CC BY
56
УДК 621.311.1: 621.315.3: 621.316.1 ББК 31.278
М.Г. ПОПОВ, С.Н. СОЛОВЬЕВА, А.А. ЛАПИДУС, К Н. СЕМЕНОВ, А.В. ТЕРЁШКИН, А.В. БОГДАНОВ, О.А. ВАСИЛЬЕВА
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДО 1 кВ
Ключевые слова: дальнее резервирование, короткое замыкание, автоматический выключатель, кабель, секционирование, невозгорание, чувствительность.
В настоящее время основной проблемой дальнего резервирования сетей 0,4 кВ является недостаточная чувствительность защитных автоматических выключателей, что является частой причиной возгорания кабельных линий. Технические и схемные решения, избавляющие от этой проблемы, весьма разнообразны. В статье исследуется эффективность секционирования системы шин 0,4 кВ распределительного щита, предлагаемого в качестве одного из решений задачи повышения чувствительности и обеспечения дальнего резервирования. На основе расчетов термической стойкости токоведущих частей и температуры нагрева токопрово-дящих жил кабелей определяются наиболее опасные участки кабельных линий, на которых возникновение короткого замыкания и отказ основного защитного аппарата приведут к возгоранию изоляции кабеля. Оценивается эффективность предлагаемых схемных решений секционирования, обеспечивающих селективность работы автоматических выключателей и дальнее резервирование защиты низковольтных присоединений электросети 0,4 кВ.
Введение. Вопросам исследования защит и противоаварийной автоматики посвящено много научных работ, в частности [2-5, 13-16] посвящены повышению чувствительности и селективности средств основных (дифференциальных) защит и противоаварийной автоматики электроэнергетических систем. Однако из-за особенностей выполнения сетей 0,4 кВ и применяемых принципов защит низковольтного оборудования ближнее резервирование основных защит в таких сетях обычно не обеспечивается. Это связано прежде всего с конструктивным исполнением автоматического выключателя (АВ), в котором расцепители (тепловой, электромагнитный или электронный) находятся в одном устройстве. Статистика отказов таких защит показывает, что большая доля несрабатывания автоматов происходила из-за повреждения общих элементов выключателя (дугогасительной камеры, главных контактов) или его расцепителей. Поэтому отказ автоматического выключателя присоединения, как правило, не дает возможность обеспечить ближнее резервирование, и надежность схемы будет связана с дальним резервированием.
При возникновении короткого замыкания (КЗ) отказ основной защиты присоединения и затягивание отключения повреждения резервной защитой вышестоящего коммутационного аппарата приводят к повышенному нагреву токоведущих частей и изоляции кабельных линий. Это может вызвать ускоренный износ изоляции, разрыв оболочек, разрушение концевых заделок и возго-
рание кабелей. Поэтому обеспечение невозгораемости низковольтных кабельных линий напрямую связано с обеспечением дальнего резервирования1 [6].
Анализируя проблему дальнего резервирования в сетях 0,4 кВ можно выделить основные пути ее решения. Во-первых, на данный момент не существует единой, унифицированной методики расчета токов КЗ, тепловых импульсов и температур нагрева токоведущих жил кабелей, учитывающей все особенности электротеплового процесса в сетях до 1 кВ. Разные нормативно-технические документы предъявляют отличающиеся друг от друга требования по одному и тому же вопросу. Отсутствие в настоящее время в них четкой иерархии только усугубляет проблему обеспечения защитными аппаратами условий дальнего резервирования. Все это приводит к значительным затруднениям при проектировании сетей электроснабжения, поскольку проектным организациям не ясно, каким документом следует руководствоваться при выборе (и проверке) электрооборудования.
Совершенствование и унификация различных методик расчета параметров сети и проверок характеристик при выборе электрооборудования приведут к снижению количества отказов автоматических выключателей и возгораний кабелей, обусловленных некорректным выбором уставок защиты или сечений токоведущих частей.
Во-вторых, среди проблем обеспечения дальнего резервирования защит низковольтной электросети следует выделить их недостаточную чувствительность. Как правило, недостаточная чувствительность защит дальнего резервирования обусловлена большим количеством присоединений на секции, которые имеют малые рабочие токи по сравнению с номинальным током вводного автоматического выключателя. Его требуемое быстродействие невозможно обеспечить вследствие необходимости согласования (обеспечения селективности) с защитами ближнего резервирования, а также отстройки от токов пуска и самозапуска асинхронных электродвигателей, входящих в состав нагрузки.
В этой связи в практике проектирования известны способы повышения их чувствительности, основанные на изменении схемы сети. Кроме того, такой подход повышает надежность срабатывания защит ближнего резервирования в системе электроснабжения 0,4 кВ. Существуют также решения по применению резервных, выносных, микропроцессорных защит или защитных аппаратов с дополнительными или улучшенными по чувствительности и селективности характеристиками срабатывания.
С учетом этого предметом исследований в данной статье является оценка эффективности секционирования распределительного щита 0,4 кВ с точки зрения обеспечения невозгораемости отходящих кабельных линий и повышения чувствительности, селективности их защит дальнего резервирования. Данное
1 ГОСТ Р 52736-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания. М.: Стандартинформ, 2007. 40 с; Циркуляр № Ц-02-98(э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» [Электронный ресурс] / Департамент стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России». М., 1998. 12 с. URL: http://gostrf.eom/normadata/1/4293828/4293828958.pdf.
решение может быть особенно эффективно в случае, когда при отсутствии секционирования распределительного щита на две или более секции в схемах питания потребителей 0,4 кВ не выполняется условие невозгорания кабелей, как следствие, это приводит к возникновению пожаров в кабельных трассах.
Предлагаемый метод заключается в секционировании одной системы сборных шин 0,4 кВ на 2-3 секции с отдельным вводным выключателем на каждую секцию и без коммутационных аппаратов между секциями. Следует отметить очевидный эффект этого решения - суммарные рабочие токи и токи группового самозапуска асинхронных электродвигателей каждой секции уменьшатся, что приведет к повышению чувствительности резервной защиты. Кроме того, появляется возможность равномерного распределения электропотребителей по секциям системы шин, которые получают питание с помощью кабельных линий практически одинакового сечения.
Объектом исследований является схема электроснабжения 0,4 кВ (рис. 1), включая защитно-коммутационную аппаратуру ее электрических присоединений (медные кабели с сечениями 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185 мм2). Пунктирной линией на рисунке показана аналогичная схема с отсутствием секционирования распределительного щита.
АВ1 АВ3
1 Т
АВ1
1 л АВ2 Л л л
' 1 ' 1 1 ' ' \ ' 1
Рис. 1. Схема питания потребителей 0,4 кВ
В исследуемой схеме длины кабельных линий (КЛ) взяты исходя из величины потери напряжения, равной 5%, при питании нагрузки с cos9 = 0,85 [9]. Отметим, что максимальная протяженность КЛ ограничена требованиями показателей качества электроэнергии [1, 12, 17].
Питание электроприемников осуществляется с помощью понижающего трансформатора 6/0,4 кВ марки ТМ-1000 (ик = 5,5%; Рк = 11,2 кВт). Принимается, что доля асинхронных электродвигателей в составе комплексной нагрузки составляет 30-40%. При отсутствии секционирования выбран автоматический выключатель ввода Compact NS1600N (7ном = 1600 А, 1со = 8000 А,
tco = 0,1 с), при наличии секционирования - Compact NS800N (1ном = 800 А, 1со = 4000 А, tco = 0,1 с) [18]. Кратность тока срабатывания отсечки Ico по отношению к номинальному току автомата 1ном выбрана в соответствии с уровнем пусковых токов в сети. Выполним оценку эффективности секционирования системы сборных шин 0,4 кВ исходя из задачи повышения чувствительности и расширения селективности защит дальнего резервирования.
Оценка эффективности секционирования шин системы электроснабжения 0,4 кВ. Оценку эффективности секционирования распределительного щита выполним на основе анализа времятоковых характеристик автоматических выключателей, с использованием которых и осуществляется дальнее резервирование. Если представить двухступенчатые времятоковые характеристики индивидуального (ближайшего к точке КЗ со стороны источника питания) и вводного автоматических выключателей в одной координатной плоскости в схеме с секционированием главного распределительного щита и в схеме при отсутствии секционирования, то на обеих характеристиках по токовой оси будет зона токов КЗ, при которых в случае отказа основного автомата резервный АВ будет работать не электромагнитным (ЭМР), а обратнозависимым расцепителем (ОЗР). В этом случае однозначно гарантировать невозгораемость кабеля нельзя, так как не выполнено основное требование защиты - быстродействие. Назовем зону таких токов критической. Заметим, что для больших токов КЗ, не входящих в критическую зону, вероятность возгорания существенно снижается, но тем не менее возможность пожара существует из-за относительно долгого срабатывания резервной защиты. Ширина критической зоны зависит от того, насколько близко друг к другу расположены времятоковые характеристики двух АВ.
Секционирование распределительного щита позволяет сместить влево времятоковые характеристики резервного автоматического выключателя по сравнению со схемой, в которой отсутствует секционирование, и сузить тем самым критическую зону малых токов КЗ. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя вводного АВ в этом случае отстраивается не от всей нагрузки щита, а примерно от ее половины. Эффективность секционирования как меры повышения чувствительности и селективной зоны действия защит дальнего резервирования можно оценить процентным уменьшением критической зоны.
Недостатком данного решения являются дополнительные экономические затраты. В случае секционирования на две секции вместо одного вводного автоматического выключателя необходимо установить два АВ схожего исполнения. Кроме капитальных затрат непосредственно на автоматические выключатели следует учесть расходы на увеличение количества ячеек и габаритов комплектного низковольтного устройства.
Анализ результатов расчета. Выполним оценку невозгораемости кабелей при наличии секционирования распределительного щита. Качественная картина зависимостей температуры нагрева от дистанции до точки КЗ 0 = f(l) и времени от тока КЗ t = f(I) зависит от сечений кабельных линий. В расчетах
фиксировались различные сечения кабелей и для каждого случая варьировалось место расположения точки КЗ, одновременно отслеживалось изменение тока во времени1 [7, 10, 11]. Все расчеты проведены с помощью специализированной программы [8].
На рис. 2, а представлены зависимости времени срабатывания АВ от тока КЗ Г = 7(7) для рассматриваемых сечений 2,5-6 мм2 при возникновении повреждения в начале кабеля (I = 0), а на рис. 2, б те же кривые, но при возникновении КЗ на фиксированном расстоянии от вводного щита, отличном от нуля (I = 10 м).
б
Рис. 2. Зависимости Г = 7(7) для кабелей сечениями от 2,5 до 6 мм2: а - при КЗ в начале линии; б - при возникновении КЗ на расстоянии 10 м от щита: 1 - ВТХ, 2 - 5КЛ = 6 мм2, 3 - 5КЛ = 4 мм2, 4 - 5КЛ = 2,5 мм2
1 ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электрических установках. Методы расчета в элек-
трических установках переменного тока напряжением до 1 кВ. Минск, 1993. 63 с.
График ^ = совмещенный для наглядности с времятоковой характеристикой резервного защитного аппарата в одной и той же системе координат, позволит наглядно оценить, сработает ли расцепитель АВ, а если сработает, то нарушится ли при этом условие возгорания. В обоих случаях для всех сечений от 2,5 мм2 до 6 мм2 включительно наблюдается нарушение условий невозгорания, так как ни один из расцепителей автоматического выключателя, установленного выше сборки, не сработает при возникновении КЗ на любой дистанции кабелей указанных сечений. Поэтому непосредственно отходящие от распределительного щита кабели сечениями = 2,5; 4; 6 мм2, как и в случае несекционированной сборки, не удовлетворяют требованию невозгорания на всей протяженности кабельной трассы. На графике момент возгорания кабеля указан знаком «х».
Снижение тока КЗ в течение времени отключения повреждения обусловлено, как правило, тепловым спадом тока. Наличие явления теплового спада тока для кабеля «нулевой» длины можно объяснить тем, что в действительности расстояние до точки КЗ ненулевое, так как КЗ рассматривается непосредственно в кабельной линии. Несмотря на то, что расстояние до точки КЗ очень мало, из-за большого сопротивления жилы кабеля малого сечения наблюдается существенный рост активного сопротивления данного отрезка при нагреве. Это сопротивление при малых сечениях и больших нагревах составляет значительную долю от суммарного сопротивления всех элементов до точки КЗ и сильно ограничивает ток короткого замыкания.
На рис. 3, а для фиксированного сечения 5 = 10 мм2 показан график 6(1), из которого видно, что на протяжении КЛ есть два диапазона дистанций, удовлетворяющие требованиям невозгорания. На рис. 3, б приведен график ¿(7), характеризующий работу АВ в зависимости от места возникновения короткого замыкания.
При возникновении КЗ на расстоянии до 16 м от начала кабеля срабатывает ЭМР автоматического выключателя. При коротком замыкании на кабеле вблизи распределительного щита токи КЗ настолько велики, что, несмотря на отключение повреждения за минимальное время, изоляция успеет возгореться. Далее, с удалением расчетной точки КЗ от начала линии и под воздействием теплового спада тока, ток КЗ уменьшается и автомат успевает отключить КЗ до возгорания. Начиная с дистанции 17 м от щита значения токов КЗ снижаются настолько, что ЭМР не чувствителен к ним; в этом случае срабатывает ОЗР, но его быстродействия недостаточно и кабель возгорается. Вследствие термического спада тока при КЗ на участке I = 47-65 м от щита ОЗР успевает отключить кабель до возгорания. При больших расстояниях до точки КЗ от шин 0,4 кВ оба расцепителя АВ перестают быть чувствительными к токам КЗ, и повреждение не отключится ни одним из расцепителей.
Следовательно, кабели сечением 5 = 10 мм2 частично удовлетворяют требованию невозгорания. Диапазон длин, возникновение повреждения на которых безопасно с точки зрения возгораемости, лежит в пределах: I = (12...16) м и I = (47...65) м.
10, °с
20000, 3000'+ 2500 2000-■ 1500 --
'А.
6доп(НВ)=350°С I
А 1
I, м
2,5 2
1,5--
■I, кА
01,62,2 6,1 7,8 10
14,7 б
20
26,2 30
Рис. 3. Зависимости 0 = у(7) (а) и Г = у(Т) (б) для кабеля сечением 10 мм2: - ВТХ, 2 - точка КЗ на расстоянии 65 м от начала КЛ, 3 - 47 м, 4 - 16 м, 5 - 12 м, 6 -
0 м
На рис. 4 для фиксированного сечения = 16 мм2 показан график в = ДI), из которого видно, что при I = 11,3 м от шин 0,4 кВ кабель удовлетворяет требованиям невозгорания. Однако при возникновении КЗ на меньшем расстоянии от начала КЛ произойдет возгорание, несмотря на отключение автомата за минимальное время.
При I = 0 ЭМР чувствителен к короткому замыканию, но, несмотря на это, кабель возгорается практически мгновенно. При росте дистанции начинает себя проявлять ТСТ, что приводит к уменьшению протекающего тока КЗ, и, начиная с I = 11,3 м, быстродействия ЭМР достаточно для отключения кабеля до возгорания. При дальнейшем удалении расчетной точки КЗ от щита 0,4 кВ до I = 36 м ЭМР перестает быть чувствительным и вступает в действие ОЗР. Несмотря на длительность отключения в данном диапазоне длин, кабель не успевает нагреться до критических значений температур и возгорания не происходит.
1
10, °с 20000Д^
1600
1400
800--
400 235 121
бдопСНВ)^3 50°С
-Н
I, м
0 11,3 20 36 40 60 80 100 122 Рис. 4. Зависимость 0 = для кабеля сечением 16 мм2
Можно сделать вывод, что кабель сечением = 16 мм2 удовлетворяет требованию невозгорания частично. Применение КЛ данного сечения возможно в том случае, если вероятность КЗ велика только при его возникновении, начиная с I = 11,3 м от начала кабеля.
Дальнейшие расчеты показали, что в схеме с секционированием распределительного щита кабельные линии сечением 5 = 50 мм2 и более полностью удовлетворяют требованиям невозгорания.
Результаты проверки невозгораемости кабелей при наличии секционирования распределительного щита сведены в таблице.
Наиболее опасные участки кабельных линий по возгораемости
Сечение КЛ, мм2 Максимальная длина КЛ по условию потерь напряжения, м Наиболее опасные участки КЛ по возгораемости, м Выполнение условия невозгораемости
< 6 70...80 все отсутствует
10 100 0.13; 16.47; > 65 частичное
< 16 120 0.11,2 частичное
25 140 0.9,2 частичное
35 160 0.5,5 частичное
> 50 170...230 - полное
Выводы. 1. Секционирование распределительного щита для повышения чувствительности и расширения зоны селективности защит дальнего резервирования наиболее эффективно в распределительных сетях 0,4 кВ с кабелями сечением до 25 мм2. В то же время удается сократить количество и протяженность наиболее опасных дистанций возникновения повреждения с точки зрения возможной возгораемости кабельных трасс. Для кабелей сечением 10 мм2 безопасная по условиям их невозгорания зона при секционировании шин 0,4 кВ существенно расширяется - до 13-26 м и 43-105 м для граничащих с РП 0,4 кВ. Для кабелей сечениями 16 мм2 и 25 мм2 опасной с точки зрения возгорания является только зона от 9 до 11 м вблизи шин 0,4 кВ.
2. Показано, что при отсутствии секционирования кабели небольших сечений (до 25 мм2) не удовлетворяют требованиям невозгораемости. Выявлено, что секционирование сборных шин 0,4 кВ по условиям невозгораемости кабельных линий с сечением более 50 мм2 не требуется.
3. Секционирование распределительного щита 0,4 кВ на три секции не обладает явными преимуществами по сравнению с секционированием на две секции с точки зрения повышения чувствительности и расширения зоны селективности защит дальнего резервирования. Исключением является схема электроснабжения с тремя секциями сборных шин 0,4 кВ и питанием электроприемников с помощью кабелей сечением 10 мм2.
Литература
1. Ванин В.К., Ванин И.В., Попов М.Г. Повышение точности измерения первичных напряжений в энергосистемах // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 46-52.
2. Ванин В.К., Горячевский К.С., Забоин В.Н., Попов М.Г., Халилов Ф.Х. Идентификация параметров силовых трансформаторов в адаптивных средствах их защиты и автоматики // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2018. № 2(79). С. 118-130.
3. Ванин В.К., Забоин В.Н., ПоповМ.Г., Гуревич Э.И. Идентификация параметров силового оборудования в адаптивных средствах защиты и автоматики // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61, № 6. С. 68-76.
4. Ванин В.К., Забоин В.Н., Попов М.Г., Сиренко Н.В., Хабаров А.А. Воспроизведение токов и напряжений измерительных трансформаторов тока // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 4(33). С. 42-45.
5. Ванин В.К., Попов М.Г. Анализ процессов в силовых и измерительных трансформаторах и коррекция их описания для различных приложений // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 1(30). С. 39-45.
6. Лапидус А.А. Моделирование и расчет электротеплового процесса в кабелях напряжением до 1000 В при коротких замыканиях // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2008. № 6(70). С. 93-98.
7. Лапидус А.А. Расчет нагрева проводников, защищенных автоматическими выключателями // Новости электротехники. 2009. № 2. С. 46-49.
8. Лапидус А.А., Соловьёва С.Н. Анализ термического действия токов короткого замыкания в кабельных линиях напряжением 0,4 кВ в зависимости от места повреждения // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2011. № 3(130). С. 46-50.
9. Лапидус А.А., Соловьева С.Н. Влияние расположения расчетной точки короткого замыкания на условия нагрева кабелей 0,4 кВ при реализации дальнего резервирования // Энергобезопасность и энергосбережение. 2010. № 5. С. 8-13.
10. Лапидус А.А., Соловьева С.Н. Специфика расчета нагрева проводников // Новости электротехники. 2010. № 2. С. 44-46.
11. Лапидус А.А., Фишман В.С. О проверке проводников на термическую стойкость и невозгорание // Новости электротехники. 2009. № 2. С. 50-53.
12. Попов М.Г. Автоматизированные системы контроля качества электроэнергии распределительных сетей // Энергетик. 2003. № 12. С. 34-35.
13. Попов М.Г. Дифференциальная защита межсистемных линий электропередачи с компенсацией зарядной мощности // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, № 1. С. 17-26. Б01: 10.18721/Ш8Т.24.1.2.
14. ПоповМ.Г., Бессолицын А.В., Хорошинина Е.Н. Использование численного расчета трехмерного электростатического поля для определения собственных и взаимных емкостей проводов воздушной линии // Научно технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 2. С. 55-59.
15. ПоповМ.Г., Ванин В.К. Анализ процессов в силовых и измерительных трансформаторах и коррекция их описания для различных приложений // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 1(30). С. 39-45.
16. ПоповМ.Г., Ванин В.К., Попов С.О. Совершенствование дифференциальной защиты силовых трансформаторов // Релейщик. 2013. № 1(14). С. 38-39.
17. Попов М.Г., Васильева О.А., Асаинов Д.Н. Опыт внедрения цифровых технологий на ТЭЦ на базе многофункциональных измерительных приборов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.
18. Compact NS. LV circuit breakers from 630 to 3200 A. User manual. Schneider Electric Publisher, 2016.
ПОПОВ МАКСИМ ГЕОРГИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (PopovMG@eef.spbstu.ru).
СОЛОВЬЕВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА - старший преподаватель, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (s.n.solovjeva@gmail.com).
ЛАПИДУС АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (lapidus_a_a@mail.ru).
СЕМЕНОВ КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (semenov_k_n@mail.ru).
ТЕРЁШКИН АРТУР ВИКТОРОВИЧ - кандидат технических наук, доцент, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (arthur.teryoshkin@gmail.com).
БОГДАНОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ - старший преподаватель, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (al.vl.bogdanov@gmail.com).
ВАСИЛЬЕВА ОЛЬГА АЛЕКСЕЕВНА - кандидат технических наук, доцент, Высшая школа высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (vasilieva_oa@spbstu.ru).
M POPOV, S. SOLOVJEVA, A. LAPIDUS, K. SEMENOV, A. TERYOSHKIN, A. BOGDANOV, O. VASILYEVA IMPROVING EFFICIENCY OF LONG-DISTANCE PROTECTION IN DISTRIBUTION POWER SUPPLY NETWORKS UP TO 1 kV
Key words: long-distance protection, short circuit, circuit breaker, cable, sectioning, nonflammability, protection sensitivity.
Currently, the main problem of 0,4 kV long-distance redundancy is the lack of sensitivity of protective circuit breakers, which can lead to cable lines fire. The technical and scheme solutions to the problem are very diverse. The article investigates the efficiency of sectioning of the 0,4 kV bus system of the switchboard as one of the proposed solutions to the problem of increasing sensitivity and ensuring long-distance redundancy. On the basis of the analysis of the results of computational studies to determine the thermal resistance of live parts and assess the heating temperatures of conductive cable conductors during a fire test, the most dangerous sections of cable lines were identified where a short circuit and a failure of the main protective device would lead to a fire in the cable insulation. The results of evaluating the effectiveness of the proposed circuit solutions for partitioning to ensure the selective operation of circuit breakers providing long-range redundancy protection of low-voltage power connections of 0,4 kV are presented.
References
1. Vanin V.K., Vanin I.V., Popov M.G. Povyshenie tochnosti izmereniya pervichnykh naprya-zhenii v energosistemakh [Improving the accuracy of measurement of the primary voltage in power systems]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2019, no. 3, pp. 46-52.
2. Vanin V.K., Goryachevskii K.S., Zaboin V.N., Popov M.G., Khalilov F.Kh. Identifikatsiya parametrov silovykh transformatorov v adaptivnykh sredstvakh ikh zashchity i avtomatiki [Identification parameters of power transformers in an adaptive protection and automatics]. Izvestiya NTTs Edinoi energeticheskoi sistemy, 2018, no. 2(79), pp. 118-130.
3. Vanin V.K., Zaboin V.N., Popov M.G., Gurevich E.I. Identifikatsiya parametrov silovogo oborudovaniya v adaptivnykh sredstvakh zashchity i avtomatiki [Identification of parameters of electrical power in an adaptive protection and emergency automatics]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika, 2018, vol. 61, no. 6, pp. 68-76.
4. Vanin V.K., Zaboin V.N., Popov M.G., Sirenko N.V., Khabarov A.A. Vosproizvedenie tokov i napryazhenii izmeritel'nykh transformatorov toka [Reproduction of currets and voltage in measuring current transformers] Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 4(33), pp. 42-45.
5. Vanin V.K., Popov M.G. Analiz protsessov v silovykh i izmeritel'nykh transformatorakh i korrektsiya ikh opisaniya dlya razlichnykh prilozhenii [Analysis of the processes in power and measurement transformers and correction of their description for various applications]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 1(30), pp. 39-45.
6. Lapidus A.A. Modelirovanie i raschet elektroteplovogo protsessa v kabelyakh naprya-zheniem do 1000 Vpri korotkikh zamykaniyakh [Modelling and electrothermal process computing in cables designed for voltage up to 1000 V under short circuits]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2008, no. 6(70). pp. 93-98.
7. Lapidus A.A. Raschet nagreva provodnikov, zashchishchennykh avtomaticheskimi vyklyu-chatelyami [Calculation of heating conductors protected by circuit breakers]. Novosti electrotehniki, 2009, no. 2, pp. 46-49.
8. Lapidus A.A., Solovjeva S.N. Analiz termicheskogo deistviya tokov korotkogo zamykaniya v kabel'nykh liniyakh napryazheniem 0,4 kV v zavisimosti ot mesta povrezhdeniya [The analysis of thermal action of currents of short circuit in cable lines voltage 0,4 kV depending on the damage place]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2011, no 3(130), pp. 46-50.
9. Lapidus A.A., Solovjeva S.N. Vliyanie raspolozheniya raschetnoi tochki korotkogo zamykaniya na usloviya nagreva kabelei 0,4 kV pri realizatsii dal'nego rezervirovaniya [Influence of an arrangement of a settlement point of short circuit on conditions of heating of cables 0,4 kV at realisation of distant reservation]. Energobezopasnost'i energosberezhenie, 2010, no. 5, pp. 8-13.
10. Lapidus A.A., Solovjeva S.N. Spetsifika rascheta nagreva provodnikov [Specificity of calculation of heating conductors]. Novosti elektrotekhniki, 2010, no. 2, pp. 44-46.
11. Lapidus A.A., Fishman V.S. O proverke provodnikov na termicheskuyu stoikost' i nevozgo-ranie [On checking conductors for thermal stability and non-ignition]. Novosti elektrotekhniki, 2009, no. 2, pp. 50-53.
12. Popov M.G. Avtomatizirovannye sistemy kontrolya kachestva elektroenergii raspredelitel'-nykh setei [Automated power quality control systems of distribution networks]. Energetik, 2003, no. 12, pp. 34-35.
13. Popov M.G. Differentsial'naya zashchita mezhsistemnykh linii elektroperedachi s kompen-satsiei zaryadnoi moshchnosti [Differential protection of inter-system transmission lines with charge capacity compensation]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki, 2018, vol. 24, no. 1, pp. 17-26. DOI: 10.18721/JEST.24.1.2.
14. Popov M.G., Bessolitsyn A.V., Khoroshinina E.N. Ispol'zovanie chislennogo rascheta trekhmernogo elektrostaticheskogo polya dlya opredeleniya sobstvennykh i vzaimnykh emkostei pro-vodov vozdushnoi linii [Use of numerical calculation of three-dimensional electrostatic field for determination of natural and mutual capacitances of overhead line wires]. Nauchno tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2010, no. 2, pp. 55-59.
15. Popov M.G., Vanin V.K. Analiz protsessov s silovykh i izmeritel'nykh transformatorakh i korrektsiya ikh opisaniya dlya razlichnykh prilozhenii [Analysis of the processes in power and meas-
urement transformers and correction of their description for various applications]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 1(30), pp. 39-45.
16. Popov M.G., Vanin V.K., Popov S.O. Sovershenstvovanie differentsial'noi zashchity silovykh transformatorov [Improvement of differential protection of power transformers]. Releishchik, 2013, no. 1(14), pp. 38-39.
17. Popov M.G., Vasil'eva O.A., Asainov D.N. Opyt vnedreniya tsifrovykh tekhnologii na TETs na baze mnogofunktsional'nykh izmeritel'nykh priborov [Introductance experience of digital technologies on the basis of multifunctional measuring meters at power station]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki, 2019, vol. 25, no. 3, pp. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.
18. Compact NS. LV circuit breakers from 630 to 3200 A. User manual. Schneider Electric Publisher, 2016.
POPOV MAKSIM - Doctor of Technical Sciences, Professor, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (popovmg@eef.spbstu.ru).
SOLOVJEVA SVETLANA - Senior Lecturer, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (s.n.solovjeva@gmail.com).
LAPIDUS ALEKSANDR - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (lapidus_a_a@mail.ru).
SEMENOV KONSTANTIN - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (semenov_k_n@mail.ru).
TERYOSHKIN ARTUR - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (arthur.teryoshkin@gmail.com).
BOGDANOV ALEKSANDR - Senior Lecturer, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (al.vl.bogdanov@gmail.com).
VASILYEVA OLGA - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Higher School of High Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (vasilieva_oa@spbstu.ru).
Формат цитирования: Попов М.Г., Соловьева С.Н., Лапидус А.А., Семенов К.Н., Терёш-кин А.В., Богданов А.В., Васильева О.А. Повышение эффективности защит дальнего резервирования в распределительных сетях электроснабжения до 1 кВ // Вестник Чувашского университета. - 2020. - № 1. - С. 155-166.
