Бпблпотечка электротехипка
— приложение к журналу "Энергетик "
Основана в июне 1998 г.
Выпуск 7 A03)
М. А. Шабад
ЗАЩИТА
ОТ ОДНОФАЗНЫХ
ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ
В СЕТЯХ 6 - 35 KB
Москва
НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик"
2007

УДК 621.316.925
ББК 31.27-05
Ш12
Главный редактор журнала "Энергетик" А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
"Библиотечки электротехника"
В. А Семенов {председатель), И. И. Батюк {зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчасгнов, А Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В. И. Кочкарев,
Н. В. Лисицьш, Л. Г. Мамиконянц, [Л. Ф. Плетнев], В. И. Пуляев,
Ю. В. Усачев, М. А. Шабад
Шабад М. А.
Ш12 Защита от однофазных замыканий на землю в сетях
6-35 кВ. — М.: НТФ "Энергопрогресс", 2007. — 64 с: ил.
[Библиотечка электротехника, приложение к журналу
"Энергетик". Вып. 7 A03)].
Рассмотрены принципы, схемы и аппаратура релейной защиты
(сигнализации) от однофазных замыканий на землю в электрических сетях
6 — 35 кВ с разными режимами заземления нейтрали. Даны
рекомендации по применению устройств РЗА в зависимости от вида электрической
сети, количества и типа трансформаторов тока и напряжения.
ISSN 0013-7278 © НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик", 2007

Предисловие
Однофазное замыкание на землю является наиболее частым
видом повреждения в трехфазных электрических сетях всех классов
напряжения.
В сетях с глухозаземленной нейтралью (напряжением 110 кВ и
выше), а также в сетях 0,4 — 0,23 кВ однофазные короткие
замыкания (КЗ) сопровождаются весьма большими токами, иногда
превосходящими по значению даже токи трехфазных КЗ. Эти КЗ должны
безусловно отключаться автоматически и как можно быстрее.
В электрических сетях 6 — 35 кВ России, работающих, как
правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения
токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) невелики, они не
превышают 20 — 30 А. Поэтому сети этих классов напряжения
традиционно называют сетями с малым током замыкания на землю.
Однако 033 представляют большую опасность для оборудования
электрических сетей и для находящихся вблизи места 033 людей и
животных. В связи с этим Правила технической эксплуатации
электрических станций и сетей требуют в одних случаях быстро
автоматически отключать ОЗЗ, а в других — немедленно приступать к
определению присоединения с ОЗЗ и затем отключать его [1].
Создать селективную (избирательную) и высокочувствительную
защиту от ОЗЗ, пригодную для любых видов сетей с малым током
замыкания на землю, до настоящего времени не удалось никому.
Действительно, трудно создать универсальную защиту от ОЗЗ для таких
разных типов электроустановок, как воздушные и кабельные линии,
генераторы и электродвигатели, для таких разных режимов
заземления нейтральных точек сети, как "изолированная нейтраль",
"резонансно-заземленная нейтраль" или "резистивно-заземленная
нейтраль" (нейтраль, заземленная через ограничивающее активное
сопротивление — резистор).
Особые трудности при выполнении селективных защит от ОЗЗ
возникают в сетях 6 A0) кВ с резонансно-заземленной нейтралью,
где ток повреждения промышленной частоты полностью компенси-

руется током дугогасящего реактора (ДГР) и поэтому не может быть
использован в качестве источника информации для защиты.
Дополнительные трудности возникают при необходимости селективного
определения присоединения с 033 в электрических сетях сложной
конфигурации, при отсутствии на присоединении кабельной
вставки, необходимой для установки трансформатора тока нулевой
последовательности, при часто меняющейся первичной схеме
защищаемой сети и в других случаях.
В предлагаемом издании рассматриваются несколько различных
принципов и типов защит от 033, которые практически
используются в течение многих лет в электрических сетях 6 — 35 кВ России и
других стран. Даются рекомендации по их применению в
зависимости от вида электрической сети, режима заземления нейтрали,
количества и типа трансформаторов тока и напряжения, от требований,
предъявляемых к защите. Рассматриваются виды режимов
заземления нейтрали в этих сетях. Приводятся обширный список
литературы и информационные материалы по защитам от 033.
Замечания и пожелания по брошюре
просим направлять по адресу:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала "Энергетик".
Автор

1. Режимы нейтрали в сетях 6 - 35 кВ
В электрических сетях напряжением 6 — 35 кВ ключевой
проблемой является способ заземления нейтрали (режим заземления
нейтрали), поскольку он оказывает решающее влияние на надежность
электроснабжения потребителей, на сохранность электрических
машин и кабелей, на безопасность людей и животных, находящихся
в местах прохождения электрических линий, и в очень большой
степени на выбор принципов и типов устройств релейной защиты и
автоматики (РЗА), а также на способы использования этих устройств
для отключения замыкания на землю или только для сигнализации.
В России и республиках бывшего СССР главным образом
используется режим либо изолированной нейтрали (рис. 1), либо
резонансно-заземленной нейтрали (рис. 2). В Правилах технической
эксплуатации [ 1 ] допускается сравнительно новый для России режим
работы с заземлением нейтрали через резистор (рис. 3). Вопросы выбора
способа заземления нейтрали в сетях 6 - 10 кВ всесторонне
рассмотрены в [2] и особенно в [3].
Режим № 1: изолированная нейтраль (рис. 1).
Как видно из рис. 1, фазы всех линий имеют емкость С по
отношению к земле (условно они показаны сосредоточенными в одной
точке линии). На поврежденной линии емкости фаз обозначены Со,
а на неповрежденной линии, которая представляет всю остальную
электрически связанную сеть, — как суммарные емкости С0Е.
Емкость COz определяет значение суммарного емкостного тока сети
При металлическом 033 в точке Кх на фазе А (см. рис. 1, а) через
место повреждения проходит суммарный ток /$?, определяемый
емкостями неповрежденных фаз всей остальной сети (емкость
поврежденной фазы в создании этого тока не участвует, так как она за-
шунтирована в месте 033). Ток поврежденной фазы возвращается в
сеть через емкости неповрежденных фаз (показано штриховыми
линиями). Таким образом, реле защиты от 033, подключенное к
поврежденной линии через специальный трансформатор тока нулевой
последовательности (ТТНП) кабельного типа ("Ферранти"),
реагирует на суммарный емкостной ток сети /^ (за вычетом тока 1О
определяемого емкостью поврежденной линии). О способах
определения значения этого тока сказано ниже.
При 033 в точке К2 вне защищаемой линии (см. рис. 1,6) через
рассматриваемую защиту проходит "собственный" емкостной ток
линии, определяемый емкостью ее фаз. Если эта токовая защита вы-

Рис. 1. Распределение токов /<*> при ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью [2]
полнена без элемента направления мощности, то необходимо
обеспечить ее несрабатывание при внешнем 033 путем отстройки от
собственного емкостного тока линии (фидера), о чем сказано в § 5.
Значения емкостного тока линии и соответственно суммарного
емкостного тока линий всей сети можно ориентировочно
определить по эмпирическим формулам:
для кабельных сетей
lCL
10

Рис. 2. Распределение токов при ОЗЗ в сети с полной компенсацией емкостного
тока (показано условно)
Ввод рабочего
питания
Ввод резервного
питания
ттнп)
Секция 0,4 кВ
Рис. 3. Схема защит от замыканий на землю сети 10 F) кВ при заземлении
нейтрали этой сети через резистор:
ДТ — дополнительный трансформатор; R — резистор, Т — трансформатор
(собственных нужд); М— электродвигатель 10 F) кВ; ТТНП—
трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛМ; РТ— реле типа РТЗ-51;
РВ — реле типа РВ-01

для воздушных сетей
где С/ном — номинальное напряжение сети F или 10 кВ); /Е —
суммарная длина линий, км.
Для более точной оценки значения емкостного тока кабельной
линии можно использовать данные табл. 1, где приведены удельные
значения емкостных токов в амперах на километр в зависимости от
сечения кабеля и номинального напряжения сети.
Для воздушных сетей 6 - 35 кВ известна и другая аналогичная
эмпирическая формула:
Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6
или 10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи.
Емкостной ток электродвигателя (при внешнем 033) можно
ориентировочно определить по эмпирическим формулам:
ПРИ
= 6 кВ
7Сдв
ЮМ.ДВ»
Таблица 1. Удельные значения
Сечение жил кабеля, мм2
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
емкостных токов в кабельных сетях
Удельное значение емкостного тока /с, А/км,
при напряжении сети
6кВ
0,40
0,50
0,58
0,68
0,80
0,90
1,00
1,18
1,25
1,45
10 кВ
0,55
0,65
0,72
0,80
0,92
1,04
1,16
1,30
1,47
1,70

ПРИ ^ном.дв = 10 кВ 'Сда w °>035
ном.дв 10 кВ 'Сда w °>035ном.дв>
Например, у двигателя мощностью Р=5МВт напряжением
10 кВ собственный емкостной ток может иметь значение
/Сдв = 0,17А.
Более точно 1а можно определить экспериментально (что и
требуется делать регулярно, так как протяженность сети изменяется в
течение эксплуатационного периода).
Работа сети в режиме с изолированной нейтралью (см. рис. 1)
допускается Правилами [1] в тех случаях, когда суммарный емкостной
ток IQ не превышает 30 А для сети 6 кВ, 20 А для сети 10 кВ, 15 А для
сети 15 — 20 кВ и т.д.
Исключение составляют воздушные сети 6 — 35 кВ на
железобетонных и металлических опорах, где суммарный емкостной ток при
замыкании на землю не должен превышать 10 А. Это объясняется
тем, что при длительном прохождении тока 033 через опору
возможно высыхание грунта вблизи заземления опоры и увеличение
общего сопротивления заземления опоры. При этом опора
оказывается под высоким потенциалом, что может быть причиной
электротравм людей и животных, находящихся вблизи этой опоры (см.,
например, журнал "Энергетик", № 9 за 1998 г.). Длительное
прохождение тока при 033 может быть причиной внутренних повреждений
железобетонной опоры, нарушающих ее прочность.
Режим изолированной нейтрали характерен для сетей с небольшой
суммарной протяженностью кабельных линий (сетей собственных
нужд блочных электростанций, нефтеперекачивающих и
газокомпрессорных станций, насосных станций водоснабжения и
канализации, сетей небольших населенных пунктов, не связанных
электрически с сетями больших городов, а также для многих воздушных
сетей в сельской местности).
Если значение суммарного емкостного тока сети превышает
допустимое значение по [ 1 ], то требуется выполнить компенсацию
емкостного тока с помощью индуктивности дугогасящих реакторов
(ДГР), т.е. перейти на другой режим нейтрали.
Режим № 2: резонансно-заземленная нейтраль или
"компенсированная нейтраль" (рис. 2). В этом случае требуется включить на
шины 6 (или 10) кВ трансформатор ЗТи заземлить сеть через дугога-
сящийреакторДГР(катушкуиндуктивности). В России (ивреспуб-

ликах бывшего СССР) требуется обеспечить резонансную
настройку дугогасящего реактора, при которой происходит полная
компенсация емкостного тока 1^ в месте однофазного замыкания на землю
индуктивным током IL при частоте 50 Гц (рис. 2): /^ = IL.
Перевод сетей 6 и 10 кВ в режим № 2 производят в нашей стране с
начала 60-х годов прошлого века. Для этой цели должны, как
правило, применяться плавно регулируемые ДГР с автоматической
настройкой тока компенсации при изменениях емкости сети [1,3].
Однако такие ДГР до последнего времени серийно не выпускались.
Очевидно, что ДГР со ступенчатым регулированием индуктивности
L не могут обеспечить полную компенсацию емкостных токов
промышленной частоты при 033 в любых возможных режимах работы
защищаемой сети, поскольку эти режимы могут изменяться даже в
течение суток, не говоря уже о более длительных периодах, в то
время как установленное персоналом значение индуктивности ДГР
остается неизменным. Но, несмотря на эти обстоятельства, при
выборе принципов вьшолнения защиты от 033 приходится считаться с
реальной возможностью полной или почти полной компенсации
емкостного тока сети при каком-то режиме сети и возникновении
ОЗЗ. Поэтому токовые защиты от ОЗЗ, реагирующие на ток
промышленной частоты 50 Гц, принципиально не могут
использоваться для сетей, работающих в режиме № 2 (см. рис. 2).
В зарубежных странах: США, Канаде, Италии, Франции,
Великобритании [ 19] — наиболее широко распространен режим
заземления нейтрали через резистор (рис. 3). Защита от ОЗЗ использует
свою релейную аппаратуру, реагирующую на токи повреждения
основной гармоники. Эту аппаратуру (SEPAM, SIPROTEC, REF и
т.п.) не следует использовать в кабельных сетях российских городов,
где, как правило, используется режим № 1 или чаще режим № 2.
Наибольшее распространение в наших сетях получили
устройства защиты, реагирующие на суммы гармонических составляющих
тока ОЗЗ. Большинство этих устройств использует сумму высших
гармонических составляющих тока нулевой последовательности
при ОЗЗ, например устройство УСЗ-ЗМ (информацию
Чебоксарского электроаппаратного завода см. в приложении 1), комплект
дистанционной сигнализации замыканий на землю КДЗС
(Мосэнерго, СКТБ ВКТ), специальный модуль в цифровом терминале
SPAC 801.013 и новый терминал SPAC 810 ("АББ Автоматизация",
г. Чебоксары).
10

Наибольшие значения высших гармоник в токе при 033 имеют
место в сетях с большими значениями емкостных токов, что
характерно для крупных городских подстанций. Именно в таких сетях
следует ожидать правильную селективную работу автоматических
устройств типа УСЗ при 033, что подтверждается многолетней
практикой. В то же время при отсутствии УСЗ или реле типа
SPAC 810 кабельную линию с 033 можно обнаружить только путем
ручного поочередного отключения и включения всех линий данной
подстанции, что опасно и долго.
В [4] указывается, что резонансные усиления высших гармоник
тока в месте 033 (несмотря на наличие дугогасящего реактора)
наверняка приведут к устойчивому замыканию на землю и к
правильной работе устройств типа УСЗ. Такой же эффект оказывает
наличие большой активной составляющей в токах ОЗЗ, вызванное
потерями в самих реакторах и питающей сети (причем, чем больше
емкостная составляющая тока, тем больше мощность реакторов и
суммарные потери в них). В обоих случаях правильная работа защит
основана на неудовлетворительной компенсации (высшие
гармоники и активная составляющая в точке 033).
Наряду с этим при дуговых, перемежающихся замыканиях на
землю (неустойчивые замыкания), как и в случаях малых емкостных
токов, селективная работа устройств типа УСЗ не может быть
гарантирована.
Необходимо согласиться с выводом известного специалиста по
электрооборудованию профессора Г. А. Евдокунина [4] о том, что
нерешенность в нашей стране в течение нескольких десятилетий
проблемы создания недорогих устройств надежного селективного
автоматического определения поврежденного присоединения в
многочисленных городских сетях 6 - 35 кВ обусловлено давно
принятой в России системой заземления нейтрали (изолированной или
заземленной через дугогасящий реактор). Перевод подобных сетей в
режим работы с резистивно заземленной нейтралью или с
нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, шунтированный
резистором, позволяет с исключительно малыми затратами решить эту
проблему. Автоматически это позволит повысить надежность
работы всех элементов этих сетей за счет существенного снижения
внутренних перенапряжений. Об этом режиме будет сказано далее (см.
рис. 3).
В Кузбассэнерго для защиты от замыканий на землю в
компенсированных сетях 6 — 10 кВ успешно используют низкочастотные со-
11

ставляющие тока нулевой последовательности при
перемежающемся 033, применяя полупроводниковые реле максимального тока,
работающие в области низких частот. Работу этих реле при
устойчивых ОЗЗ обеспечивает специальный источник "наложенного"
контрольного тока частотой 25 Гц [13].
В настоящее время серийно выпускаются автоматически
регулируемые Д ГР типа РОУ. Такой Д ГР при отсутствии 033 работает в
режиме холостого хода, но его автоматика постоянно следит за
изменениями емкости сети и в момент возникновения 033 выводит ДГР
на режим, близкий к резонансной настройке [3].
Режим с резонансно-заземленной нейтралью используется в
кабельных сетях больших и средних городов, крупных промышленных
предприятий, а также в воздушных загородных сетях большой
протяженности.
Режим № 3: с заземлением нейтрали через резистор.
Этот режим в СССР начали внедрять на блочных
электростанциях с 1986 г., чтобы обеспечить быстрое отключение однофазных
замыканий на землю в электродвигателях 6 кВ до того, как 033
перейдет в многофазное КЗ, опасное для статора двигателя. В других двух
описанных выше режимах (см. рис. 1 и 2) при действии РЗ на сигнал
затрачиваются десятки минут на определение двигателя (или
фидера) с 033. По статистическим данным по этой причине за 10 лет
было повреждено более 10 % электродвигателей на электростанциях
СССР. Имеются также статистические данные о том, что в сетях
6 кВ собственных нужд электростанций более 80 % 033 перешли в
многофазные (в распределительных сетях — около 70 %).
В [1] этот режим получил признание (см. § 5.11.8). Для его
реализации Московский завод "Электрощит" предлагает шкаф
заземления нейтрали ШЗН (прежнее название К-118УЗ) с
трансформатором ТСНЗ мощностью 63 кВ • А, напряжениями 6/0,4 кВ
(или 10/0,4 кВ) с и^ = 5,5 %, схема соединения обмоток Y/A (ДТш
рис. 3), атакже один резистор Re активным сопротивлением 100 Ом
F кВ) или 150 Ом A0 кВ) и допустимыми токами при 033 не более
40 А в течение 1,5 с и 5 А в течение 1 ч. Предусмотрена также
возможность включения на стороне 6 или 10 кВ ограничителя
перенапряжения (ОПН).
В цепи резистора R установлен трансформатор тока типа
ТЛК10-5-0,5/10Р с коэффициентом трансформации 50/5, который
можно использовать для включения токового реле РГрезервной за-
12

щиты от 033 (вместо его включения на ТТНП, как показано на
рис. 3).
Комплектное устройство К-118УЗ (ШЗН), подключается к
РУ 6 кВ (РУ 10 кВ) через стандартное комплектное устройство
К-104.
При заземлении нейтрали через указанный резистор R на всех
присоединениях осуществляется самая простая токовая защита от
замыканий на землю с селективным действием на отключение
только поврежденного элемента без выдержки времени (/ < 0,1 с) и с
резервным отключением сначала ДТ, а затем источников питания (см.
рис. 3). При отключении ДГсеть автоматически переводится в
режим № 1 и простая (ненаправленная) токовая защита уже не сможет
обеспечить селективное отключение двигателя М при 033 в этом
двигателе.
При выбранных параметрах дополнительного (заземляющего)
трансформатора ДТи добавочного резистора R ток /?) » 35 + 40 А
при полном однофазном КЗ. Указанное значение тока ijp
обеспечивает высокую чувствительность токовой защиты при замыкании
на выводах электродвигателя и защиту около 85 % обмотки статора.
Уставки токовых защит (см. рис. 3) выбраны из условия
обеспечения их несрабатывания при внешних замыканиях на землю
(заземление через резистор уменьшает бросок емкостного тока в момент
пробоя изоляции вне зоны защиты по сравнению с таким же
повреждением в сетях с изолированной или компенсированной
нейтралью, и при использовании реле РТЗ-51 коэффициент к^р,
учитывающий бросок емкостного тока, принимается равным 1 — 1,5).
Следует обратить внимание на недопустимость использования
трансформаторов тока нулевой последовательности (кабельных, или
"Ферранти") типа ТЗР, которые при дуговых замыканиях на землю
трансформируют составляющую промышленной частоты
значительно хуже, чем литые ТТ нулевой последовательности (ТЗЛМ), что
может вызвать загрубление защиты и ее отказ [6].
Защита от ОЗЗ на электродвигателях Ми трансформаторах Гдол-
жна действовать на отключение собственного выключателя без
выдержки времени, при этом рекомендуется использовать
быстродействующее промежуточное реле (РП-220, РП-17ит.п.). Резервная
защита от ОЗЗ, установленная на дополнительном трансформаторе
ДТ, действует с выдержкой времени около 0,5 с на отключение
рабочего (резервного) ввода, т.е. на погашение всей секции 10 F) кВ.
Возможно и другое решение: отключение самого ДТ, т.е. перевод
13

секции на режим работы с изолированной нейтралью и дальнейший
поиск элемента с 033 путем поочередного отключения и включения
всех элементов с одновременным контролем напряжения нулевой
последовательности (см. выше).
Надо отметить, что выбранные параметры ДТи R, определяющие
значение тока / ® = 35 -*¦ 40 А, представляют лишь частный случай в
решении проблемы защиты сетей этих классов напряжений как от
перенапряжений, так и от замыканий на землю. В [3] описываются
различные варианты заземления нейтрали через резистор, в
которых значения токов однофазного замыкания на землю находятся в
пределах от нескольких сот ампер до нескольких ампер. В первой
группе вариантов функции защиты от 033 могут исполнять
защиты от междуфазных КЗ при условии их трехфазного исполнения и
отключения поврежденного элемента без выдержки времени. Во
второй группе вариантов, с "высокоомным" заземлением
нейтрали через резистор, значения активного тока замыкания на землю
подбираются в пределах от 1 до 7 А соответственно значению
емкостного тока данной сети. Таким образом, суммарный ток в месте
повреждения оказывается в л/2 раз больше емкостного тока сети (при
отсутствии резистора). При таких небольших значениях тока
поврежденный элемент можно не отключать мгновенно, что дает
возможность оперативному персоналу перевести питание на другой
источник, а затем произвести отключение поврежденного элемента.
Надо отметить, что для современных токовых защит с аналоговыми
полупроводниковыми и цифровыми реле такие значения тока
промышленной частоты вполне достаточны для срабатывания при 033.
Режим с заземлением нейтрали через резистор в России
используется не только на блочных электростанциях, но и на
газокомпрессорных станциях и других промышленных предприятиях, он также
может использоваться в других сетях среднего напряжения, что
постепенно и делается в ряде стран бывшего СССР.
Аппаратуру для резистивного заземления нейтрали предлагают
Раменский завод "Энергия", ПНП "Болид" и др.
Использование заземления нейтрали через резистор для создания
активной составляющей в токе ОЗЗ возможно и в сочетании с
компенсацией емкостных токов с помощью ДГР [3, 4, 19, 20].
14

2. Требования к защитам от замыканий
на землю в сетях 6 - 35 кВ
В режимах нейтрали № 1 и 2 и при "высокоомном" резисторе в
режиме № 3 допускается действие защит от 033 только на сигнал, за
исключением тех электроустановок, которые питают
торфоразработки, карьеры, шахты, строительные механизмы и т.п. На таких
объектах 033 сопровождаются высокими напряжениями
прикосновения и шаговыми напряжениями, которые могут быть причиной
несчастных случаев. Поэтому должны выполняться селективная за-
Шины 6 - 35 кВ
А\ В\ С\
¦II—
¦II—
КЗЗН-1(рис.6)
КЗЗН
а)
Не
б)
КИЗС(рис.7)
УЗС-01
Рис. 4. Схемы включения (а ) устройств контроля изоляции PC и зашиты
напряжения нулевой последовательности РНи векторные диаграммы напряжений при
однофазном замыкании на землю (бив):
ТН— трансформатор напряжения; VI — V3— вольтметры
15

щита от 033 с действием на отключение поврежденного
присоединения без выдержки времени и дополнительная резервная защита,
отключающая все источники питания (вводы) подстанции с
небольшой задержкой около 0,5 с.
При действии защиты на сигнал персонал обязан немедленно
приступить к определению присоединения с 033. При наличии
селективной защиты на линиях это выполняется по показаниям сигнальных
элементов, а при отсутствии селективной защиты — путем
поочередного кратковременного отключения и включения линий и фиксации
при этом напряжения нулевой последовательности (рис. 4).
Таким образом, защиты от 033 должны удовлетворять основным
требованиям, которые предъявляются ко всем устройствам
релейной защиты [1, 2]:
• селективность;
• быстродействие (особенно при необходимости отключения 033);
• чувствительность;
• надежность.
Наряду с этим предъявляются требования, характерные для
современных микропроцессорных защит (самодиагностика,
запоминание событий, дистанционное получение информации и др.).
3. Принципы выполнения защит от ОЗЗ
и их использование в сетях 6 - 35 кВ России
в зависимости от принятого режима нейтрали
Для защиты (сигнализации) при 033 используются следующие
принципы:
• измерение напряжения нулевой проследовательности 3U0
(режимы № 1 — 3);
• измерение тока нулевой последовательности 3/0
промышленной частоты E0 Гц) — только в режиме № 3 и при определенных
условиях в режиме № 1;
• измерение и сравнение гармонических составляющих в токе
033 всех присоединений (режим № 2);
• измерение мощности нулевой последовательности
промышленной частоты (режим № 1);
• измерение переходных токов и напряжений нулевой
последовательности при возникновении ОЗЗ (режимы № 1 и 2).
16

4. Устройство контроля изоляции
сети 6 - 35 кВ
Устройство контроля изоляции фиксирует факт возникновения
033 по напряжению нулевой последовательности. Практически
все устройства контроля изоляции выполняются с использованием
трансформаторов напряжения: либо трехфазных пятистержневых,
либо трех однофазных, соединенных по схеме открытого
треугольника с заземленной нейтралью. Как правило, на питающих
подстанциях устанавливаются трехфазные пятистержневые
трансформаторы напряжения с тремя обмотками: первичной, вторичной и
дополнительной, соединенной по схеме, называемой
"разомкнутый треугольник" (рис. 4).
Устройство контроля изоляции может быть выполнено
несколькими способами (рис. 4, а). Одним из способов является
использование трех вольтметров VI — V3, включенных на фазные
напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения. Может быть
установлен один вольтметр с переключателем. В нормальном
симметричном режиме все три вольтметра показывают одинаковые
фазные напряжения. При замыкании одной фазы на землю
показания вольтметра этой фазы резко понижаются вплоть до нуля при
металлическом замыкании. Показания вольтметров других фаз
увеличиваются, вплоть до 1,73 фазного, также при металлическом
замыкании. Для получения звукового сигнала при замыкании на землю в
схему устройства может быть включено сигнальное реле PC.
В нормальном режиме сумма фазных напряжений равна нулю и
реле не работает. При замыкании на землю одной фазы напряжение
нулевой точки N вольтметров становится равным сумме
напряжений неповрежденных фаз, и под влиянием этого напряжения реле
срабатывает.
Другим распространенным способом выполнения сигнализации
замыканий на землю является использование дополнительной
(третьей) обмотки трансформатора напряжения, соединенной по схеме
разомкнутого треугольника, которая является фильтром
напряжения нулевой последовательности 3 Uo (см. рис. 4, а). В нормальном
режиме сети при симметричных напряжениях фаз А,ВиСнз.
выводах этой обмотки и на реле РЯнапряжение практически отсутствует
(имеется только напряжение небаланса, значение которого обычно
не превышает 1 В; наличие этого напряжения свидетельствует об
17

исправности 777, отсутствии обрывов и замыканий в его вторичных
цепях).
При однофазном металлическом замыкании на землю, например
провода фазы А, напряжение этой фазы относительно земли
становится равным нулю, напряжения неповрежденных фаз В и С
увеличиваются в 1,73 раза, а их геометрическая сумма становится
равной утроенному значению фазного напряжения (рис. 4, б, в).
Для того чтобы напряжение на реле РНъ этих случаях не превышало
стандартного номинального значения 100 В, трансформаторы
напряжения с обмотками, соединенными по схеме разомкнутого
треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент
трансформации, например:
10000
^ ~ 100/3*
Под воздействием напряжения нулевой последовательности 3 Uo,
которое при металлическом замыкании достигает 100 В,
максимальное реле напряжения РН срабатывает на сигнал или на
отключение. Последнее выполняется на подстанциях, откуда питаются
линии, отключаемые при замыканиях на землю по условиям техники
безопасности (см. выше). Защита по напряжению нулевой
последовательности является резервной по отношению к основным
селективным защитам этих линий и действует на отключение подстанции
или секции с выдержкой времени 0,5 — 0,7 с для отстройки от
основной защиты. В устройстве применяется реле РН(ш. рис. 4, а),
например типа РН-53/60Д с минимальной уставкой 15 В.
Надо отметить, что несмотря на то, что это реле по данным
завода-изготовителя является термически стойким (обозначение "Д"), в
практике эксплуатации отмечены случаи повреждения и возгорания
этого реле (см. журнал "Энергетик", 1995, № 6, с. 9). Это
объясняется тем, что в электрических сетях 6—10 кВ, в том числе и в РУ
6 — 10 кВ подстанций напряжением 330 кВ и выше, возникают фер-
рорезонансные процессы при обрывах проводов, перегораниях
предохранителей, замыканиях на землю, а также при включении под
напряжение ненагруженных секций шин с трансформаторами
напряжения. При этом на дополнительной обмотке трансформатора
напряжения возникает напряжение нулевой последовательности
250 — 300 В! Реле напряжения РН-53/60Д, осуществляющее
контроль изоляции сети 6 — 10 кВ и имеющее длительно допустимое на-
18

пряжение 110 В (в диапазоне уставок 15-30 В), повреждается,
вызывая в ряде случаев пожар на панели.
Для исключения повреждения указанного реле и
предотвращения отказа или неправильных действий других защит и автоматики в
фирме ОРГРЭС разработана схема, повышающая термическую
стойкость реле, в которой предусмотрены шунтирование
резисторов, установленных в корпусе реле, и монтаж вблизи платы с
резисторами (включаемыми последовательно с обмотками реле и
имеющими те же значения сопротивления, что и резисторы, зашунти-
рованные в корпусе реле) и стабилитронами Д815Е, Д815Ж,
включаемыми встречно-последовательно по 3 шт. и имеющими
радиаторы площадью 46 - 60 см2 (цепь стабилитронов подключается на
вход реле).
Устройство контроля изоляции в виде максимальной защиты
напряжения нулевой последовательности (реле РНш рис. 4, а)
является очень простой и чувствительной защитой от замыканий на
землю, но, к сожалению, неселективной.
Обмотка "разомкнутый треугольник" используется также для
питания других защит от замыканий на землю (направленных и
волновых, которые рассматриваются далее).
5. Токовая защита нулевой
последовательности, ненаправленная,
с независимой или обратнозависимой
времятоковой характеристикой
Токовая защита, реагирующая на действующее значение полного
тока нулевой последовательности промышленной частоты C/0),
применяется в сетях 6 — 35 кВ, работающих, как правило, в режимах
изолированной нейтрали и нейтрали, заземленной через резистор.
Селективность и чувствительность этой защиты обеспечивается
схемой сети и выбором соответствующих параметров резистивного
заземления и уставок РЗ.
Когда в качестве измерительного органа защиты от 033
используется электромеханическое токовое реле типа РТ-40, селективная
работа этой защиты в режиме изолированной нейтрали может быть
обеспечена лишь в тех случаях, когда суммарный емкостной ток
19

сети Iq (минимально возможный из всех режимов работы сети)
существенно превышает собственный емкостной ток линии 1С тах
(при внешнем 033). Это условие получается из двух условий выбора
тока срабатывания защиты:
• условия несрабатывания при внешнем 033:
где ^ « 1,2 — коэффициент надежности; к^р = 3 -j- 5 —
коэффициент "броска", учитывающий бросок емкостного тока в момент
возникновения ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него;
• условия срабатывания (чувствительности) при 033 на
защищаемом присоединении:
Если вместо реле РТ-40 применяется более новое,
полупроводниковое аналоговое реле типа РТЗ-51, в расчете тока срабатывания
/с з по условию несрабатывания при внешнем ОЗЗ значение к$р
принимается меньшим: от 2 до 3.
При использовании для защиты от ОЗЗ современных цифровых
реле, например серии SPACOM, в том числе SPAC 800 фирмы "АББ
Автоматизация", можно принимать значение к$р = 1 ¦*-1,5
(необходимо уточнить у фирмы-изготовителя).
Защита должна работать без выдержки времени.
Несмотря на меньшее влияние броска емкостного тока на работу
современных реле при внешних ОЗЗ, не всегда возможно
обеспечить селективность (избирательность) рассматриваемого типа
ненаправленной защиты в сети с изолированной нейтралью, особенно в
сетях с нестабильной первичной схемой сети и, следовательно,
периодически изменяющимися значениями собственных емкостных
токов отдельных линий и суммарного емкостного тока, а также в
сети с малым количеством линий. Это же относится к сетям
6 — 10 кВ, работающим с перекомпенсацией, разрешенной
Правилами. При резонансной настройке ДГР (режим нейтрали № 2)
данный принцип выполнения защиты от ОЗЗ вообще не может быть
использован. Невозможно обеспечить селективную (избирательную)
работу защиты этого типа в сетях с параллельно работающими
линиями 6 A0) кВ и в сетях с еще более сложной конфигурацией.
20

В воздушных сетях 6 — 10 кВ рассматриваемые токовые
ненаправленные защиты нулевой последовательности используются
сравнительно редко, так как для включения измерительного органа
защиты требуется кабельная "вставка" для кабельного ТТНП ("Фер-
ранти"), а также потому, что в воздушных сетях невелики значения
токов 3/0 при 033.
Токовые защиты нулевой последовательности используются для
зашиты от ОЗЗ генераторов, работающих на сборные шины, и
электродвигателей 6 и 10 кВ на электростанциях и подстанциях.
Собственный емкостной ток электрических машин не столь велик, как у
кабельных линий, в связи с чем условие несрабатывания защиты
при внешних 033 выполняется легче, чем для кабельных линий.
При необходимости допускается вводить выдержку времени (около
0,5 с), которая практически позволяет не учитывать бросок
емкостного тока при 033 (Д^р » 1,5).
В режиме заземления нейтрали через резистор рассмотренная
здесь токовая ненаправленная защита может иметь значительно
большую чувствительность, поскольку при 033 к суммарному
емкостному току сети Iq прибавляется (геометрически) активный ток ре-
зистивного заземления.
Характеристика токовой защиты нулевой последовательности,
ненаправленной, с обратнозависимой времятоковой
характеристикой типа RXIDG показана на рис. 5 (имеется в терминалах SPA-
СОМ, в том числе в SPAC 810, см. приложение 5).
Зависимость времени срабатывания защиты t, с, от тока /ОЗз /1С.3
можно представить следующим математическим выражением:
где к—выставляемый коэффициент; /Озз — ток замыкания на
землю при 033 (геометрическая сумма суммарного емкостного тока и
активного тока резистивного заземления), А; 1СЗ — ток
срабатывания защиты (первичный), А
Ток срабатывания защиты /с 3 выбирается так же, как указано
выше, — из условия несрабатывания при внешних ОЗЗ.
Селективность срабатывания защиты именно на той линии, где произошло
033, обеспечивается за счет ее меньшего времени срабатывания t9
которое соответствует большему значению суммарного тока /ОЗз по
сравнению с собственными емкостными токами каждой из непо-
21

5
1
0,1
0,03
0,02
1
\
4,
4
\
\
\
ft
\
\
0,0
4
5
\
\
s
////
ч
4
V,
1
-4-
1
1
I
1
0
,1
^:
4^
4
4
s
\ \
\ \
\ \
* \ ^
\ \
\ \
\ \
X ^^^
. \ \
\ \'
\ \
\ ^
¦x \
yv
1 \ 1
V \
\\\
\
И
—\rJh\
l i
1 1! 1
0,2
),3 0,^
у
j
Ю,5
к
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Аэзз
/с.з
i 2 3 4 5 6 7 8910 20 30 40
Рис. 5. Характеристика с обратнозависимой выдержкой времени типа RXIDG
врежденных линий (/с тах). После первоочередного отключения
поврежденной линии защиты всех неповрежденных линий
автоматически возвращаются в исходное положение.
Если эта защита от ОЗЗ должна действовать только на сигнал, то
необходимо вьшолнить специальную коммутацию для блокировки
защит неповрежденных присоединений после срабатывания
защиты поврежденного присоединения (см. приложение 6).
Рассмотренные ненаправленные токовые защиты с независимой
времятоковой и обратнозависимой времятоковой
характеристиками (см. рис. 5) могут обеспечивать селективное отключение линии с
ОЗЗ только при определенной конфигурации защищаемой сети
22

6 A0) кВ, конкретных типах реле, параметрах кабелей, и,
разумеется, при правильном выборе рабочих уставок. Однако в сетях с
изолированной нейтралью с очень небольшими значениями
естественных емкостных токов и малым количеством отходящих линий,
главным образом воздушных, ненаправленные токовые защиты
принципиально не могут обеспечить селективное отключение
линий с 033. Поэтому в таких сетях могут использоваться токовые
направленные защиты от 033.
6. Направленные защиты
типа ЗЗП-1М и ЗЗН
Направленная защита от однофазных замыканий на землю типа
ЗЗП-1М предназначена для селективного отключения линий при
однофазных замыканиях на землю и может применяться в сетях с
суммарным емкостным током не менее 0,2 А, как указывается в
информации завода-изготовителя. Однако в связи с большой
вероятностью возникновения однофазных замыканий на землю на ВЛ
через переходные сопротивления и с учетом некоторого запаса по
чувствительности применение устройства ЗЗП-1М целесообразно в тех
сетях, например 10 кВ, где минимальное первичное значение
суммарного емкостного тока по крайней мере в 2,5 — 3 раза выше, т.е.
составляет 0,5 — 0,6 А.
Токовые цепи защиты ЗЗП-1М подключаются к кабельному
трансформатору тока нулевой последовательности ТТНП типа ТЗЛ
(рис. 6, я), в связи с чем защищаемая воздушная линия должна
иметь кабельную вставку (ввод). Это является недостатком защиты
ЗЗП-1М, ограничивающим ее применение.
Цепи напряжения защиты ЗЗП-1М включаются на напряжение
нулевой последовательности 3 Uo, получаемое от обмотки
трансформатора напряжения ТН, соединенной в разомкнутый треугольник
(см. рис. 6, а).
Для защиты элементов ЗЗП-1М от высших гармоник,
имеющихся в напряжении 3 Uq, устройство следует подключать к ТН через
фильтр с резонансной частотой 50 Гц, который подавляет высшие
гармонические составляющие с частотой выше 50 Гц. Фильтр
выпускается в виде вспомогательного устройства ВУ-1, в которое входят
дроссель с регулируемым воздушным зазором и последовательно
включенный конденсатор. На одно устройство ВУ-1 может быть
23

10 кВ
f 24B ОтБПН-11
а)
f 10 кВ
TTHL
б)
Рис. 6. Принципиальная схема включения (а), структурная схема (б)
направленной защиты от ОЗЗ типа ЗЗП-1М и пояснение принципа ее действия при ОЗЗ
на одной из ВЛ сети (в)
включено до 10 устройств ЗЗП-1М. Для исключения опасного
воздействия на устройства ЗЗП-1М перенапряжений, возникающих в
первый момент замыкания на землю в сети 10 кВ, в схеме (см.
рис. 6, а) предусмотрена небольшая задержка в подаче напряжения
3 Uo на устройство ЗЗП-1М с помощью максимального реле
напряжения 1РНтша. РН-53/60Д с уставкой 15 В, т.е. ниже, чем
напряжение срабатывания устройства ЗЗП-1М. Как видно из рис. 6, а,
напряжение 3 Uo подается на устройства ЗЗП-1М только после
срабатывания реле 1РНи замыкания его контактов.
24

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов:
согласующего устройства 1, усилителя переменного тока 2, фазочувстви-
тельного усилителя (органа направления мощности) J, выходного
реле 4и блока питания 5(рис. 6, ^).БлокпитаниятипаБПН-11
подключается к трансформатору собственных нужд подстанции (на
рис. 6, б не показан).
Таким образом, защита ЗЗП-1М представляет собой
направленную защиту нулевой последовательности. При однофазном
замыкании на землю, например на воздушной линии 10 кВ ЛЗ (рис. 6, в ),
токи 1СЬ 1С2, определяемые емкостью фаз неповрежденных линий
Л1, Л2 по отношению к земле, имеют условное направление к месту
повреждения на линии ЛЗ и, таким образом, по-разному
направлены на поврежденной и неповрежденной линиях. На
неповрежденных линиях при направлении токов 1С к шинам 10 кВ подстанции
защиты ЗЗП-1М не срабатывают. На поврежденной линии при
направлении суммарного емкостного тока /^ от шин подстанции к
месту повреждения защита ЗЗП-1М срабатывает, если значение
этого суммарного тока больше, чем ее ток срабатывания
(чувствительность). Если считать, что среднее удельное значение емкостного
тока для воздушных сетей 10 кВ составляет на 1 км примерно
0,028 А, то для надежного срабатывания защиты ЗЗП- 1М при
минимальной ее уставке 0,2 А (первичных) необходимо, чтобы
суммарная протяженность всех неповрежденных линий 10 кВ этой сети
была не менее 20 — 25 км и соответственно суммарный емкостный
ток 1а > 0,5 -8- 0,6 А. В современных электросетях 10 кВ это условие,
как правило, обеспечивается. Но в случае, когда одна или две линии
10 кВ могут быть отключены и защита ЗЗП-1М не сможет сработать
на отключение из-за недостаточных значений суммарного
емкостного тока, требуется, чтобы дополнительно к линейным защитам
(ЗЗП-1М) на подстанции была установлена резервная несеяекпго-
ная максимальная защита напряжения нулевой последовательности
(реле 2РН на рис. 6, а), которая с выдержкой времени 0,5 — 0,7 с
действует на отключение питающего трансформатора (при этом
должны запрещаться действия автоматики включения: АВР, АПВ).
При малых значениях емкостных токов такое неселективное
действие считается правильным, поскольку своим действием защита
выполняет требования техники безопасности и предотвращает
несчастные случаи.
Описание устройства ЗЗП-1М, технические данные и указания
по монтажу и эксплуатации приведены в [7,21].
С 1998 г. вместо ЗЗП-1М Чебоксарский электроаппаратный
завод (ЧЭАЗ) выпускает усовершенствованную направленную защиту
25

нулевой последовательности, использующую промышленную
частоту, типа ЗЗН.
Защита ЗЗН предназначена для селективного отключения
защищаемого присоединения при 033 в некомпенсированных сетях
3 — 10 кВ с первичным током замыкания на землю от 0,2 А (что
соответствует минимальной суммарной длине неповрежденных
кабельных линий сети 10 кВ 0,2 км или воздушных линий — 7 км) при
использовании кабельных ТТНП.
Защита ЗЗН состоит из двух пусковых органов (ПО) по току и
напряжению, фазочувствительного органа, которые работают по
схеме И. Защита имеет три уставки по току @,07 ± 0,02; 0,25 ± 0,025;
2,5 ± 0,025 А) и три уставки по напряжению A0, 15, 20 В);
встроенный блок питания; встроенное устройство экспресс-контроля;
устройство сигнализации, указывающее на недопустимые
небалансы в цепях тока и напряжения защиты, на наличие 033 в зоне
действия защиты и на срабатывание выходного реле.
Защита ЗЗН обладает большей областью применения, чем ЗЗП-1
(ЗЗП-1М) и не обладает ее недостатками. Защита выполнена в
конструктиве "Сура-2" (по информации разработчика — ВНИИЭ).
7. Устройство защиты от замыканий
на землю в сетях 6 - 35 кВ: УЗС
Новое устройство УЗС, реагирующее на токи и напряжения
переходного процесса при замыканиях на землю, предназначено для
селективной защиты (сигнализации или отключения) при
замыканиях на землю в воздушных и кабельных сетях напряжением 6 — 35 кВ
независимо от режима работы их нейтрали. Устройство
обеспечивает защиту как от устойчивых, так и от неустойчивых замыканий [12].
Принцип его действия основан на контроле направления
распространения токов и напряжений переходного процесса,
возникающих при ОЗЗ и распространяющихся к концам линий (пунктам
установки защиты), и заключается в сравнении и запоминании
первоначальных знаков тока 3/0 и напряжения 3 f/0 в месте замыкания.
При совпадении знаков ОЗЗ фиксируется в защищаемом
направлении, а при несовпадении регистрируется внешнее ОЗЗ. Факт
замыкания контролируется срабатыванием пускового органа
установившегося напряжения 3 Uo промышленной частоты.
26

Схема подключения устройства УЗС приведена на рис. 7. Цепи
тока подключаются к трансформатору тока нулевой
последовательности кабельной линии или в нулевой провод трансформаторов тока
трех фаз кабельной или воздушной линии электропередачи.
Цепи напряжения подсоединяются к разомкнутому
треугольнику обмоток трансформатора напряжения секции шин, к которой
подключена линия, а при отсутствии этих обмоток — к общей точке
трех конденсаторов емкостью 4-10 мкФ, соединенных в звезду и
подключенных к фазным вторичным обмоткам трансформаторов
напряжения и к нейтрали этих обмоток.
Прототип данного прибора — устройство импульсной защиты от
замыканий на землю ИЗС-М, разработанное ЭНИН совместно с
Рижским заводом "Энергоавтоматика" в 1990 — 1991 гг. [12].
Образцы этого устройства находятся в промышленной эксплуатации на
кабельных линиях 35 кВ Невинномысской ГРЭС. За время
эксплуатации с 1992 г. по настоящее время ОЗЗ имели место практически на
каждой из защищаемых линий, и при этом во всех без исключения
случаях ОЗЗ устройства защиты ИЗС-М срабатывали правильно. Не
отмечено также ни одного случая ложных или излишних
срабатываний устройства.
Новое устройство защиты от замыканий на землю, разработанное
ЭНИН совместно с казанским предприятием "Энергосоюз",
испытано и внедрено в Казанских электрических сетях Татэнерго и
Октябрьских электрических сетях Мосэнерго. В 2000 г. оно было
принято межведомственной комиссией и рекомендовано к
применению в системе электрических сетей России.
В настоящее время рассматривается возможность модернизации
этого устройства в целях выполнения единой защиты для секции
шин 6 — 35 кВ, к которой подсоединяются защищаемые линии. Это
позволит повысить эффективность и экономичность устройства.
Кроме того, на основе опыта разработки устройства защиты
возможно создание комплексного образца с автоматическим
определением места ОЗЗ на защищаемой линии. Использование этого
прибора ускорит поиск повреждения и снизит вероятность перехода
ОЗЗ в короткое замыкание, приводящее к серьезным повреждениям
на присоединениях электрических сетей 6 — 35 кВ [12].
Как видно из краткого описания устройств ЗЗП-1М, ЗЗН и УЗС,
они имеют общий недостаток, ограничивающий их применение для
зашиты воздушных линий 6 и 10 кВ: для включения ЗЗН требуется
кабельный ввод (вставка), а для УЗС—три трансформатора тока или
тот же кабельный ввод воздушной линии, что в общем случае не тре-
27

ABC
Линия 6 - 35 кВ
A
В
С
•
кг
К2
КЗ
З/п
Х1.6
Х1.8
Х1.3
Х1.4
X2.ll
Х2.12
'Dbx
uDbx
uDo6
Сеть
ЭУС
Шины 6 - 35 кВ
Pwc. 7. Принципиальная электрическая схема подключения устройства УЗС:
Т1-ТЗ — трансформаторы тока; К1-КЗ— нагрузка трансформаторов тока;
S— выключатель линии высокого напряжения
28

буется и часто не выполняется на подстанциях, питающих
воздушные линии.
В зарубежной практике (рис. 8) в распределительных сетях 6 кВ и
выше трансформаторы тока устанавливаются на всех трех фазах, а в
кабельных сетях устанавливается также и трансформатор тока
кабельного типа ("Ферранти"). В многофункциональных цифровых
защитах сетей 6 - 10 кВ серий SPACOM (АББ), SEPAM ("Шнейдер
Электрик"), SIPROTEC ("Сименс") и других предусматриваются
двухступенчатые защиты от 033, реагирующие на ток и напряжение
нулевой последовательности промышленной частоты, поскольку
тн
ш
da
щр.
ХО 113 13 14 1» 17 1 I 3 4 % Ь 7 И
A{L1)
B(L2)
C{L3)
линия
AR AR СЭ
CTRL NH POS BS2 BS1
I I I
<W
I ii ii i
L.*?I
U5_ I I I I I I j.Uf..... „ „ _ ..... .ттщлашшталллллл.
i
Pwc. ^. Пример схемы включения многофункционального цифрового реле (типа
SPAA-341C, ABB-Stromberg Power Oy, Финляндия)
29

6 A0) кВ
TT
Соединение ТТ для
получения тока нулевой
> последовательности
"полная звезда"
я
Заземление
оболочки кабеля
Трансформатор тока
нулевой последовательности
кабельного типа

наиболее распространенным режимом нейтрали в сетях среднего
напряжения зарубежных стран является режим заземления
нейтрали через резистор [19]. При этом на реле могут быть поданы два вида
тока нулевой последовательности: 3/0 — от кабельного ТТНП
("Ферранти") и 3/0 — из нулевого провода трехтрансформаторной
схемы ^полная звезда" (см. рис. 8).
Пример способа измерения тока замыкания на землю в
трехфазной сети 6 A0) кВ в Финляндии приведен на рис. 9.
Надо отметить, что в распределительных сетях зарубежных стран
не практикуется режим с резонансно-заземленной нейтралью, при
котором полностью компенсируется ток 3/0 промышленной
частоты (см. § 1). Поскольку в России (и бывшем СССР) такой режим
является широко распространенным, были разработаны
оригинальные защиты от 033, основанные на измерении высших
гармонических составляющих в токе 033, получившие наименование
УСЗ (выпускает ЧЭАЗ) [7]. Они рассматриваются в следующем
параграфе.
8. Устройства сигнализации замыканий
на землю, измеряющие высшие
гармонические составляющие тока при ОЗЗ
В России (и бывшем СССР) выпускаются устройства
сигнализации замыканий на землю, измеряющих сумму высших гармоник в
токе 033, двух типов [7]:
• УСЗ-2/2 — индивидуальное устройство, которое включается на
ТТНП кабельного типа ("Ферранти"), основанное на принципе
абсолютного замера;
• УСЗ-ЗМ — групповое устройство, состоящее из прибора,
который поочередно подключается к ТТНП каждого из кабелей
(рис. 10), что дает возможность персоналу однозначно определить
линию с 033 по относительно большему показанию прибора
(принцип относительного замера). Описание устройства приведено в
приложении 3.
Устройство УСЗ-2/2 не нашло широкого применения из-за
относительно большой стоимости, трудности выбора уставок,
возможности неселективного срабатывания при дуговых ОЗЗ и других
существенных недостатков.
31

6 A0) кВ
ттнп
сигнал
(рис. 4)
033
Линии
1 N
ТТНП
Кнопки
ДГР
J Ч УСЗ-ЗМ
Рис. 10. Схема включения прибора УСЗ-ЗМ. Кнопки с переключением без
разрыва цепи
Групповое устройство УСЗ-ЗМ, также основанное на измерении
высших гармонических составляющих в токе ОЗЗ (от 150 до 650 Гц),
получило широкое распространение в основном в кабельных сетях
городов и промышленных предприятий. Более чем 30-летний опыт
использования УСЗ-ЗМ, например в Ленэнерго, позволяет дать
высокую оценку этому устройству, несмотря на известные его
недостатки: непригодность для использования в сложных сетях с
параллельными линиями, невозможность фиксации кратковременных
ОЗЗ, необходимость выезда оперативного персонала на подстанцию
для проведения большого числа измерений в целях определения
поврежденной линии и из-за этого затраты времени для отыскания ли-
йии с ОЗЗ.
Для обеспечения безопасности оперативного персонала
рекомендуется установить УСЗ-ЗМ с кнопочной стойкой вне
распределительного устройства 6 — 10 кВ (рис. 10).
Таким образом, с помощью УСЗ-ЗМ можно обнаружить только
устойчивое замьпсание на землю, но это не считается недостатком и
не препятствует широкому применению этих устройств. Имеются
разработки автоматических устройств для одновременного
измерения сумм высших гармоник на всех отходящих линиях, сравнения
этих значений между собой и селективного выявления поврежден-
32

ной линии. Например, в цифровом терминале защиты линии для
сетей 6 и 10 кВ с резонансно-заземленной нейтралью SPAC 801.013ив
новом терминале SPAC 810 ("АББ Автоматизация") предусмотрены
токовая ненаправленная защита от замыканий на землю — аналог
УСЗ и измерение высших гармоник тока [17]. Измерение высших
гармоник в токе нулевой последовательности предусмотрено и в
отечественных цифровых терминалах фирмы "Радиус Автоматика",
в новых модификациях БМРЗ фирмы "Механотроника". В реле
иностранных фирм эта функция обычно не предусматривается (см.
выше).
Одновременно надо отметить, что описанные устройства не
имеют элемента направления, поэтому на подстанциях с малым числом
линий, причем неидентичных, затруднительно обеспечить их
селективную работу при 033 на какой-либо из линий.
9. Некоторые другие принципы выполнения
устройств сигнализации ОЗЗ
Наложенные токи. Для определения линии с 033 в
компенсированных сетях используется принцип "наложения" на обычную сеть
постороннего переменного тока с частотой, отличной от
промышленной, например 25 Гц. Для этого необходимо подключить в
каком-либо месте контролируемой сети 6 или 10 кВ специальную
установку, постоянно генерирующую ток выбранной частоты. При
устойчивых 033 этот ток в основном проходит по поврежденному
присоединению и воспринимается защитой данного
присоединения [13].
Опыт эксплуатации устройств зашиты кабельных линий и
генераторов (на электростанциях Кузбасса), использующих
низкочастотные составляющие тока, является положительным. Защиты
работают селективно как при неустойчивых ОЗЗ с перемежающейся
дугой, так и при устойчивых ОЗЗ (за счет "наложенного" тока 25 Гц)
[13].
Сравнение амплитуд переходного тока. Амплитуда переходного
тока в момент возникновения ОЗЗ (пробой изоляции) всегда выше
амплитуды установившегося тока ОЗЗ. Наряду с этим амплитуда
переходного тока поврежденного присоединения всегда выше, чем на
любом из неповрежденных присоединений данной сети, что дает
возможность выполнить селективную защиту (сигнализацию) при
33

ОЗЗ. Важно отметить, что переходный процесс и его параметры в
первый период после 033 одинаковы для сетей 6 и 10 кВ с любой
степенью компенсации емкостного тока и в том числе для сетей без
компенсирующих дугогасящих устройств. Поэтому принцип
сравнения амплитуд переходного тока одновременно на всех
присоединениях 6 или 10 кВ данной сети в момент 033 позволяет выполнить
чувствительную, селективную защиту от 033 для сетей 6 и 10 кВ,
работающих как в режиме № 1 (изолированная нейтраль), так и в
режиме № 2 (резонансно-заземленная или компенсированная
нейтраль). Однако серийного производства защит, основанных на этом
принципе, пока нет.
Сравнение полярности первой полуволны тока и напряжения
нулевой последовательности C/0 и 3?/0) в момент 033 [9]. Идея
Л. Е. Дударева заключается в том, что на поврежденной линии будут
срабатывать однополярные пороговые элементы (+/и + ?/или -/и
— U) и появится сигнал "ОЗЗ", а на неповрежденных линиях будут
срабатывать разнополярные пороговые элементы и сигнал на
выходе не появится. Такой измерительный орган обладает
направленностью, но эта направленность не связана со значением мощности и
поэтому обладает очень высокой чувствительностью и не сможет
отказать даже в тех случаях, когда в момент ОЗЗ напряжение мало
(например, при грозовом ОЗЗ, вызванном ударом молнии). Кроме
того, этот принцип позволяет раздельно фиксировать
кратковременные пробои изоляции, устойчивые металлические ОЗЗ и
устойчивые дуговые ОЗЗ.
Подобный прибор выпускается в Екатеринбурге предприятием
НТБЭ. Прибор ПЗЗМ-1 предназначен для селективной
сигнализации о факте замыкания на землю в сетях 3 — 35 кВ с изолированной,
резистивной, частично или полностью компенсированной
нейтралью (см. приложение 4).
Устройства защиты и сигнализации замыканий на землю в
компенсированных сетях 6— 10 кВ "Импульс" и "Спектр" [11]. Для
селективной сигнализации однофазных замыканий на землю в
электрических сетях 6 — 10 кВ с кабельными линиями и воздушными
линиями с кабельными вставками, работающих как с компенсацией
емкостного тока, так и с изолированной нейтралью, в Ивановском
энергетическом университете (ИГЭУ) разработано
централизованное направленное устройство (ЦНУСЗ) типа "Импульс",
основанное на использовании электрических величин переходного
процесса, возникающего в момент пробоя изоляции фазы сети на землю. В
настоящее время в эксплуатации в электрических сетях 6 — 10 кВ
34

Костромаэнерго, Ивэнерго, Владимирэнерго, Башкирэнерго, Ниж-
новэнерго и в системах электроснабжения ряда предприятий
целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности
находится более 100 комплектов ЦНУСЗ "Импульс" (на 16
присоединений каждое). Опыт эксплуатации указанных устройств
подтвердил эффективность используемого в них способа определения
поврежденного присоединения и общих принципов построения
ЦНУСЗ.
Применение ЦНУСЗ в принципе возможно и для выполнения
защиты с действием на отключение. Однако более надежное
решение позволяют получить индивидуальные (на одно
присоединение) устройства защиты от 033. Для повышения эффективности
отыскания поврежденного элемента или участка электрической
сети методом поочередных отключений или оперативных
переключений в ряде случаев желательно, чтобы устройство защиты
обладало свойством непрерывности действия при устойчивых
повреждениях. Таким свойством обладают только устройства, основанные на
использовании различных составляющих установившегося тока и
напряжения нулевой последовательности при ОЗЗ (например,
естественных высших гармонических составляющих). В то же время
выполнение защиты от 033, реагирующей только на составляющие
установившегося тока и напряжения нулевой последовательности,
не позволяет обеспечить высокую устойчивость функционирования
при прерывистых дуговых замыканиях, характерных для начальной
стадии развития повреждения изоляции в кабелях и электрических
машинах. Последнее особенно существенно при выполнении
защиты от 033 генераторов и электродвигателей, так как отказы
срабатывания или замедление защиты при срабатывании могут привести к
переходу ОЗЗ в двойные замыкания на землю, сопровождающиеся
значительным увеличением объема повреждения.
Исследования, проведенные в ИГЭУ, показали, что выполнение
индивидуального направленного устройства защиты с указанными
выше свойствами в принципе возможно на основе комбинации двух
способов, один из которых предусматривает сравнение знаков
высших гармонических составляющих производной напряжения
нулевой последовательности dU^/dt и тока /0 переходного процесса, а
второй — сравнение знаков высших гармоник тех же величин
установившегося режима ОЗЗ.
На основе исследований спектра высших гармонических
составляющих тока 3/0 и напряжения 3 Щ в переходных и установившихся
режимах ОЗЗ, опыта разработки и эксплуатации ЦНУСЗ типа "Им-
35

пульс", устройств защиты от замыканий на землю типа УСЗ-2/2 и
УСЗ-ЗМ (ВНИИЭ) были обоснованы принципы построения и
разработано индивидуальное направленное устройство защиты от 033
для компенсированных электрических сетей 6 — 10 кВ (условно
названное "Спектр"). Устройство прошло испытания на физической
модели кабельной сети и внедряется для опытной эксплуатации в
ОАО "Костромаэнерго" и "Башкирэнерго".
В настоящее время разрабатывается централизованный вариант
устройства "Спектр", который должен заменить ЦНУСЗ
"Импульс". В новом варианте ЦНУСЗ предусмотрена также
возможность подключения к автоматизированным системам регастрации и
анализа аварийных ситуаций.
Применение централизованных и индивидуальных
направленных устройств позволяет комплексно решить проблему защиты и
селективной сигнализации 033 в компенсированных
электрических сетях 6— 10 кВ [11].
36

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Номенклатурные списки завода ЧЭАЗ
Реле тока с повышенной чувствительностью типа РТЗ-51
Номенклатурный список № 007
Реле предназначены для использования совместно с трансформаторами
тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток
нулевой последовательности в схемах защит от замыканий на землю
генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю и в других
схемах устройств релейной защиты.
Краткая характеристика
1. Номинальный ток 0,1 А.
2. Номинальное напряжения питания: 220 В постоянного тока или 100 В
переменного тока.
3. Номинальная частота 50 или 60 Гц.
4. Пределы регулирования тока срабатывания 0,02 — 0,12 А.
Защита при однофазных замыканиях на землю типа ЗЗП-1
и вспомогательное устройство типа ВУ-1
Защита типа ЗЗП-1 предназначена для селективного отключения
защищаемого присоединения при однофазном замыкании на землю в сетях
торфоразработок, карьеров и других сетях напряжением 2 - 10 кВ с
суммарными емкостными токами от 0,2 до 20 А.
Номенклатурный список № 064
1. Номинальное напряжение питания цепей постоянного тока
fWr.HOM = 24B.
2. Номинальное напряжение переменного тока ЪЩ = 100 В.
3. Ток срабатывания защиты при ЪЩ = ЪЩном и UmrT = ?WHOM нахо"
дится в пределах:
0,07 А ± 30 % на уставке 1;
0,5 А ± 30 % на уставке 2;
2,0 А ± 30 % на уставке 3.
х 4. Время срабатывания защиты при 3 Uo ном, С^тит.ном» Ф = 90° (ф — угол
сдвига фаз между 3 Щ и 3/л) и двукратном токе срабатывания — не более
0,045 с.
5. Зона срабатывания защиты при 3 *7Н0М, ^шт.ном» ПРИ Щ не менее 0,2 А
на уставке 1 и при двукратном токе срабатывания на уставке 2 и 3 находится
в пределах 180^о.
37

6. Угол максимальной чувствительности защиты при тех же условиях на
уставке 1 — 90^§«; на уставке 2 и 3 — 90^§о
7. Потребление мощности в цепи постоянного тока при битном, при
3U0 = 0 и 3/0 = 0 не более 0,15 Вт.
8. Потребление мощности в цепи переменного тока при битном, при
0номФ
при З^о = 0,07 А на уставке 1 — не более 3 • 10 ~ 6 В • А;
приЗ/0 = 0,5 Анауставке2 — не более 400 • 10~6 В • А;
при 3/0 = 2,0 Анауставке 3 — не более 10 000 - 10 ~ 6 В • А.
9. Потребление мощности в цепи напряжения нулевой
последовательности при 3Uqhou, Ujun = 0 и 3/0 = 0 не более 3 Вт.
Для защиты элементов схемы от перенапряжения цепи напряжения
нулевой последовательности защиты типа ЗЗП-1 следует подключать к
трансформатору напряжения последовательно с вспомогательным устройством
типаВУ-1.
Вспомогательное устройство представляет собой ZC-фильтр с частотой
резонанса 50 + 2,5 Гц. На одно устройство может быть одновременно
включено до десяти защит типа ЗЗП-1.
Реле максимального напряжения типов РН-53,153
и минимального напряжения типов РН-54,154
Номенклатурный список № 012 ТУ16.523.500-83
Реле применяются в качестве измерительных органов, реагирующих на
повышение напряжения (типов РН-53,153) и его понижение (типов РН-54,
154).
Краткая характеристика
Реле напряжения серии РН-150 (РН-153, РН-154) выпускаются в
унифицированном корпусе СУРА и приспособлены для переднего или заднего
под винт присоединения внешних проводников.
Основные технические данные приведены в табл. Ш.
1. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты.
2. Коммутационная способность контактов в цепи постоянного тока —
60 Вт, в цепи переменного тока—300 В • А при напряжении от 24 до 250 В и
токе не более 2 А.
3. Масса не более 0,85 кг.
Реле напряжения типа РНН-57
Номенклатурный список № 013 ТУ 16.523.500-83
Номенклатурный номер 22 057 001
Реле предназначено для применения в схемах поперечных
дифференциальных защит, дистанционных защит с ВЧ-блокировкой, ОАПВ и т.д.
38

Таблица П1. Технические характеристики реле напряжения
Исполнение
реле
РН 53/60
РН 53/200
РН 53/400
РН 54/48
РН 54/160
РН 54/320
РН 53/60Д
РН 153/60
РН 153/200
РН 153/400
РН 154/48
РН 154/160
РН 154/320
РН 153/60Д
Потребляемая
мощность, В • А,
при напряжении
минимальной
уставки
Не более 0,5
0,6
0,5
Не более 5 В • А
при напряжении
100 В
0,5
0,6
0,5
0,6
Не более 5 В • А
при напряжении
100 В
Пределы
уставки на
напряжение

срабатывания реле, В
15-60
50 - 200
100 - 400
12-48
40 - 160
80 - 320
15-60
15-60
50 - 200
100 - 400
12-48
40 - 160
80 - 320
15-60
Номинальное
напряжение, В
I диапазон
30
100
200
30
100
200
100
30
100
200
30
100
200
100
II
диапазон
60
200
400
60
200
400
200
60
200
400
60
200
400
200

Коэффициент возврата
Не менее 0,8
Не менее 0,8
Не более
1,25
Не менее 0,8
Не менее 0,8
Не более
1,25
Не менее 0,8
Краткая характеристика
1. Пределы уставок на напряжение срабатывания реле: от 4 до 8 В при
частоте 50 Гц, при частоте 150 Гц напряжение срабатывания реле повышается
не менее чем в 8 раз.
2. Коэффициент возврата реле не менее 0,8.
3. Потребляемая мощность при напряжении 100 В не более 30 В • А.
4. Термическая устойчивость — 190 В в течение 6 с.
5. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты.
6. Коммутационная способность контактов в цепи постоянного тока —
60 Вт, в цепи переменного тока — 300 В • А при напряжении не более 250 В и
токе не более 2 А.
7. Масса не более 1,6 кг.
Примечание*. Применяемое в устройствах РЗАреле напряжения нулевой
последовательности типа РНН-57 выполнено нетермоустойчивым. В систе-
Из информации Ленэнерго от 16.08.85 г.
39

ме Ленэнерго, а также в других энергосистемах имели место случаи выхода
из строя реле РНН-57 при неполнофазных режимах, а также при
проведении наладочных работ. Выход из строя реле РНН-57 приводил к отказу в
действии устройств РЗА, а также, в некоторых случаях к пожару на панели
защиты.
В ЦСРЗА Ленэнерго было испытано дополнительное электронное
устройство стабилизации напряжения на обмотках реле РНН-57.
Электронное устройство не допускает увеличения напряжения на обмотках реле
более 15 В.
40

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
О предотвращении ложной работы реле РТЗ-50
из-за его повышенной чувствительности
к высшим гармоническим составляющим
тока замыкания на землю*
Реле максимального тока РТЗ-50 предназначено для использования
совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТТНП) в
качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах
защит от замыканий на землю генераторов, электродвигателей и линий
электропередачи с малыми токами замыканий на землю.
Реле РТЗ-50 в отличие от ранее применявшихся электромеханических
реле обладает повышенной чувствительностью к высшим гармоническим
составляющим тока замыкания на землю; например, на частоте 150 Гц ток
срабатывания реле уменьшается почти в 2 раза по сравнению с током
срабатывания при основной частоте 50 Гц.
Как показал опыт эксплуатации реле РТЗ-50, при переходных режимах
замыканий на землю может произойти излишнее срабатывание этого реле
из-за большого содержания высших гармонических составляющих в токе
замыкания.
В целях предотвращения ложной работы реле РТЗ-50 в схемах защит от
замыканий на землю предлагается на всех электростанциях и во всех
энергосистемах произвести реконструкцию этих реле путем установки
дополнительного конденсатора типа МБГО-2 емкостью 10 мкФ, напряжением 300 В
и включения его параллельно разряднику Р, входящему в схему реле.
Конденсатор следует установить в корпусе реле рядом с трансформатором 7Ти
конденсатором С1.
Завод-изготовитель выпускает реле с дополнительной емкостью с 1977 г.
Сборник директивных материалов Главтехуправления Минэнерго СССР:
Электротехническая часть. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985. В
четвертом издании Сборника руководящих материалов Главтехуправления 1992 г. этот
параграф отсутствует, так как вместо реле типа РТЗ-50 выпускается реле РТЗ-51 [см.
Номенклатурный список № 007 (ЧЭАЗ)].
41

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Устройства сигнализации типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ
Назначение
1. Устройства типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ предназначены для определения
поврежденного присоединения при однофазных замыканиях на землю в
кабельных сетях 6 — 10 кВ с компенсированной нейтралью.
Устройства могут также применяться в качестве общего
вспомогательного устройства при использовании контактных устройств сигнализации
замыканий на землю в случае замыкания через большое переходное
сопротивление.
Устройство типа УСЗ-3 предназначено для определения поврежденного
присоединения или его участка при однофазном замыкании па землю, в том
числе на распределительных пунктах и трансформаторных подстанциях, на
которых могут отсутствовать кабельные трансформаторы тока нулевой
последовательности (ТТНП).
Устройство типа УСЗ-ЗМ предназначено для определения
поврежденного присоединения при однофазном замыкании на землю на подстанциях
и распределительных пунктах, оборудованных кабельными ТТНП.
Устройства типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ рассчитаны для работы в следующих
условиях:
а) высота над уровнем моря не более 2000 м;
б) температура окружающего воздуха от -40 до +40 °С и относительная
влажность до 80 % (при температуре +20 °С);
в) окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая значительного
количества агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих
металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью и водяными
парами;
г) место установки устройств защищено от попадания воды, масла,
эмульсии и т.п.
Принцип действия и конструктивное оформление
Селективное определение поврежденного присоединения
устройствами типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ основано на том, что при однофазных
замыканиях (в общем случае через переходное сопротивление) в
компенсированных сетях независимо от режима компенсации уровень высших гармоник
тока нулевой последовательности поврежденного присоединения,
определяемый суммарной емкостью сети без емкости поврежденного
присоединения, превышает уровни высших гармоник токов нулевой
последовательности неповрежденных присоединений, определяемые емкостями этих
присоединений.
Для работы устройств используются высшие гармоники до 13-й
включительно F50 Гц).
Устройство типа УСЗ-ЗМ (схема на рис. П3.1) состоит из согласующего
трансформатора (Тр), шунтирующего фильтра LC(Др. С) с частотой
резонанса, близкой к 50 Гц, фильтра RC (R2- Я5и С1- СЗ), повышающего
42

степень отстройки устройства от тока промышленной частоты,
выпрямителя Ди электроизмерительного прибора (микроамперметра).
Емкость С5предназначена для отстройки устройства от сигналов,
имеющих частоту выше 1000 Гц.
Сопротивление R 7 предназначено для плавной регулировки
чувствительности устройства.
Конструкция устройства типа УСЗ-ЗМ предусматривает возможность
его применения в качестве стационарного и переносного.
Устройство типаУСЗ-3, применяемое совместно с токоизмерительными
клещами, не содержит согласующего трансформатора (схема на рис. П3.2),
а его конструкция позволяет использовать его в качестве втьиного прибора
вместо амперметра токоизмерительных клещей.
Технические данные
1. Устройство типа УСЗ-3 предназначено для работы совместно с
токоизмерительными клещами типа КЭ-44.
Рис. ИЗ. 1. Принципиальная схема устройства типа УСЗ-ЗМ
т
Рис. П3.2. Принципиальная схема устройства типа УСЗ-3
43

2. Устройство типа УСЗ-ЗМ может подключаться к трансформаторам
тока нулевой последовательности (ТТНП) типов ТЗ, ТЗЛ, ТФ и др.
Нормально устройство отключено от ТТНП и подключается к нему
только на время измерения.
3. Устройства имеют плавную регулировку чувствительности.
Регулирование чувствительности устройства типа УСЗ-3 под нагрузкой не
допускается.
4. Показания микроамперметра на частотах от 250 до 650 Гц при
температуре окружающего воздуха 20 ± 5 °С не отличаются от данных,
приведенных в табл. П3.1 для устройства типа УСЗ-3 и в табл. П3.2 для устройства
типа УСЗ-ЗМ более чем на ± 40 %.
Примечание. Здесь и во всем тексте допустимые отклонения показаний
прибора действительны для частот от 250 до 650 Гц и показаний прибора не
меньше 10 мкА, если особо не оговорены другие условия.
Показания приборов устройств типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ при первичном
синусоидальном токе частоты 50 Гц, равном 50 А, при максимальной
чувствительности не превышают 5 мкА.
Показания приборов устройств типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ на частоте 250 Гц
изменяются не более чем на ± 50 % при понижении температуры
окружающего воздуха до —40 °С и на + 20 % при ее повышении до +40 °С.
5. Изоляция устройств выдерживает без пробоя и перекрытия
испытательное напряжение частоты 50 Гц, приложенное в течение 1 мин между то-
коведущими частями и корпусом:
УСЗ-3 - 1000 В;
УСЗ-ЗМ - 1700 В.
6. Сопротивление изоляция между токоведущими частями устройств и
корпусом в обесточенном состоянии при температуре окружающего воздуха
20 °С и относительной влажности до 80 % не менее 50 мОм.
7. Масса устройства не превышает:
УСЗ-3 - 0,65 кг;
УСЗ-ЗМ - 1 кг.
8. Параметры основных элементов устройств приведены в табл. ПЗ.З.
Указания по работе с устройством
При появлении общего сигнала "Земля" на подстанциях,
оборудованных кабельными трансформаторами тока, устройство типа УСЗ-ЗМ
поочередно подключается к выводам ТТНП всех присоединений.
Перед включением устройство загрубляется (полностью вводится
сопротивление R 7 поворотом против часовой стрелки до упора регулировочной
ручки).
При необходимости изменением регулировочного сопротивления
можно увеличить чувствительность устройства.
Поврежденным следует считать присоединение, при подключении к
которому показание прибора будет наибольшим при одном и том же
положении регулировочной ручки.
На подстанциях, не оборудованных кабельными трансформаторами
тока, поврежденное присоединение отыскивается с помощью токоизмери-
тельных клещей типа КЭ-44, в которых вместо втычного амперметра
применяется устройство типа УСЗ-3. Порядок изменения аналогичен токовому
при пользовании устройством типа УСЗ-ЗМ.
44

Таблица П3.1

Чувствительность
Максимальная
Минимальная
Первичный
ток клещей
типа КЭ-44, А
5
5
10
Показание прибора, мкА, при частоте, Гц
250
84
18
45
350
> 100
30
67
550
> 100
21
45
650
> 100
19
43
2000
<80
< 15
<43
Таблица П3.2

Чувствительность
Максимальная
Минимальная
Первичный
токТТНП
типа ТЗЛ, А
1
1
5
20
Показание прибора, мкА, при частоте, Гц
250
61
3
45
65
350
61
3
13
52
550
45
2
10
40
650
40
2
9
37
2000
<30
<5
< 10
<30


значение
ТР
Др
R1
R2
R2
R3
R4
R5
R6
R7
С1
С2
СЗ
С4
С5
С
Д
м
Элемент схемы
Трансформатор
Дроссель
Резистор МЛТ-0,5
Резистор МЛТ-0,5
Резистор МЛТ-0,5
Резистор МЛТ-0,5
Резистор МЛТ-0,5
Резистор СП-3-9А
Конденсатор МБМ-160
Конденсатор К50-3-12-20
Конденсатор МБМ-160
Конденсатор МБГО-2-160
Диод полупроводниковый
Д9Ж
Микроамперметр М 4205
Таблица
Технические данные
УСЗ-ЗМ
УСЗ-3
щ = 43 витк. ПЭВ-2/0,59
w2 = 2000 витк. ПЭВ-2/0,11
R = 230 Ом
w = 3000 витк. ПЭВ-2/0,59
R =270 Ом
300 Ом
6,5 кОм
ЮкОм
8,2 кОм
470 Ом
220 кОм
ЗЗкОм
100В;0,1мкФ
12 В; 20 мкФ
160 В;
0,25 мкФ
160 В;
0,1 мкФ
160В;4мкФ
100 мкА

Количество
1
1
1
1
1
3
1
1
3
1
1
1
4
1
ПЗ.З

Примечание
Ш7х9,
без
зазора
Ш7х9,
зазор
0,5 мм
45

Более подробное описание области применения и методики отыскания
повреждения с помощью устройств типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ приведено в
литературе:
1. Кискачи В. М. Селективность сигнализации замыканий на землю с
использованием высших гармоник токов нулевой последовательности //
Электричество. 1967. № 9.
2. Кискачи В. М., Назаров Ю. Г. Определение поврежденного
присоединения при замыканиях на землю в кабельных сетях // Электрические
станции, 1965. № 7.
Указания по монтажу и эксплуатации
При переносе устройств типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ следует предохранять их
от ударов и вибраций.
Вводные клеммы (УСЗ-ЗМ) и штыри (УСЗ-3) следует предохранять от
загрязнений.
Периодически, не реже 1 раза в два года, следует проводить осмотр и
проверку работоспособности устройств.
46

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Прибор сигнализации замыкания на землю ПЗЗМ 1
Назначение
Прибор предназначен для селективной сигнализации о факте замыкания
на землю в сетях 3 - 35 кВ с изолированной, резистивно-заземленной,
частично или полностью компенсированной нейтралью.
Принцип действия
Принцип действия прибора основан на раздельном анализе первой
полуволны тока и первой полуволны напряжения нулевой
последовательности сети, что обусловливает его эффективное применение для любых
режимов работы нейтрали.
При этом регистрируются:
• высокочастотная составляющая тока нулевой последовательности;
• высокочастотная составляющая напряжения нулевой последовательности;
• фазовые соотношения между высокочастотными составляющими тока
и напряжения нулевой последовательности;
• низкочастотная составляющая напряжения нулевой последовательности.
Благодаря раздельному анализу всех этих составляющих достигаются
надежное обнаружение факта замыкания на землю в контролируемом
присоединении и высокая степень защиты от помех, как имеющих случайный
характер, так и вызванных коммутацией больших нагрузок либо замыканием
на землю на соседних присоединениях.
Технические характеристики
1. В комплект поставки входят собственно прибор сигнализации и
токовый шунт.
2. Порог чувствительности по высокочастотной составляющей тока (при
работе с шунтом сопротивлением 3 Ом) — 0,3 А.
3. Порог чувствительности по высокочастотной составляющей
напряжения — 0,5 В.
4. Порог чувствительности по низкочастотной составляющей
напряжения — 25 В.
По требованию потребителя поставляются приборы с измененными
порогами чувствительности.
5. Регистрация замыкания — в виде замыкания на время не менее 300 мс
замыкающих контактов реле. Тип примененного реле близок к классу
промежуточных реле.
6. Коммутационная способность контактов реле:
коммутируемое напряжение постоянного и переменного тока — до
250 В;
коммутируемый ток — до 10 А.
7. Дополнительно предусмотрена индикация регистрации замыкания с
помощью светодиода.
47

Рис.П4Л. Общий вид ПЗЗМ 1
8. Входные цепи прибора, к
которым подводится сигнал тока нулевой
последовательности, выдерживают
действующее значение переменного
тока частотой 50 Гц:
до 42 А в течение 1 с;
до 30 А в течение 2 с.
9. Входные цепи прибора, к
которым подводится сигнал напряжения
нулевой последовательности,
выдерживают действующее значение
переменного тока частотой 50 Гц
напряжением до 300 В.
10. Электропитание прибора — от
сети постоянного тока напряжением
24 В ± 10 % либо от сети переменного
тока амплитудой 24 В ± 10 % частотой
50 Гц.
По требованию потребителя
поставляются приборы с
электропитанием от сети постоянного или
переменного тока напряжением 110/220 В.
11. Потребляемая мощность — не
более 15 Вт.
12. Предусмотрена индикация с помощью светодиода факта подачи
электропитания, а также предусмотрена защита от переполюсовки
электропитания постоянного тока.
13. Конструктивное исполнение прибора — в корпусе от реле РТ-40 с
прозрачной или непрозрачной крышкой (по согласованию с потребителем).
Общий вид прибора показан на рис. П4.1.
Климатические условия окружающей среды:
диапазон рабочих температур от —40 до 50 °С;
относительная влажность от 80 % при температуре до 35 °С.
14. Электрические цепи, связанные с входным напряжением нулевой
последовательности, входным током нулевой последовательности,
электропитанием прибора или выходными контактами реле, гальванически
развязаны друг относительно друга.
15. Напряжение изоляции между этими цепями — не менее 1000 В.
16. Сопротивление изоляции между электрически не связанными
цепями — не менее 20 мОм.
17. Ресурс прибора — 25 000 ч.
18. Срок службы — не менее 10 лет.
Электрическое сопряжение
Подключение внешних цепей показано на рис. П4.2.
Клемма "Т" — обмотка трансформатора напряжения — подлежит
заземлению.
Тип трансформатора тока нулевой последовательности — ТЗР либо ТЭЛ,
либо любой другой.
48

К элеюропитанию
К регистрирующему 8_
устройству ""
|Шунт
\ Трансформатор
Гтока
Трансформатор
напряжения
Рис. П4.2. Подключение внешних цепей (вид сзади)
Тип трансформатора напряжения — НТМИ, либо любой другой
источник напряжения нулевой последовательности.
Перспективы развития
По результатам эксплуатации приборов в качестве устройств
сигнализации будет решаться вопрос об их применении в качестве устройств защиты.
Реквизиты поставщика:
ООО Внедренческое предприятие "НТБЭ"
620138, г. Екатеринбург, ул. Чистопольская, 4
тел./факс: C43) 310-86-74, 310-86-75
e-mail: ntbe@ural.ru
Web site: http: //www.ntbe.ural.ru
49

ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Новое устройство РЗА: SPAC 810*
Расширение возможностей:
• управление выключателем с лицевой панели, выносными ключами или
от АСУ;
• три версии по количеству входных/выходных цепей F вх./5 вых.,
12 ВХ./11 вых., 18 вх./17 вых.);
• переназначение входных/выходных цепей;
• измерение четырех токов и четырех напряжений;
• передний порт RS232 для отладки;
• два порта для АСУ (RS232 + встроенный оптический или RS485 по
заказу);
• протокол обмена IEC 870-5-103 и SPA;
• 16 светодиодов (в том числе переназначаемые) для сигнализации
действия защит;
• четырехстрочный ЖКИ-дисплей с русским "меню";
• измерения в первичных величинах;
• полная метка времени для событий и осциллограмм;
• регистрация событий в энергонезависимой памяти;
• осциллограф на восемь аналоговых сигналов;
• расчет ресурса выключателя;
• расширенный диапазон уставок (от 0,1 In);
• набор защит по току и напряжению;
• высокочувствительный орган тока УРОВ;
• питание от оперативного постоянного, выпрямленного или
переменного тока;
• улучшенные технические характеристики;
• удобное обслуживание в эксплуатации;
• унификация проектных решений;
• работа в жестких климатических условиях.
Назначение
Комплектные устройства защиты, управления и автоматики
распределительных сетей SPAC 810 — новое поколение хорошо зарекомендовавшей
себя устройств серии SPAC 800. Устройства выполняют функции местного
или дистанционного управления, релейной зашиты, измерения,
сигнализации, автоматики, регистрации, осциллографирования, диагностики
выключателя, а также необходимые блокировки различных присоединений
комплектных распределительных устройств 6 — 35 кВ.
Отличительными особенностями новых устройств являются
современный дизайн (рис. П5), открытость для систем АСУ за счет наличия портов и
* Информация ООО "АББ Автоматизация'*.
50

Рис. П5. Общий вид SPAC 810
применения стандартного протокола, расширенные возможности в части
защит, а также наличие гибкого аппаратного и программного обеспечения,
что позволяет реализовать гибкие технико-экономические решения для
различных энергообъектов (модернизируемые, вновь строящиеся объекты с
АСУ и без АСУ).
Количество типоисполнений устройств сокращено. Вместе с тем
устройства сохранили преемственность проектных решений SPAC 800 и
унификацию для упрощения проектирования и применения.
В устройствах SPAC 810 в максимальной степени используются
наработки серии SPAC 800, что в совокупности с жестким соблюдением
технологии сборки и тестирования обеспечивает традиционные высокие
показатели надежности. Технические характеристики устройства приведены в
табл. П5.
Таблица П5
Функции защит и автоматики SPAC 810
Максимальная токовая защита (ненаправленная)
Максимальная токовая защита (направленная)
Ускорение второй ступени МТЗ
Защита от замыканий на землю (ненаправленная токовая)
Защита от замыканий на землю (на высших гармониках)
Защита от замыканий на землю (направленная токовая)
Защита от несимметрии нагрузки / небаланса
УРОВ
Защита от перегрузки двигателя ("псевдотепловая" модель)
Линия
(ТСН)
3
1
+
1
1
1
1
+
-
св
3
-
+
-
-
-
1
+
-
Ввод
3
1
+
1
-
-
1
+
-
тн
-
-
-
-
-
-
-
-
-

Двигатель
3
-
-
1
1
1
1
+
+
51

Продолжение табл. П5
Функции защит и автоматики SPAC 810
Защита пусковых режимов двигателя
Защита минимальная токовая / потери нагрузки
Защита минимального напряжения (однофазная)
Защита минимального напряжения (трехфазная)
Защита максимального напряжения (трехфазная)
Защита по напряжению нулевой последовательности
Защита по напряжению обратной последовательности
АПВ
Групповая защита минимального напряжения секции
АВР
Логическая защита шин
Измерения, регистрация
Текущее значение нагрузки (фазные величины)
Токи отключения в фазах
Ток нулевой последовательности
Напряжения линейные
Напряжение нулевой последовательности
Напряжения в момент аварии
Измерение мощности
ОМП
Осциллографирование (с памятью)
Регистрация событий (с памятью)
Полная метка времени
Управление выключателем (с терминала/ внешние ключи/ АСУ)
Расчет коммутационного ресурса
Расчет механического ресурса
Контроль времени включения/отключения
Контроль целостности цепей управления
Время взвода пружины
Контроль давления элегаза выключателя
Дополнительные возможности
Переназначаемые входные цепи
Переназначаемые выходные реле
Переназначаемые светодиоды
Дополнительные модули входных/выходных сигналов (по заказу)
Порт связи RS485/orrra4ecKHu (по заказу)
Протокол связи IEC 870-5-103
Входные цепи для регистрации событий
Автоматизация тестирования
Линия
(ТСН)
-
-
1
_
_
1
1
2
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1-2
+
+
+
+
СВ
-
-
1
-
-
-
-
-
—
+
+
-
+
-
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
Ввод
-
-
1
1
-
1
1
1
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
тн
-
-
2
2
1
1
-
-
+
-
-
-
+
+
+
-
-
+
+
-
-
-
-
-
+
+
1-2
+
+
+
+

Двигатель
+
+
1
-
-
1
1
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1-2
+
+
+
+
52

ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Избирательная защита от замыканий на землю
для распределительных сетей 6-35 кВ*
Проблема защиты от замыканий на землю в распределительных сетях
напряжением 6 — 35 кВ, где однофазные замыкания на землю @33) токоведу-
ших частей электроустановок составляют свыше 75 % общего числа
повреждений, имеет давнюю историю. Последствия повреждений при 033 в основном
определяются режимом заземления нейтрали. До конца 40-х годов прошлого
века значительная часть распределительных сетей работала с нейтралью,
заземленной через активное сопротивление. Надежность энергоснабжения
потребителей при этом в значительной мере зависела от частоты возникновения
033, которые необходимо было быстро отключать защитой. Применение
простых токовых защит (направленных или ненаправленных) достаточно надежно
обеспечивало селективное отключение поврежденного участка.
В целях повышения надежности энергоснабжения потребителей
несколько десятилетий назад было принято решение о переходе на режим
изолированной нейтрали. Для мощных потребителей, имеющих разветвленную
сеть с большими емкостными токами замыкания на землю,
предусматривался режим резонансно-компенсированной нейтрали путем создания
искусственной нейтрали и включения в нее регулируемой индуктивности (дуго-
гасящей катушки) для компенсации емкостных токов при 033.
Такие режимы имели ряд характерных особенностей:
1) при возникновении 033 потребители не отключались и допускалась
работа в течение определенного времени;
2) изоляция токоведущих частей по отношению к земле (корпусу)
должна была рассчитываться на уровень л/3?/ф;
3) при возникновении 033 возрастала опасность перенапряжений;
4) повышалась вероятность перехода 033 в двойные замыкания на
землю или междуфазные КЗ;
5) снижалась электробезопасность потребителей, обслуживающего
персонала;
6) увеличивался износ изоляции вследствие перенапряжений при 033.
Переход на вышеуказанные режимы сказался и на выполнении устройств
релейной защиты (РЗ), предназначенных для защиты от 033. Известно, что
в зависимости от условий работы защищаемой сети устройства релейной
защиты выполняются с действием на сигнал или на отключение (по условиям
электробезопасности). Принципиальным моментом при переходе на режим
изолированной или резонансно-компенсированной нейтрали является
возможность длительной работы сети с наличием 033 без отключения.
Предполагается, что при возникновении 033 и действии устройств РЗ на сигнал
дежурный персонал должен принять меры по отысканию поврежденного при-
Г. С. Нудельман, канд. техн. наук, В. С. Шевелев, инж. ООО "АББ Автоматаза-
ция" (АББ Реле-Чебоксары) // Энергетик, 2001. № 3. С. 32.
53

соединения или переводу потребителя на другой источник снабжения (с
последующим отключением поврежденного участка). Вследствие
сокращения времени перерыва питания потребителя надежность энергоснабжения
возрастает.
Имеется два концептуальных подхода к решению проблемы защиты от
033: выполнение устройств РЗ индивидуальными или групповыми, причем
как те, так и другие могут выполняться реагирующими на одну (ток или
напряжение нулевой последовательности) или на две (ток и напряжение
нулевой последовательности) электрические величины. В табл. П6.1 приведены
отечественные устройства защиты от 033 индивидуального и группового
действия. В случае реагирования на две входные воздействующие величины
устройства защиты, как правило, выполняются направленными.
В табл. П6.2 приведены варианты выполнения защит от 033,
определяемые принципом их построения.
Имеющиеся статистические данные по опыту эксплуатации устройств РЗ
различных типов показывают относительно низкую надежность и
селективность действия защит, что не позволяет быстро и достоверно определить
поврежденное присоединение. Такое состояние дел убеждает в необходимости
продолжения исследований по поиску новых подходов к решению проблемы
выполнения защиты от 033 в распределительных сетях. Определенные
надежды в этом смысле связаны с внедрением новой цифровой элементной
базы устройств РЗ, которая позволяет реализовать известные методы (или их
комбинацию) с более высокими показателями по надежности и точности.
В настоящее время сети потребителей работают в основном с
изолированной или резонансно-компенсированной нейтралью. В результате
старения первичного оборудования происходит существенное снижение уровня
изоляции городских кабельных сетей и сетей промышленных предприятий.
В этих условиях наличие 033 в сети увеличивает риск возникновения
многофазных повреждений. Как показывают статистические исследования
ВНИИЭ (доктор техн. наук А. И. Левиуш, канд. техн. наук В. Г. Алексеев) в
сети 6 — 10 кВ Московских кабельных сетей, значительная часть 033 через
некоторое время самоликвидируется (примерно через 1 с) или переходит в
междуфазные или двойные замыкания на землю (в течение первой минуты).
Поэтому представляется целесообразным применять защиту от 033,
действующую не мгновенно, а с определенной выдержкой времени, которая по-
Таблица П6.2
Таблица П6.1
Индивидуальные
РТ-40
РН-52
РТЗ-50 (РТЗ-51)
ЗЗП-Ш(ЗЗН)
УСЗ-2/2
ИЗС-М (УЗС-01)
ПЗЗМ1
Групповые
УСЗ-ЗМ
"Импульс"
"Спектр"
КДЗС-2
Реагирование на
установившиеся
значения
электрических величин
РТ-40
РН-52
РТЗ-51
ЗЗП-Ш(ЗЗН)
УСЗ-2/2
УСЗ-ЗМ
КДЗС-2
Реагирование на
свободные
составляющие
переходного процесса
ИЗС-М (УЗС-01)
ПЗЗМ1
"Импульс"


нированный
принцип
"Спектр"
54

зволит, с одной стороны, обеспечить условия для самоликвидации
повреждений и, с другой стороны, уменьшить вероятность перехода 033 в
многофазные повреждения.
Известно, что при возникновении 033 в сетях с изолированной или
резонансно-компенсированной нейтралью наибольший емкостной ток
(полный емкостной ток сети) проходит на поврежденном присоединении, в то
время как на остальных присоединениях проходят токи, определяемые
собственными проводимостями этих присоединений. Отмеченные выше
положения использованы при разработке нового подхода к созданию защиты от
033, реагирующей только на ток.
Основу предлагаемой групповой защиты составляют измерительные
органы (ИО) с обратнозависимой от тока временной характеристикой,
подключенные к трансформаторам тока нулевой последовательности
различных присоединений. Логика защиты предусматривает одновременный пуск
нескольких ИО при возникновении 033 и последующий запрет набора
выдержки времени ИО по факту срабатывания первого из них. Первым, как
следует из сказанного выше, сработает ИО, подключенный к ТТНП
поврежденного присоединения, обеспечивая таким образом селективность
защиты. Оптимальный выбор вида времятоковой характеристики является
предметом самостоятельных исследований, но уже сейчас можно
утверждать, что предлагаемый подход к выполнению групповой защиты от 033
позволит в определенной мере увеличить вероятность самоликвидации
повреждений в сети и снизить вероятность развития аварийного режима.
Структурная схема такой защиты представлена на рис. П6.
Селективное действие выполненной таким образом защиты при
двойных замыканиях на землю будет происходить после отключения одного из
присоединений токовой отсечкой.
01
с
т
*QN
И01
Блокирование
Блокирование
• • «
H0N
Блокирование
ч
-—1—-
4гг
1—i—1
ч
ч
**•
РН
**~
^ и
-Л
^ BN
Рис. П6. Структурная схема защиты
55

При 033 на шинах время срабатывания защит присоединений с такой
характеристикой срабатывания должно превышать время срабатывания
защиты от замыканий на землю секции по напряжению 3 Uo. При
срабатывании реле напряжения нулевой последовательности своим контактом будет
обеспечивать блокирование работы защиты от 033 на присоединениях.
Отключение секции возможно со второй выдержкой времени.
Реализация зашиты от 033 с обратнозависимой от тока временной
характеристикой накладывает ряд требований к выполнению устройств защиты:
1) характеристика реле должна обеспечивать оптимальное время
срабатывания при протекании полного емкостного тока сети и надежную
отстройку в случае внешнего 033 при установке на присоединениях (в том
числе на длинной кабельной линии);
2) характеристика реле должна быть стабильной и иметь минимальный
разброс для различных комплектов зашиты, т.е. иметь хорошую повторяемость;
3) необходимо знать приблизительное значение полного емкостного
тока сети для выбора "тока трогания" реле, как таковой точный расчет
уставки не требуется. При наличии цифровой аппаратуры РЗ значение
полного емкостного тока сети при 033 фиксируется в памяти реле;
4) следует учитывать разброс коэффициентов трансформации
трансформаторов тока ТТНП в зависимости от нагрузки в цепях тока, а также
применение различных типов ТТНП на одном объекте;
5) реле должно иметь малую потребляемую от ТТНП мощность;
6) комплект защиты должен иметь блокирующий вход.
Реализация защиты подобного типа на электромеханической базе
затруднена, тогда как использование для этих целей средств
микропроцессорной техники позволит достичь желаемых результатов и обеспечить высокие
технические параметры и, в первую очередь, стабильность времятоковой
характеристики ИО. Как правило, цифровые устройства РЗ совмещают в
одном корпусе цепи защиты от междуфазных замыканий и цепи защиты от
033, а также ряд дополнительных, но очень важных функций: регистрация
аварийных параметров, коммуникация с АСУ ТП и т.д. Использование
возможности передачи данных в АСУ ТП позволит более оперативно
обнаружить поврежденное присоединение и принять меры по локализации
повреждения (в автоматическом или "ручном" режиме). Следует отметить, что
микропроцессорные устройства РЗ позволяют производить обработку
имеющейся информации по более сложным алгоритмам и реализовывать
одновременно различные виды характеристик и варианты построения ИО.
Незначительная потребляемая мощность таких реле позволяет снизить
минимальный ток срабатывания защиты от 033 при подключении к ТТНП до
0,1 А (первичного тока).
Представляется, что приведенный принцип выполнения защиты от 033
может быть применен и для сетей с компенсированной нейтралью, когда в
качестве входной реагирующей величины будет использоваться ток высших
гармонических составляющих.
Примечание. В 2004 г. "АББ Автоматизация" (г. Чебоксары) начат
выпуск нового терминала SPAC 810, в котором реализовано измерение суммы
высших гармоник в токе ОЗЗ и имеется обратнозависимая от этого тока
временная характеристика, обеспечивающая селективность.
56

ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Автоматически регулируемые дугогасящие
реакторы серии РОУ
Дугогасящие реакторы серии РОУ предназначены для компенсации
емкостных токов замыкания на землю в сети 6,10 кВ.
Автоматическая и точная настройка реакторов на режим компенсации
предотвращает, полностью ликвидирует или локализует большую часть
однофазных замыканий на землю — основную причину выхода из строя
сетевого оборудования.
В результате применения реакторов серии РОУ общая аварийность, как
правило, снижается не менее чем в 2 раза. Особенно сильно эффект
снижения аварийности наблюдается в сетях с повышенной степенью износа
оборудования.
Технические характеристики и массогабаритные показатели реакторов
РОУ (табл. П7) позволяют осуществить замену известных дугогасящих
реакторов без изменений в строительной части подстанций.
Таблица П7
Типовая мощность, кВ • А
Номинальное напряжение, кВ
Напряжение сети
Диапазон регулирования тока, А
Габариты, мм
Полная масса, кг
Масса масла, кг
300
И/л/3
10
4-48
6,6/V3
6,3
6,6 - 80
1130x1240x1700
1550
350
480
H/VJ
10
6,3 - 76
6,6/V3
6,3
10,5 - 126
1150x1415x1750
1950
450
840
H/V3
10
11 -132
6,6/Тз
6,3
18 - 200
1300 х 1710 х 1950
2600
650
Условное обозначение:
РОУ- 480/10
Реактор
Однофазный
Управляемый
Номинальная мощность, кВ А
Класс напряжения сети, кВ
Принципиальная схема соединений показана на рис. П7.
Патенты РФ: № 2132581; 2148833; 2130677.
57

Нейтраль сети
ОМР
К обмотке трансформатора
I * напряжения "разомкнутый
I Г^ треугольник"
С
А
Н
К
(М)
¦ т
~ 220 В; 300 Вт ?_
Рис. П7. Принципиальная схема соединений
Состав оборудования:
1) однофазный насыщающийся трансформатор типа ОМР, оснащенный
встречно-параллельной диодной парой типа ДВЕ;
2) система автоматической настройки компенсации типа САНК(М):
• потребляемая мощность — не более 300 Вт;
• класс точности — 2,0;
• габариты — 260 х 270 х 160 мм;
• масса — 3,2 кг.
Исключительное право на организацию производства, комплектацию,
поставку и наладку реакторов серии РОУ принадлежит
ОАО "Электрические управляемые реакторы".
140105, Россия, Московская область, г. Раменское, ул. Левашова, д. 21,
ОАО "ЭЛУР".
Телефоны: 8 D95) 361-94-20,176-88-18; 8 D9646) 3-93-59.
е-тай: jsc-elur@mail.ru
58

Список литературы
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей
Российской Федерации. — 15-е изд., М.: 2003.
2. Федосеев А. М., Федосеев М. А. Релейная защита. — М.: Энергоатомиз-
дат, 1992.
3. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6 - 10 кВ / Г. А. Евдокунин и
др. // Новости электротехники. 2003. № 5.
4. Евдокунин Г. А. О принципах построения релейной защиты от
однофазных замыканий на землю в сетях 6 - 35 кВ // Перенапряжения и
надежность эксплуатации электрооборудования / Под ред. Н. Н. Тиходеева. —
Материалы международной научно-технической конференции.
Будапешт, 14 - 18 ноября 2005 г. СПб.: ПЭИПК, 2006. Вып. 4.
5. Шабад М. А. Обзор режимов заземления нейтрали и защиты от
замыканий на землю в сетях 6 — 35 кВ России // Энергетик. 1999. № 3 (Отклики:
2000, №1,2; 2001, № 3).
6. Зильберман В. А. Релейная защита сети собственных нужд
электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1992.
7. Реле защиты (электромеханические). М.: Энергия, 1976.
8. Бухтояров В. Ф., Маврицин А. М. Защита от замыканий на землю
электроустановок карьеров. М.: Недра, 1986.
9. Дударев Л. Е. Сопоставление основных принципов построения
измерительных органов защит от замыканий на землю // Электрические
станции. 1980. № 9.
10. Кискачи В. М. Новые направления выполнения селективной защиты от
однофазных замыканий на землю генераторов и сетей 6 — 35 кВ //
Электрические станции. 1994. № 10.
11. Шуин В. А., Гусенков А. В. Защиты от замыканий на землю в
электрических сетях 6- 10 кВ. М.: НТФ "Энергопрогресс", 2001. [Библиотечка
электротехника, приложение к журналу "Энергетик". Вып. 11 C5)].
12. Лачугин В. Ф. Устройство защиты от замыканий на землю в сетях
6 - 35 кВ // Энергетик. 2004. № 7.
13. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6 - 10 кВ /
Р. А. Вайнштейн и др. // Электрические станции. 1998. № 7.
14. Шабад М. А. Защита генераторов малой и средней мощности. М: НТФ
"Энергопрогресс", 2001. [Библиотечка электротехника, приложение к
журналу "Энергетик". Вып. 4 B8)].
15. Александров А. М. Обзор руководящих материалов РАО "ЕЭС России"
по релейной защите за 1990 - 2002 гг. СПб.: ПЭИПК, 2006.
16. Борухман В. А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на
землю в сетях 6 — 10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию //
Энергетик. 2000. № 1.
17. Нудельман Г. С, Шевелев В. С. Избирательная защита от замыканий на
землю для распределительных сетей 6 — 35 кВ // Энергетик. 2001. № 3.
18. Переносные приборы "КВАНТ" для распределительных сетей / А. К. Бе-
лотелов и др. // Энергетик. 1998. № 9.
19. Титенков С. С. Четыре режима заземления нейтрали в сетях 6 — 35 кВ //
Новости электротехники. 2003. № 5.
20. Белорусские сети 6 - 35 кВ переходят на режим заземления нейтрали
через резистор / Глушко и др. // Новости электротехники. 2006. № 3.
21. Кискачи В. М. Защита от однофазных замыканий на землю ЗЗП-1:
Описание, наладка, эксплуатация. М.: Энергия, 1976.
59

Содержание
Предисловие 3
1. Режимы нейтрали в сетях 6 - 35 кВ 5
2. Требования к защитам от замыканий на землю
в сетях 6 — 35 кВ 15
3. Принципы выполнения защит от 033
и их использование в сетях 6 — 35 кВ России
в зависимости от принятого режима нейтрали 16
4. Устройство контроля изоляции сети 6 — 35 кВ 17
5. Токовая защита нулевой последовательности,
ненаправленная, с независимой или обратнозависимой
времятоковой характеристикой 19
6. Направленные защиты типа ЗЗП-1М и ЗЗН 23
7. Устройство защиты от замыканий на землю
в сетях 6-35 кВ: УЗС 26
8. Устройства сигнализации замыканий на землю,
измеряющие высшие гармонические
составляющие тока при 033 31
9. Некоторые другие принципы выполнения
устройств сигнализации 033 33
Приложение 1. Номенклатурные списки завода ЧЭАЗ 37
Пр иложение 2. О предотвращении ложной работы
реле РТЗ-50 из-за его повышенной чувствительности
к высшим гармоническим составляющим
тока замыкания на землю 41
Пр иложение 3. Устройства сигнализации
типов УСЗ-3 и УСЗ-ЗМ 42
Пр иложение 4. Прибор сигнализации замыкания
на землю ПЗЗМ 1 47
Приложение 5. Новое устройство РЗA: SРАС 810 50
Пр иложение 6. Избирательная защита от замыканий
на землю для распределительных сетей 6 — 35 кВ 53
Пр иложение 7. Автоматически регулируемые
дугогасящие реакторы серии РОУ 57
Список литературы 59
60

Кафедра РЗА ПЭИПК -
история и итоги работы
Развитие релейной защиты и АСУ-Э. Электроэнергия наряду со
всеми величайшими благами представляет большую опасность для
оборудования и людей, особенно при коротких замыканиях в
электроустановках. Поэтому более 100 лет назад возникла обширная
область техники, традиционно называемая "релейная защита ". Она
создана и непрерывно совершенствуется ради безопасности
электроустановок и людей.
Через 40 лет к релейной защите функционально и аппаратно
добавилась электроавтоматика, возникшая ради минимизации ущерба у
потребителей, потерявших электроснабжение, с целью быстрого его
восстановления.
С появлением принципиально новых цифровых
реле-терминалов на эти аппараты были возложены функции защиты, автоматики,
управления, мониторинга, анализа аварийных ситуаций и др. Таким
образом, в конце прошлого века возникла современная
автоматизированная система управления (АСУ) в энергетике, названная
АСУ-Э, предназначенная для обеспечения бесперебойного
надежного электроснабжения всех потребителей.
Первый учебник "Реле и релейная защита" издал в 1929 — 1931 гг.
ленинградский профессор Виктор Иванович Иванов A900 — 1964).
Он был и первым преподавателем РЗ на курсах повышения
квалификации инженеров Энергоцентра, работавших более 70 лет назад в
Ленинграде. Эти курсы затем были преобразованы в институт —
ПЭИПК, 70-летие которого недавно отмечалось B004 г.)
Задачи и методы изучения РЗА и АСУ-Э. В практике работы
кафедры РЗА изучаются три учебных массива:
• аппаратура РЗА (реле, терминалы, представленные в лаборатории);
• расчеты РЗА, ибо только умелый выбор характеристик и уставок
превращает реле в релейную защиту;
• программирование устройств РЗА (в лаборатории).
Демонстрируется современная программа АСУ-Э (SCADA),
поставленная нашим постоянным партнером "АББ Автоматизация"
(Россия).
Программирование (наладка) устройств РЗА выполняется с
использованием современной вычислительной техники и
проверочной аппаратуры серии РЕТОМ, предоставленной нашим
постоянным партнером "Динамика" (г. Чебоксары). Слушатели практиче-
61

ски снимают характеристики современных реле, проверяют их
работоспособность.
Итоги работы кафедры РЗА за 15 лет. Кафедра РЗА была
оформлена как самостоятельное подразделение ПЭИПК в 1988 г. За
прошедшие годы на кафедре созданы:
• стабильный состав штатных преподавателей с многолетним
практическим опытом работы в энергетике, которые имеют ученые
степени и звания (А. В. Беляев, А. М. Александров, В. В. Полищук,
Т. П. Полесицкая, А. Л. Соловьёв, М. А. Шабад, В. Я. Шмурьев);
• стабильный состав преподавателей-почасовиков (проф. Г. А. Ев-
докунин, канд. техн. наук Ю. С. Беляков, канд. техн. наук М. В.
Матвеев, Р. А. Вагурина и др.);
• авторский коллектив "Библиотеки релейщика",
насчитывающей более 30 учебных пособий, часть из которых является
уникальным набором работ по различным вопросам РЗА;
• современная лабораторная база;
• набор актуальных компьютерных программ для изучения и
управления аппаратурой РЗА;
• устойчивое партнерство с электроэнергетическими
организациями (РАО "ЕЭС России", ОАО "Газпром") и фирмами —
изготовителями устройств РЗА: "АББ", "Механотроника", "Радиус",
"Шнейдер Электрик", "Энергосоюз" и др.
Кафедра имеет международные связи с такими странами, как
Болгария, Венгрия, Беларусь, Украина, Литва, Казахстан,
Киргизия, Узбекистан.
Преподаватели кафедры систематически публикуют актуальные
статьи в журналах "Электрические станции", "Энергетик", в
изданиях других учебных заведений.
Ежегодно на кафедре повышают квалификацию около 500
электриков из АО-энерго, ОАО "Газпром", промышленных предприятий
и других организаций.
Библиотека релейщика (издания кафедры РЗА ПЭИПК)
1. Александров А. М. Дифференциальные защиты трансформаторов.
2. Александров А. М. Основы наладки и проверок устройств РЗА и
вторичной коммутации.
3. Александров А. М. Выбор уставок защит асинхронных
электродвигателей выше 1 кВ.
4. Александров А. М. Обзор руководящих материалов РАО "ЕЭС
России" за 1990 - 2003 гг.
62

5. Александров А. М., Сарычев С. С. Дальнее резервирование в
электросетях с помощью реле БРЭ-2801.
6. Беляев А. В. Вторичная коммутация в распределительных
устройствах, оснащенных цифровыми РЗА.
7. Беляев А. В. Противоаварийное управление в узлах нагрузки с
синхронными двигателями.
8. Беляков Ю. С. Расчетные схемы замещения трансформаторов и
автотрансформаторов.
9. Беляков Ю. С. Математическое моделирование схем
электрических сетей, методы расчетов аварийных режимов B части).
10. Беляков Ю. С. Актуальные вопросы определения мест
повреждения воздушных линий электропередачи.
11. Вагурина Р. А., Сарычев С. С. Элементная база статических реле
защиты.
12. Ившин М. В., Шмурьев В. Я. Реле времени.
13. Небрат И. Л. Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ.
14. Небрат И. Л., Полесицкая Т. П. Расчеты токов короткого
замыкания для релейной защиты B части).
15. Небрат И. Л., Полесицкая Т. П. Выбор уставок дистанционных
защит с реле БРЭ-2801.
16. Сарычев С. С. Электромеханические реле тока и схемы
максимальных токовых защит.
17. Соловьев А. Л. Защита асинхронных электрических двигателей
напряжением 0,4 кВ.
18. Соловьев А. Л. Методические указания по выбору характеристик
и уставок защиты электрооборудования с использованием
микропроцессорных терминалов серии SEPAM производства фирмы
"Шнейдер Электрик" B части).
19. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики
распределительных сетей.
20. Шабад М. А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.
21. Шабад М. А. Выбор характеристик и уставок цифровых реле —
терминалов серии SPACOM.
22. Шабад М. А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях
6-35 кВ.
23. Шабад М. А., Левуш Е. В. Изучение цифровых реле на ПК.
(Программа "SIMULATOR").
24. Шабад М. А. Автоматизация распределительных электрических
сетей с использованием цифровых реле.
25. Шабад М. А. Защита генераторов малой и средней мощности
B части).
26. Шабад М. А. Делительные защиты.
27. Шмурьев В. Я. Статические реле тока и напряжения.
28. Шмурьев В. Я. Цифровые реле.
29. Шмурьев В. Я. Цифровая регистрация и анализ аварийных
процессов в электроэнергетических системах.
30. Сборник " 100 лет релейной защите".
31. Англо-русский словарь по РЗА профессора В. А. Семенова.
63

Библиотечка электротехника
Приложение к производственно-массовому журналу "Энергетик"
ШАБАД МИХАИЛ АБРАМОВИЧ
Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6 - 35 кВ
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23
Телефоны: D95) 675-19-06, тел. 675-00-23 доб. 22-47; факс: 234-74-21
Научный редактор А. М. Александров
Редакторы: Л. Л. Жданова, Н. В. Ольшанская
Худож.-техн. редактор Т. Ю. Андреева
Корректор Б. П. Севостьянова
Сдано в набор 21.06.07. Подписано в печать 19.07.07.
Формат 60x84 у16. Печать офсетная.
Печ. л. 4,0. Заказ БЭТ/07A03)-2007
Макет выполнен издательством "Фолиум": 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Отпечатано типографией издательства "Фолиум": 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.