Отчет по практике в ООО «Коммунальные технологии»

Содержание 
Стр. 
 
1. Введение 
 
2. Общие особенности использования кабелей в городских электрических сетях 
 
2.1. Основные элементы и параметры силовых кабелей напряжением до 35 кВ 
 
2.2. Прокладка кабельных линий в траншеях 
 
2.3. Испытание кабельных линий 
 
2.4. Монтаж концевых термоусаживаемых муфт 4КВТп - 1 (КВТ) внутренней установки для 4-х жильных кабелей с бумажной маслопропитанной и пластмассовой изоляцией с броней или без брони, на напряжение до 1 кВ 
 
3. Общие понятия о релейной защите 
 
3.1. Требования, предъявляемые к релейной защите 
 
3.2. Элементы защиты, реле и их разновидности 
 
3.3. Источники оперативного тока 
 
3.4. Общие принципы выполнения реле 
 
4. Устройство релейной защиты и типы ее, используемые для защиты кабельных линий 
 
4.1. Максимальная токовая защита. 
 
4.2. Токовые отсечки 
 
4.3. Защита от замыканий на землю 
 
5. Однолинейные схемы ТП и РП 
 
6. Литература 
 
1. Введение 
Я проходил эксплуатационную производственную практику в ООО «Коммунальные технологии» Обособленном Структурном Подразделении «Новочебоксарские электрические сети» на участке кабельных линий и службе релейной защиты, автоматики, электроизмерений и испытаний. 
 
Служба кабельных линий обеспечивает ремонт, техническое обслуживание сетей, строительство новых кабельных линий 0,4 – 10 кВ. Внедрены передовые методы выполнения ремонтных работ на КЛ до 10 кВ с применением соединительных и концевых муфт на основе термоусаживаемых изделий из полимеров с соединительными гильзами с контактными болтами со срывающимися головками. В результате сократились сроки выполнения ремонтных работ, повысилась надежность кабельных сетей во время эксплуатации. 
 
Служба релейной защиты, автоматики, электроизмерений и испытаний обеспечивает организацию и проведение высоковольтных испытаний электрооборудования, работ по защите электрических сетей от перенапряжения, ремонт и техническое обслуживание систем связи, каналов электроавтоматики, устройств телемеханики. 
 
Предметом деятельности предприятия является оказание услуг по передаче электрической энергии, выполнение работ по эксплуатации, ремонту, обслуживанию воздушных и кабельных линий  
0,4 – 10 кВ, трансформаторных подстанций и распределительных пунктов, установок наружного освещения, архитектурно-художественной подсветки и реконструкции и технического перевооружения городских электрических сетей. 
 
На балансе предприятия находятся 10 распределительных пунктов, 134 трансформаторные подстанции, содержащие 252 трансформатора установленной мощности 112 МВА. Общая протяженность ЛЭП, обслуживаемых ОСП «НЧЭС» составляет свыше 500 км. 
 
2. Общие особенности использования кабелей в городских электрических сетях 
Особенности планировки и застройки современных городов, забота об экологии предъявляют серьезные архитектурные и эстетические требования к городским сооружениям. Ограниченность свободного пространства и большая плотность застройки значительно сокращают возможность использования линий электропередачи, для которых необходимы соответствующие коридоры в застройке города. В этих условиях электрические сети современных городов выполняются с использованием кабельных линий, невзирая на то, что стоимость их сооружения значительно выше стоимости воздушных линий электропередачи. Разница в стоимости увеличивается с возрастанием напряжения электрической сети. Большая стоимость кабельных линий определяется стоимостью самого кабеля, земляных работ при его прокладке и дополнительных кабельных сооружений. Отмечается уменьшение пропускной способности кабельных линий на единицу сечения по сравнению с воздушными линиями, что связано с конструктивными особенностями кабелей. 
 
По сравнению с воздушными линиями электропередачи надежность кабельных линий выше, так как случаи повреждения кабелей относительно редкое явление, однако ремонтные работы трудоемки, требуют больших затрат материалов и могут быть продолжительными по времени. Последнее требует увеличенных объемов резервирования в кабельных сетях, т. е. ведет к их дальнейшему удорожанию. При этом учитывается, что согласно ПУЭ для приемников III категории допустимы перерывы в электроснабжении не более чем на одни сутки. С учетом местных условий, особенно в зимний период, выполнение указанных требований ПУЭ не всегда возможно, так как ремонт кабельных линий в ряде случаев может продолжаться более указанного времени. 
 
Одним из основных преимуществ кабельных линий является то, что они прокладываются на ограниченной территории. По этой причине применение таких линии в условиях города достаточно часто является единственным решением вопроса электроснабжения его потребителей. Наиболее дешевой является прокладка линий непосредственно в земляных траншеях. При стесненных условиях кабельные линии прокладываются в специальной канализации. 
 
Конструктивные и технологические особенности сооружения кабельных линий напряжением до 35 кВ различаются между собой незначительно. Кабельные линии напряжением 110 кВ и выше являются в определенном смысле уникальными сооружениями.  
 
В составе распределительных сетей города имеются распределительная сеть напряжением 0,38 кВ, питающая и распределительная сети напряжением 6 – 10 кВ. Сечения кабельных линий 0,38 кВ (1 кВ согласно номинальному напряжению используемых кабелей) составляют 70 мм² и более. В распределительной сети 6 – 10 кВ применяются кабели сечением 95 – 120 мм², в питающей сети – 185 – 240 мм² (как правило, используются кабели с алюминиевыми жилами). 
2.1. Основные элементы и параметры силовых кабелей напряжением до 35 кВ 
К основным элементам конструкции относятся: токопроводящие жилы, их изоляция, герметизирующая оболочка, верхние покровы, экранирующие и полупроводящие прослойки. 
 
Традиционная конструкция силовых кабелей, удовлетворяющая большому многообразию условий прокладки и режимам работы городских сетей, достаточно экономичная, с устоявшейся технологией изготовления и монтажа предусматривает применение медных или алюминиевых токопроводящих жил, пропитанной бумаги в качестве изоляции и герметизирующей оболочки из свинца или алюминия. 
 
Для токоведущих жил преимущественно используется алюминий. Применение кабелей с медными жилами допустимо только при наличии соответствующих обоснований. Алюминий также широко используется вместо свинца для изготовления оболочки кабелей. Трехжильные кабели с алюминиевыми жилами и такой же оболочкой особенно экономичны для четырехпроводных сетей 0,38 кВ, так как при наличии глухого заземления последних, алюминиевая оболочка кабеля может использоваться в качестве нулевой жилы. 
 
Токоведущие жилы изготовляются в основном многопроволочными, секторными, с уплотнением. Стандартные сечения, принятые в городских электрических сетях, имеют ряд 70, 95, 120, 150, 185 и 240 мм² и соответственно 25, 35, 50 и 70 мм для нулевой жилы кабелей 1 кВ. Жилы могут быть однопроволочными; четвертая жила может иметь сечение, равное сечению фазной жилы. 
 
Наибольшее применение имеют кабели с бумажной пропитанной изоляцией. Различают три вила такой изоляции: с вязким пропиточным составом, с обедненной пропитанной изоляцией и нестекающим пропиточным составом. Последние два тина кабелей находят применение при вертикальной прокладке или при прокладке по крутонаклонным трассам с большой разницей высотных отметок расположения кабеля по трассе. 
 
Бумажная изоляция состоит из лент кабельной бумаги, наложенной на жилы методом обмотки и пропитанной синтетическим маслом или маслоканифольным составом. В трех- и четырехпроводных кабелях напряжением до 10 кВ предусматривается фазная и поясная изоляция. Первая накладывается на каждую токоведущую жилу, вторая – поверх скрученных жил. 
 
Герметизирующие оболочки накладываются поверх поясной изоляции. Толщина металлической оболочки определяется механической прочностью и особенностями технологии ее изготовления в зависимости от диаметра кабеля по поясной изоляции (сечения жил). 
 
Толщина алюминиевой оболочки составляет от 1,1 до 2 мм. Опыт эксплуатации кабелей с алюминиевой оболочкой показал их недостаточную коррозионную стойкость. Для защиты оболочки от коррозии и расширения тем самым области использования таких кабелей поверх алюминиевой оболочки но битумному составу накладывается поливинилхлоридный пластикат в виде лент или сплошного шланга. 
 
Поверх герметизирующей оболочки кабеля размещаются последовательно слоями защитные покровы, тип которых определяется в зависимости от среды, в которой прокладывается кабель, наличия растягивающих усилий и материала оболочки. В состав покровов входит подушка, включающая битум и кабельную пряжу (или крепированную бумагу), броня из стальных лент или проволок, а также наружный покров из пропитанной кабельной пряжи. 
 
Толщина подушки колеблется в зависимости от конструкции кабеля и его диаметра по оболочке от 1,5 до 3,4 мм. Броня из двух стальных лент имеет толщину от 0,3 до 0,8 мм, а из оцинкованных проволок плоских – от 1,5 до 1,7 мм и круглых – от 4 до 6 мм. Наружный покров составляет от 1,9 до 3 мм. 
 
Кабели изготовляются с разной строительной длиной, которая для кабелей на напряжение до 10 кВ сечением до 70 мм² составляет 300 – 450 м, сечением 95 и 120 мм² от 250 до 400 м и сечением 150 – 240 мм² – от 200 до 350 м. 
 
В качестве изоляции и оболочек для кабелей с пластмассовой изоляцией применяется полиэтилен и поливинилхлоридный пластикат. Конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией содержит систему электропроводящих слоев, металлических экранов и изолирующих лент, которые размещаются между основными элементами кабеля и выполняются по-разному в зависимости от марки кабеля. 
 
Пластмассовая изоляция накладывается на жилу сплошным монолитным слоем, толщина которого для кабелей 1 кВ в зависимости от сечения жил составляет от 1,6 до 2,2 мм; для кабелей 10 кВ – 4 мм. Такие кабели не нуждаются в металлической герметизирующей оболочке, вместо которой предусматривается оболочка из пластмассы или оболочка вообще отсутствует. Кабели с пластмассовой изоляцией могут применяться для прокладки на трассах, имеющих неограниченную разность высот.  
 
В марке последовательно обозначается: материал жилы, тип изоляции, материал оболочки, состав верхнего покрова, число жил и их сечение, напряжение кабеля. При этом обозначение медной жилы опускается. Алюминиевая жила обозначается буквой А. Если кабель имеет обедненную изоляцию, 
то перед буквой, обозначающей материал жилы, вводится индекс Ц (церезиновая изоляция). Для кабелей с жилами в собственных герметизирующих оболочках после обозначения материала жилы вводится буква О. 
 
Далее маркируется вид изоляции кабеля. При этом бумажная пропитанная изоляция обозначений не имеет. Изоляция из ПВХ обозначается буквой В, из полиэтилена – буквой П с добавлением строчных букв с (самозатухающий) и в (вулканизированный). Материал герметизирующей оболочки обозначается: С – свинец, А – алюминий, В – ПВХ, П – полиэтилен. Подушка между оболочкой и броней традиционной конструкции из кабельной пряжи и битумного состава не обозначается. В том случае, когда подушка отсутствует, после обозначения брони вводится строчная буква б. Подушка, имеющая пластмассовую ленту (для защиты оболочки от коррозии), обозначается буквой л, при наличии дополнительных слоев ленты — 2 л, выпрессованного шланга из полиэтилена — п, из ПВХ шланга — в. 
 
Броня кабеля, выполненная стальными лентами, имеет обозначение Б, стальными оцинкованными проволоками плоскими – П и круглыми К. Наружный покров обычной конструкции из кабельной пряжи и битумного состава не имеет обозначений. При отсутствии верхнего покрова в обозначение кабеля вводится буква Г; покров, выполненный из выпрессованного полиэтиленового шланга, обозначается буквами Шп, из ПВХ шланга – Шв, для негорючего наружного покрова вводится буква н. После буквенных обозначений, перед числом жил, в скобках вводится обозначение ож, если жилы выполняются однопроволочными. 
 
Примеры обозначений типов кабелей. Тип ААБ2л 4×70 – 1 кВ — кабель с алюминиевыми жилами, алюминиевой оболочкой, бронированный стальными лентами, с подушкой, имеющей две пластмассовые ленты, наружный покров обычной конструкции, четырехжильный, сечение жилы 70 мм², напряжение 1 кВ; тип АПвБбШв 3×150 – 10 кВ – кабель с алюминиевыми жилами, с изоляцией из вулканизированного полиэтилена, без оболочки, без подушки, бронированный стальными лентами, в шланге из ПВХ, сечение жилы 150 мм², напряжение 10 кВ. 
2.2. Прокладка кабельных линий в траншеях 
В процессе сооружения кабельной линии персонал строительной и эксплуатирующей организаций составляет эскиз расположения линии с точной привязкой к постоянным ориентирам и инструментальной проверкой при необходимости вертикальных отметок линии. На эскизе наносится все пересечения линии с подземными коммуникациями, заходы линии в сетевые сооружения и здания потребителей, фиксируется положение соединительных муфт, расположение колодцев и других элементов кабельной канализации и т. п. 
 
Механические воздействия на кабель, возникающие при прокладке, определяются сложностью трассы. При прокладке кабеля в земле к сложным участкам трассы, на которых прокладывается одна строительная длина, относятся: участки трассы с более чем четырьмя поворотами под углом свыше 30°; прямолинейные участки трассы с более чем четырьмя переходами в трубах длиной более 20 м или более чем двумя переходами в трубах длиной свыше 40 м. 
 
Прокладка кабельных линий в земле в городских условиях осуществляется вдоль уличных проездов. При этом в соответствии со сложившейся практикой кабельные линии напряжением до 10 кВ прокладываются, как правило, под тротуарами. Прокладка кабелей под тротуарами или проезжей частью улицы имеет несомненные преимущества с точки зрения охраны линий от внешних механических повреждений, а также полноценного использования подземного пространства городской территории.  
 
Выбор трассы прокладки кабельных линий по территории города производится в настоящее время по согласованию с отделом подземных сооружений городской администрации. Условия размещения кабельных линий в подземном пространстве определяются ПУЭ. 
 
Глубина залегания кабелей в траншее от планировочной отметки улицы для линий до 10 кВ составляет не менее 0,7 м, на пересечениях улиц заложение этих линий. При вводе линий 1 кВ в здание допускается уменьшение глубины заложения до 0,5 м при условии прокладки кабеля в трубе. При параллельной прокладке кабельных линий расстояния между кабелями до 10 кВ, а также между ними и контрольными кабелями принимаются равными 100 мм; между кабелями, эксплуатируемыми различными организациями, а также между силовыми кабелями и кабелями связи – 500 мм. 
 
Расстояние между кабельной линией и зелеными насаждениями должно быть не менее 2 м, при прокладке кабеля параллельно с трубопроводом – не менее 0,5 м, с газопроводом давлением до 0,588 МПа – не менее 1 м. При параллельной прокладке с теплопроводом расстояние должно составлять не менее 2 м, при этом теплопровод должен иметь тепловую изоляцию, с тем чтобы дополнительный нагрев почвы в месте прохождения кабелей не превышал 10 °С для линий напряжением до 10 кВ. Расстояние от кабельной линии до ближайшего рельса трамвайного пути может составлять не менее 2,75 м. 
 
При пересечении кабельными линиями других подземных коммуникаций расстояние между ними должно быть не менее 0,5 м. При прокладке кабелей в изолирующих трубах глубина пересечения с электрифицированным транспортом не менее 1 м, при этом места пересечении должны находиться не ближе 3 м от стрелок, крестовин и мест присоединения к рельсам отсасывающих кабелей. Допускается уменьшение отмеченных выше расстояний при условии дополнительной защиты кабельных линий от механических повреждений, дополнительной изоляции теплопроводов и применения изолирующих блоков. 
 
Перед прокладкой кабелей выполняется геодезическая разбивка траншеи в соответствии с проектом. При этом уточняются участки, где требуется защита линий от почвенной коррозии и блуждающих токов, места сближения и пересечения кабелей с другими подземными сооружениями. Рытье траншей для кабелей производится после окончания всех работ по сооружению других подземных коммуникаций и окончательной планировки территории в пределах трассы. При рытье траншей необходимо строго соблюдать вертикальные отметки дна траншей, привязку траншей к ориентирам и другие размеры траншеи. Земляные работы на трассе производятся, как правило, механизированным способом. Для рытья траншей в городских условиях используется одноковшовый экскаватор, вместимостью ковша 0,15 м³. Вскрытие усовершенствованных покрытий уличных проездов производится с помощью пневматических и электромолотков различных типов, а также прицепного механизма с цепью Бара; засыпка траншей осуществляется бульдозером. В условиях города достаточно часто земляные работы выполняются вручную лопатами. 
 
При рытье траншеи материал верхнего уличного покрытия складывается на одну сторону траншеи на расстоянии не менее 1 м от ее края, грунт на другую сторону – на расстоянии не менее 0.5 м от края. Траншея на поворотах должна быть расширена для укладки кабелей с требуемым радиусом закругления. 
 
Для защиты кабелей в местах пересечения и сближения с другими подземными сооружениями и на переходах через уличные проезды применяются, асбестоцементные трубы, которые закладываются при рытье траншеи. На пересечении линий с электрифицированным транспортом используются только асбестоцементные трубы. Внутренний диаметр трубы – не менее 1,5 наружного диаметра кабеля. Трубы укладываются прямолинейно по выровненному и утрамбованному дну траншеи с уклоном не менее 0,2 %, соединения асбестоцементных труб выполняются с помощью муфт и уплотняются. Допускается выполнить соединение с помощью манжет из листовой стали или пластмассы с заделкой места соединения цементным раствором. Одновременно с рытьем траншеи выполняются проходы для заводки кабелей в здания, туннели, для этого в фундаменте или стене сооружения пробиваются отверстия с последующей заделкой трубы для прохода кабеля. Концы всех труб после их прокладки временно закрываются деревянными заглушками. 
 
Подготовка траншеи в местах пересечения с уличными проездами, надземными и подземными коммуникациями может производиться открытым или закрытым способом. В последнем случае подготовка перехода выполняется проколом или горизонтальным бурением. Прокол грунта для прохода кабелей без рытья открытой траншеи в настоящее время осуществляется продавливанием или с помощью пневмопробойника. Пневмопробойник ИП-4601 используется для прокола грунтов при длине прохода не более 20 м. 
 
При подготовке траншеи вдоль ее длины, по бровке, производится раскладка бетонных плит или кирпича, а при необходимости – просеянного грунта для присыпки кабеля после его укладки. Перед прокладкой кабеля указанным грунтом присыпается дно траншеи на глубину 100 мм. Подготовленные участки траншеи в местах, где имеется движение людей и транспорта, ограждаются. Кроме того, вывешиваются предупреждающие плакаты, а в ночное время устанавливается сигнальное освещение. 
 
Дополнительные меры предосторожности необходимо принимать при производстве земляных работ на трассе действующих линий, а также других подземных коммуникаций, расположенных на глубине прокладки кабелей. В таких случаях перед началом земляных работ необходимо проверить истинное положение уже проложенных кабелей и подземных коммуникаций по отношению к сооружаемой траншее. С этой целью в местах расположения указанных коммуникаций разрывают пробные шурфы на ширину лопаты поперек траншеи. Применение механизмов при производстве земляных работ на трассе действующих кабелей допустимо на такую глубину, когда до кабеля остается 300 – 400 мм. В дальнейшем разработка грунта должна производиться вручную (лопатами). В зимних условиях разработка грунта может быть связана с его предварительным нагревом. 
 
Прокладка кабеля включает развозку барабанов вдоль трассы, подъем барабанов на домкраты и снятие обшивки, раскатку и укладку кабеля в траншею с пересечением при необходимости подземных коммуникаций, засыпку кабеля слоем 100 мм просеянной земли, укладку кирпича или плит и окончательную засыпку траншеи. Одновременно с развозкой кабельных барабанов производится установка по трассе необходимых механизмов и приспособлений: лебедок, линейных и угловых роликов, домкратов, приспособлении для тяжения кабеля, инструмента и т. п. 
 
Расстановка барабанов на трассе должна учитывать длину кабеля на каждом барабане, маркировку верхних концов кабеля, направление раскатки кабеля. При протяженности трассы, превышающей оду строительную длину кабеля, внутренний конец одной строительной длины должен быть соединен с наружным концом другой строительной длины. Барабаны при этом расставляются таким образом, чтобы кабель при прокладке разматывался с верхней части барабана. Кроме того, при расстановке барабанов необходимо учитывать порядок чередования жил верхнего конца кабеля. По этой причине на барабане имеются значки «П» и «О» — прямой и обратный порядок чередования фаз. Прямой порядок предусматривает в поперечном сечении кабеля в направлении против часовой стрелки расположение жил в последовательности 1 – 2 – 3 (желтая, синяя или зеленая, красная окраска изоляции жил). Обратный порядок предусматривает чередование жил 1 – 3 – 2. Барабаны со знаком «П» или «О» обеспечивают последовательную раскатку кабеля, со знаком «П» и «О» – встречную. 
 
Перед прокладкой производится внешний осмотр барабанов, вскрытие их обшивки, осмотр наружных витков кабеля с составлением соответствующего акта осмотра. При повреждении кабеля поврежденные места вырезаются с установкой капп на концы кабеля. Все барабаны должны иметь протоколы заводского испытания. Прокладка кабеля в зависимости от возможности передвижения механизмов, наличия пересечений кабеля с другими коммуникациями, поперечного крепления траншеи и других местных условий может производиться с использованием кабельного транспортера, автомашины, тяжения кабеля канатом с помощью приводной или ручной лебедки. 
 
В городских условиях, с многочисленными поворотами трассы и ее пересечениями уличных проездов и различных коммуникаций, наибольшее применение имеет прокладка кабеля с помощью тяжения. В этом случае барабан с кабелем и лебедка устанавливаются на разных концах трассы. Раскатка кабеля вдоль траншеи осуществляется по роликам с помощью тяжения каната приводной или ручной лебедкой. 
 
На прямых участках траншеи устанавливаются линейные ролики на расстоянии от 3 до 7 м друг от друга, на поворотах трассы – угловые ролики. Ролики закрепляются в траншее во избежание их смещения при протяжке кабеля. Канат лебедки разматывают по роликам вдоль траншеи, пропуская канат через встречные трубы на переходах трассы, и закрепляют к нему конец раскатываемого кабеля. При этом тяжение кабелей со свинцовой или пластмассовой оболочкой допускается только при креплении кабеля к канату за жилы. Крепление каната к кабелю при протяжке осуществляется с помощью зажима, проволочного чулка или непосредственно к жилам. 
 
При раскатке кабеля рабочие расстанавливаются на трассе и у лебедки и барабана. Они наблюдают за раскаткой, притормаживают барабан при необходимости, вращают лебедку, следят за тяжением, за прохождением кабеля через трубы. При этом поддерживается видимая связь между руководителем работ и членами бригады, при необходимости предусматривается радио или телефонная связь. 
 
После раскатки отсоединяют трос, кабель снимают с роликов и укладывают на дно траншеи змейкой с запасом 1 – 3 % его длины для компенсации опасных механических напряжений, возникающих в кабеле при смещении почвы и температурных деформациях. При прокладке в траншее нескольких кабелей их концы располагаются со сдвигом не менее 2 м, чтобы соединительные муфты линий не совпадали. Число соединительных муфт на 1 км новых линий должно быть не более: для трехжильных кабелей 1 – 10 кВ сечением 3x70 мм² – 4 шт., сечением от 3x95 до 3х240 мм² – 5 шт. Концы труб на переходах после прокладки кабелей уплотняются смоляной лентой или кабельной пряжей. Кабельные вводы в здание герметизируются. 
 
При невозможности раскатки кабеля на полную длину допускается оставшийся конец кабеля размотать и положить вручную методом петли. При отрицательных температурах метод петли не применяется. После прокладки составляется исполнительная документация кабельной линии. После чего кабель присыпается слоем просеянной земли толщиной 100 мм, кабель покрывается кирпичом. Кирпич применяется для кабелей напряжением до 10 кВ. Кабели 1 кВ могут иметь защиту только на участках, где возможны механические повреждения в местах частых раскопок. Асфальтовые покрытия улиц рассматриваются, как места с редкими разрытиями. Примерный расход кирпича на 1 км трассы составляет при прокладке одного кабеля 420 шт., двух кабелей 830 шт. и трех кабелей 1200 шт. 
 
После присыпки кабеля составляется акт на скрытые работы. Окончательная засыпка траншеи и котлованов производится после монтажа Соединительных муфт и испытания кабельной линии повышенным напряжением. Если привязка линии к постоянным сооружениям затруднена, через каждые 100 м вдоль трассы устанавливаются опознавательные знаки, к которым производится привязка линий.

2.3. Испытание кабельных  линий 
Кабельные линии непосредственно после их сооружения и в процессе эксплуатации подвергаются разнообразным испытаниям, с помощью которых выявляются ослабленные места или дефекты в изоляции и защитных оболочках кабелей, соединительной и концевой арматуры и других элементах кабельных линий. 
 
Причины возникновения таких ослабленных мест различны. Они могут возникать при изготовлении кабеля и арматуры на заводе из-за конструктивных недостатков кабеля и арматуры, при небрежной прокладке кабельных линий, при некачественном выполнении монтажных работ. Ослабленные места выявляются в процессе эксплуатации КЛ, так как со временем наблюдается старение изоляции кабелей и коррозия их металлических оболочек. Кабельные линии, проложенные в земляной траншее, невзирая на дополнительную защиту в виде покрытия кирпичом весьма подвержены внешним механическим повреждениям, которые могут возникать при прокладке и ремонте других городских подземных сооружений проходящих по трассе КЛ. 
 
За исключением прямых механических повреждений, ослабленные места и дефекты КЛ имеют скрытый характер. Своевременно не выявленные испытаниями они могут с той или иной скоростью развиваться под воздействием рабочего напряжения. При этом возможно полное разрушение элементов КЛ в ослабленном месте с переходом линии в режим короткого замыкания и ее отключение с соответствующим нарушением электроснабжения потребителей. 
 
Применение выпрямленного напряжения для испытания КЛ весьма эффективно. Для этих целей применяются транспортабельные испытательные установки ограниченной мощности и габаритов. Последнее определяется тем, что параметры таких установок зависят от тока утечки в изоляции КЛ, в то время как при использовании повышенного переменного напряжения параметры установок определяются емкостью линий, которая для КЛ весьма значительна. При этом выпрямленное напряжение, по сравнению с таким же по величине напряжением, оказывает малое воздействие на неповрежденную изоляцию кабельной линии. 
 
Испытание выпрямленным напряжением, выявляет не все ослабленные места изоляции КЛ. В частности, не выявляются: электрическое старение изоляции, осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава, высыхание изоляции из-за тяжелого теплового режима работы кабельной линии. Испытания повышенным напряжением являются разрушающими, так как при приложении испытательного напряжения изоляция КЛ в месте дефекта доводится до полного разрушения (пробоя). После пробоя необходим ремонт липни в том или ином объеме. 
 
Различают приемосдаточные испытания (П), испытания при капиталь-ном (К) и текущем (Т) ремонтах, а также межремонтные испытания (М). Для кабельных линий городских сетей характерны испытания П, К и М. При этом испытания К и М согласно принятой терминологии носят названия профилактических испытаний (ПИ). 
 
Для линий напряжением до 1 кВ вместо испытания повышенным напряжением допускается проверка их мегомметром напряжением 2500 В. Время приложения испытательного напряжения для КЛ напряжением до 35 кВ принимается равным 10 мин при приемосдаточных испытаниях и 5 мин для линий, находящихся в эксплуатации. 
 
При испытаниях повышенным напряжением необходимо учитывать характер изменения токов утечки, которые для КЛ с удовлетворительной изоляцией, как правило, весьма стабильны. Для кабелей с бумажной изоляцией напряжением до 10 кВ ток утечки находится в пределах 300 мкА. При этом абсолютное значение тока утечки не является браковочным показателем. Асимметрия токов утечки по фазам КЛ не должна превышать восьми - десяти при условии, что абсолютные значения токов утечки не превышают допустимые. 
 
До и после испытания линий повышенным напряжением производится измерение сопротивления изоляции линии с помощью мегомметра. При этом сопротивление изоляции КЛ до 1 кВ должно быть не ниже 0,5 МОм. Для линии других напряжений сопротивление изоляции не нормируется. Проверка мегомметром позволяет также выявить серьезные повреждения КЛ, в частности, заземление и обрывы жил, замыкания между жилами и т.п. 
 
Профилактические испытания (ПИ) делятся на плановые и внеплановые. ПИ кабельных линий 6 – 35 кВ должны производиться не реже одного раза в три года. Линии, имеющие по опыту эксплуатации недостаточно удовлетворительное состояние изоляции или работающие в неблагоприятных условиях (частные земляные раскопки на трассе линии, активная коррозия и т. п.), рекомендуется подвергать более частым испытаниям. Внеочередные испытания назначаются после производства земляных работ на трассе КЛ, ее перекладки или капитального ремонта, при наличии осадки или размыва грунта на трассе и т. п.  
 
Профилактические испытания КЛ производятся с выводом из работы линий и их всесторонним отключением на время проведения испытания. Для испытаний применяются специальные высоковольтные выпрямительные установки, размещаемые, в передвижных электролабораториях. При испытании отрицательный полюс установки присоединяется к жиле кабельной линии, а положительный полюс заземляется. Для трехжильных кабелей с поясной изоляцией испытательное напряжение прикладывается поочередно к каждой жиле, в то время как две другие жилы вместе с металлическими оболочками кабеля заземляются. При этом испытывается междуфазовая изоляция и изоляция жилы по отношению к земле. Для кабелей с изолированными жилами в отдельной металлической оболочке или экране испытательное напряжение прикладывается поочередно к каждой жиле, с одновременным заземлением двух других жил и всех металлических оболочек и экранов. 
 
Наибольшее применение имеет способ испытания, при котором полностью отключается кабельная линия (рис. 1). При высокой эффективности этот способ достаточно трудоемкий, так как процесс испытания требует поочередного вывода линий из работы. 
 
Рис. 1. Схема испытания кабельных линий с отключением линий 
 
При этом нарушается нормальный режим сети, что ведет к увеличению потерь энергии в сети и снижается надежность электроснабжения потребителей. Отключение и обратное включение линий происходит при высоком напряжении, т. е. необходимо обеспечить безопасность персонала, выполняющего эти операции. 
 
Перед началом испытания установка заземляется и производится осмотр всех элементов КЛ. При наличии видимых дефектов последние устраняются. В зависимости от схемы присоединения линии вместе с ней может испытываться то или иное концевое электрооборудование (опорные изоляторы линейного разъединителя и т. п.). Допускается производить испытание одновременно нескольких участков распределительной линии при условии, что силовые трансформаторы и трансформаторы напряжения в ТП, находящиеся в схеме линии, на это время отключаются. 
 
После присоединения испытательной установки к линии повышенное напряжение увеличивают плавно со скоростью не более 1 – 2 кВ в секунду до необходимого значения и затем поддерживают в течение установленного времени. При этом ведется наблюдение за током утечки, а на последней минуте испытания записывается показание микроамперметра. Линия считается выдержавшей испытание, если не произошло пробоя или перекрытия концевых муфт, не наблюдалось роста тока утечки или его резких скачков в период испытания. Кабельная линия после испытания значительное время сохраняет электрический заряд, который в последующем снимается разрядным устройством. 
 
Токи утечки и их неравномерность по фазам не рассматриваются в качестве браковочных показателей. Однако они характеризуют состояние изоляции КЛ и главным образом, изоляции концевых муфт. При заметном нарастании тока утечки или при появлении скачков тока продолжительность испытания следует увеличить до 10 – 20 мин и довести испытание до пробоя линии. Если линия не пробивается, она может быть включена в работу с повторным испытанием через месяц. В дальнейшем такие линии рекомендуется испытывать не реже одного раза в год. Если значения токов утечки стабильны, но превосходят 300 мкА при относительной влажности окружающей среды до 80 % и 500 мкА при влажности более 80 % для линий до 10 кВ, кабельная линия после испытания может быть включена в работу, но с сокращением срока следующего испытания. 
 
Кабельные линии с плохим состоянием изоляции рекомендуется испытывать в летний период. Результаты испытания (среди них значения тока утечки) записываются в паспортную карту КЛ и сопоставляются с результатами предыдущих испытаний для суждения об изменении состояния изоляции линии. 
 
Образец кабеля, имеющий дефекты, при пробое рекомендуется вырезать и обследовать в стационарных условиях. Это необходимо с целью определения причин возникновения дефекта и разработки соответствующих мероприятий, исключающих такие дефекты. Результаты обследования оформляются соответствующим протоколом и записываются в карту КЛ. 
 
Наибольшее применение получил аппарат испытательной установки АИИ-70. Аппарат предназначен для испытания изоляции КЛ и электрооборудования повышенным переменным и выпрямленным напряжением, а также для испытания трансформаторного масла на электрическую прочность. Максимальное значение переменного напряжения 50 кВ, выпрямленного напряжения 70 кВ, выпрямленного тока 5 мА при мощности повышающего трансформатора 2 кВА. Аппарат состоит из передвижного пульта управления с трансформатором, регулятором напряжения, приборами и отдельной кенотронной приставки с микроамперметром. 
 
Аппарат АИИ-70 является простым и надежным в работе в стационарных условиях. Применение аппарата в передвижных установках встречает трудности из-за его значительных габаритов и выхода из рабочего состояния кенотрона при перевозках. По этим причинам сетевые предприятия переделывают аппарат путем замены кенотронной приставки полупроводниковыми вентилями, имеются также дополнительные решения, уменьшающие габариты и массу аппарата. 
 
2.4. Монтаж концевых термоусаживаемых муфт 4КВТп - 1 (КВТ) внутренней установки для 4-х жильных кабелей с бумажной маслопропитанной и пластмассовой изоляцией с броней или без брони, на напряжение до 1 кВ 
Муфты концевые внутренней и наружной установки типа 4КВТп - 1 (КВТ) предназначены для оконцевания 4-х жильных силовых кабелей с бумажной маслопропитанной и пластмассовой изоляцией с броней или без брони, на напряжение до 1 кВ. В режиме эксплуатации диапазон температуры окружающей среды: от -50°С до +50°С Монтаж концевых муфт может быть осуществлен для следующих основных типов 4-х жильного кабеля: ААБЛ, ААШв, АСБ, АСШв, СБ, АВБбШв, АПвБбШв, АВВГ, АПвВГ, ВБбШв, ВВГ, NYM, ПвВГ и их аналогов. 
 
Выбор типоразмеров муфт производится в зависимости от сечения жил кабеля. 
 
Базовая комплектация включает в себя аксессуары для монтажа узла заземления комбинированным методом: для крепежа провода заземления к металлической оболочке кабелей используются роликовые пружины постоянного давления; крепеж на бронелентах кабеля осуществляется методом пайки. 
 
Дополнительно муфты 4КВТп - 1 (КВТ) могут комплектоваться наконечниками под опрессовку или болтовыми наконечниками по согласованию с заказчиком. Муфты 4КВТп 1 (КВТ) предполагают возможность монтажа 4-х жильного кабеля с одинаковым сечением жил и с нулевой жилой меньшего сечения. 
 
Монтаж муфты должен производиться с соблюдением «Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок», «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правил пожарной безопасности для энергетических предприятий», «Технической документации на муфты для силовых кабелей с бумажной и пластмассовой изоляцией напряжением до 10 кВ», а также правил и инструкций, действующих на предприятии, применяющем данные муфты. 
 
 
1. Разделка и подготовка кабеля к работе 
1.1. Распрямить конец кабеля длиной 1250 мм. 
 
1.2. Снять с кабеля защитный покров, броню, металлическую оболочку и слой поясной изоляции согласно размерам, указанным на рисунке. Удалить жгуты межфазного заполнения. При наличии расцветочных маркировочных лент на фазной бумажной изоляции, ленты – не удалять. 
 
1.3. На расстоянии 20 мм от среза металлической оболочки произвести кольцевой надрез оболочки. 
 
1.4. Протереть сухой ветошью фазную бумажную изоляцию, сняв остатки масла с поверхности. 
 
1.5. Зачистить (до металлического блеска) и обезжирить слои оболочки и бронелент. 
 
1.6. Надеть на конец кабеля поясную манжету и сдвинуть ее на время монтажа вдоль кабеля, предварительно защитив внутреннюю поверхность манжеты от загрязнения (надев на кабель, под манжету, упаковочный п/э пакет из комплекта муфты).

 
 
 
 
2. Установка изолирующих трубок 
2.1. Развести жилы кабеля под углом, удобным для проведения работ. 
 
2.2. Зафиксировать концы фазной бумажной изоляции бандажом из ленты ПВХ (желтого цвета). 
 
2.3. Надеть на жилы кабеля изолирующие трубки и сдвинуть их вниз до упора в корень разделки. 
 
2.4. Последовательно усадить изолирующие трубки в направлении от корня разделки к концам жил кабеля.

 
 
 
3 . Монтаж провода заземления 
3.1. В месте, указанном на рисунке, облудить участок бронелент для присоединения провода заземления. 
 
3.2. Распустить (растянуть в ширину) конец провода заземления без наконечника на длине не менее 100 мм. 
 
3.3. Расположить провод заземления вдоль оболочки таким образом, чтобы его подготовленный (распущенный) конец был направлен к срезу бронелент. 
 
3.4. Прижать провод заземления одним витком пружины так, чтобы нижний край пружины находился на расстоянии не более 10 мм от среза бронелент. 
 
3.5. Перегнуть провод заземления в обратном направлении и произвести намотку пружины поверх провода заземления до конца. 
 
3.6. Закрепить заземляющий провод на облуженной поверхности бронелент бандажом из 2—3-х витков проволоки. 
 
3.7. Произвести пайку провода заземления к бронелентам. 
 
 
4 . Герметизация узла заземления и установка поясной манжеты 
4.1. Удалить защитный поясок оболочки 20 мм. Сухой ветошью убрать остатки масла с поверхности поясной изоляции. 
 
4.2. С помощью наждачной бумаги сгладить выступы и острые кромки в месте пайки провода заземления. 
 
4.3. Обезжирить место монтажа провода заземления и бронелент. 
 
4.4. Продвинуть поясную манжету так, чтобы ее край располагался на уровне разделки кабеля (среза поясной бумажной изоляции) и усадить ее в направлениях, указанных на рисунке. После усадки манжета должна полностью перекрывать узел заземления и заходить на защитный покров кабеля. 
 
 
 
 
 
5. Установка перчатки 
5.1. Сблизить жилы кабеля и надеть на них изолирующую перчатку (черного цвета). Сдвинуть перчатку вниз как можно плотнее к основанию разделки. 
 
5.2. Усадить перчатку в направлениях, указанных на рисунке. В первую очередь усадить основание пальцев по окружности. Затем усадить «пальцы» на жилы кабеля от основания. И в завершение – усадить корпусную часть перчатки от основания «пальцев» на оболочку кабеля. 
 
5.3. После усадки, корпус перчатки должен плотно облегать поясную манжету, а «пальцы» – жилы кабеля. 
 
 
 
6. Монтаж наконечников 
6.1. Снять с концов каждой жилы изоляцию на длине, равной глубине хвостовика наконечника плюс 5 мм, и очистить растворителем поверхности оголенных участков жил. 
 
6.2. Надеть на жилы кабеля последовательно цветные маркировочные трубки (в соответствии с принятой системой цветовой маркировки) и концевые манжеты, временно сдвинув их в сторону корня разделки. 
 
6.3. При использовании наконечников под опрессовку предварительно зачистить их внутреннюю поверхность от окисловых пленок с помощью наждачной бумаги. 
 
6.4. Произвести оконцевание жил наконечниками по выбранной технологии: методом опрессовки, либо наконечниками со срывающимися болтовыми головками. 
 
6.5. Зашлифовать острые кромки, выступы и заусенцы на поверхности наконечников, образовавшиеся после опресовки или срыва болтовых головок. 
 
 
 
 
 
7. Установка концевых манжет и маркировочных трубок 
7.1. Обезжирить на каждой жиле цилиндрическую часть наконечника и изолирующую трубку на длине 100 мм от края хвостовика наконечника. 
 
7.2. Нагреть наконечник пламенем горелки до температуры 60 – 70°С. 
 
7.3. Надвинуть на хвостовик наконечника концевую манжету и усадить ее, начиная с хвостовой части наконечника. Повторить операцию для каждой из жил. 
 
7.4. Поверх усаженной концевой манжеты надеть цветную маркировочную трубку и усадить ее в области хвостовой части наконечника. Повторить операцию для каждой из жил. 
 
Монтаж муфты завершен. 
 
3. Общие понятия о релейной защите 
В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии. 
 
Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом. 
 
Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи. Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы. 
 
Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условии их работы и прекращая разрушения в месте повреждения. 
 
Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например, снизить ток при его возрастании, понизить напряжение при его увеличении и т. д.), для этого были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов – реле, получившие название релейной защиты. 
 
Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует па возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу. 
 
В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. К основным устройствам такой автоматики относятся: автоматы повторного включения (АПВ), автоматы включения резервных источников питания и оборудования (АВР) и автоматы частотной разгрузки (АЧР). 
3.1. Требования, предъявляемые к релейной защите 
1. Селективность. 
 
Селективностью или избирательностью защиты называется способность защиты отключать при к. з. только поврежденный участок сети. Селективное отключение повреждения является основным условием для обеспечения надежного электроснабжения потребителей. Неселективное действие защиты приводит к развитию аварий. Неселективные отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей. 
 
2. Быстрота действия. 
 
Отключение к. з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным. 
 
В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения к. з. Так, например, на ЛЭП 300 – 500 кВ необходимо отключать повреждение за 0,1 – 0,12 с после его возникновения, а в сетях 110 – 220 кВ – за 0,15 – 0,3 с. В распределительных сетях 6 и 10 кВ, отделенных от источников питания большим сопротивлением, к. з. можно отключать со временем примерно 1,5 – 3 с, так как они не вызывают опасного понижения напряжения на генераторах и не влияют поэтому на устойчивость системы.  
 
Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя , разрывающего ток к. з., т. е. . Наиболее распространенные выключатели действуют со временем 0,15 – 0,03 с. Чтобы обеспечить при таких выключателях указанное выше требование об отключении к. з., например, с t = 0,2 с, защита должна действовать с временем 0,05 – 0,12 с, а при необходимости отключения с t = 0,12 с и действии выключателя с 0,08 с время работы защиты не должно превышать 0,04 с. Защиты, действующие с временем до 0,1 – 0;2 с, считаются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты могут работать с временем 0,02 – 0,04 с. 
 
3. Чувствительность. 
 
Для того чтобы защита реагировала на отклонения от нормального режима, которые возникают при к. з. (увеличение тока, снижение напряжения и т. п.), она должна обладать определенной чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия. Каждая защита должна отключать повреждения на том участке, для защиты которого она установлена, и, кроме того, должна действовать при к. з. на следующем, втором участке, защищаемом следующей защитой. Резервирование следующего участка является важным требованием. Одновременный отказ защиты на двух участках маловероятен, и поэтому с таким случаем не считаются. 
 
Каждая защита должна действовать не только при металлическом к. з., но и при замыканиях через переходное сопротивление, обусловливаемое электрической дугой. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она могла подействовать при к. з. в минимальных режимах системы, т. е. в таких режимах, когда изменение величины, на которую реагирует защита (ток, напряжение и т. п.), будет наименьшей. Например, если на станции будет отключен один или несколько генераторов, то ток к. з. уменьшится, но чувствительность защит должна быть достаточной для действия и в этом минимальном режиме. 
 
Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительности . Для защит, реагирующих на ток к. з., 
 
 
 
где – минимальный ток к. з.; – наименьший ток, при котором защита начинает работать (ток срабатывания защиты). 
 
4. Надежность. 
 
Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при к. з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям, а иногда к авариям системного значения. 
 
Надежность защиты обеспечивается простотой схемы, уменьшением в ней количества реле и контактов, простотой конструкции и качеством изготовления реле и другой аппаратуры, качеством монтажных материалов, самого монтажа в контактных соединений, а также уходом за ней в процессе эксплуатации. 
3.2. Элементы защиты, реле и их разновидности 
Обычно устройства релейной защиты состоят из нескольких реле, соединенных друг с другом по определенной схеме. Реле представляет собой автоматическое устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины. 
 
В релейной технике применяются реле с контактами – электромеханические, бесконтактные — на полупроводниках или на ферромагнитных элементах. У первых при срабатывании замыкаются или размыкаются контакты. У вторых – при определенном значении входной величины х скачкообразно меняется выходная величина у, например напряжение. 
 
Каждый комплект защиты и его схема подразделяются на две части: реагирующую и логическую. Реагирующая (или измерительная) часть является главной, она состоит из основных реле, которые непрерывно получают информацию о состоянии защищаемого элемента и реагируют на повреждения или ненормальные режимы, подавая соответствующие команды на логическую часть защиты. Логическая часть (или оперативная) является вспомогательной, она воспринимает команды реагирующей части и, если их значение, последовательность и сочетание соответствуют заданной программе, производит заранее предусмотренные операции и подает управляющий импульс на отключение выключателей. Логическая часть может выполняться с помощью электромеханических реле или схем с использованием электронных приборов – ламповых или полупроводниковых. 
 
В соответствии с этим подразделением защитных устройств реле также делятся на две группы: на основные, реагирующие на повреждения, и вспомогательные, действующие по команде первых и используемые в логической части схемы. 
 
Признаком появления к. з. могут служить возрастание тока, понижение напряжения и уменьшение сопротивления защищаемого участка, характеризуемого отношением напряжения к току в данной точке сети. Соответственно этому в качестве реагирующих реле применяют: токовые реле, реагирующие на величину тока; реле напряжения, реагирующие на величину напряжения, и реле сопротивления, реагирующие на изменение сопротивления. В сочетании с указанными реле часто применяются реле мощности, реагирующие на величину и направление (знак) мощности к. з., проходящий через место установки защиты. 
 
Реле, действующие при возрастании величины, на которую они реагируют, называются максимальными, а реле, работающие при снижении этой величины, называются минимальными. 
 
Для защит от ненормальных режимов, так же как и для защит от к. з., используются реле тока и напряжения. Первые служат в качестве реле, реагирующих на перегрузку, а вторые — на опасное повышение или снижение напряжения в сети. Кроме того, применяется ряд специальных реле, например, реле частоты, действующие при недопустимом снижении или повышении частоты; тепловые реле, реагирующие на увеличение тепла, выделяемого током при перегрузках, и некоторые другие. 
 
К числу вспомогательных реле относятся: реле времени, служащие для замедления действия защиты; реле указательные – для сигнализации и фиксации действия защиты; реле промежуточные, передающие действие основных реле на отключение выключателей и служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты. 
 
Каждое реле можно подразделить на две части: воспринимающую и исполнительную. Воспринимающий элемент в электромеханических конструкциях имеет обмотку, которая питается током или напряжением защищаемого элемента в зависимости от типа реле (токовые или напряжения). 
 
Реле мощности и реле сопротивления имеют две обмотки (тока и напряжения). Через обмотки реле воспринимает изменение той электрической величины, на которую оно реагирует. 
 
Исполнительный элемент электромеханического реле представляет собой подвижную систему, которая перемещаясь под воздействием сил, создаваемых воспринимающим элементом, действует на контакты реле, заставляя их замыкаться или размыкаться. 
 
Имеются также реле, в которых подвижная система действует непосредственно механическим путем на отключение выключателя, такие реле не имеют контактов. 
 
Обмотки реле могут включаться на ток и напряжение сети непосредственно или через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Реле первого типа называются первичными, второго типа – вторичными. Наибольшее распространение имеют реле вторичные, преимущества которых по сравнению с первичными состоят в том, что они изолированы от высокого напряжения, располагаются на некотором расстоянии от защищаемого элемента, в удобном для обслуживания месте и могут выполняться стандартными на одни и те же номинальные токи 5 или 1 А и номинальные напряжения 100 В независимо от напряжения и тока первичной цепи защищаемого элемента. 
 
Достоинством первичных реле является то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов, источников оперативного тока и контрольного кабеля. Первичные реле находят применение на электродвигателях, мелких трансформаторах и линиях малой мощности в сетях 6 – 10 кВ, 
т. е. там, где защита осуществляется по простейшим схемам посредством реле тока и напряжения и не требует большой точности. Во всех остальных случаях применяются вторичные реле. 
 
Существует два способа воздействия защиты на отключение выключателя: прямой и косвенный. Реле срабатывает, когда электромагнитная сила, создаваемая обмоткой реле, станет больше силы противодействующей пружины. При срабатывании реле его подвижная система воздействует непосредственно (прямо) на расцепляющий рычаг выключателя, после чего выключатель отключается под действием пружины. Реле прямого действия устанавливаются непосредственно в приводе выключателя, поэтому их часто называют встроенными. 
 
В защите с вторичным реле косвенного действия при срабатывании реле его контакты замыкают цепь обмотки электромагнита, называемого катушкой отключения выключателя. Под действием напряжения, подводимого к зажимам этой цепи от специального источника, в катушке отключения появляется ток, сердечник катушки отключения преодолевает сопротивление пружины и, втягиваясь, освобождает защелку, после чего выключатель отключается под действием пружины. 
 
После отключения выключателя ток в обмотке исчезает, и контакты реле размыкаются. Чтобы облегчить их работу по размыканию цепи, в которой проходит ток катушки отключения, предусмотрен вспомогательный блокировочный контакт, который размывает цепь катушки отключения еще до того, как начнут размыкаться контакты реле. 
 
Для защиты с реле косвенного действия необходим вспомогательный источник напряжения – источник оперативного тока. Защита с реле прямого действия не требует источника оперативного тока, но реле этой защиты должны развивать большие усилия для того, чтобы непосредственно расцепить механизм выключателя. Поэтому реле прямого действия не могут быть очень точными и имеют большое потребление мощности. 
 
Усилия, развиваемые реле косвенного действия, могут быть незначительными, поэтому они отличаются большей точностью и малым потреблением. Кроме того, в защитах, которые состоят из нескольких реле, взаимодействие между ними проще осуществляется при помощи оперативного тока, а не механическим путем. Поэтому наиболее широко применяется защита со вторичными реле косвенного действия.

3.3. Источники оперативного  тока 
Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации. 
 
Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей. 
 
Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока. 
 
Постоянный оперативный ток 
 
В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи с напряжением 110 – 220 В, а на небольших подстанциях 24 – 48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи. 
 
Самым ответственным участком являются цепи защиты, автоматики и катушек отключения, питаемые от шинок управления ШУ. Вторым очень важным участком являются цепи катушек включения, питаемые от отдельных шинок ШВ вследствие больших токов (400—500 А), потребляемых катушками включения масляных выключателей. Третьим, менее ответственным участком является сигнализация, питающаяся от шинок ШC. Остальные потребители постоянного тока (аварийное освещение, двигатели собственных нужд) питаются по отдельной сети. Защита оперативных цепей от к. з. осуществляется предохранителями или специальными автоматами, реагирующими на увеличение тока. 
 
Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому являются самым надежным источником питания. В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются зарядные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход. Кроме того, из-за централизации питания создается сложная, протяженная и дорогостоящая сеть постоянного тока. 
 
Переменный оперативный ток 
 
Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источников переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд. 
 
Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от к. з. При к. з. ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока увеличиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность трансформаторов тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей. 
 
Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении. Поэтому их нельзя использовать для питания защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, защит от витковых замыканий в трансформаторах и генераторах или защит от таких ненормальных режимов, как повышение или понижение напряжения и понижение частоты. 
 
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к. з., так как при к. з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях становиться равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут использоваться для питания таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и т. д. 
 
Питание цепей управления выключателей. Дистанционное управление выключателями и их автоматическое включение от АПВ или АВР должно производиться при любых нагрузках на присоединении и при отсутствии напряжении на шинах подстанции, чего не обеспечивают трансформаторы тока. Поэтому питание цепей дистанционного управления, АПВ и АВР производится от трансформаторов напряжения, трансформаторов собственных нужд и заряженных конденсаторов. Чтобы обеспечить производство операции по включению при отсутствии напряжения на шинах, трансформаторы, питающие цепи управления, подключаются к линиям, питающим подстанцию или на выключателях устанавливаются механические приводы, действующие а счет энергии поднятого груза или сжатой пружины. 
 
Таким образом, каждый источник переменного оперативного тока имеет свою область применения. При этом возможность использования того или иного источника определяется мощностью, которую он может дать в момент производства операций. Мощность источника питания должна с некоторым запасом превосходить мощность, потребляемую оперативными цепями, основной составляющей которой является мощность, затрачиваемая приводом на отключение и включение выключателей. 
 
Наибольшие затруднения из-за недостаточной мощности возникают при применении трансформаторов тока и трансформаторов напряжения. Учитывая, что включение и отключение выключателей является кратковременной операцией, можно допускать значительные перегрузки измерительных трансформаторов без ущерба для них. 
3.4. Общие принципы выполнения реле 
В схемах релейной защиты и электрической автоматики применяются электромеханические реле, реле на полупроводниковых приборах (диодах и транзисторах) и реле с использованием насыщающихся магнитных систем. Значительное распространение имеют электромеханические реле. 
 
Однако наличие таких недостатков электромеханических реле, как большие размеры, значительное потребление мощности от трансформаторов тока и напряжения, трудности в обеспечении надежной работы контактов побудили к поискам более совершенных принципов выполнения реле. Новые принципы исполнения реле с помощью полупроводниковых приборов позволяют существенно улучшить параметры и характеристики реле и перейти полностью или частично на бесконтактные схемы защит.  
 
Помимо реле, реагирующих па электрические величины, для защиты электрических машин и аппаратов применяются реле, реагирующие на неэлектрические величины, косвенным образом характеризующие появления повреждений пли ненормальных режимов в них. Например, имеются реле, реагирующие на появления газов или повышение давления в кожухах маслонаполненных трансформаторов 
и реакторов, реле, реагирующие на повышение температуры трансформаторов и электрических машин и т. д. 
 
Реле, реагирующие на электрические величины, можно подразделить на три группы: 
 
1) реле, реагирующие на одну электрическую величину: ток или напряжение; 
 
2) реле, реагирующие на две электрические величины: ток и напряжение сети или два напряжения, каждое из которых является линейной функцией тока и напряжения сети; 
 
3) реле, реагирующие на три или больше электрические величины, например: три тока и три напряжения сети, или несколько напряжений, представляющих линейные функции токов и напряжения сети. 
 
К первой группе относятся реле тока и реле напряжения. Ко второй принадлежат однофазные реле: мощности, сопротивления и некоторые другие. К третьей относятся трехфазные реле мощности, многофазные реле сопротивления и другие устройства. 
 
Трансформаторы тока являются очень важным элементом релейной защиты. Они питают цепи защиты током сети и выполняют роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты. От точности этой информации зависит надежная и правильная работа релейной защиты. Поэтому основным требованием к трансформаторам тока является точность трансформации с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия устройств релейной защиты. Поэтому уменьшение погрешности трансформаторов тока является очень важной задачей, она сводится к уменьшению тока намагничивания трансформаторов тока. 
 
Для обеспечения правильной работы большинства устройств релейной защиты погрешность трансформаторов тока не должна превышать по току , а по углу . Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность трансформаторов тока или если ток намагничивания не превосходит 10 % от тока , проходящего по трансформатору тока.  
 
Питание устройств релейной защиты током сети производится по типовым схемам соединений трансформаторов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вторичных цепях в нормальных и аварийных условиях. 
 
Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле к току в фазе . Это отношение называется коэффициентом схемы 
 
. 
 
Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствительности защиты. 
 
Основные типовые схемы: 
 
1) схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду; 
 
2) схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду; 
 
3) схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду; 
 
4) схема соединении с двумя трансформаторами тока и одним реле, включенным на разность токов двух фаз; 
 
5) схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности. 
 
В ОСП «НЧЭС» применяется схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду. 
 
 
 
Рис. 2. Схема соединений трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду. 
Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах. В реле I и III проходят токи соответствующих фаз 
 
и , 
 
а в обратном проводе ток равен их геометрической сумме: 
 
. 
 
С учетом векторной диаграммы равен току фазы, отсутствующей во вторичной цепи. При трехфазном к. з. и нормальном режиме токи проходят по обоим реле I и III и в обратном проводе. В случае двухфазного к. з. токи появляются в одном или двух реле (I или III) в зависимости от того, какие фазы повреждены. 
 
Ток в обратном проводе при двухфазных к. з. между фазами А и С, в которых установлены трансформаторы тока, с учетом, что , равен нулю, а при замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно равен и . 
 
В случае однофазного к. з. фаз (А или С), в которых установлены трансформаторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока и обратном проводе проходит ток к. з. При замыкании на землю фазы В, в которой трансформатор тока не установлен, токи в схеме защиты не появляются; следовательно, схема неполной звезды, реагирует не на все случаи однофазного к. з. и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях. Коэффициент схемы . 
4. Устройство релейной защиты и типы ее, используемые для защиты кабельных линий 
В ОСП «НЧЭС» для защиты кабельных линий 10 кВ применяются следующие виды защит: 
 
1. Максимальная токовая защита. 
 
2. Токовые отсечки. 
 
3. Защита от замыканий на землю 
4.1. Максимальная токовая защита. 
Одним из признаков возникновения к. з. является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле. 
 
Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности. 
 
Селективность действия максимальных защит достигается с помощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. 
 
Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для сетей с односторонним питанием. В сетях более сложной конфигурации максимальная защита применяется как вспомогательная в отдельных случаях. 
 
 
 
 
Рис. 3. Максимальные токовые защиты в радиальной сети с односторонним питанием. 
 
а – размещение защит; б – выдержки времени защит, выбранные по ступенчатому принципу. 
В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции. 
 
При к. з. в какой-либо точке сети, например в точке К1 (рис. 3), ток к. з. проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (1, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита 4, установленная на поврежденной линии. 
 
Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания (рис. 3). При соблюдении этого принципа в случае к. з. в точке К1 раньше других сработает защита 4 и произведет отключение поврежденной линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при к. з. в точке К2 быстрее всех сработает защита 3, а защиты 1 и 2, имеющие большее время, не подействуют. Такой принцип подбора выдержек времени называется ступенчатым. 
 
В сетях с двусторонним питанием достигнуть селективного действия максимальной защиты только путем подбора выдержек времени, как правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной токовой защиты применяют более сложные направленные защиты. 
 
Максимальные защиты выполняются трехфазными и двухфазными прямого и косвенного действия. 
 
По способу питания оперативных цепей максимальные защиты косвенного действия делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током. По характеру зависимости времени действия реле от тока максимальные защиты подразделяются на защиты с независимой и зависимой характеристиками. 
 
Максимальные защиты прямого действия и на переменном оперативном токе имеют существенные отличия в выполнении оперативных цепей, применяемой аппаратуре и в расчете параметров. 
 
Если время действия защиты определяется выдержкой времени, установленной на реле времени и не зависит от величины тока к. з., то такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Наряду с независимой защитой применяется максимальная защита с зависимой и ограниченно зависимой характеристиками. Оба вида зависимых защит выполняются при помощи токовых реле, работающих не мгновенно, а с выдержкой времени, зависящей от величины тока. Примером такого реле является реле типа РТ-80. Согласование выдержек времени независимых защит значительно проще, поэтому зависимые защиты следует применять только в случаях явного преимущества. 
 
В сети с изолированной нейтралью трехфазные схемы не рекомендуются к применению по следующим причинам: 
 
1. Трехфазные схемы дороже выдержкой времени, двухфазных, так как для их выполнения требуется больше оборудования и соединительных проводов. 
 
2. Трехфазные защиты в большем числе случаев, чем двухфазные, работают неселективно при двойных замыканиях на землю. 
 
В ОСП «НЧЭС» применяется схема двухфазной двухрелейная защиты на постоянном оперативном токе. 
Схема двухфазной защиты на постоянном оперативном токе 
В тех случаях, когда максимальная защита должна действовать только при междуфазных к. з., применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле. 
 
Двухрелейная схема с независимой характеристикой приведена на рис. 4. Токовые цепи защиты выполняются по схеме неполной звезды. Основными элементами схемы максимальной защиты являются: токовые реле, срабатывающие при появлении тока к. з. и выполняющие функции пускового органа защиты, и реле времени, создающее выдержку времени и выполняющее функции органа времени. Кроме основных, в схеме имеются и вспомогательные реле; к ним относятся промежуточное реле и указательное реле. 
 
При возникновении к. з. срабатывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток к. з. Контакты всех токовых реле соединены параллельно, поэтому при срабатывании любого токового реле замыкается цепь обмотки реле времени. Через заданный интервал времени контакты реле времени замыкаются и приводят в действие промежуточное реле. Последнее срабатывает мгновенно и подает ток в катушку отключения выключателя через блокировочный контакт. 
 
Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения из-за недостаточной мощности своих контактов. Указательное реле включается последовательно с катушкой отключения. При появлении тока в этой цепи указательное реле срабатывает, его флажок выпадает, фиксируя таким образом действие максимальной защиты и появление тока в катушке отключения. 
 
Блокировочный контакт привода выключателя служит для разрыва тока катушки отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание этой цепи. Блокировочный контакт должен размыкаться раньше, чем произойдет возврат промежуточного реле. 
 
Достоинством двухрелейной схемы является то, что она: 
 
1) реагирует (так же как и трехфазная) на все междуфазные к. з. на линиях; 
 
2) при замыканиях на землю в двух разных точках сети с изолированной нейтралью работает селективно в большем числе случаев, чем трехфазная схема; 
 
3) экономичнее трехфазной схемы, так как для ее выполнения требуется меньше оборудования и проводов. 
 
К недостаткам двухфазной схемы относится ее меньшая чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных к. з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ. 
 
Рис. 4. Двухфазная двухрелейная схема максимальной токовой защиты 
 
При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. В этом проводе протекает геометрическая сумма токов двух фаз, питающих схему (А и С на рис. 4), равна току третьей (отсутствующей в схеме) фазы В, т. е. 
 
 
 
Таким образом, с дополнительным реле двухфазная схема становится равноценной по чувствительности с трехфазной. 
 
Вследствие положительных свойств двухфазные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные к. з. Двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных к. з. и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для отключения однофазных к. з. устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности. 
 
Достоинствами максимальной токовой защиты являются ее простота, надежность и небольшая стоимость по сравнению с другими видами защиты. По своему принципу максимальная токовая защита обеспечивает селективность в радиальных сетях с односторонним питанием. Однако в некоторых случаях ее удается применять и в более сложных сетях, имеющих двустороннее питание. 
 
К недостаткам максимальной защиты относятся: 
 
1) большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания, в то время как именно вблизи шин электростанции по условию устойчивости необходимо быстрое отключение к. з.; 
 
2) недостаточная чувствительность при к. з. в разветвленных сетях с большим числом параллельных цепей и значительными токами нагрузки. 
 
Максимальная токовая защита получила наиболее широкое распространение в радиальных сетях всех напряжений; в сетях 10 кВ и ниже она является основной защитой. 
4.2. Токовые отсечки. 
Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяющей обеспечить быстрое отключение к. з. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени (около 0,3 – 0,6 с). 
 
 
 
Рис. 5. Принцип действия токовой отсечки 
Селективность действия токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы так, чтобы отсечка не действовала при к. з. на смежных участках сети, защита которых имеет выдержку времени, равную или больше, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока к. з., проходящего через защиту при повреждении в конце участка, за пределами которого отсечка не должна работать (точка М участка AM на рис. 5). Такой способ ограничения зоны действия основан на том, что ток к. з. зависит от величины сопротивления до места повреждения (рис. 5). 
 
При удалении точки к. з. от источника питания или от места расположения защиты сопротивление растет, а ток к. з. соответственно уменьшается. 
 
Если по условиям селективности отсечка не должна действовать при к. з. за точкой М (рис. 5), то для обеспечения этого условия необходимо выбрать 
 
 
 
Тогда при к. з. за точкой М отсечка не будет действовать, а при повреждении в пределах участка AM – будет работать на той части линии AN, где . 
 
Таким образом, зона действия защиты, с током срабатывания, охватывает только часть линии AN и не выходит за пределы участка AM. 
 
Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание. Для обеспечения расчетной зоны действия отсечки трансформаторы тока, питающие ее цепи, должны работать при токе срабатывания отсечки (т. е. при ) с погрешностью ε или . 
 
Принципиальные схемы отсечек мгновенных (без выдержки времени) и с выдержкой времени на постоянном оперативном токе изображены на рис. 6. 
 
 
 
Рис. 6. Однолинейные схема токовой отсечки 
 
а – мгновенной; б – с выдержкой времени 
 
 
В сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы, подобные схемам максимальной токовой защиты. 
 
Так же как и максимальные защиты, отсечки выполняются на постоянном и переменном оперативном токе, а также с помощью реле прямого. Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схемами максимальных защит с независимой выдержкой времени. Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от схем максимальной защиты отсутствием реле времени. 
Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием 
По условию селективности с защитами остальной сети отсечка без выдержки времени (с t_з = 0) не должна работать за пределами защищаемой линии. Ток срабатывания мгновенной отсечки должен удовлетворять условию (5-2) при к. з. в конце защищаемой линии АВ, т. е. в точке М. В соответствии с этим принимается, что 
 
 
 
где I_к.макс – максимальный ток к. з. в фазе линии при к. з. на шинах подстанции; k_н – коэффициент надежности, учитывающий погрешность в расчете тока к. з. I_к.макс и погрешность в токе срабатывания реле. Ток к. з. I_к.макс рассчитывается для таких режимов работы системы и видах повреждений, при которых он оказывается наибольшим. Поскольку собственное время действия отсечки равно 0,02 – 0,01 с, то ток I_к.макс рассчитывается для начального момента времени (t = 0) и принимается равным действующему значению периодической составляющей. При расчете тока к. з. генераторы замещаются сверхпереходным сопротивлением. 
 
В схемах отсечки, где токовые реле действуют непосредственно на отключение без промежуточного реле, время действия отсечки может достигать одного периода (т. е. 0,02 с). В этом случае следует учитывать апериодическую составляющую тока к. з., умножая ток I_к.макс на коэффициент k_а = 1,6 – 1,8. У отсечек для защиты линий с токовыми реле типа РТ коэффициент надежности k_н = 1,2 – 1,3. 
 
Правила устройства электроустановок рекомендуют применять отсечку, если ее зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии. Вследствие простоты отсечки она применяется в качестве дополнительной защиты при зоне действия, меньшей 20%, если основная защита линии имеет мертвую зону. 
 
Время действия мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточного реле (рис. 6). При быстродействующих промежуточных реле (0,02 с) отсечка срабатывает в течение времени t3 = 0,04 – 0,06 с. Промежуточное реле облегчает работу контактов токовых реле и позволяет не учитывать апериодическую составляющую тока к. з., поскольку последняя затухает очень быстро (за 0,02 – 0,03 с). 
 
На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время работы разрядников составляет около 0,01 – 0,02 с. При каскадном действии разрядников оно увеличивается до 0,04 – 0,06 с. Применением промежуточного реле с временем действия t = 0,06 – 0,08 с удается отстроить отсечку от работы разрядников. 
 
Отсечки с выдержкой времени 
М гновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия, применяется отсечка с выдержкой времени (рис. 7). Зона и время действия такой отсечки 1 (рис. 7) согласуются с зоной и временем действия мгновенной отсечки 2 так, чтобы была обеспечена селективность. 
 
Для выполнения этих условий время действия защиты tз1 отсечки 1 (рис. 5-7) выбирается на ступень Δt больше t_з2 отсечки 2: 
 
 
 
Рис. 7. Выбор I_с.з. отсечки с выдержкой времени на линии с односторонним питанием 
 
Практически в зависимости от точности реле времени отсечки 1  
t_з = 0,3 – 0,6 с. 
 
Зоны действия отсечек 1 и 2 согласуются между собой при условии, что зона действия отсечки 1 должна быть короче зоны работы отсечки 2 (рис. 7) 
 
В сети с односторонним питанием ток, проходящий через защиты 1 и 2 при к. з. на линии JI2 (точка К), одинаков. Поэтому согласование зон действия защит 1 и 2 можно обеспечить, выбрав  
 
При таком соотношении токов срабатывания защит отсечка 1 не будет действовать, если ток к. з. недостаточен для действия отсечки 2. 
 
Схемы отсечки с выдержкой времени выполняются так же, как и схемы максимальных защит с независимой характеристикой. Токовая отсечка с выдержкой времени охватывает полностью защищаемую линию и частично следующий участок. 
 
Токовые отсечки мгновенного действия являются самой простой защитой. Быстрота их действия в сочетании с простотой схемы и обслуживания составляет весьма важное преимущество этих защит. 
 
Недостатками мгновенной отсечки являются: неполный охват зоной действия защищаемой линии и непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы, однако последнее не оказывает существенного влияния в мощных энергосистемах. 
 
Отсечка с выдержкой времени позволяет обеспечить достаточно быстрое (t_з ≈ 0,5 с) отключение повреждений на защищаемой линии. Сочетание отсечек и максимальной защиты позволяет получить трехступенчатую защиту, которая во многих случаях успешно заменяет более сложные защиты. 
4.3. Защита от замыканий на землю 
Сети с малым током замыкания на землю работают с изолированной нейтралью или с заземленной через дугогасящую катушку. В таких сетях (в отличие от сетей с глухозаземленной нейтралью) замыкание на землю одной фазы не вызывает короткого замыкания и не сопровождается поэтому снижением междуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети. 
 
Требования к защите от замыканий на землю в сети с малым током замыкания на землю существенно отличаются от требований, предъявляемых к защитам от к. з. Поскольку замыкания на землю не вызывают появления сверхтоков и не искажают величины междуфазных напряжений, они не отражаются на питании потребителей, не влияют на устойчивость энергосистемы и не сопровождаются перегрузкой оборудования опасными токами. Поэтому в отличие от к. з. замыкания на землю не требуют немедленной ликвидации. 
 
Однако отключение замыканий на землю является все же необходимым, так как в результате теплового воздействия тока замыкания на землю в месте повреждения возможно повреждение изоляции между фазами и переход однофазного замыкания в междуфазное к. з. Помимо того, из-за перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к образованию двойных замыканий на землю в разных точках сети. В компенсированных сетях и сетях с малыми емкостными токами (20 – 30 А в сети 10 и 6 кВ) замыкания на землю могут оставаться довольно длительное время (до 2 ч), не вызывая развития повреждения и не нарушая работы потребителей. 
 
Исходя из этого принято выполнять защиту от замыканий на землю в сетях с малым током повреждения с действием на сигнал. Получив сигнал о появлении замыкания на землю, дежурный персонал принимает меры к переводу нагрузки поврежденной линии на другой источник цитация, разгружает поврежденную линию и затем отключает ее. 
 
Защиты от замыкания на землю должны быть селективными и иметь высокую чувствительность. Последнее вызывается тем, что токи повреждения, на которые реагирует защита, очень малы (5 – 10 А). Кроме того, желательно, чтобы защита от замыканий на землю реагировала не только на устойчивые, но также и на неустойчивые повреждения. 
 
Простейшей защитой от замыканий на землю является общая неселективная сигнализация о появлении замыкания на землю без указания поврежденного участка. Такое устройство состоит из схемы с одним реле повышения напряжения (рис. 8), включенным на напряжение нулевой последовательности. 
 
При появлении «земли» схема дает сигнал, а затем дежурный поочередным отключением присоединений определяет поврежденный элемент. Указанный способ определения повреждения связан с кратковременным нарушением питания потребителей, требует много времени и особенно неудобен на подстанциях без постоянного дежурного персонала. 
 
 
Рис. 8. Схема неселективной сигнализации при замыканиях на землю с реле напряжения, включенным на напряжение нулевой последовательности 
 
Все известные и применяемые на практике защиты можно подразделить на четыре группы:

1.  
   защиты, реагирующие на естественный емкостный ток сети. Такой способ защиты возможен только при отсутствии компенсации или при наличии недокомпенсации емкостного тока сети;
2.  
   защиты, реагирующие на токи нулевой последовательности, создаваемые искусственным путем;
3.  
   защиты, реагирующие на установившиеся остаточные токи, возникающие в поврежденной линии при резонансной компенсации емкостных токов;
4.  
   защиты, реагирующие на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания на землю.

 
Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности 
 
Защита предназначена для радиальных сетей. В некомпенсированной сети она реагирует на естественный емкостный ток, а в компенсированной действует от остаточного тока перекомпенсации (если таковая предусмотрена). Основной трудностью в выполнении рассматриваемой защиты является обеспечение необходимой чувствительности при малых значениях тока повреждения – 10 А и меньше. 
 
Реагирующий орган защиты состоит из токового реле, питающегося через фильтр нулевой последовательности. В качестве фильтра применяется специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) особой конструкции. В однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью трансформатора тока нулевой последовательности, ток 3I₀ получается магнитным суммированием первичных токов трех фаз: 
 
. 
 
Защита с трансформатором тока нулевой последовательности получается значительно чувствительнее, чем с использованием трехтрансформаторного фильтра. 
 
Главное преимущество ТНП состоит в значительно меньшем небалансе и возможности подбора числа витков вторичной обмотки из условия наибольшей чувствительности защиты без каких-либо ограничений по нагрузке. В результате этого ТНП позволяет обеспечить действие защиты при первичных токах порядка 3 – 5 А, а при сочетании ТНП с высокочувствительными реле чувствительность защиты повышается до 1 – 2 А. Вследствие этого схема защиты с ТНП является основой для сети с малым током замыкания на землю. 
 
Опыт эксплуатации показал, что токовое реле может неправильно работать на неповрежденных линиях в первый момент повреждения под влиянием бросков токов, появляющихся в неустановившемся режиме. Исключить ложную работу защиты по указанной причине можно загрублением защиты по току срабатывания, введением выдержки времени или применением фильтра, не пропускающего в реле тока высших частот, составляющих значительную долю в токе неустановившегося режима. Для отстройки от броска емкостного тока предусмотривается реле времени. Схемы с включением реле через фильтр высокой частоты также применяются. Защита с фильтром выполняется без выдержки времени и поэтому может реагировать на кратковременные замыкания на землю. Действие защиты фиксируется с помощью указательного реле. 
 
Принцип работы и устройство ТНП 
 
Рис. 9. Установка ТНП на кабеле 
 
Для защиты линий ТНП выполняются только кабельного типа. При необходимости осуществления защиты воздушных линий делается кабельная вставка, на которой устанавливается ТНП. 
 
Для кабельных линий заводы электропромышленности изготавливают ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки. 
 
При прохождении токов I_бр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле защиты появляется ток, от которого защита может подействовать неправильно (рис. 9). Через оболочку кабелей (стальную броню и свинец) могут проходить токи I_бр, замыкающиеся через землю. Эти токи появляются при замыканиях на землю вблизи кабеля, работе сварочных аппаратов и в других подобных случаях. Прохождение тока I_бр по броне неповрежденного кабеля через ТНП вызывает вторичный ток в его обмотке и, как следствие этого, неправильное действие защиты. Для исключения этого необходимо компенсировать влияние токов, которые могут проходить по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью броня и оболочка кабеля на участке от его воронки до ТНП изолируются от земли (рис. 9). Заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому магнитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть также надежно изолирован от брони кабеля. 
 
Для определения поврежденного участка в радиальных сетях токовые защиты устанавливаются на всех линиях каждого радиального направления. Защита устанавливается в начале каждой линии. При возникновении замыкания на землю по действию защиты на питающей подстанции определяется то радиальное направление, на котором произошло повреждение. Затем осмотром сигналов защит на линиях этого направления устанавливается поврежденный участок. Поврежденным является тот участок, на котором подействовавшая защита является последней. Если защиты действуют на отключение, то для обеспечения селективности время действия на них подбирается по ступенчатому принципу, как на максимальных защитах. 
 
Чувствительность токовой защиты ограничивается необходимостью ее отстройки от бросков емкостного тока при замыканиях на землю на других линиях. В результате этого для надежного и селективного действия токовой защиты требуется увеличение тока замыкания на землю сверх допустимого предела, в то время как для повышения надежности работы компенсированных сетей необходимо снижать этот ток. Недостаточная чувствительность токовых защит, реагирующих на емкостный ток сети, особенно проявляется па подстанциях с малым числом линий, а также в компенсированных сетях с малым остаточным током. В этих случаях емкостный ток неповрежденной линии (от которого отстраивается ее защита) становится соизмеримым с током замыкания на землю в поврежденной линии. В связи с этим токовая защита в компенсированных сетях применяется редко. 
 
6. Литература