Защита при ограниченном замыкании на землю

Заземляющие замыкания: причины, последствия и защитные меры

Заземляющее замыкание происходит, когда возникает непреднамеренная электрическая связь между живым проводником и землей. Это обычно происходит из-за разрушения изоляции, которое может быть вызвано факторами, такими как старение электрических компонентов, механические повреждения или воздействие суровых условий окружающей среды. Когда происходит заземляющее замыкание, токи короткого замыкания прорываются через электрическую систему. Эти токи возвращаются к источнику либо через саму землю, либо через подключенные электрические устройства.

Присутствие токов заземляющего замыкания может иметь серьезные последствия. Они могут вызвать значительные повреждения оборудования в энергосистеме, включая трансформаторы, двигатели и коммутационное оборудование, перегревая компоненты, плавя изоляцию и даже приводя к физическому разрушению. Кроме того, заземляющие замыкания нарушают непрерывность электроснабжения, что приводит к отключениям электроэнергии, которые могут затронуть жилые, коммерческие и промышленные потребители.

Для снижения рисков, связанных с заземляющими замыканиями, применяется схема ограниченной защиты от заземляющих замыканий. В основе этой системы защиты лежит реле заземляющего замыкания, ключевой компонент, играющий важную роль в защите энергосистемы. При обнаружении заземляющего замыкания реле заземляющего замыкания выдает команду на отключение автоматического выключателя. Это действие быстро изолирует неисправный участок цепи, ограничивая поток тока замыкания и минимизируя возможные повреждения.

Реле заземляющего замыкания стратегически размещается в остаточной части трансформаторов тока, как показано на рисунке ниже. Такое расположение позволяет реле эффективно контролировать и обнаруживать аномальные токи, указывающие на заземляющие замыкания. В частности, оно обеспечивает необходимую защиту для дельта- или звездообразных обмоток силовых трансформаторов, предохраняя эти важные компоненты от разрушительного воздействия токов замыкания. На рисунке ниже также показаны подробные соединения реле заземляющего замыкания с звездообразными или дельта-обмотками трансформатора, подчеркивая точную конфигурацию, обеспечивающую надежное обнаружение и защиту от замыканий.

Конфигурация и работа системы защиты от заземляющих замыканий

Трансформаторы тока (ТТ) играют ключевую роль в системе защиты от заземляющих замыканий, стратегически располагаясь с обеих сторон защищаемой зоны. Вторичные выводы этих ТТ подключены параллельно защитному реле, формируя важный электрический путь для обнаружения замыканий. Выход ТТ специально разработан для представления нулевой последовательности тока, протекающего по электрической линии. Отметим, что при внешнем замыкании нулевая последовательность тока отсутствует, тогда как при внутреннем замыкании она возрастает до значения, вдвое превышающего фактический ток замыкания.

Работа системы защиты от заземляющих замыканий

Звездообразная сторона электрической системы защищена с помощью механизма ограниченной защиты от заземляющих замыканий, как показано на рисунке ниже. Эта система защиты разработана для точного обнаружения и реагирования на заземляющие замыкания в защищаемой зоне, используя уникальные характеристики нулевой последовательности тока для обеспечения быстрого и надежного изоляции замыканий.

Система защиты от заземляющих замыканий: механизмы работы и конструктивные особенности

Предположим, что во внешней части электрической сети произошло замыкание, обозначенное как F1. Это событие вызывает токи I1 и I2, протекающие через вторичные обмотки трансформаторов тока (ТТ). Из-за электрической конфигурации и природы внешних замыканий, суммарное значение I1 и I2 равно нулю. В противоположность этому, когда замыкание происходит внутри защищаемой зоны, например, F2, присутствует только ток I2; ток I1 практически отсутствует или незначителен. Этот ток I2 проходит через реле заземляющего замыкания, запуская его работу. Критически важно, что реле заземляющего замыкания спроектировано таким образом, чтобы активироваться только в ответ на внутренние замыкания в защищаемой зоне, обеспечивая избирательную изоляцию неисправных участков электрической системы.

Реле заземляющего замыкания должно обладать высокой степенью чувствительности для точного обнаружения замыканий. Оно спроектировано для обнаружения токов замыкания, превышающих номинальный ток обмотки на 15% и более. Эта конкретная настройка позволяет реле защищать определенную, ограниченную часть электрической обмотки, что и объясняет название данной системы защиты — ограниченная защита от заземляющих замыканий.

Для дальнейшего улучшения надежности системы защиты, стабилизирующий ток подключен последовательно с реле. Это дополнение выполняет важную функцию: оно эффективно снижает влияние токов намагничивания. Токи намагничивания, которые могут возникать при включении системы или других переходных процессах, могут вызывать ложные срабатывания реле. Стабилизирующий ток, противодействуя этим нежелательным токам, обеспечивает, что реле заземляющего замыкания реагирует только на реальные замыкания, тем самым улучшая общую целостность и надежность системы защиты электрической сети.