Способ защиты длинных сельских ЛЭП-0,4 кВ от коротких замыканий относится к области электротехники, а более точно к методам и способам защиты электрических линий, и может быть использован для защиты от коротких замыканий как для новых, так и для действующих ЛЭП-0,4 кВ. Корни проблемы длинных сельских электролиний исходят от естественного процесса расширения сельских территорий. Удлиняются существующие линии. Вероятность коротких замыканий и особенно однофазных довольно высока, так как каждое ответвление к жилому дому не имеет никакой защиты. Традиционный способ защиты - это контроль токов короткого замыкания посредством автоматического выключателя в распредустройстве КТП. Автомат имеет тепловой и электромагнитный расцепители. Номинальный ток должен быть на 20-30% больше, чем суммарная расчетная нагрузка всех потребителей на одну фазу. Поэтому его уставки защиты оказываются нередко за пределами чувствительности при коротком замыкании в длинных линиях из-за того, что сопротивление проводов линии на некотором расстоянии от КТП начинает превышать допустимое сопротивление петли фаза-ноль. Ток короткого замыкания при этом становится меньше тока, достаточного для срабатывания расцепителя автомата. Линия оказывается неотключенной при коротком замыкании со всеми вытекающими отсюда последствиями. Имеют место случаи сваривания проводов между собой, отгорание одного из проводов и падение его на землю, что особенно опасно для детей и животных. На промышленных предприятиях, где имеются электротехнические лаборатории, регулярно по установленному графику производятся электрические замеры петли фаза-ноль с целью выявления необеспеченного защитой от короткого замыкания электрооборудования. Для этого существуют соответствующие приборы и методы производства замеров. Если электрооборудование при коротком замыкании не будет вовремя отключено, то возникает пожароопасная ситуация, что, естественно, недопустимо. Ток однофазного короткого замыкания меньше в 1,73 раза тока линейного тока короткого замыкания, поэтому также возможно применение устройств нулевой защиты УНЗ, предназначенное для защиты линии 0,4 кВ от однофазных коротких замыканий. Нулевой провод пропускается в отверстие дифференциального трансформатора. При возникновении однофазного к.з. устройство вырабатывает отключающий сигнал, воздействующий на независимый расцепитель питающего автомата. Этот способ позволяет уменьшить ток уставки защиты, но и в этом случае порог срабатывания обязан быть больше суммарного тока нагрузки с тем, чтобы исключить ложное срабатывание защиты. Ток короткого замыкания в конце длинной линии все равно может оказаться меньше уставки защиты, и она не сработает, что и происходит зачастую. Значит, чтобы решить проблему длинных линий, нужен принципиально другой подход. Ключ решения этой задачи в том, что совсем не обязательно и даже неразумно отключать всю линию, если короткое замыкание случилось в конце линии(!).
В данном изобретении предлагается простой способ разрешения этой проблемы. Для пояснения способа приведен практический пример одной сельской линии. Сельская КТП-400, одна из трех линий которой имеет длину 800 метров. Автоматический выключатель на 250 ампер предназначен для защиты этой линии от коротких замыканий. Электромагнитная отсечка имеет кратность 12, а тепловой расцепитель соответственно номинальному току автомата 250 ампер. Провод ЛЭП 0,4 кВ имеет сечение 50 квадратных миллиметров, сопротивление которого 0,63 ома на 1000 метров длины. Для расчета петли фаза-ноль R=[Uk.з.×Uн]:[1,73×lн×100]=[5,5×220]:[1,73×600×100]=0,012 ома.
Для надежного срабатывания ток срабатывания электромагнитного расцепителя должен быть меньше тока короткого замыкания, то есть сопротивление петли не должно превышать: R=Uн:[12×lн]=220:[12×250]=0,073 ома. Определим расстояние от подстанции, дальше которого электромагнитный расцепитель уже не сработает, так как сопротивление петли фаза-ноль начнет превышать 0,073 ома: R=0,073-0,012=0,061 ома, делим на 2, так как провода два в цепи петли: 0,061:2=0,0305 ома. Составим пропорцию расстояния и сопротивления провода: 1000 к 0,63 как L к 0,0305, то есть: L=1000×0,0305:0,63=49,2 m Что же получается? Уже на расстоянии 50 метров от начала линии отсечка автомата будет бездействовать! Но есть еще тепловой расцепитель в автомате. Для срабатывания теплового расцепителя с минимальной задержкой определим пограничное расстояние при 2-кратном токе короткого замыкания по отношению к току теплового расцепителя: R=220:[2×250]=0,44 ома; 0,44-0,012=0,428 ома; 0,428:2=0,214 ома. По аналогии тому, как составлена пропорция выше, определим расстояние от КТП для теплового расцепителя:
L=1000×0,214:0,63=339,7 m. To есть на этом расстоянии от КТП заканчивается действие защиты посредством автоматического выключателя, установленного в распредустройстве подстанции. А как же оставшиеся 460 метров линии и ее потребители? Конечно же, это недопустимо. Больше половины длины ЛЭП фактически не имеет защиту от коротких замыканий.
Предлагаемый способ в данном изобретении просто решает эту задачу. Как уже было упомянуто выше, не обязательно отключать всю линию, если короткое замыкание случилось в конце линии. Поэтому в точке, где заканчивается защита посредством первого автомата, в линию врезан другой автоматический выключатель, который несет только оставшуюся нагрузку, а значит, его уставки расцепителей уже соответствуют сопротивлению петли фаза-ноль в этой точке. Определим, на каком расстоянии теперь обеспечена защита линии. В соответствии с оставшейся нагрузкой выбираем автомат на 160 ампер. Вычисляем аналогично расчетам выше: 220:[2×160]=0,69 ома. 0,69-0,012=0,678 ома. 0,678:2=0,339 ома. L=1000×0,339:0,63=538,1 m. Но так как наша линия имеет длину 800 метров, то необходимо проделать то же самое уже в соответствии с нагрузкой в этой точке. Выбираем теперь автомат на 100 ампер. Определяем расстояние от КТП, обеспеченное защитой теперь: 220:[2×100]=1,1 ома. 1,1-0,012=1,088 ома. 1,088:2=0,544 ома. L=1000×0,544:0,63=863,5 метра. Таким образом ЛЭП 0,4 кВ имеет защиту от коротких замыканий на всем ее протяжении.
Непосредственно на опоре, где должен быть врезан в линию автомат, устанавливается герметичный силовой ящик. Внедрить предлагаемую защиту можно как для новых ЛЭП, так и для действующих линий. Место и точка врезки автомата в линию определяется при помощи существующих приборов для замера петли фаза-ноль или простым измерением величины падения напряжения на известную нагрузку (метод амперметра-вольтметра). Расходы при этом незначительные по сравнению с получаемым результатом надежности защиты линий 0,4 кВ от коротких замыканий.
Таким образом, с целью обеспечения защиты линии на всем протяжения через использование показателя фактического уменьшения тока нагрузки в линии по мере удаления потребителей от питающей подстанции, дополнительно имеет контроль фазных токов и рассекающий линию исполнительный аппарат с расцепителями, соответствующими нагрузке и току короткого замыкания именно в точке, где сопротивление петли фаза-ноль начинает превышать допустимое сопротивление для срабатывания первого аппарата.