Аннотация
В статье рассмотрены вопросы периодической проверки устройств и датчиков дуговой защиты, применяемых в комплектных распределительных устройствах. Приведены основные причины возникновения дуговых замыканий и описаны последствия воздействия электрической дуги на оборудование и персонал. Отмечено, что наиболее распространёнными являются системы дуговой защиты с оптическими датчиками, работающими совместно с максимальной токовой защитой. Рассмотрены подходы к испытаниям устройств дуговой защиты в условиях эксплуатации с применением испытательных комплексов серии РЕТОМ и различных источников света (лампа накаливания и фотовспышка). Приведены типовые схемы подключения, обозначены основные требования к параметрам источников излучения, а также описаны особенности выполнения испытаний для получения достоверных и повторяемых результатов.
Ключевые слова: дуговая защита, комплектные распределительные устройства, короткое замыкание, лампа накаливания, оптические датчики, проверка релейной защиты, РЕТОМ-21, техническое обслуживание, фотовспышка, электрическая дуга.
Введение
Одной из основных задач систем релейной защиты и автоматики (РЗА) при проектировании комплектных распределительных устройств (6-35 кВ) является определение коротких замыканий (КЗ), сопровождающихся открытой электрической дугой. Обнаружение электрической дуги осуществляется на основе анализа параметров физических процессов, сопровождающих электрическую дугу: температуры, давления, электрической проводимости газа, а также оптического излучения. В настоящее время методы, основанные на обнаружении оптического излучения вспышки электрической дуги, являются наиболее перспективными. В статье рассматриваются вопросы периодической проверки устройств и датчиков, применяемых в системах защиты от дуговых замыканий (ЗДЗ) на действующих энергообъектах.
Электрическая дуга и её последствия
Выделяют две основные причины возникновения дуговых замыканий: человеческий фактор и техническая неисправность. Энергия, выделяемая при горении электрической дуги, опасна для жизни и вызывает значительные повреждения оборудования. В большинстве случаев последствием такого вида повреждений являются экономические потери из-за перерывов в электроснабжении потребителей (рис. 1).
Существуют системы дуговых защит, позволяющие обнаруживать электрическую дугу с помощью датчиков, реагирующих на изменение звука, тока, света. Отдельный класс составляют предиктивные системы, основанные на тепловизионном контроле и оценке электрической проводимости (ионизации). В случае, если система защиты настроена на реагирование по изменению давления, используются специальные клапаны либо мембранные датчики. Однако в настоящий момент наибольшее распространение получили системы дуговых защит со световыми датчиками благодаря их относительной простоте и высокой скорости распространения световых волн по сравнению с ударной и звуковой волнами. Система ЗДЗ в упрощенном виде приведена на рис. 2.
Из представленной выше схемы видно, что для обеспечения надежности и селективности систем РЗА в системах дуговых защит используется токовая защита, работающая совместно с органами, реагирующими на световой поток дуги. Другими словами, обесточивание ячейки осуществляется при условии пуска максимальной токовой защиты (МТЗ) и сигнала от датчика обнаружения дуги.
Проверка дуговых защит
Обслуживание и проверка систем ЗДЗ производится с периодичностью, установленной для устройств РЗА на микропроцессорной базе: раз в 6 лет согласно РД 153-34.0-35.617-2001 [1] или раз в 8 лет согласно СТО 56947007-33.040.20.141-2012 [2].
В системах дуговой защиты применяются два типа датчиков – световые преобразователи типа фотодиодов и оптоволоконные датчики. Последние, в свою очередь, могут быть линейными (распределёнными) или точечными. Точечные оптоволоконные датчики улавливают вспышку торцевой частью и выявляют дугу в месте установки, в то время как линейные датчики охватывают сразу несколько мест выявления дуги. В настоящий момент нет единой нормативной документации, регламентирующей проверку систем ЗДЗ, поэтому при тестировании следует руководствоваться документацией, предоставляемой производителями этих систем.
В руководствах по эксплуатации систем ЗДЗ приводятся два вида проверок: с использованием либо лампы накаливания, либо фотовспышки. Также известны случаи, когда для проверки использовался лазер или сборка из светодиодов большой мощности, но данные источники света не описаны в руководствах по эксплуатации, поэтому в статье рассматриваться не будут.
Очевидно, что схемы проверки отличаются в зависимости от типа используемого источника света, однако принцип испытаний остается неизменным и заключается в одновременном воздействии на оптические датчики и подаче тока КЗ для пуска МТЗ от проверочного устройства.
В случае применения в качестве источника света лампы накаливания в документации производителей [3, 6] приводятся требования к ее мощности (не менее 60 Вт) и расстоянию до чувствительного элемента (10-15 см [3] и не более 7-9 см [6]). Схема проверки системы дуговой защиты с использованием испытательного комплекса РЕТОМ-21 и лампы накаливания приведена на рис. 3.
Устройство РЕТОМ-21 в данной схеме выступает в качестве источника напряжения лампы накаливания, источника тока для пуска МТЗ [9], а также выполняет функцию секундомера для измерения времени срабатывания. При проведении испытаний по данной схеме в приборе РЕТОМ-21 предусмотрен режим одновременного пуска источников, чтобы исключить разновременность включения, что может привести к дополнительной погрешности в измерении времени срабатывания дуговой защиты.
При использовании в качестве источника света фотовспышки в руководствах по эксплуатации приводятся разные требования. Например, в [7] необходимо использование вспышки с ведущим числом более 14 м, в [6] регламентировано только значение длительности (не менее 5 мс), в [3] указано, что запасаемая энергия должна составлять 8-10 Дж. Наиболее полное описание требований к вспышке приведено в [8]:
- длительность импульса – 1 мс;
- угол расхождения излучения – 90…120 град.;
- ведущее число 25-26 (или энергия вспышки 7-10 Дж);
- расстояние, на котором рекомендуется располагать фотовспышку, определяется как L=0,023×A, где L – расстояние в метрах, А – ведущее число для чувствительности в 100 единиц.
Привести эти требования к одному знаменателю довольно сложно, однако стоит отметить, что недостаток мощности источника света можно компенсировать расстоянием от источника света до датчика, определяющего наличие дуги.
Схема проведения испытаний с использованием фотовспышки приведена на рис. 4. Зачастую вспышки оборудованы разъёмом типа «горячий башмак», на который можно подать синхросигнал для срабатывания. Наиболее удобным вариантом является использование данного разъёма со стандартным разъёмом под штекер (рис. 5).
Сигналом для включения вспышки служит замыкание контактов синхрокабеля. Для одновременной подачи тока на защиту и срабатывания вспышки необходимо использование встроенной функции внешнего старта источника тока и замыкания контакта К3. Для этого вносятся соответствующие настройки в меню устройства РЕТОМ-21, а к входу К1 подключается кнопка, которая инициирует начало испытания. При необходимости срабатывания вспышки после пуска МТЗ в меню прибора можно ввести задержку срабатывания контакта К3. При калькуляции времени срабатывания ЗДЗ следует учитывать, что собственное время замыкания контакта К3 составляет 10 мс.
Выводы
Проверка систем дуговой защиты является важной частью технического обслуживания устройств РЗА и позволяет подтвердить их работоспособность и корректность настроек. Несмотря на кажущуюся сложность, проверка систем ЗДЗ не требует каких-либо специальных навыков и достаточно просто проводится с применением современного испытательного оборудования серии РЕТОМ и приборов, имитирующих дуговое замыкание и рекомендованных производителями подобных систем. В полевых условиях возможно применение упрощённого подхода к проверке дуговой защиты, однако представленные в статье схемы позволяют получить достоверный и повторяемый результат, который даёт возможность убедиться в работоспособности и правильном конфигурировании защит, обеспечивающих надёжное и бесперебойное электроснабжение потребителей. Приведённые в статье схемы и методы проверки могут быть реализованы и с применением других устройств серии РЕТОМ или аналогичных устройств, обладающих тем же набором функциональных возможностей, например, РЕТОМ-51/61/71 и РЕТОМ-25.
Литература:
1. РД 153-34.0-35.617-2001 Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750 кВ.
2. СТО 56947007- 33.040.20.141-2012 Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, автоматики, дистанционного управления и сигнализации подстанций 110-750 кВ.
3. Руководство по эксплуатации устройства защиты от дуговых замыканий ЗДЗ-1 Релематика.
4. Руководство по эксплуатации блока «ДУГА-БЦ» Механотроника.
5. Руководство по эксплуатации системы дуговой защиты «ФОТОН».
6. Методика проверки датчиков дуговой защиты ДДЗ-01 устройств БЗП-02-ХХ, БЗП-03-ХХ Микропроцессорные технологии.
7. Руководство по эксплуатации устройства дуговой защиты «ОВОД-МД».
8. Руководство по эксплуатации для блоков дуговой защиты серии БДЗ-01 ЧЭАЗ.
9. Александров Н.М., Зарубин Д.В. Проверка оборудования подстанции первичным током // Релейная защита и автоматизация. – 2022. – № 4 (49) – С. 54-59.
10. Хренников А.Ю., Александров Н.М. Проверка и наладка электрооборудования. (СПО). Учебное пособие. – М.: Изд. КНОРУС, 2024. – 362 с.
11. Хренников А.Ю., Кашин М.А., Александров Н.М. Техническое обслуживание подстанций (СПО). Учебное пособие. – М.: Изд. КНОРУС, 2024. – 256 с.
--------------------------------------------------------------
к.т.н. Александров Н.М.,
ООО «НПП «Динамика»,
г. Чебоксары
март 2026