Захист від однофазних замикань на землю без витримки часу. Як забезпечити надійне електропостачання й пожежну безпеку

10:39 10.12.2024

Селективний захист від однофазних замикань на землю (ОЗЗ): які вимоги зазначені в Правилах улаштування електроустановок (ПУЕ)
Які пункти ПУЕ протирічать одне одному і що з цим робити
Яким чином можливо підвищити рівень електробезпеки завдяки захисту від ОЗЗ без витримки часу

До найважливіших характеристик електроустановок та режимів нейтралі за умовами електробезпеки обслуговування, а також пожежної безпеки належить тривалість однофазних замикань на землю (ОЗЗ).

Електробезпека визначається головним чином напругою дотику та напругою кроку, які виникають у разі ОЗЗ на провідні частини електрообладнання й електроустановок (що в нормі не перебувають під напругою) або безпосередньо на землю, а також величиною струму, який може пройти через тіло людини в разі безпосереднього дотику до струмовідних частин, що перебувають під робочою напругою мережі. В мережах з ізольованою нейтраллю під час перемежованих замикань на землю діюче значення струму в місці пошкодження підвищується в декілька разів у порівнянні з металевими замиканнями. При цьому на пристроях захисного заземлення можуть виникати значні напруги (близько 300–600 В замість 50–60 В, які спостерігаються під час металевих замикань).

Огляд Правил улаштування електроустановок і аналіз протиріч

Відповідно до п. 2.3.17 Правил улаштування електроустановок, затверджених наказом Міністерства енергетики та вугільної промисловості України від 21.07.2017 № 476 (далі — ПУЕ), кабельні мережі напругою до 35 кВ необхідно обладнати селективним захистом від ОЗЗ, що діє на вимикання лінії, крім випадків, пов’язаних із порушенням складних технологічних процесів. Проте підвищення ступеню резервування та автоматизації в розподільчих мережах електропостачання, особливо зі складним технологічним процесом, зменшили гостроту вимоги зберігання в роботі на обмежений час пошкодженої кабельної лінії. Установки зі складним технологічним процесом мають щонайменше два незалежних джерела живлення. Зберігання в роботі цих установок із дією на сигнал під час ОЗЗ потребує підвищення класу ізоляції кабелів на один ступінь (кабелі напругою 15 кВ — у мережі 10 кВ, 35 кВ — у мережі 20 кВ), що суттєво підвищує їхню вартість. Дія захисту від ОЗЗ на сигнал також створює передумови для виникнення подвійних та багатомісцевих замикань. Крім того, в разі дії захистів від ОЗЗ на сигнал необхідно перевірити опір заземлюючого пристрою електроустановки та здійснити його реконструкцію за необхідності, оскільки допустима напруга на ньому становить 65 В, а не 125 В, як це було раніше.

Згідно з п. 2.3.116 ПУЕ, кабельні лінії з кабелями з ізоляцією зі зшитого поліетилену в електричних мережах з ізольованою нейтраллю необхідно застосовувати переважно за умови оснащення мережі засобами селективного захисту від ОЗЗ з дією на вимикання лінії. Проте слово «переважно» створює умови для так званої творчості. Відповідно до інструкцій заводів-виробників кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену, захист повинен діяти на вимикання.

Гасіння пожеж, пов’язаних з електроустановками під напругою: алгоритми дій у небезпечних ситуаціях — читайте в журналі «Охорона праці і пожежна безпека»

Згадані пункти ПУЕ розміщено у главі 2.3 «Кабельні лінії напругою до 330 кВ». Цю главу беруть до уваги служби кабельних ліній підприємств, в електроцехах на електростанціях та проєктні організації.

Зверніть увагу! Служби релейного захисту та автоматики не завжди ознайомлені з цими пунктами, які слід було б розмістити в главі 3.2 «Релейний захист».

Пункти 2.3.17 та 2.3.116 ПУЕ протирічать пунктам 3.2.111 та 3.2.115. Відповідно до п. 3.2.111, захист від ОЗЗ повинен бути виконаний у вигляді:

селективного захисту (що встановлює пошкоджений напрямок), який діє на сигнал;
селективного захисту (що встановлює пошкоджений напрямок), який діє на вимкнення, коли це необхідно за вимогами безпеки (такий захист має бути встановлений на живильних елементах у всій електрично зв’язаній мережі);
селективного захисту з дією на вимкнення (не за вимогами безпеки) і можливістю відновлення нормального режиму за допомогою автоматичного повторного ввімкнення (АПВ) коли така дія є обґрунтованою;
пристрою контролю ізоляції, при цьому відшукування пошкодженого елемента треба виконувати спеціальними пристроями; як виняток допускається відшукувати пошкоджений елемент почерговим вимкненням приєднань.

Дозвіл на пошук пошкодженої лінії архаїчним способом почергового вимикання приєднань пов’язаний із відсутністю надійної селективної сигналізації. У розгалужених мережах 6–35 кВ пошук лінії з ОЗЗ вимагає великої кількості оперативних перемикань та часу. Якщо ізоляція мережі не витримує підвищену напругу, яка спостерігається у разі ОЗЗ, то під час пошуку пошкодження ОЗЗ переходить у подвійне або багатомісцеве замикання.

В умовах, що склалися, коли до 70% обладнання має знос, єдиним способом утримання ізоляції в робочому стані є, мабуть, дія захисту від ОЗЗ на вимикання. Оснащення мереж захистами, які здатні діяти за стійких чи перемежованих дугових замикань, — вагомий резерв підвищення електробезпеки та пожежної безпеки, а також надійності електропостачання. Основною причиною невикористання цього резерву є те, що споживачі та постачальники електроенергії звикли здійснювати пошук пошкодження способом почергового вимикання ліній.

Більшості стійких ОЗЗ, які складають приблизно 70% всіх видів пошкоджень, передують короткочасні та нестійкі пробої ізоляції тривалістю від 1 до 10 мілісекунд, які супроводжуються значними за тривалістю паузами від 1 до 15 хвилин. Загальний час від першого короткочасного пробою до виникнення стійкого ОЗЗ складає від 1 хвилини до 10 діб та більше.

Бездугове ОЗЗ з’являється під час виникнення надійного гальванічного зв’язку фази з землею, наприклад, заземленим корпусом електроустановки. При цьому напруги та струми нульової послідовності можна вважати синусоїдальними й максимальними. З точки зору захистів бездугове ОЗЗ — найбільш простий режим функціонування.

А зв’язок фази із землею через неметалеві предмети суттєво ускладнює вимоги до захисту, оскільки з підвищенням перехідного опору в місці замикання зменшується як напруга, так і струм нульової послідовності. Дугові замикання зазвичай виникають у разі пробою та перекриття фазової ізоляції. При цьому часто спостерігається переривчаста форма кривої струму в дузі. Така дуга називається перемежованою.

ОЗЗ в кабелях з ізоляцією зі зшитого поліетилену за достатньо великих ємнісних струмів у мережі призводить до стійкого горіння дуги. За тих же самих умов ОЗЗ в кабелях із паперовою ізоляцією, просоченою оливно-каніфольною мастикою, дуга призводить до розкладання оливи та бурного виділення газів. Турбулентні рухи газів, що утворилися в оливному пузирі, призводять до загасання дуги, наступне запалювання якої відбувається лише після «розсмоктування» утворених газів. Тривалість горіння дуги та пауз між ними можуть змінюватися. У зв’язку з цим перехід у кабельних мережах від миттєво діючих захистів до захистів із витримкою часу може призвести до відмов у тих випадках, коли тривалість горіння дуги менша за витримку часу захисту. Тому необхідна дія миттєвого захисту, але в цьому разі складно дотримуватися селективності такого захисту.

АУДИТ ОХОРОНИ ПРАЦІ — незалежна комплексна перевірка підприємства на відповідність законодавству України
0 (800) 219-977 • E-mail: podpiska@mediapro.com.ua