8-911-512-48-48.

НАУКА Авторы: Гречухин В.Н., Лебедев В.Д., ИГЭУ, Гречухин М.А., ООО «Разработка информационных систем», г. Иваново, Россия.

Релейная защита Посвящается памяти Владимира Николаевича Гречухина – директора УНЦ ВИПТ ИГЭУ,

УДК: 621.316.925

доцента кафедры ТОЭЭ.

СТРАТЕГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЦИФРОВЫМИ ТТ И ТН МЕТРОЛОГИИ И НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМ РЗА И УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПОДСТАНЦИЯХ 110-220 КВ STRATEGY AND TECHNICAL SOLUTIONS PROVIDING BETTER PRECISION

V. Grechukhin, V. Lebedev (ISPU, Ivanovo),

AND RELIABILITY OF ENERGY METERING AND PROTECTION SYSTEMS AT

M. Grechukhin (ISD, Moscow)

SUBSTATIONS 110-220 KV WITH THE USE OF DIGITAL CT AND VT

Abstract:

Аннотация: рассмотрены метрологические требования к цифровым (электронным) трансформаторам тока и напряжения, организация цифровых вторичных цепей. Предложена структура передачи информации от цифровых (электронных) трансформаторов к системам учёта, защиты и автоматики с использованием протоколов межпроцессорного информационного обмена по оптоканалам по стандарту IEC 61-850-9.2 LE. Стратегически важно иметь технические решения, обеспечивающие определение погрешностей, вносимых как первичными преобразователями цифровых ТТ и ТН, находящихся на первичном проводе, так и каналами цифровой связи. Внедряя цифровые ТТ и ТН, необходимо придерживаться проверенного практикой и закрепленного в ПУЭ и IEC 61850-3 принципа надежности: «системы измерений, учета и РЗА на каждом присоединении должны функционировать независимо от состояния и работоспособности других присоединений и систем на подстанции».

The paper considers metrological requirements for digital (electronic) current (CT) and voltage (VT) transformers as well as the configuration of secondary digital circuits. An algorithm of transferring the data from digital (electronic) transformers to energy metering systems as well as relay protection and control devices is proposed.

Ключевые слова: высоковольтные цифровые трансформаторы тока и напряжения (ЦТТН), микропроцессорное АЦП, IEC 60044-8, цифровые вторичные цепи, шина процесса, IEC 61850. This algorithm employs interprocessor communication protocols using optical channels, according to IEC 61-850-9.2 LE. It is strategically important to have technical solutions leading to the determination of errors resulting from both optical channels and digital CT and VT primary transducers situated on the primary wire. While introducing digital CT and VT, it is important to adhere to the following reliability concept that has been proved by real-life experience and is now declared in Electrical components setup rules and IEC 61850-3: “Measurement

03 / Сентябрь 2012

Введение Технический прогресс в электроэнергетике привел к разработке и внедрению на подстанциях энергосистем России микропроцессорных систем РЗ и ПА, учёта, РАС, АИИС КУЭ и других систем. На новых и реконструируемых подстанциях вся информация циркулирует в цифре, за исключением потоков метрологической информации о мгновенных значениях первичных токов и напряжений в высоковольтном оборудовании, которые остались аналоговые. Объём аналоговых вторичных цепей 1 А (5 А), 100 В, 100/ В значительно возрос, увеличиваются требования к точности ТТ и ТН. Недостатки высоковольтных ТТ и ТН известны. Это насыщение магнитопровода и недостаточная точность ТТ, феррорезонанс в индуктивных ТН, недостаточная точность и стабильность ёмкостных ТН.

Опыт эксплуатации микропроцессорных РЗ показал, что процент правильных действий при авариях практически остался на уровне электромеханических РЗ. Вероятнее всего, причина этого находится вне МП РЗ, а именно в электромагнитном ТТ, который трансформирует первые периоды аварийного тока короткого замыкания с погрешностями до 90% из-за насыщения магнитопровода апериодической составляющей. Разработка и внедрение интеллектуального высоковольтного оборудования с диагностикой и мониторингом высоковольтной изоляции имеет очевидные технико-экономические перспективы, т.к. позволяет внедрять «цифровые» автоматизированные подстанции без обслуживающего персонала с ремонтом по состоянию, а не по аварийной необходимости.

НАУКА

Релейная защита

and energy metering systems as

Разработка и внедрение интеллектуальных высоковольтных цифровых трансформаторов тока и напряжения (ЦТТН) обеспечит более точный учёт электроэнергии на оптовом рынке, повышение процента правильных действий РЗА за счёт трансформации без искажений всего спектра тока КЗ, включая апериодическую составляющую. Рассмотрим самые важные требования к цифровым вторичным цепям, включая ЦТТН, как источникам информации для вторичных систем на подстанции о процессах в первичном оборудовании: 1. Метрология (точность) от первичного провода до вторичных систем В международном стандарте IEC 60044-8 показаны преимущества по точности цифровых вторичных цепей, включая ЦТТН, по сравнению с традиционными аналоговыми вторичными цепями, на примере задач коммерческого учёта электроэнергии в рамках АИИС КУЭ. 1.1. Традиционная аналоговая измерительная система Суммарная погрешность измерений складывается (рис. 1) из: • собственных погрешностей ТТ и ТН по величине (по току, по напряжению) и угловых; • погрешностей во вторичных цепях 1 А (5 А), 100 В, 100/ ; • погрешностей в промежуточных трансформаторах тока и напряжения на входе аналого-цифрового преобразователя, которые есть в АИИС КУЭ и на входе любой другой МП вторичной системы.

well as protection and control devices on each electrical connection must operate regardless of the conditions of other technical systems within the same substation”. Keywords: current transformer, CT, voltage transformer, VT, measurement transformer, IEC 61-850-9.2 LE, energy metering systems, relay protection and control devices.

Рис. 1. Традиционная измерительная система: погрешность обусловлена стандартными высоковольтными трансформаторами тока и напряжения (0.2s, 0.2), аналоговыми вторичными цепями (0.1), промежуточными трансформаторами тока, напряжения (0.2) на входе аналогоцифрового преобразователя в составе микропроцессорного счетчика, полная погрешность АИИС КУЭ достигает 0.7%

научно‑практическое издание

В результате, при использовании первичных преобразователей класса 0,2 и соблюдении норм по нагрузке ТТ и ТН, суммарная погрешность достигает 0,7%, но достаточно часто из за перегрузки вторичных цепей погрешности достигают и превосходят 2%. В международном стандарте IEC 60044-8 показано, что преобразуя вторичные токи и напряжения в цифру полевыми устройствами, расположенными вблизи ТТ и ТН, передавая информацию в цифре по оптоволокну непосредственно в МП счётчика, можно получить суммарную погрешность 0,4%, что почти в 2 раза лучше традиционного решения. 1.2. Цифровая измерительная система Дальнейшее повышение точности АИИС КУЭ возможно в полностью цифровой системе транспорта информации от первичного провода до МП счётчика. Проведём анализ известных формул токовой (1) и угловой (2) погрешностей [1] традиционного электромагнитного трансформаторов тока (1)

(2), где I1, I2 – первичный и вторичный токи соответственно, f – частота тока, Z 2 – комплексное сопротивление вторичной цепи (включая сопротивление нагрузки), l M – средняя длина магнитной силовой линии, S M – действительное сечение магнитопровода, ψ – угол потерь, α – фазовый сдвиг между вторичной ЭДС Е2 и вторичным током I2 . Перевод трансформатора из разряда аналоговых приборов в разряд цифровых путём установки микропроцессорного АЦП в непосредственной близости с ТТ [2-4] позволит повысить класс точности самого первичного трансформатора. Данное утверждение вытекает из анализа формул (1) и (2): 1. Комплексное сопротивление Z 2 значительно снижается за счёт уменьшения длины вторичных цепей (АЦП находится в непосредственной близости), а нормирующий усилитель на входе АЦП позволяет сделать сопротивление нагрузки минимальным. 2. Высоковольтная изоляция между первичной и вторичной обмотками необходима в традиционном трансформаторе тока, поэтому средняя длина магнитной силовой линии 59

НАУКА

Релейная защита

велика и не может быть существенно уменьшена. При организации передачи информации по оптоволокну (по диэлектрику) высоковольтной изоляции не требуется, что позволяет значительно снизить длину средней магнитной силовой линии магнитопровода, существенно снижая поля рассеяния и, как следствие, погрешности трансформатора. 3. Малые габариты магнитопровода позволяют его легко реализовать на основе аморфных либо нанокристаллических сплавов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, низкими потерями на гистерезис и вихревые токи в широком диапазоне частот. Таким образом, снижаются и угол потерь ψ, и фазовый сдвиг α. Выполненные экспериментальные образцы трансформаторов тока демонстрируют высокую точность, обеспечивая класс 0,1% и даже 0,05%. На рис. 2. приведены результаты поверки ТТ в стандартном диапазоне первичных токов 1%-120% номинального тока как по токовой, так и по угловой погрешности.

а) Токовая погрешность, %

Рис 3. Измерительная система с ЦТТН: погрешность обусловлена цифровыми высоковольтными трансформаторами тока и напряжения (0.1s, 0.1), цифровые данные подаются по оптоволокну непосредственно на микропроцессор счетчика и погрешностей не вносят, полная погрешность АИИС КУЭ составляет 0.2%

Архитектура системы релейной защиты четвертого поколения («цифровая подстанция») Рис. 4. Слайд из презентации «Пятое поколение релейной защиты электрических систем. Концепция» Силаева Ю. М., к.т.н., члена НП СРЗАУ. г. Москва

б) Угловая погрешность, электрические минуты Рис. 2. Токовая и угловая погрешности ТТ 1000/1 при нагрузке 1.25 ВА, c коэффициентом мощности 0.8 (Сертификат № 232)

03 / Сентябрь 2012

Там же приведены границы погрешностей для класса точности 0.1 по ГОСТ 7746-2001 (синие линии) и для класса точности 0.2s/2= 0.1s по рекомендациям IEC 60044-8 (черные линии). Передача информации осуществляется по оптоволокну в виде цифрового потока с первичного провода внутри высоковольтного изолятора и

далее по кабельным каналам на щит управления вторичным системам. Цифровой сигнал (0 или 1) не подвержен электромагнитным наводкам, поэтому погрешность (рис. 3.) доставки информации счетчику по цифровым вторичным цепям отсутствует. Распределение и величины погрешностей в системах измерений с

НАУКА

Релейная защита Пятое поколение РЗ. Процессор распознавания ситуаций

Гречухин Владимир Николаевич Дата рождения: 2.02.1946 г. Дата смерти: 08.06.2012 г. Окончил электроэнергетический факультет ИЭИ в 1969 году, по специальности «Релейная защита».

Рис. 6. Слайд из презентации «Пятое поколение релейной защиты электрических систем. Концепция» Силаева Ю. М., к.т.н., члена НП СРЗАУ. г. Москва

цифровым трансформатором тока и напряжения (ЦТТН), также в соответствии с IEC 60044-8 (7), представлены на рис. 3, где показано отсутствие погрешности на входе потребителей информации (благодаря исключению из данной цепочки промежуточных разделительных трансформаторов и аналого-цифровых преобразователей, присущих традиционным схемам). Полная погрешность коммерческого и технического учёта электроэнергии на оптовом рынке по ВЛ 110-220 кВ при внедрении цифровых ТТ и ТН составит 0,2%, что почти в 4-10 раз точнее существующих систем. 2. Цифровые вторичные цепи – стратегическое техническое решение, обеспечивающее метрологию и надежность работы автоматизированных подстанций Цифровые вторичные цепи – это цифровые ТТ и ТН, средства доставки потребителям цифрового потока метрологической информации, включая шину процесса по IEC 61850-9.2 LE. На рис. 4. приведена архитектура системы релейной защиты на цифровой подстанции с многофункциональной шиной процесса. Шина процесса как элемент системы связи между первичным и вторичным оборудонаучно‑практическое издание

ванием на подстанции обязана решать весьма разные задачи. Шина процесса должна обеспечивать: 1. Транспорт цифрового потока метрологической информации о мгновенных значениях токов и напряжений в первичном оборудовании ОРУ от многочисленных интеллектуальных электронных устройств (цифровых ТТ и ТН) системам учёта, защиты, автоматики и управления без ухудшения токовой и угловой (напряженческой и угловой) погрешностей; 2. Передачу дискретной информации о состоянии высоковольтного оборудования; 3. Передачу дискретных сигналов управления высоковольтным оборудованием; 4. Мониторинг высоковольтной изоляции и технологических параметров с целью определения степени деградации оборудования и необходимости восстановительного ремонта по текущему техническому состоянию оборудования. Шина процесса выглядит на рис. 4. привлекательно, организована по оптоволокну как единый информационный поток, охватывает всё первичное и вторичное оборудова61

НАУКА

Релейная защита

Лебедев Владимир Дмитриевич Дата рождения: 26.01.1969 г. Окончил электроэнергетический факультет ИГЭУ в 1993 году по специальности «Автоматическое управление

Рис. 7. Осциллограмма межпроцессорного информационного обмена по IEC 61850-9.2 LE менее чем за 2 мкс в опытном

электроэнергетическими

образце цифрового ТТ и ТН 220 кВ

системами». В настоящее время заведующий кафедрой «Автоматическое управление электроэнергетическими системами» ИГЭУ, к.т.н., доцент.

Гречухин Михаил Анатольевич Дата рождения: 25.07.1962 г. Окончил факультет кибернетики МИФИ в 1986 году по специальности «Автоматизированные системы управления» и ГУУ, МБА «Управление развитием предприятия» в 2005 году. В настоящее время руководит проектами по разработке и внедрению информационных систем.

03 / Сентябрь 2012

ние, причём каждое устройство посылает в шину свои данные и выхватывает из потока нужную ему информацию. Организация информационных потоков по рис. 4. не обеспечивает главного: надёжности и метрологии. Важно, внедряя цифровые ТТ и ТН на цифровые подстанции, придерживаться проверенного практикой и закрепленного в ПУЭ и IEC 61850-3 принципа надежности: «системы измерений, учета и РЗА на каждом присоединении должны функционировать независимо от состояния и работоспособности других присоединений и систем на подстанции». А метрологические нормы должны обеспечиваться от первичного провода до входов систем учёта, измерений, РЗА, РАС и др. На рис. 6. приведена радиальная структура организации информационных потоков на цифровой подстанции по методу точка-точка. Цифровые вторичные цепи по рис. 6. между измерительными преобразователями тока и напряжения (ИПТН) и процессором РЗА или АСКУЭ не содержат серверов, коммутаторов, маршрутизаторов, а организованы на физическом уровне межпроцессорного обмена по IEC 61850-9.2 LE, т.е. нет задержек и нет снижения надежности. Отметим, что метрологические нормы требуют, например, для класса 0.1, чтобы угловые погрешности не превышали 5 электрических минут, т.е. суммарные задержки не превышали 4.63 микросекунды. Это обеспечивается (рис. 7.) в опытном образце цифрового ТТ и ТН 220 кВ. Рационально предусмотреть в компоновке цифровых подстанций размещение терминалов цифровых ТТ и ТН, РЗА, учёта и других

систем данного присоединения в дополнительной секции шкафа управления высоковольтным выключателем, а остальное оборудование (например, ДЗШ, РАС и др.) разместить в домике на ОРУ, организовав системы связи и управления в помещение диспетчеров по IEC 61850. Литература: 1. Афанасьев В.В. и др., Трансформаторы тока, Л, Энергия, 1980, 334 с. 2. Гречухин В.Н., Лебедев В.Д. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения на базе стандартного трансформатора напряжения // Изв. вузов. Электромеханика. 2010. Спец.выпуск. с. 98-99. 3. Гречухин В.Н. Электронные трансформаторы тока и напряжения. Состояние, перспективы развития и внедрения на ОРУ 110-750 кВ станций и подстанций энергосистем., Вестник ИГЭУ, вып. 4, 2006, с. 35-42. 4. Гречухин В.Н. Концепция использования цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения на подстанциях 110-750 кВ. Релейная защита и автоматика энергосистем, сборник докладов ХХ конференции, Москва, 1-4 июня 2010 г. Научно-инженерное информационное агентство, с. 247-253.

НАУКА

Релейная защита

научно‑практическое издание

НАУКА

ЭМС

Авторы: Головин Д.Л.,

ОСОБЕННОСТИ МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ НА ЭНЕРГОБЛОКЕ АЭС

НИУ МАИ,

Сарылов О.В., НПЦ ИТ ФГУП «ВНИИА», г. Москва, Россия.

УДК 621.039

MONITORING FEATURES OF THE ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT ON Golovin D.L.,

THE POWER PLANT

NRU MAI, Moscow, Russia, Sarylov O.V., VNIIA, Moscow, Russia.

Аннотация: в статье приведена методология мониторинга электромагнитной обстановки применительно к условиям реальной эксплуатации на электроэнергетическом объекте. Приведены примеры измерения помех.

Ключевые слова: электромагнитная обстановка, электромагнитная совместимость, молниевые разряды, радиочастотные поля, системы контроля и управления.

Abstract: The article describes the methodology for monitoring the electromagnetic environment in relation to the conditions of actual service in the electricity facility. The examples of the measurement noise. Keywords: electromagnetic environment, electromagnetic compatibility, lightning discharges, radio frequency field, monitoring and control systems.

03 / Сентябрь 2012

В процессе эксплуатации на действующих энергоблоках атомных станций оборудование систем контроля и управления (СКУ), важных для безопасности, подвергается электромагнитным воздействиям природного и техногенного происхождения. Поэтому при установке нового или при модернизации штатного оборудования СКУ важно знать свойства электромагнитной совместимости (ЭМС) этого оборудования: • функционировать в соответствии с требованиями технической документации в условиях реальной электромагнитной обстановки (ЭМО) по месту эксплуатации; • не оказывать влияния на нормальную работу другого оборудования, размещенного по этому месту эксплуатации. Устойчивость СКУ к электромагнитным воздействиям в зависимости от назначения и влияния на безопасность АЭС установлена в национальном стандарте для АЭС: ГОСТ Р 50746-2000 «Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных станций. Требования и методы испытаний». На действующих энергоблоках АЭС стандарт введен в Регламент по эксплуатации Указанием концерна «Росэнергоатом» от 05.09.2002 г. №175 УК. В соответствии с УК все оборудование, поставляемое и находящееся в штатной эксплуатации на АЭС, подлежит квалификации на соответствие требованиям ЭМС в зависимости от его назначения, влияния на безопасность и от условий эксплуатации в части окружающей электромагнитной обстановки. Необходимость проведения мониторинга

ЭМО возникает в различных случаях: - При возникновении электромагнитных наводок в цепях связи, управления, электропитания, которые приводят к сбоям и отказам функционирования систем СВБ СКУ АЭС, что в свою очередь приводит к остановам энергоблока или его разгрузке (Ленинградская, Нововоронежская, Балаковская, Курская АЭС). - При проектировании нового энергоблока АЭС на этапе выбора площадки в соответствии с НП064-05 «Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии», Ростехнадзор, 2005 г. - При проведении пусконаладочных работ на вновь вводимом энергоблоке АЭС для подтверждения характеристик его электромагнитной обстановки в помещениях размещения СКУ СВБ, назначенных Главным проектировщиком – АЭП. - При модернизации и продлении ресурса вновь устанавливаемого оборудования СКУ СВБ на уже эксплуатируемых АЭС, когда необходимо проведение категорирования помещений для отнесения их к категории помещений с легкой, средней, жесткой ЭМО, и определении на основании ЭМО и назначенного класса безопасности в соответствии с табл. 1 ГОСТ Р 50746-2000 степени жесткости испытаний к электромагнитным воздействиям. - При продлении ресурса уже установленного оборудования СКУ СВБ за пределами назначенного срока службы в соответствии с РД ЭО 0439-02 в тех случаях, когда после проведения испытаний на устойчивость к электромагнитным воздействиям, назначенным классом безопасности

НАУКА

ЭМС

СКУ СВБ, на энергоблоке АЭС получена информация о сбоях функционирования, препятствующих продлению лицензии на эксплуатацию энергоблока. В этих условиях возникает необходимость определить коэффициенты запасов по устойчивости. Различают (РД ЭО 0439-02) несколько видов коэффициентов запаса по устойчивости: • Проектный запас по устойчивости к электромагнитным воздействиям для критерия А (В), который представляет собой отношение значений параметров устойчивости к электромагнитным воздействиям, приведенным в технической документации (Рпасп) оборудования СКУ к значениям параметров, регламентированных (Ррегл) стандартом ГОСТ Р 50746-2000 в зависимости от назначения и влияния СКУ на безопасность АЭС по ОПБ-88/97 применительно к ЭМО (как правило – расчетной), в которой предполагается эксплуатация оборудования СКУ.

К проект = Р пасп / Р регл ≥ 1

Проектный запас используется для выбора оборудования СКУ, предназначенного для включения в проектную документацию. • Эксплуатационный запас по устойчивости к электромагнитным воздействиям для критерия А (В), который представляет собой отношение значений параметров устойчивости к электромагнитным воздействиям, приведенных в протоколе испытаний оборудования СКУ, поставляемого или используемого в штатной эксплуатации на АЭС, к значениям параметров, регламентированных ГОСТ Р 50746-2000 в зависимости от назначения и влияния СКУ на безопасность АЭС по ОПБ-88/97, применительно к ЭМО (как правило – расчетной), в которой предполагается эксплуатация оборудования СКУ.

К эксп = Р реал / Р регл ≥ 1

Эксплуатационный запас по устойчивости используется при поставке нового или замене реконструируемого оборудования СКУ для действующих энергоблоков АЭС. • Оперативный запас по устойчивости к электромагнитным воздействиям для

критерия А (В), который представляет собой отношение значений параметров устойчивости к электромагнитным воздействиям, приведенных в протоколе испытаний оборудования СКУ, поставляемого или используемого в штатной эксплуатации на АЭС, к значениям параметров реальной ЭМО, приведенным в протоколе измерений параметров в период обследования ЭМО на работающих на мощности или на остановленных на ППР энергоблоках АЭС.

КОЗУ = Р реал / РЭМО ≥ 1

Оперативный запас по устойчивости используется как при поставке нового или замене реконструируемого оборудования, так и для определения возможности и условий продления эксплуатации СКУ за пределами назначенного срока службы. В настоящее время формально не установлена классификация ЭМО для мест размещения на АЭС с различными типами реакторов, хотя и имеются разрозненные измерения параметров ЭМО, выполненные в основном ИЦ НИИИТ на энергоблоках российских АЭС. Целями работ являются: - Оценка принадлежности помещений с установленным оборудованием к определенному классу жесткости по электромагнитной обстановке (классификация); - Оценка уровня помех в кабельных линиях (кабели сигнальные, управления, ввода/вывода, интерфейса); - Анализ качества сети надежного электропитания (постоянного и переменного напряжения); - Определение запасов по уровню помех различного вида в помещениях с оборудованием СКУ и оценка влияния конкретных помех на устойчивость функционирования СКУ. Как правило, окружающая ЭМО для оборудования различного назначения принимается условно по критериям, приведенным в ГОСТ Р 50746-2000: - Для определения параметров реальной электромагнитной обстановки проводят специальные измерения как на работающих на мощности, так и на остановленных энергоблоках АЭС в период ППР.

научно‑практическое издание

- При обследовании реальной ЭМО проводят измерения параметров ЭМО в сети надежного питания; в цепях информации, мониторинга, управления, измерения, защиты и сигнализации; в контурах заземления; в пространстве размещения штатного оборудования. - При обследовании реальной ЭМО определяется уровень и возможные источники возникновения промышленных помех; проводится оценка соответствия параметров ЭМО значениям, установленным в нормативной документации для различных отраслей промышленности; разрабатываются технические мероприятия по снижению параметров ЭМО (если это возможно на действующем объекте) до нормируемых значений. Порядок подготовки и обследования ЭМО на энергоблоке выглядит так: 1. Персоналом цеха АЭС определяется перечень систем, оборудование которых подлежит обследованию. 2. Далее на основании технической документации, находящейся на АЭС, определяется перечень помещений размещения стоек обследуемой системы, а также линий связи. 3. На основании технической документации определяется класс безопасности по ОПБ-88/97. 4. ИЦ НИИИТ посещает с аудитом помещения обследуемых систем для составления программы работ и классификации признаков электромагнитной обстановки, а также поиска возможных источников сильных электромагнитных помех. Степень жесткости устанавливается по признакам технического выполнения объекта. При этом количественные параметры обстановки, такие как напряженность электрического, магнитного или электромагнитного полей, не указываются. Если присутствуют признаки разных видов обстановки, то считается, что обстановка относится к виду более жесткой. Остановимся на признаках жесткости электромагнитной обстановки. Легкая электромагнитная обстановка: - технические средства атомных стан65

НАУКА

ЭМС

ций снабжены специально спроектированными системами сигнального и защитного заземления; - стены, пол и потолок помещения обладают удовлетворительными экранирующими свойствами. Коэффициент ослабления помех в диапазоне 0,15-30 МГц не менее 20-30 дБ; - технические средства питаются от источника бесперебойного питания; - коммутируемые индуктивные нагрузки снабжены помехоподавляющими средствами. Питающие и информационные линии экранированы, и экраны на одном из концов или на обоих концах подсоединены к системе заземления. Питающие линии имеют сетевые фильтры и защиту от перенапряжений; - технические средства размещены в одном помещении. Внешние информационные кабели, подсоединяемые к средствам, защищены от перенапряжений и гальванически развязаны; - в помещении нет постороннего оборудования, подключенного к сети питания технического средства. Освещение (лампы накаливания или люминесцентные лампы) осуществляется от отдельной сети; - применение переносных радиотелефонов и радиостанций в местах размещения технических средств запрещено. Электромагнитная обстановка средней жесткости: - технические средства снабжены специально спроектированной системой сигнального заземления и присоединены к общей системе защитного заземления; - помещение не обладает экранирующими свойствами. Коэффициент ослабления помех в диапазоне 0,15-30 МГц не превышает 10 дБ; - питание технических средств осуществляется от сети через развязывающие трансформаторы, от источника бесперебойного питания или автономного фидера; - индуктивные нагрузки, коммутируемые реле, не снабжены средствами подавления помех, а нагрузки, коммутируемые контакторами, снабжены. Линии с разными уровнями сигналов и напряжений разнесены между собой 66

03 / Сентябрь 2012

неудовлетворительно. Имеются кабели, содержащие вместе линии питания, управления и связи, информационные линии. Линии питания содержат средства защиты от перенапряжений; - часть технических средств расположена в других помещениях того же здания. Информационные линии, идущие к указанным частям, гальванически развязаны. Связи от аппаратуры, выходящие за пределы здания, защищены от перенапряжений и гальванически развязаны; - в помещении имеется другое оборудование, подсоединенное к той же сети питания, что и техническое средство. В помещении могут быть оборудование высокого напряжения и источники статического электричества; - ограниченное использование переносных радиостанций и радиотелефонов мощностью не более 2 Вт при расстоянии до технического средства или подключенных к нему кабелей связи и электропитания не менее 5 м. Жесткая электромагнитная обстановка: - технические средства имеют общую с энергетическим оборудованием систему защитного заземления; - технические средства питаются от общей с другим оборудованием (включая силовое) сети; - линии с различными уровнями сигналов и напряжений, кабели питания, управления, связи, информационные линии не разнесены. Кабели не экранированы и не защищены от перенапряжений; - технические средства расположены за пределами основного здания. Сосредоточенные части технического средства гальванически развязаны друг с другом. Кабели связи, выходящие за пределы основного здания, защищены от перенапряжений; - в помещении имеется другое оборудование, подсоединенное к той же системе питания, что и техническое средство. В помещении могут быть оборудование высокого напряжения и источники статического электричества; - возможно использование переносных радиотелефонов и радиостанций мощностью не более 12 Вт.

Крайне жесткая электромагнитная обстановка: Она отличается от жесткой следующими признаками: - отсутствует специально спроектированная система защитного заземления технических средств, и они заземляются неупорядоченно; - технические средства расположены в основном здании и вне его. Не все удаленные друг от друга части аппаратуры гальванически развязаны. Не все информационные кабели защищены от перенапряжений. Имеются информационные кабели, выходящие за пределы основного здания; - возможно неограниченное использование переносных радиотелефонов и радиостанций. Поблизости могут находиться мощные радиопередатчики. Степень жесткости электромагнитной обстановки устанавливается по наличию хотя бы одного признака, характеризующего ту или иную степень. 5. Персоналом привлекаемой специализированной организации (ИЦ НИИИТ) разрабатывается типовая программа – методика измерения ЭМО, на основании нормативной документации и стандартов на виды электромагнитных помех, а также типовой методики измерения ЭМО, утвержденной ОАО «Концерн «Росэнергоатом». 6. Персоналом цехов АЭС определяется необходимость и возможность проведения мониторинга ЭМО на работающем реакторе или в период ППР в зависимости от назначения и влияния обследуемых систем на безопасность. По опыту мониторингов ИЦ НИИИТ на работающем энергоблоке достаточно легко и безболезненно можно проводить мониторинг радиочастотных полей и магнитных полей (промышленной частоты и импульсных) даже без вывода обследуемых систем из работы в штатном режиме в режим работы на сигнал. Достаточно соблюдать осторожность и не прикасаться к работающему оборудованию СКУ. Также при работе энергоблока на мощности возможно проведение измерений радиочастотных наводок в линиях связи и электропитания, а также

НАУКА

ЭМС

параметров сети надежного электропитания при помощи разъемных бесконтактных датчиков помех индуктивного или емкостного типа. Их надевает персонал цеха, и измерительный прибор ставят на работу в дежурный режим. Возможен вывод СКУ в режим работы на сигнал, но возможна также и работа в штатном режиме, что определяет инженерный, административный персонал цеха и оперативный персонал АЭС. Измерения контактными методами при помощи измерительных проводов или радиочастотных щупов желательно проводить в период ППР или же при обязательном выводе обследуемой стойки СКУ в режим работы на сигнал, чтобы возможные отклонения в ее работе не повлияли на режим работы реактора в целом. 7. На основании типовой программы методики персоналами цехов АЭС разрабатываются рабочие программы работ для каждой системы в отдельности с привязкой к конкретным стойкам, линиям связи и управления и помещениям. Определяются режимы работы оборудования. Определяются периоды времени мониторинга ЭМО – блок на мощности или ППР. 8. Проводятся работы по мониторингу ЭМО по оформленным в установленном порядке нарядам. Измеряется электромагнитная обстановка в пространстве и линиях. Выпускаются протокол и акт по форме, установленной на АЭС. 9. В ИЦ НИИИТ производится обработка результатов измерений, осциллограмм при помощи специализированного ПО, производится оценка результатов испытаний с применением степеней жесткости (табл. 1) на основании назначенного класса безопасности (ОПБ-88/97) по табл. 2, которая устанавливает зависимость степени жесткости испытаний от класса безопасности и степени жесткости электромагнитной обстановки. Все технические средства по устойчивости к электромагнитным воздействиям подразделяются на 4 группы исполнения – от I до IV. Группа исполнения, как правило, указывается в технической документации технического средства, представляемой изготовителем.

№ п/п

Перечень испытаний Допустимый критерий качества функционирования

Методы испытаний

Устойчивость к воздействию микросекундных импульсных помех большой энергии: в сети электропитания переменного тока «провод-провод» «провод-земля», в сети электропитания постоянного тока «провод-провод» «провод-земля», в линиях связи «провод-земля» Критерий А

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.1

научно‑практическое издание

Устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения сети электропитания: - провалы напряжения на 30%, - выбросы напряжения на 20 %, - прерывания напряжения на 100 %, Критерий А Устойчивость к воздействию наносекундных импульсных помех «провод-земля», переменный ток, постоянный ток, линии связи Критерий А Устойчивость к воздействию затухающего колебательного магнитного поля Критерий А Устойчивость к воздействию электростатических разрядов контактные/воздушные Критерий А Устойчивость к воздействию радиочастотных электромагнитных полей в полосе частот 80-1000 МГц 800-960 МГц 1400-2000 МГц Критерий А Устойчивость к воздействию напряжений, наведенных радиочастотным электромагнитным полем в полосе 0,15- 80 МГц Критерий А

Степень жесткости испытаний ГОСТ Р 50746-2000 I г.и.

II г.и.

III г.и.

IV г.и.

Место приложения испытательных воздействий

± 1 кВ ± 2 кВ

± 2 кВ ± 4 кВ

Сеть питания переменного тока

ГОСТ Р 51317.4.5-99 МЭК 61000-45:1995

± 0,5 кВ ± 0,5 кВ ± 1 кВ -

± 1 кВ ± 2 кВ

± 0,5 кВ

± 1 кВ

± 2 кВ

200 мс

0,5 с

1с

2с

200 мс

0,5 с

1с

2с

20 мс

50 мс

Сеть питания постоянного тока Кабели связи

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.2 ГОСТ Р 51317.4.1199 МЭК 61000-411:1994

Сеть питания переменного тока

100 мс 200 мс

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.3 ГОСТ Р 51317.4.4-99 МЭК 61000-44:1995

± 1 кВ ± 0,5 кВ ± 0,25 кВ ± 0,5 кВ

± 2 кВ ± 1 кВ ± 1 кВ

Сеть питания переменного тока ± 4 кВ Сеть питания ± 2 кВ ± 2 кВ постоянного тока Кабели связи

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.16 ГОСТ Р 50652-94 МЭК 61000-410:1993

10 А/м

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.4 ГОСТ Р 51317.4.2-99 ± 2/2 кВ ± 4/4 кВ МЭК 61000-42:1995

30 А/м 40 А/м

Порт корпуса

± 8/15 кВ

Порт корпуса

10 В/м 10 В/м 30 В/м 30 В/м 30 В/м 30 В/м

Порт корпуса

± 6/8 кВ

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.5 ГОСТ Р 51317.4.3-99 МЭК 61000-43:1995

1 В/м 3 В/м 3 В/м

3 В/м 10 В/м 10 В/м

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.8 ГОСТ Р 51317.4.6-99

1В

3В

10 В

Сеть питания переменного тока Сеть питания постоянного тока Кабели связи

МЭК 61000-46:1996/

НАУКА

ЭМС

10. На основании полученных амплитуд электромагнитных воздействий оценивается степень жесткости электромагнитной обстановки: легкая, средняя, жесткая. Полученное категорирование обстановки в помещении и линиях связи СКУ используется эксплуатирующей организацией – ОАО «Концерн «Росэнергоатом» при заказе оборудования СКУ СВБ у производителей. В ГОСТ Р 50746-2000 установлены уровни различных испытательных воздействий при испытаниях технических средств. Это означает, что электромагнитная обстановка в месте установки технического средства должна характеризоваться более низкими параметрами, чем испытательные. Принято разделять воздействия (или электромагнитные помехи) на кондуктивные (распространяющиеся по проводам), полевые и обусловленные качеством электроэнергии сети электропитания. Степени жесткости испытаний по ГОСТ Р 50746-2000 приведены в табл. 1. Категорирование по ГОСТ Р 507462000 степени жесткости испытаний в зависимости от класса безопасности и электромагнитной обстановки происходит как показано в табл. 2. В качестве примера определения электромагнитной обстановки приведем результаты работ, проведенных на 3-ем энергоблоке Кольской АЭС, представленные в табл. 3. Необходимость проведения мониторинга ЭМО была связана с тем, что при модернизации выработавшей свой ресурс СУЗ УСБ-Т была установлена аппаратура зарубежного производителя, испытанная по требованиям МЭК 61000-6-2, что примерно соответствует III степени жесткости испытаний по ГОСТ Р 50746-2000. Поскольку аппаратура СУЗ УСБ-Т относится ко 2-ому классу безопасности, то при применении ее в электромагнитной обстановке средней жесткости (по умолчанию назначаемой АЭП), согласно табл. 2, необходимо провести испытания на устойчивость к IV степени жесткости или доказать, что электромагнитная обстановка является легкой. В период ППР при остановленном 68

03 / Сентябрь 2012

№ п/п

Перечень испытаний Допустимый критерий качества функционирования

Методы испытаний

Устойчивость к затухающим импульсным помехам

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.8

в сети электропитания переменного тока «провод-провод» «провод-земля» в сети электропитания постоянного тока «провод-провод» «провод-земля»

МЭК 61000-412:1997

Уровень эмиссии напряжения радиопомех: – на входных зажимах Нормы ГОСТ Р 51318.22-99, класс А

II г.и.

III г.и.

IV г.и.

±1 кВ ±2 кВ

±2 кВ ±4 кВ

Сеть питания переменного тока

±0,25 кВ ±0,5 кВ ±1 кВ ±0,5 кВ ±1 кВ ±2 кВ

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.7 ГОСТ Р 50649-94 МЭК 61000-49:1993/

3 А/м -

±1 кВ

± 100 А/м

± 300 А/м

Уровень эмиссии радиопомех, излучаемых в окружающее ГОСТ Р 51318.22-99 пространство Нормы ГОСТ Р 51318.22-99, класс А

40/47 дБ QP

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.12 ГОСТ Р 51317.4.28-2000 МЭК 61000-416:1998/

Устойчивость к колебаниям напряжения сети питания Критерий А

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.10 ГОСТ Р 51317.4.14-99 МЭК 61000-414:1999

Нормы эмиссии гармонических составляющих тока, потребляемого во входной сети электропитания

± 600 А/м

ГОСТ Р 51317.3.2-99

Порт корпуса

Сеть питания переменного тока

Порт корпуса

± 7,5 Гц ± 7,5 Гц ± 7,5 Гц

± 3%

+4-6%

± 15%

± 7,5 Гц

± 20%

ГОСТ Р 507462000/4.1.1.15 ОСТ 36417.4.1-2001

Порт корпуса

79/73 дБ QP

Устойчивость к изменениям частоты входной сети питания Критерий А

±2 кВ

10 А/м 30 А/м 40 А/м 400 А/м 400 А/м 600 А/м

ГОСТ Р 51318.22-99

Устойчивость к искажениям синусоидальности напряжения входной сети питания Критерий А

Сеть питания постоянного тока Кабели связи

±0,25 кВ ±0,5 кВ

Устойчивость ГОСТ Р 50746к воздействию 2000/4.1.1.6 магнитных полей ГОСТ Р 50648-94 промышленной частоты МЭК 61000-4-8:1993 – длительно – кратковременно Критерий А Устойчивость к воздействию импульсных магнитных полей Критерий А

I г.и.

Место приложения испытательных воздействий

ГОСТ Р 51317.4.12±0,25 кВ ±0,5 кВ 99 ±0,5 кВ ±1 кВ

в линиях связи «провод-земля» Критерий А 9

Степень жесткости испытаний ГОСТ Р 50746-2000

К общ = К общ = К общ 15% 25% = 15%

ГОСТ Р 51317.3.2 (раздел 7)

К общ = 25%

Сеть питания переменного тока

НАУКА

ЭМС

№ п/п

Перечень испытаний Допустимый критерий качества функционирования

Методы испытаний

Степень жесткости испытаний ГОСТ Р 50746-2000 I г.и.

II г.и.

III г.и.

IV г.и.

Место приложения испытательных воздействий

Нормы колебаний напряжения и фликера, вызываемых во входной ГОСТ Р 51317.3.3-99 сети питания Токи кратковременных синусоидальных помех частотой 50 Гц в цепях ГОСТ Р 50746-2000 сигнального и защитного п.5.2.13 заземления Токи импульсных микросекундных помех в цепях сигнального и защитного заземления

ГОСТ Р 50746-2000 п.5.2.14

энергоблоке были проведены измерения ЭМО и выпущен протокол измерений с оценкой полученных результатов на основании ГОСТ Р 50746-2000 для оборудования 2-го класса безопасности для III и IV степеней жесткости испытаний, что соответствует легкой и средней ЭМО. Данный протокол вместе с протоколом повторных испытаний на устойчивость, проведенных в Германии в присутствии эксперта-аудитора Системы

Категории ТС АС-ЯРО

ГОСТ Р 51317.3.3 (раздел 5)

50 А

100 А

150 А

Сеть питания переменного тока

200 А

Точки подключения контура и спецконтура заземления

200 А

Точки подключения контура и спецконтура заземления

сертификации ОИТ, послужили основой для выдачи сертификата соответствия с условиями применения в легкой ЭМО. Недостатком данного метода является то, что для каждого помещения необходимо подтверждать легкую ЭМО вместо средней, назначенной по умолчанию. Зафиксированные параметры электромагнитной обстановки, приведенные на рис. 1-8, в помещениях размещения СКУ, в сети электропита-

ния, линиях связи за время наблюдений на энергоблоке характерны для помещений с легкой электромагнитной обстановкой, т.к. зафиксированные отклонения ниже значений, которые нормируются стандартом по устойчивости (ГОСТ Р 50746-2000) к электромагнитным воздействиям в зависимости от назначения и влияния этого оборудования на безопасность АС и стандартом ГОСТ Р 51317.2.5 по нормированию ЭМО для классов 5 и 7 мест размещения оборудования. По результатам повторных испытаний на устойчивость к электромагнитным воздействиям стойки СКУ в сборе посредством привлечения испытательной лаборатории Siemens в Германии с участием эксперта-аудитора Системы сертификации ОИТ для подтверждения достоверности результатов и соответствия российской нормативной базе было выявлено полное соответствие ВСЕХ модулей СКУ требованиям III степени жесткости электромагнитных воздействий и частичное соответствие для IV степени жесткости ряда модулей. Таким образом, Органом по сертификации российской стороны были выданы сертификаты соответствия для

Группы исполнения ТС АС-ЯРО по устойчивости к помехам для классов жесткости электромагнитной обстановки в помещениях для размещения ТС АС-ЯРО Легкая электро-

Электромагнитная

Жесткая электро-

Крайне жесткая

магнитная

обстановка

магнитная

электромагнитная

обстановка

средней жесткости

обстановка

Элементы (системы) безопасности (СБ)

III

Элементы (системы) нормальной эксплуатации, важные для безопасности (НЭ ВБ)

III

Элементы (системы) нормальной эксплуатации, не влияющие на безопасность (НЭ НБ)

III

по назначению и влиянию на безопасность

Примечание: знаком «*» обозначена особая группа исполнения ТС АС-ЯРО, для которой по согласованию между заказчиком и разработчиком ТС АС-ЯРО могут быть установлены более высокие требования устойчивости к помехам, чем для ТС АС-ЯРО IV группы исполнения.

научно‑практическое издание

НАУКА

ЭМС Табл. 3

№ п/п

Параметры электромагнитных воздействий

1 1

Нормируемые значения по ГОСТ Р 50746/ ГОСТ Р 51317.2.5 класс 5; 7

Радиочастотное излучение в полосе 30-3000 МГц в помещениях размещения оборудования

10 В/м/ 10; 3 В/м

Фактические максимальные значения параметров ЭМО Приведенные значения 4

Измеренные значения 5 62dBμV/m -306

< 3 В/м

61dBμV/m -304 61dBμV/m -302 73dBμV/m -508/1-при коммутациях

Магнитное поле промышленной частоты 50 Гц: Непрерывное кратковременное

30 А/м/

< 10 А/м

8 А/м -306

30; 10 А/м

6 А/м -304

400 А/м/-

8 А/м -302

53-43 дБмА

52 dBμV -306

4 А/м -508/1 3

Индустриальные радиопомехи в полосе 0,15-30 МГц: - в сигнальных кабелях и в кабелях заземления

(0,15-0,5 МГц)

<1В

52,5 dBμV -304

43 дБмкА

50,5 dBμV -302

(0,5-30 МГц)

70 dBμV -508/1-при коммутациях

Радиочастотные помехи в полосе 0,15-80 МГц:

10 В/3 В; 1 В

52 dBμV -306

- в сигнальных кабелях и в кабелях заземления

(140 дБмкВ)/ (130

<1В

дБмкВ); (120 дБмкВ)

52,5 dBμV -304 50,5 dBμV -302 70 dBμV -508/1-при коммутациях

Динамические изменения напряжения сети надежного питания:

20% - 1 с/3; 0,8 с

- выбросы

30% - 1 с/3; 0,8 с

- провалы

100% - 100 мс/60; 0,6 с

- прерывания 6

Наносекундные импульсные помехи: - в сети надежного питания

+ 2 кВ/2; 1 кВ

- в цепях ввода/вывода

+ 1 кВ/1; 1 кВ

Микросекундные импульсные помехи в сети надежного питания

+ 2 кВ/4; 2 кВ

Колебания напряжения в сети надежного питания

+ 12%/10; 3%

< 3%

3,5 В

Коэффицент искажения синусоидальности кривой напряжения

20%/10%

Импульсное магнитное поле

+ 300 А/м/-

< 100 А/м

1А/м -306 1А/м -304 1А/м -302 21 А/м -508/1 – при коммутациях

03 / Сентябрь 2012

НАУКА

ЭМС

Рис. 1. Измерение наведенного радиочастотного напряжения 0,15 – 80 МГц в кабеле 3HY01A001 к шкафу пром реле 3HX01A035 Рис. 2. Измерение наведенного радиочастотного напряжения в полосе 0,15 – 80 МГц в кабеле 3HY01A001 к шкафу пром реле 3 HX01A035 дребезг контактов Рис. 3. Радиочастотное поле в диапазоне 0,02 – 3 ГГц при вертикальной поляризации антенны в помещениях энергоблока АЭС

Рис. 4. Осциллограмма питания 24 В СКУ полностью

Рис. 5. Питание 24 В, вход закрыт. ВЧ наводки

Рис. 6. МППЧ около СКУ во время опробования системы безопасности в режиме «Р», канал СБ 2, изменений не зафиксировано

Рис. 7. ИМП около стойки TXS 3HY01A001 во время опробования системы безопасности в режиме «Р», канал СБ 3

научно‑практическое издание

НАУКА

ЭМС

Рис. 8. Типичная осциллограмма напряжения входного электропитания стоек ТПТС ~220 В. Отклонений напряжения входного электропитания во время коммутаций по программе не зафиксировано

Головин Дмитрий Леонидович Дата рождения: 20.10.1945 г. Окончил Московский авиационный институт (МАИ) в 1968 г., затем – аспирантуру. В 1972 г. в МАИ защитил кандидатскую диссертацию. В настоящее время – преподаватель кафедры 104 НИУ МАИ. Специалист в области CALS/ИПИ технологий, автоматизации технологической подготовки производства и автоматизации проектирования технологических процессов, управления качеством и информационной поддержки жизненного цикла сложных наукоемких изделий.

Сарылов Олег Владимирович Дата рождения: 1977 г., окончил электроэнергетический факультет (ЭЭИ) МЭИ (ТУ) в 2000 г., аспирант МАИ, кафедра

эксплуатации модулей СКУ без ограничения в условиях легкой электромагнитной обстановки и с ограничением на ряд электромагнитных воздействий в условиях электромагнитной обстановки средней жесткости (IV степень жесткости по ГОСТ Р 50746-2000). Недостатком действия этих сертификатов является необходимость подтверждения легкой ЭМО или ряда электромагнитных воздействий на каждом энергоблоке, где применяется СКУ, т.к. по умолчанию везде назначается ЭМО средней жесткости. Причиной проведения испытаний на устойчивость в Германии является трудность и длительный срок оформления таможенных деклараций для России и необходимость возврата испытуемого оборудования при наличии сбоев, что и подтвердилось в ходе испытаний. В заключение хотелось бы отметить, что по опыту мониторингов, проведенных ИЦ НИИИТ в период 2000-2010 гг., для оперативной оценки электромагнитной обстановки на энергоблоках АЭС является целесообразным оснащение персоналов цехов АЭС мобильным комплексом измерения ЭМО, который позволит своевременно, в краткие сроки выявлять проблемные электромагнитные наводки и передавать полученную информацию в специализированный центр (ИЦ НИИИТ) для анализа и выработки путей противодействия в рамках технической поддержки.

«Управление качеством». Заместитель директора по

Литература:

испытаниям, исследовани-

1. Программа повышения помехозащищенности оборудования и систем АЭС по результатам анализа проведенных обследований, ОАО «Концерн «Росэнергоатом», М., 2007 г. 2. Типовая программа и методика обследования электромагнитной обстановки и определения запасов по устой-

ям и качеству ИЦ НИИИТ НПЦ ИТ ФГУП «ВНИИА».

03 / Сентябрь 2012

чивости АСУ ТП к электромагнитным воздействиям, ОАО «Концерн «Росэнергоатом», М., 2007. 3. Сарылов О.В., Сарылов В.Н., Электромагнитная совместимость преобразователей давления СКУ в реальных условиях эксплуатации на энергоблоках атомных станций, 5-я Российская межотраслевая школа-семинар «Эксплуатационная устойчивость элементов атомных станций», Абхазия, Пицунда, 6-9 октября, 2009 г. 4. Сарылов В.Н., Сарылов О.В., Лопанчук А.А., Югай Т.З., Эксплуатационная устойчивость энергоблоков АЭС в условиях электромагнитных воздействий природного и техногенного происхождения, Шестая Международная научно-техническая конференция, «Концерн «Росэнергоатом», М., 2008 г. 5. IEC 62003/2009, International Standard, Nuclear Power Plants-Instrumentation and Control Systems Important to Safety –Requirements for electromagnetic compatibility. 6. Стандарт КТА 3503 «Типовые испытания электрических модулей для системы защиты реактора». 7. ГОСТ Р 50746-2000 «Электромагнитная совместимость технических средств атомных станций», Ростехрегулирование, 2010 г. 8. НП-064-05 «Учет внешних воздействий природного и технического происхождения на объекты использования атомной энергии, Росэнергоатом, Москва, 2005 г. 9. РД ЭО 0439-02 «Порядок оценки устойчивости элементов систем контроля и управления к электромагнитным воздействиям при модернизации и продлении эксплуатации на атомных станциях», Росэнергоатом, Москва, 2002 г. 10. ГОСТ Р 51317-2-5-2000(МЭК 61000-2-5-95) «Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств.», 2002 г. 11. Протокол обследования электромагнитной обстановки в целях сертификации в помещениях размещения оборудования ПТС TELEPERM XS, внедряемого для модернизации СУЗ-УСБТ энергоблока №3 Кольской АЭС, Рег. № 942-041/ИЦ ЭМС – 10ПИ, ВНИИА – ВНИИАЭС – Кольской АЭС, 2010 г.

КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6-10-35 КВ Комплекс состоит из присоединительного трансформатора с регулированием напряжения смещения нейтрали (ТМПС), дугогасящего реактора (РДМР) и шкафа с устройством автоматического регулирования компенсации (УАРК-105).

Плунжерный дугогасящий реактор РДМР(РДМРу)

Назначение: компенсация емкостного тока при однофазном замыкании на землю в сетях 6-10 кВ РДМР(у)-300/6 РДМР(у)-360/6 РДМР(у)-440/6 РДМР(у)-485/10 РДМР(у)-490/6 РДМР(у)-610/10 РДМР(у)-730/10 РДМР(у)-820/10

•Д лительность работы при ОЗЗ – 3ч •О дин габарит на все номинальные мощности – 1300*1240*2040 •Н е требуется маслоприемных устройств (масса масла менее 1т) •В ысокая надежность работы (патент №2392683) •Н аличие усиленной вторичной обмотки управления (ОУ) – 500В, 250А (РДМРу) •Л инейный токоуказатель •В строенный трансформатор тока •Р еактор не вносит гармонических искажений в защищаемую сеть, в том числе при ОЗЗ

Шкаф блока коммутации и низковольтного резистора ШБКНР-1

Назначение: Формирование сигналов, необходимых для работы простых токовых защит от ОЗЗ в сетях 6-10 кВ, оснащенных плавнорегулируемым дугогасящим реактором.

Шкаф управления дугогасящим реактором с регулятором УАРК -105

Назначение: автоматическая настройка КНПС в резонанс и определение емкостного тока в сетях 6-10 кВ с плунжерными реакторами, а также в сетях с комбинированными способами заземления нейтрали.

Присоединительный трансформатор ТМПС

Назначение: подключение дугогасящего реактора к сети 6-10 кВ, создание искусственной несимметрии сети для работы автоматики реактора. ТМПС-250/6(10) ТМПС-400/6(10)

ТМПС-630/6(10) ТМПС-1000/6(10)

•С хема соединения обмотка – звезда/треугольник •И меет встроенный источник возбуждения нейтрали (анцапфный переключатель в обмотке фазы В - 1,25; 2,5; 3,75; 5%)

ООО ВП «НТБЭ» г. Екатеринбург, Тел.: (343) 310-86-74 (75) e-mail: ntbe@ural.ru web: www.ntbe-ural.ru Весь комплекс оборудования для заземления нейтрали из одних рук!

ПРАКТИКА

Релейная защита

Авторы: Алексеев В.Г., Коржецкая Т.А.,

УСТРОЙСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО ФИДЕРА ПРОИЗВОДСТВА «НПП БРЕСЛЕР». ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ В РАМКАХ АТТЕСТАЦИИ В ОАО «ФСК ЕЭС»

ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», г. Москва, Россия.

Козлов В.Н., Соловьев И.В., ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия.

УДК 621.316

Аннотация: в статье рассмотрены вопросы, которые возникли при проведении испытаний устройства определения поврежденного фидера на правильность его функционирования в различных режимах замыкания на землю, на этапе аттестации устройства производства «НПП Бреслер» в ОАО «ФСК ЕЭС».

Ключевые слова: однофазное замыкание на землю, определение поврежденного фидера, цифровые осциллограммы замыканий.

Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях с изолированной нейтралью характеризуются многообразием процессов, происходящих в момент и в течение развития замыкания. Соответственно, производители устройств определения поврежденного фидера (ОПФ) при ОЗЗ используют для их выявления различные алгоритмы или их сочетания [1]. Возможности микропроцессорной техники (МП) приводят к появлению все более сложных и изощренных алгоритмов. Практическая проверка МП устройств, реализующих эти алгоритмы, требует наличия банка осциллограмм, охватывающих максимально возможное количество процессов, возникающих при ОЗЗ. Создание такого банка, несомненно, нужная, но архисложная задача и требует многолетнего сбора и анализа осциллограмм. Авторами на основе анализа нескольких тысяч осциллограмм, собранных более чем с 300 МП терминалов ОФП серии «Бреслер-0107.ОПФ» на протяжении 4 лет, удалось выделить лишь несколько десятков характерных процессов ОЗЗ. Причем абсолютно достоверно удалось идентифицировать лишь единичные процессы из тех, которые хотелось бы видеть. Объясняется это многими причинами – сложностью сбора осциллограмм, отсутствием достоверной информации о сети и режиме ее работы в момент записи осциллограммы, сравнительно малым количеством объектов наблюдения из 74

03 / Сентябрь 2012

их огромного разнообразия и т.д. В итоге, количество необъясненных осциллограмм значительно превышает количество абсолютно достоверных.

Рис. 1. Конфигурация моделируемой сети 10 кВ с изолированной нейтралью

ПРАКТИКА

Релейная защита

Очевидно, что такая ситуация абсолютно не приемлема при проверке правильности функционирования устройств ОПФ или защиты от ОЗЗ при их аттестации. Поэтому на опытном полигоне ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» был подготовлен комплект расчетных цифровых осциллограмм, охватывающий наиболее вероятные случаи ОЗЗ, по мнению авторов, достаточный для аттестационных испытаний. Описание моделируемой сети Для расчета была выбрана модель сети 10 кВ, представленная пятью радиальными линиями Ф1…Ф5, отходящими от одной из секций шин подстанции 110/35/10 кВ (рис. 1). Секция получает питание от понизительного трансформатора ТДТ-20000 115,5/38,5/11 кВ. На шинах 10 кВ установлен трансформатор напряжения 3хЗНОМ-15 10000:√3 / 100:√3 / 100:3. Отходящие линии являются кабельными и со стороны подстанции имеют трансформаторы тока нулевой последовательности ТЗЛМ-1 с коэффициентом трансформации 25. Все кабели трехфазные, имеют алюминиевые жилы и оболочку. Длины линий, сечение кабелей, емкостный ток при глухих однофазных замыканиях на землю и нагрузочный ток линии приведены в табл. 1. Суммарный емкостный ток сети при однофазном замыкании на землю 19,259 А. На каждой линии имеются трансформаторные подстанции с установленными понижающими трансформаторами 10/0,4 кВ. Тип трансформаторов, группа соединения обмоток и их нагрузка приведены в табл. 2. В сети имеются два трансформатора напряжения, один из которых (VT1) установлен на шинах питающей подстанции, а другой (VT2) – на шинах ТП-53 (точка ОЗЗ К5). При проведении расчетов все силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы напряжения вводились с учетом нелинейности характеристики намагничивания. Все силовые трансформаторы, за исклю-

Табл. 1

Присоединение

Длина, км

Сечение жилы кабеля, мм2

Л-11

240

Л-12

1,5

Л-13

2,3

Л-14

0,8

Л-15

0,5

Л-21

0,8

150

Л-22

0,3

Л-31

0,9

150

Л-32

0,6

Л-33

0,6

Л-34

0,4

Л-35

0,5

Л-41

0,6

150

Л-42

0,5

Л-43

0,3

Л-51

1,1

150

Л-52

0,7

Л-53

0,2

Л-51

1,1

150

Л-52

0,7

Л-53

0,2

Л-60

0,8

Л-42

0,5

Л-43

0,3

Линия

Ф1

Ф2

Ф3

Ф4

Ф5

Ф5 при отключенной линии Л41 и включенной Л-60

IC, А

Нагрузка присоединения, А

9,961

244,5

1,482

58,1

3,499

191,2

1,768

2,549

83,1

4,341

157,2

Табл. 2 Обозначение

Тип трансформатора

Группа соединения обмоток

Т2, Т3, Т5

ТМ-1600/10

Y/Yo-0

Т6, Т7, Т8, Т10,Т11, Т13, Т15, Т16

ТМ-630/10

Δ/Yo-11

Т4, Т14, Т17, Т18, Т20

ТМ-400/10

Y/Yo-0

Т9

ТМ-1000/10

Y/Yo-10

Т12, Т19

ТМ-1000/10

Y/Yo-0

чением Т1, имеют переключатели ПБВ, установленные в положение +2,5%. Расчет характеристик намагничивания производился предварительно по параметрам обмоток и магнитопроводов трансформаторов и характеристике намагничивания стали. Нагрузки трансформаторов на стороне 0,4 кВ имеют cosφ=0,8, причем часть нагрузки представлена как нелинейная осветительная с люми-

научно‑практическое издание

несцентными лампами. Гармонический состав установившегося тока замыкания на землю при глухом однофазном замыкании на шинах питающей подстанции (действующее значение в процентах от суммарного тока): 50 Гц – 99,91%, 250 Гц – 2,84%, 350 Гц – 2,42%, 550 Гц – 1,67%, 650 Гц – 0,74%, 850 Гц – 0,3%. Все однофазные замыкания на землю принимаются самоликви75

ПРАКТИКА

Алексеев Владимир Георгиевич Дата рождения: 19.03.1948 г. Окончил МЭИ в 1973 г. по специальности «Электрические системы и сети». Защитил кандидатскую диссертацию в 1988 г. на тему: «Разработка статистического метода выбора параметров расчетного переходного режима короткого замыкания для нормирования погрешностей трансформаторов тока сверх-

Релейная защита дирующимися через 0,9 секунды после возникновения. Устройство определения поврежденного фидера по цепям напряжения подключается к трансформатору напряжения VT1 на дополнительную обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник. По цепям тока устройство подключается к трансформаторам тока нулевой последовательности СТ1, СТ2, СТ3, СТ4 и СТ5. При дуговых ОЗЗ напряжение зажигания дуги принято 6000 В амплитудных. Гашение дуги моделировалось как по теории Петерсена (при прохождении высокочастотной составляющей тока замыкания через нулевое значение), так и по теории Петерса и Слепяна (при прохождении составляющей 50 Гц тока замыкания через нулевое значение). Тангенс дельта изоляции кабелей принят 2%. Моделирование процессов при ОЗЗ проводилось при помощи системы моделирования PSPICE [3].

Результаты моделирования Результаты моделирования ОЗЗ представлены в виде осциллограмм в формате COMTRADE при частоте дискретизации 10000 Гц. В осциллограммы включены: - токи трансформаторов нулевой последовательности СТ1, СТ2, СТ3, СТ4, СТ5 (вторичные значения ); - напряжение 3Uo (вторичное с дополнительной обмотки ТН VT1); - напряжения фаз А, В, С (вторичное с основной обмотки ТН VT1). Длительность процесса на осциллограмме – 1,1 с. Предшествующий режим – 200 мс. Всего подготовлено 23 осциллограммы. Замыкания моделировались в 5 точках на шинах ответвительных подстанций ТП (K1…К5) и на шинах питающей подстанции (К6) – рис. 1. В каждой точке выполнялось по три замыкания фазы А для трех режимов: глухое ОЗЗ; дуговое ОЗЗ с гашением дуги по Петерсену; дуговое ОЗЗ с гашением дуги по Петерсу и Слепяну. Во всех случаях, согласно рис. 1, была отключена линия Л-60.

Рис. 2. Осциллограмма глухого ОЗЗ фазы А в точке К2

Рис. 3. Осциллограмма дугового ОЗЗ в точке К3 с

высокого напряжения». Ведущий научный сотрудник лаборатории релейной защиты ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС».

Коржецкая

гашением дуги по Петерсену

Татьяна Андреевна Дата рождения: 27.05.1950 г. Окончила Московский энергетический институт в 1974 г. по специальности «Автоматизация процессов производства и распределения электроэнергии». Заместитель руководителя ОП ЦПС, зав. лабораторией релейной защиты ОАО «Научно-технический центр ФСК ЕЭС». Рис. 4. Осциллограмма дугового ОЗЗ в точке К3 с гашением

Рис. 5. Осциллограмма дугового ОЗЗ в точке К1 с гашением

дуги по Петерсу и Слепяну

дуги по Петерсу и Слепяну, Л-41 отключена, Л-60 включена. При изменяющемся напряжении зажигания дуги

03 / Сентябрь 2012

ПРАКТИКА

Релейная защита

Рис. 6. Осциллограмма дугового ОЗЗ в точке К1 с гашением дуги по Петерсу и Слепяну, Л-41 отключена, Л-60 включена. Прерывистое замыкание

кандидатскую диссертацию в Ленинградском политехническом институте на тему «Комплексная защита судовых генераторов». Доцент каф. «ТОЭРЗА» Чувашского госуниверситета, главный конструктор ООО «НПП Бреслер».

Соловьёв Игорь Валерьевич Дата рождения: 21.10.1984 г. В 2007 г. окончил Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, кафедра вычислительной техники. Инженер ООО «НПП Бреслер».

Аналогично три осциллограммы получены при ОЗЗ в точке К1 для случая подключенной линии Л-60 и отключенной линии Л-41. Типичный вид осциллограмм приведен на рис. 2, 3 и 4. Еще две осциллограммы соответствуют достаточно сложным дуговым ОЗЗ в точке К1 с гашением дуги по Петерсу и Слепяну: рис. 5 – при изменяющемся напряжении зажигания дуги; рис. 6 – дуга имеет прерывистый характер. Конфигурация схемы – подключена Л-60, отключена Л-40. Осциллограммы записаны терминалом «Бреслер-0107.080» во время аттестационных испытаний. Методика проведения испытаний Для проведения испытаний используются: 1. Испытательная установка Омикрон CMC 256+ с усилителем сигналов CMC 156; 2. ПК с управляющей программой. Испытания проводятся путем подачи Comtrade-файлов с установки Омикрон на устройство определения поврежденного фидера. Встроенным осциллографом устройства ОПФ снимаются осциллограммы. После проведения каждого пункта программы испытаний проводится анализ осциллограмм и определенного поврежденного фидера по светодиодной сигнализации на панели устройства.

Особенностью этого МП устройства является наличие в программном обеспечении более 10 алгоритмов определения фидера с ОЗЗ. На аттестационные испытания был представлен терминал, в логику срабатывания которого были включены 4 основных алгоритма, которые правильно отработали во всех рассмотренных случаях ОЗЗ. После проведения испытаний полученные осциллограммы были использованы для анализа остальных алгоритмов, не включенных разработчиками в программу аттестационных испытаний. Эти алгоритмы ОПФ были созданы в результате адаптации устройства к конкретным объектам путем анализа реальных осциллограмм различных ОЗЗ, накопленных разработчиками на протяжении 4 лет эксплуатации устройства. Тем не менее проверка показала, что ряд алгоритмов пришлось дорабатывать. Выводы 1. Невозможно охватить модельными осциллограммами все случаи ОЗЗ, встречающиеся в жизни. 2. Любые изменения, вносимые в алгоритмы определения ОЗЗ для задачи ОПФ или защиты от ОЗЗ, а также в логику работы устройств, требуют обязательной проверки правильности их функционирования в наиболее вероятных (тестовых) случаях ОЗЗ. 3. Разработанный в процессе аттестационных испытаний набор осциллограмм может быть использован для проверки правильности функционирования МП устройств ОПФ или защит от ОЗЗ. Литература: 1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. – М.: Энергия, 1971,- 152 с. с илл. 2. Микропроцессорный терминал определения поврежденного фидера при ОЗЗ «Бреслер-0107.080». www.bresler.ru 3. Роберт Хайнеман. PSPICE. Моделирование работы электронных схем.- М.: ДМК, 2005.

Практические результаты Вышеописанный набор осциллограмм и методика испытаний были использованы при аттестации устройства ОПФ «Бреслер-0107.080». научно‑практическое издание

ПРАКТИКА

Релейная защита

Авторы: Пашковский С.Н., Понамарев Е.А.,

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЯХ

ООО НПП«ЭКРА», г. Чебоксары, Россия.

УДК 621.311.001.57

Аннотация: в статье рассмотрен метод математического моделирования процессов, протекающих в электроустановках среднего напряжения при перемежающихся дуговых замыканиях. Полученная в результате модель может быть использована при разработке защит от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, математическое моделирование, перемежающиеся дуговые замыкания.

Пашковский Сергей Николаевич Дата рождения: 07.12.1983 г. В 2006 г. окончил Оренбургский государственный университет, кафедра Электроснабжения промышленных предприятий. В 2010 г. защитил кандидатскую диссертацию в Новосибирском государственном техническом университете. Тема диссертации: «Исследование и разработка защиты от замыканий на землю в электрических сетях с комбинированным заземлением нейтрали»; ведущий инженер отдела защит низкого напряжения ООО НПП «ЭКРА».

03 / Сентябрь 2012

Несмотря на большое количество работ, направленных на создание защиты от замыканий на землю, в электрических сетях среднего напряжения эта задача до сих пор является актуальной. В частности, пока нет устройства защиты, удовлетворяющего условию массового применения в электрических распределительных кабельных сетях 6-10 кВ городов и промышленных предприятий, которые являются наиболее распространенными. Предложения по решению проблемы обеспечения селективной защиты от замыканий на землю в таких сетях за счет изменения режима заземления нейтрали, а именно перехода от компенсации емкостного тока к низкоомному резистивному заземлению с током замыкания в несколько сот ампер, по нашему мнению, являются дискуссионными, т.к. они не только не решают эту проблему, но и являются уходом от нее. Однофазные замыкания на землю являются преобладающим видом повреждений в электрических сетях 6-35 кВ. Наиболее опасной разновидностью ОЗЗ являются дуговые перемежающиеся замыкания, так как помимо термического воздействия дуги они сопровождаются перенапряжениями, повышающими вероятность перехода однофазного замыкания в двойное замыкание на землю или междуфазное короткое замыкание. Замыкания через перемежающуюся дугу являются наиболее тяжелым и труднораспознаваемым видом повреждения для релейной защиты с точки зрения ее селективной работы. Причем наибольшие проблемы с выполнением селективной и устойчиво функционирующей защиты от замыканий на землю возникают в электрических сетях с компенсацией емкостного тока. В связи с этим является актуальным совершенствование существующих алгоритмов работы защит от замыканий на землю для повышения эффективности их функционирования при наиболее опасных дуговых перемежающихся замыканиях.

При разработке защит от ОЗЗ наиболее предпочтительным вариантом выяснения реальной картины процессов, происходящих при замыканиях на землю, является метод математического моделирования. Метод физического моделирования и проведение натурных испытаний целесообразно применять главным образом в целях проверки и настройки уже созданных образцов защиты от замыканий на землю. Математическое моделирование, благодаря непрерывному расширению возможностей современной вычислительной техники, получило в последние десятилетия ускоренное развитие и, как следствие, широкое внедрение в научно-проектных институтах и лабораториях. К достоинствам математического моделирования следует отнести его гибкость (быстрая смена параметров сети, сохранение и многократное использование любых характеристик цепей и переходных процессов, передача их на печать), а также возможность проведения вероятностно-статистических исследований. Однако, при всех возможностях современной вычислительной техники, исходные данные, необходимые для загрузки в элементы математической модели на основе полной схемы замещения сети, получить весьма затруднительно. Поэтому исходные данные для загрузки в математическую модель целесообразно и правомерно принимать из ряда работ [1, 2, 3], в которых ранее проводились исследования переходных процессов при естественных замыканиях в существующих электрических сетях, либо путем проведения искусственного замыкания фазы на землю. На сегодняшний день известны три основные теории, описывающие переходные процессы в электрических сетях среднего напряжения при однофазном замыкании на землю. Это теории Петерсена, Петерса и Слепяна и теория Белякова [1, 2]. Также накоплено достаточно много данных по результатам исследования замыканий на землю в су-

ПРАКТИКА

Понамарев Евгений Алексеевич Дата рождения: 06.08.1984 г. В 2006 г. окончил Оренбургский государственный университет, кафедра Электроснабжения промышленных предприятий. В 2010 г. защитил кандидатскую диссертацию в Томском политехническом университете. Тема диссертации: «Совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов укрупненного блока»; ведущий инженер технического отдела ООО НПП «ЭКРА».

Релейная защита ществующих сетях (имеется множество осциллограмм). Все эти данные, а также сильно развитый математический аппарат позволяют создать математическую модель, которая с достаточной точностью воспроизводит процессы, происходящие в электроустановках при дуговых перемежающихся замыканиях. В настоящее время для решения задач математического моделирования в электроэнергетике существует достаточно много программных комплексов различной направленности, таких как MathCad, MATLAB, ElectronicsWorkbench, Mustang и др. Наиболее подходящей для решения поставленной задачи, по мнению авторов, является система MATLAB [4]. Система содержит пакет Simulink, предназначенный для моделирования динамических систем, модели которых составляются из отдельных блоков (компонентов). Задание параметров элементов электрической схемы модели проводится через их расчет с использованием таких общепринятых характеристик электрической сети, как: суммарный емкостной ток, расстройка компенсации, коэффициент демпфирования, а также характеристик переходного процесса: частоты тока разряда емкости поврежденной фазы и дозаряда емкостей неповрежденных фаз и коэффициентов затухания этих токов. Для определения возможного диапазона изменения всех упомянутых факторов, влияющих на процесс дугового перемежающегося замыкания, были использованы данные, полученные в реальных сетях [2]. Процессы при дуговом замыкании моделируются на основе представления дугового промежутка идеальным ключом, который должен управляться по следующему алгоритму [5]: 1. Ключ замыкается при достижении заданного пробивного напряжения на поврежденной фазе; 2. Погасание дуги происходит при одном из задаваемых в расчете переходов тока в месте замыкания через значение, близкое к нулю; 3. Для учета изменения электрической прочности дугового промежутка после погасания дуги в модели должна быть предусмотрена возможность задания изменения пробивного напряжения за время между двумя пробоями. На рис. 1 представлена обобщенная блоксхема модели дугового промежутка. Функционально модель состоит из двух взаимосвязанных блоков, включающих в себя измерительно-управляющую цепь, представленную на рисунке блоком управления, и силовую цепь, состоящую из блока коммутации силовой цепи, посредством которого имитируется дуговое замыкание. научно‑практическое издание

Рис.

Функциональная

блок-схема

модели

дугового

промежутка

Блок управления контролирует напряжение в месте предполагаемого замыкания и сравнивает его с заданным начальным значением пробивного напряжения. В случае если напряжение в месте подключения модели достигает величины пробивного, блок управления формирует сигнал на замыкание ключа блока коммутации, что приводит к появлению режима ОЗЗ. При снятии этого сигнала ключ размыкается и происходит восстановление нормального режима работы. Длительность сигнала, в течение которого существует ОЗЗ (ключ замкнут), задается в модели блока управления, что позволяет моделировать процессы согласно различным теориям протекания перемежающихся однофазных дуговых замыканий. Следует обратить внимание на то, что согласно классическим теориям дуговых замыканий, погасание дуги происходит при одном из переходов тока в месте замыкания через значение, близкое к нулю. Рассчитывать этот момент довольно затруднительно, т.к. в общем случае ток в месте замыкания имеет многочастотный характер [2]. В связи с этим алгоритм управления ключом дополнен вторым сигналом: после снятия первого сигнала ключ остается замкнут до того момента, пока ток, протекающий через него, не снизится ниже заданной уставки, близкой к нулю. Тем самым выбор длительности первого сигнала значительно упрощается. Для реализации алгоритма восстановления электрической прочности дугового промежутка после погасания дуги блок управления содержит модуль, который непрерывно рассчитывает текущее значение пробивного напряжения (электрической прочности дугового промежутка) и отправляет его в модуль сравнения, описанный выше. Закон нараста79

ПРАКТИКА

Релейная защита

Рис. 2. Осциллограммы переходных процессов в сети среднего напряжения, работающей с изолированной нейтралью, Uпр=0,9Uфm

Разработанная таким образом модель, воспроизводящая процессы при перемежающихся дуговых замыканиях, дает расчетные результаты, хорошо согласующиеся с известной картиной переходных процессов, имеющих место в реальных электроустановках. Поэтому данная модель может использоваться для решения задач разработки и усовершенствования защит от замыкания на землю. Развитие данного способа авторы видят в применении так называемого физико-математического моделирования, которое интенсивно развивается в последние годы [7]. Метод основан на получении осциллограмм в математической модели, записи их в файл и дальнейшем воспроизведении с помощью программно-технических средств в реальном времени. Данный метод позволяет тестировать как разрабатываемые, так и уже разработанные устройства защиты от ОЗЗ. Требованием к программно-техническому комплексу является возможность воспроизведения сигналов с частотами до 20 кГц без существенной потери информации с достаточной мощностью выходного сигнала для подачи на испытуемое устройство. Литература:

Рис. 3. Осциллограммы переходных процессов в сети среднего напряжения, работающей с резонансно-заземленной нейтралью при расстройке компенсации υ = 5 %, Uпр=0,9Uфm., d=0,05

ния электрической прочности дугового промежутка описывается следующим уравнением [6]: , где Uнач – начальное напряжение на дуговом промежутке после погасания дуги, кВ; ∆U – величина приращения пробивного напряжения, кВ; Та – постоянная времени восстановления пробивного напряжения, с; t – текущее время, с; tпд – время момента очередного погасания дуги, с. 80

03 / Сентябрь 2012

В зависимос ти от типа электроус тановки, на которой планируетс я проводить расчетные эксперименты, U нач может изменятьс я от пробоя к пробою. Увеличение U нач соответс твует восс тановле нию диэлектрических свойств дугового промежутка, а уменьшение – его деградации. Д ля иллюс трации функцио нирования разработанного алго ритма на рис. 2 и рис. 3 приведены осциллограммы, полученные на модели сети среднего напряжения.

1. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 414 с. 2. Лихачев Ф.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. – М.: Энергия, 1971. – 152 с. 3. Сирота И.М., Кисленко С.Н., Михайлов А.М. Режимы нейтрали электрических сетей. – Киев.: Наукова думка, 1985. – 264 с. 4. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008.–288 с. 5. Пашковский С.Н., Понамарев Е.А. Моделирование процессов в электрических сетях при перемежающихся дуговых замыканиях / Томский политехнический университет. – Томск, 2007. – 20 с. – Деп. в ВИНИТИ 28.09.2007 № 927–В2007. 6. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутациях электрических сетей. – М.: Высшая школа, 1967. – 195 с. 7. Шуин В.А. Физико-математическое моделирование динамических режимов функционирования токовых защит от замыканий на землю / Шуин В.А., Сарбеева (Добрягина) О.А., Чугрова Е.С. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика – XVI МНТК студентов и аспирантов: Тез. докл. в 3-х т. Т.3. М.: Изд. МЭИ, 2010. – С. 515–516.

ПРАКТИКА

СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПАРТНЕРЫ

16+ научно‑практическое издание

ДЛЯ БЕСПЛАТНОГО ПОСЕЩЕНИЯ ЗАРЕГИСТРИРУЙТЕСЬ НА САЙТЕ

ИСТОРИЯ

ПАМЯТИ ВЛАДИМИРА ГЕОРГИЕВИЧА ГАРКЕ (1941 – 2012)

12 июня 2012 года остановилось сердце Владимира Георгиевича Гарке – доброго друга нашей редакции и исключительно отзывчивого человека. В предыдущем номере нашего журнала были опубликованы подготовленные В.Г. Гарке воспоминания о его Учителе – В.Л. Фабриканте. 30 мая на выставке «РЗА-2012» в г. Москва мы с ним вместе обсуждали детали представления этого материала, а 12 июня, когда номер уже ушел в печать, пришло известие о кончине Владимира Георгиевича. Это стало таким потрясением, что казалось неправдой. Как тяжелый удар восприняли потерю своего Учителя и его ученики – аспиранты Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева (КНИТУ - КАИ). В г. Казань – на родину своей жены – Гарке В.Г. приехал из Латвии в 2006 году, когда понял, что в России поддержка науки вернулась в приоритеты государственной политики. А уже здесь узнал, что его старые знакомые и друзья из ВНИИР в г. Чебоксары создали несколько предприятий. Это прибавило ему энтузиазма, и он возобновил преподавательскую деятельность. В.Г. Гарке был одним из плеяды «старых» интеллигентов с безупречной культурой поведения и прекрасной 82

03 / Сентябрь 2012

общей культурой, обширными сведениями из различных областей знания и хорошей речью на нескольких европейских языках. Студенты заслушивались его лекциями и буквально боготворили. А для каждого из своих аспирантов он был заботливым отцом, спортивным тренером, личным психотерапевтом и диетологом. Владимир Георгиевич прилагал немало усилий для обучения и воспитания достойной смены российским релейщикам, не только давая обширные теоретические знания, но и привлекая к выполнению договорных НИР, делился с ними мечтой о создании в КНИТУ самой современной исследовательской лаборатории релейной защиты. Он так аргументированно убеждал, что ему поверили не только его аспиранты, но и преподаватели кафедры «Электрооборудование» КНИТУ, а руководство вуза выделило деньги на создание такой лаборатории. Поступило первое новейшее оборудование и ... Сегодня главным для его учеников и последователей стало горячее желание, не бросив на полпути, осуществить намеченные Владимиром Георгиевичем планы. И они полны решимости воплотить их в жизнь. Энтузиазм преподавателей и аспирантов дает уверенность в том, что казанская школа релейщиков в скором времени внесет свой значимый вклад в решение новых задач, вставших сегодня перед релейной защитой. Ведь В.Г. Гарке был одним из тех релейщиков, благодаря которым продукция российского релестроения и сегодня, в условиях высокой глобальной конкуренции, остается востребованной в России, четко выполняя свои защитные функции. Мы публикуем сегодня воспоминания людей разных поколений о Владимире Георгиевиче Гарке, тем самым отдавая дань памяти этому светлому человеку, оставившему неизгладимое впечатление в душах всех, когда-либо соприкасавшихся с ним в жизни: Я. Д. Барканс, д.т.н., профессор Рижского технического университета, г. Рига Мы с Владимиром Георгиевичем длительное время работали в Рижском политехническом институте. Благодаря В.Л. Фабриканту на кафедре

ИСТОРИЯ

На фотографии – 70-летний юбилей В.Л. Фабриканта в РПИ . В центре – В.Л. Фабрикант и его жена Вера Михайловна. Направо от нее – зав. проблемной лаборатории Я.Д. Барканс и Л. Паперно. Во втором ряду: слева от В.Л. Фабриканта - В.Г. Гарке; предпоследний справа– А.С. Саухатас (ныне профессор, директор института энергетики РТУ и руководитель Рижского «Теплоэлектропроекта»). Через одного налево – профессор В.Н. Чувычин.

поддерживался творческий дух и было интересно работать. В.Г. Гарке всегда отличался оригинальностью мышления. Большой объем знаний в его сознании не рождал стереотипов и легко трансформировался в оригинальные и неожиданные идеи. В сочетании с умением сомневаться, это служило основой талантливости, что проявлялось даже во взгляде, излучавшем веселое лукавство. С ним было легко и весело общаться. С его неожиданным уходом невозможно примириться. Иногда появляется грешная мысль, что, мол, пора и честь знать... Но так же, как и он, я понимаю, что смысл жизни в способности что-то отдавать, не претендуя на благодарность ближних. Д.Р. Любарский, д.т.н., зам. генерального директора по научной работе, ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ», г. Москва Как и все, кто хотя бы мимолетно имел возможность пообщаться с Владимиром Георгиевичем, я с горечью и большим сожалением узнал о его кончине. Я не часто профессионально общался с В.Г. Гарке (я был заочным аспирантом незабвенного В.Л. Фабриканта

и бывал в Риге наездами), но я ощущал Владимира Георгиевича всегда как незаурядную и видную личность. Его путь в жизни был нелегок, но его «бойцовство», оптимизм и энергия в сочетании с безграничной коммуникабельностью и неизменной доброжелательностью привлекали к нему безоговорочно. Он относится к категории людей, воспоминание о которых вызывает всегда добрую улыбку, а теперь, с его безвременным уходом – сознание о невосполнимой человеческой потере. В.А. Шелкова, директор Камского филиала ФГАОУ ДПО «ПЭИПК», г. Набережные Челны, Татарстан. Невосполнимую утрату понес Камский филиал Петербургского энергетического института повышения квалификации, где 5 лет Владимир Георгиевич Гарке проработал профессором кафедры «Эксплуатация и ремонт энергетического оборудования». Владимир Георгиевич, обладающий глубокими знаниями и практическим опытом в области релейной защиты, щедро передавал их слушателям курсов ТЭК Средней Волги и Урала, на деле осуществляя связь науки и произ-

научно‑практическое издание

водства. И неважно, был ли это мастер или начальник службы, диспетчер или главный инженер, его высокая эрудиция, талант и простота в общении получали самую высокую оценку. Его экспертные заключения и мнения по вопросам релейной защиты были всегда значимыми в научных и технических кругах. Завидная работоспособность, доброжелательность, душевная щедрость, обязательность в словах и поступках Владимира Георгиевича навсегда останутся в сердцах его друзей и коллег. А.В. Ференец, директор Института автоматики и электронного приборостроения КНИТУ-КАИ, зав. кафедрой Электрооборудования, г. Казань Мне посчастливилось работать с Владимиром Георгиевичем Гарке последние четыре года его жизни. Он пришел на кафедру Электрооборудования Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева (тогда еще КГТУ им. А.Н. Туполева) по рекомендации В.М. Гуреева, который знал его по совместной работе в Набережно-челнинском филиале Санкт-Петербургского института повышения квалификации энергетиков. Отзывы были самые лестные, и вскоре я понял почему. Владимир Георгиевич был не только высочайшим профессио83

ИСТОРИЯ налом, исключительно творческим и деятельным человеком (как сейчас любят говорить – креативным), но и бесконечно обаятельным и позитивным. Уже через несколько месяцев создавалось впечатление, что давно знаешь этого человека с располагающей улыбкой и бесконечной вереницей планов, проектов, поездок… Вузовская среда достаточно консервативна, поэтому В.Г. Гарке был встречен рядом сотрудников кафедры несколько настороженно. Но я не мог не поверить реальности его планов и усомниться в возможности их реализации. При его исключительной простоте и открытости в общении сразу же чувствовалась глубина и масштаб личности. Поэтому уже в начальный период работы в нашем университете Владимир Георгиевич стал лидером на кафедре по числу аспирантов, он организовал и возглавил целое направление научно-исследовательских работ в области релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем, предложил и активно продвигал идею создания учебно-исследовательской лаборатории микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики. Он растапливал лед недоверия открытостью и искренностью в общении, неизменным позитивом, готовностью прислушиваться к мнению оппонента и корректировать предлагаемые решения любых задач. Не случайно, что уже через год он стал ведущим доцентом, а затем профессором кафедры Электрооборудования, своим и для сотрудников, и для студентов. Высокий профессионализм В.Г. Гарке и как инженера-исследователя, и как преподавателя, а также замечательные человеческие качества буквально притягивали к нему студентов и аспирантов. В аспирантуру и магистратуру кафедры Электрооборудования к Владимиру Георгиевичу как научному руководителю буквально выстроилась очередь желающих (в 2012 году он был руководителем 9 аспирантов). Он не только доверял им, но и создавал систему работы с аспирантами, используя принцип как профессиональных, так и простых человеческих отношений. Для каждого из аспирантов находилась интересная тема, основанная 84

03 / Сентябрь 2012

на оригинальных идеях Владимира Георгиевича по решению актуальных задач современной энергетики. Аспиранты активно участвовали в хоздоговорных НИОКР, руководителем которых был В.Г. Гарке. При этом, выполняя львиную долю работ, В.Г. Гарке считал своим долгом финансово стимулировать работу своих подопечных. Все возможное делалось Владимиром Георгиевичем для того, чтобы обеспечить участие аспирантов в ведущих научно-технических конференциях по тематике их диссертационных работ. Но больше всего меня восхищали его отеческие отношения с аспирантами, его участие и понимание их семейных проблем, систематическое общение вне университета – на теннисном корте или дома за чашкой чая. До сих пор не верится, что с нами нет этого замечательного человека. Он ушел на взлете, когда многие его задумки начали реализовываться и он, на мой взгляд, был счастлив, что может жить в соответствии со своим девизом «любовь, свобода, интерес». Под его руководством практически сформировалась научная школа в области релейной защиты и автоматики, выполняющая интересные и актуальные для ведущих предприятий отрасли НИОКР (его команда насчитывает более десятка молодых перспективных ребят). Учебно-исследовательская лаборатория, которую он задумал, начала приобретать реальные очертания. Его любимые ученики вплотную подошли к завершению своих диссертационных работ и их защите. Он находил понимание и уважение в своем профессиональном окружении как в университете, так и на ведущих предприятиях отрасли. Память о Владимире Георгиевиче Гарке навсегда будет в сердцах его коллег и учеников, а его замыслы будут реализованы! Аспиранты КНИТУ-КАИ:

расплывчатое представление о получаемой специальности «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем». Поэтому, идя на лекцию по дисциплине «Элементы автоматических устройств», ничего особенного не ожидали. В аудиторию вошел подтянутый человек невысокого роста, добродушно, немного лукаво улыбнулся и сразу же увлек аудиторию. Еще в начале лекции он сказал: «Не бойтесь задавать вопросы. Не бывает глупых вопросов, бывают лишь уклончивые ответы». Владимир Георгиевич был великолепным докладчиком: широкий кругозор, безупречное знание предмета, способность говорить просто о сложном. Мы были просто поражены. Уже будучи аспирантами, мы не переставали удивляться громадному количеству идей, оригинальности мышления и работоспособности Владимира Георгиевича. Его авторитет как ученого находится на самом высоком уровне и ни у кого не вызывает сомнений. Но этот человек был для нас не просто научным руководителем, но и наставником по жизни в целом. Как делать утреннюю зарядку, как правильно питаться, как играть в теннис – на эти и многие другие вопросы мы всегда могли получить ответы. Мы часто собирались у Владимира Георгиевича дома. Поводы были самые разные: Старый Новый год, Масленица, сдача кандидатского экзамена. Владимир Георгиевич вместе со своей супругой Ритой Гадельзяновной всегда очень тепло нас встречали, относились к нам как к своим детям. Время неумолимо. Владимира Георгиевича нет с нами рядом, но продолжают жить его работы, идеи, стихи, та позитивная энергия, которой он так щедро делился со всеми окружающими. Светлая память о нем навсегда останется в наших сердцах!

Конова Елена Моя первая встреча с Владимиром Георгиевичем произошла в 2007 году. К тому времени мы, студенты третьего курса, едва прослушали общеобразовательные предметы и имели весьма

Куракин Сергей Он тихо ворвался в нашу студенческую жизнь. Именно ворвался. Потому как изменил мироощущение каждого из нас. Озарил светом, научил делиться самым дорогим. Научил работать руками.

ИСТОРИЯ Он очень легко, на первый взгляд, читал лекции. Казалось все простым и понятным, хотя за этим стоят тома книг, статьи, конференции, диссертации, бессонные ночи в поисках решения задач. Долгие математические выкладки прерывал лирическими отступлениями. Рассказывал о здоровом питании, путешествиях, случаях из жизни. И, как ни странно, все это запоминалось совместно с материалом! И на лекции ходили всей толпой, как на праздник. Любил семью и институт, общаться со студентами, любил спорт. Его обаяние, казалось, не имело границ. Позже один из преподавателей института признался: «Мне хочется, чтобы студенты также полюбили мой предмет!» У Владимира Георгиевича это отлично получалось. Секрет – это блестящее знание своего предмета, умение вести диалог со студентами, и его обаяние. Он всегда говорил нам, что человек должен быть свободным. Путешествие – любовь к свободе. Всегда с восторгом рассказывал о своей первой машине, которая подарила новые горизонты, помогала в работе. Родился в Бодайбо, работал в Иркутске, учился в Риге, был в Монголии, отдыхал в Крыму, исколесил всю Европу – для этого человека действительно не было преград! Исаков Руслан В своей жизни мне посчастливилось познакомиться с Владимиром Георгиевичем, и в тот же момент я решил, что хочу стать аспирантом под его руководством. Для меня Владимир Георгиевич стал учителем не только в научной области, но и по жизни. Меня всегда восхищали его жизнелюбие, позитивное отношение ко всему, то, как он с легкостью проезжал тысячи километров, путешествуя по различным городам, странам, так как даже молодые люди не всегда решаются на такие путешествия. Навсегда останется в моей памяти то, как Владимир Георгиевич со своей супругой собирал нас дома за большим столом по праздникам, где обсуждались планы на будущее, рассказывались истории о путешествиях. В день своего рож-

дения Владимир Георгиевич проводил небольшой турнир, где он всегда одерживал победы. Он находился в хорошей спортивной форме и мог дать фору даже молодым – это, без сомнения, был пример для молодежи. Хотелось бы сказать ему огромнейшее спасибо за всё. Память о Владимире Георгиевиче навсегда останется в моем сердце. Мамалимов Дмитрий Владимир Георгиевич Гарке оставил светлую память о себе в сердцах всех людей, кто соприкасался с ним, и, особенно, в сердцах своих учеников. Для нас, его аспирантов, он являл собой образец умного, компетентного, мудрого наставника. Мы с особой теплотой вспоминаем его душевные качества как человека и как Учителя с большой буквы. Владимир Георгиевич обладал неиссякаемым жизнелюбием и энергией. Общение с ним всегда было в радость. Его шутки, яркие образы, примеры из жизни поднимали настроение, снимали усталость и утомление. Владимир Георгиевич был широко известен в научных кругах РФ как грамотный и компетентный специалист и являлся признанным авторитетом в области релейной защиты. Круг его интересов в области релейной защиты и автоматизации был весьма широк, и он обладал редким даром научной интуиции, способностью безошибочно находить новые верные решения существующих технических проблем. Как Учитель и наставник он вдохновлял нас, своих учеников, на исследования существующих научных гипотез и, в особенности, на поиски новых научных решений в данной области. Под руководством профессора Гарке были разработаны и внедрены в жизнь многие научные разработки и изобретения. Особое внимание он уделял изобретательской деятельности своих аспирантов. Работая под руководством Владимира Георгиевича, нередко бывало, что сталкиваясь с конкретной проблемой, заходя в тупик в своих исследованиях, достаточно было обрисовать возникшую

научно‑практическое издание

проблему Владимиру Георгиевичу как своему научному руководителю, и тогда ему достаточно было сказать всего дветри фразы, чтобы выход из тупика был найден. Мы никогда не забудем нашего научного руководителя и наставника. Воспоминания о нем будут жить в наших сердцах и душах вечно. Петрухин Сергей Владимир Георгиевич Гарке показал всем окружающим, как необходимо жить: как следует относиться к делам, ни на секунду не забывая про семью; как в нашей рутинной, затягивающей повседневной жизни можно с легкостью путешествовать не только по России, но и по всему миру; как находить общий язык с людьми разных поколений, разных национальностей, нравов и убеждений. Он показал нам, как в 71 год оставаться молодым душой и телом, легко и непринуждённо собирать друзей и учеников на турнир по большому теннису и при этом еще и гонять молодых энергичных выносливых парней. Обладая неиссякаемым источником жизненной энергии, умел не только рационально ее использовать на личные и профессиональные интересы, но и передавать частичку этой энергии и оптимизма родным, близким, а зачастую и малознакомым людям. Но время неумолимо, и в жизни не редкость, когда Господь Бог забирает хороших людей к себе, как нам кажется, слишком рано. Ведь столько жизненных сил, столько энергии, столько желания продолжать свои труды и наставлять учеников – но, к сожалению, время нельзя повернуть назад. Таким он и останется в наших сердцах: молодым, энергичным, креативным, с неповторимой мимикой, жестами и обаянием, которыми он завоевал всеобщую любовь. Иванов Игорь Владимир Георгиевич запомнился, прежде всего, своим жизнелюбием, широким кругом интересов, активной жизненной позицией и неиссякаемым оптимизмом. Для него не было недостижимых целей и задач. Он шёл по жизни легко и непринуждённо, превращая любую проблему в пустяк. 85

ИСТОРИЯ Часто аспиранты собирались у Владимира Георгиевича дома, где он и его супруга всегда очень тепло нас встречали. На этих встречах за круглым столом Владимир Георгиевич находил время для каждого аспиранта: он не давал готового решения трудной задачи, которая стояла перед диссертантом, однако он мог находить нужные слова, при которых задача становилась намного проще. Аспирантам он старался привить интерес не только к науке релейной защиты, но и к другим своим хобби. Так, каждый год, в день своего рождения, он устраивал турнир по большому теннису, в котором нам, молодым и здоровым людям, оставалось только удивляться его хорошей физической форме и вдохновенной игре. Конечно, не всё из задуманного успел осуществить Владимир Георгиевич. Однако то, что планировал реализовать учитель, смогут реализовать его ученики. Ведь человек жив, пока живут его дела и память о нём.

знакомым с Владимиром Георгиевичем, услышав эту фразу, наполнится теплыми воспоминаниями о человеке, имевшем поразительную энергетику, способного заразить ею окружающих, воодушевить на подвиги, раскрыть глаза на, казалось бы, сложные, подчас неразрешимые задачи… Как же повезло релейной защите, что она нашла такого союзника на пути своего развития! И как же повезло нам, что мы решили посвятить себя релейной защите, благодаря чему мы и познакомились с Владимиром Георгиевичем. Каждый раз после беседы с ним вырастали крылья, уносившие в увлекательный, сложный и безумно интересный мир релейной защиты. К сожалению, Владимир Георгиевич покинул нас. А ведь еще есть столько всего, о чем хотелось бы спросить, посоветоваться, да и просто зарядиться энергией, оптимизмом. Но знаю одно точно – с нами навсегда останется память о нем. Память о великом человеке! И мы всегда с улыбкой будем вспоминать: «Любовь, Свобода, Интерес»!

«Есть в мире множество чудес, Но чтоб прожить красиво, Мы будем славить до небес На зависть всем, на диво: Любовь! Свободу! Интерес!» (С) В.Г. Гарке

Жегалов Андрей Владимир Георгиевич навсегда останется и в моей памяти невероятно жизнерадостным, располагающим к себе человеком, прекрасным специалистом, замечательным Учителем. Его исключительная способность делиться своей энергетикой помогала нам, ученикам, воспринимать новое. К нему тянулись люди, он давал знания, и не

Хазбулатов Зульфар «Любовь, свобода, интерес!» – я думаю, любой человек, имевший счастье быть

только профессиональные. Он учил нас не быть праздными, всегда стремиться к намеченному и не останавливаться на достигнутом. Он научил нас многому, но еще очень многому не успел... Саевич О.Л., Генеральный директор ООО НПП «ЭКРА» Пройдя основательную научную школу под руководством известного советского ученого в области РЗА Фабриканта В.Л. в Рижском политехническом институте (РПИ), Владимир Георгиевич посвятил свою жизнь научной и преподавательской деятельности. Ведущие технические вузы страны, такие как РПИ, КГЭУ, КНИТУ-КАИ, а также и ПЭИПК, знают и помнят его как отличного преподавателя, грамотного специалиста, мудрого наставника и просто как широкой души человека. Свою неиссякаемую энергию творчества и научный потенциал Владимир Георгиевич передавал молодым аспирантам, которые под его чутким руководством работали над диссертациями и вели научные разработки в области РЗА. За время сотрудничества со специалистами НПП «ЭКРА» Гарке В.Г. внес ощутимый вклад в повышение научного уровня устройств РЗА предприятия. Светлая память о деятельности Владимира Георгиевича навсегда сохранится в сердцах и душах его учеников, коллег и соратников.

ГАРАНТИРОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ВСЕХ НОМЕРОВ ЖУРНАЛА

Подписка на 2013 г. (4 номера) – 2720 руб. Стоимость подписки включает НДС и цену доставки

Вы можете оформить подписку на журнал «Релейная защита и автоматизация» через редакцию с любого месяца и приобрести отдельные номера, отправив заполненную Заявку удобным для Вас способом (по e-mail: ina@srzau-ric.ru, на сайте: www.srzau-ric.ru или почтовому адресу: 428003, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр-кт И. Яковлева, д. 3). А также в любом почтовом отделении России по Объединенному каталогу «Пресса России», подписной индекс 43141.

03 / Сентябрь 2012

ИСТОРИЯ

«Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управления в электроэнергетике»

научно‑практическое издание

ВНИМАНИЕ

Требования к оформлению статей

УДК

Рубрика журнала: НАЗВАНИЕ СТАТЬИ (стиль ЗАГОЛОВОК 1, на рус. и англ. языках)

Аннотация статьи (на рус. и англ. языках) Ключевые слова (на рус. и англ. языках)

Фамилия И. О. (на рус. и англ. языках) Организация, город, страна ( на рус. и англ. языках)

Текст статьи Редактор: Microsoft Word (с расширением .doc) Переносы слов: без переноса. Расположение страниц: книжное.

Гарнитура шрифта: Times New Roman, Arial Размер шрифта: 11 пт. Формат бумаги: А4.

Список литературы: • не более 15 литературных источников, содержащих материал, использованный автором при написании статьи. Ссылки в тексте даются в квадратных скобках, н-р [1]. Ссылки на неопубликованные работы не допускаются. • оформление согласно ГОСТ 7.1-2003 «Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила оформления». • сокращения отдельных слов и словосочетаний приводятся в соответствии с ГОСТ 7-12-93 «Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила». Сведения об авторе (с фотографией): Фамилия, Имя, Отчество; ученая степень; почетные звания; должность и место работы; дата рождения; год окончания вуза с указанием названий вуза и кафедры; год и место защиты и тема диссертации; контактный тел. и e-mail. К направляемым в редакцию статьям прилагаются: • заявление от автора на имя главного редактора; • две внешние рецензии;

• акт экспертизы; • ходатайство научного руководителя.

Требования к элементам текстового материала Требования к таблицам (обязательны ссылки в тексте):

Требования к формулам:

• редактор: MS Word. • шрифт: 9 пт, заголовок – полужирным.

• редактор: MS Equation 3.0 (Вставка - Объект - Создание - MS Equation 3.0).

Таблицы могут быть с заголовками и без.

• размеры элементов формул: основной размер – 11 пт, крупный символ – 14

Требования к иллюстрациям и рисункам (обязательны ссылки в тексте):

пт, мелкий символ – 11 пт, крупный индекс – 7 пт, мелкий индекс – 5пт.

• чертежи: в строгом соответствии с ЕСКД.

• гарнитура греческих букв: Symbol. Для остальных букв: Times New Roman.

• режим «Вставка в текст статьи»: Вставка - Объект - Рисунок редактора

• шрифты: латинские буквы набираются курсивом; обозначения матриц, век-

Microsoft Word.

торов, операторов – прямым полужирным шрифтом; буквы греческого ал-

• шрифт подрисуночных подписей: 9пт.

фавита и кириллицы, математические обозначения типа sh, sin, Im, Re, ind,

• иллюстрации присылать отдельными файлами в форматах:

ker, dim, lim, inf, log, max, ехр, const, а также критерии подобия, обозначе-

• чертежи – .pdf, .ai, .eps; • фото – .tiff, .jpg (300dpi); • Print Screen – .bmp, .jpg (с max качеством).

ние химических элементов (например, 1оg1 = 0; Ре; Bio) – прямым шрифтом. • формулы располагать по центру страницы. Нумерованные формулы размещать в красной строке, номер формулы ставится у правого края. Нумеруются лишь те формулы, на которые имеются ссылки. В математических и химических формулах и символах следует избегать громоздких обозначений. • единицы физических величин: по международной системе единиц СИ.

Возвращение рукописи автору на доработку не означает, что статья принята к печати. После получения исправленного автором текста рукопись вновь рассматривается редколлегией. Исправленный текст автор должен вернуть вместе с первоначальным экземпляром статьи, а также ответами на все замечания. Датой поступления статьи в журнал считается день получения редакцией окончательного варианта статьи. Записи, помеченные ОРАНЖЕВЫМ цветом, относятся только к оформлению статей в рубрику «Наука», ЧЕРНЫМ цветом в рубрики «Наука» и «Практика». СПИСОК РЕКЛАМОДАТЕЛЕЙ НОМЕРА: 1. Б олид, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 49 2. Бреслер, НПП, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 29 3. Выставочный павильон «Электрификация», ОАО . . . . . . . . . . . . . . стр. 81 4. Динамика, НПП, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-я стр. обложки 5. Комплектэнерго, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 4 6. НТБЭ, ВР, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр.73

03 / Сентябрь 2012

7. Прософт-Системы, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 63 8. Радиоэлектронные системы, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 39 9. ТВЭСТ, ЗАО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр. 23 10. Уралэнергосервис, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-я стр. обложки 11. ЭКРА, НПП, ООО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-я стр. обложки, стр. 10, 78-80