Комплектные распределительные устройства (КРУ) предназначены для приема и распределения электроэнергии. Ячейка КРУ, как правило состоит из четырех отсеков – отсека вторичных соединений (РЗА), отсека выкатного элемента, отсека сборных шин и отсека присоединения (например, кабельного). КРУ устанавливаются на подстанциях в составе закрытых распределительных устройств (ЗРУ).

Наибольшую опасность для обслуживающего персонала подстанции и для самого оборудования КРУ в целом представляют дуговые замыкания, т.к. повреждение (ДЗ) в замкнутом пространстве отсека сопровождается возникновением повышенного давления и температуры.

Что такое дуговое замыкание

Дуговым называется короткое замыкание (КЗ) в условиях замкнутых пространств, которое сопровождается возникновением электрической дуги (электрического разряда между проводниками с разным электрическим потенциалом). При этом происходит выделение огромного количества тепла, яркая вспышка, повышение давления в замкнутом пространстве ячейки КРУ.

Есть несколько причин возникновения дуговых замыканий:

  • повреждение изоляции в результате старения материалов;

  • механические повреждения вследствие неправильной эксплуатации и внешних воздействий (например, ошибочных действий персонала, проникновение посторонних предметов или животных и др.);

  • загрязнение поверхности токопроводящих элементов в виде пыли, влаги, химических веществ;

  • перегрузка оборудования, перегрев оборудования, которые могут привести к пробою изоляции.

Почему опасны дуговые замыкания

Опасность дугового КЗ заключается в возникновении высочайшей температуры от 6000 до 20000 ℃ за 0,3 – 0,5 секунды.

При этом возникают повреждения различной степени тяжести, вплоть до полного выгорания ячейки КРУ или ее отсеков. А отсутствие своевременной ликвидации возникшей ситуации в случае отсутствия на объекте ЗДЗ, может повлечь за собой повреждение целых секций КРУ, что приведет к длительным технологическим нарушениям, простоям в работе и экономическим убыткам предприятия.

Дуговые замыкания чрезвычайно опасны как для оборудования, так и для людей, вплоть до летального исхода. Поэтому срабатывание защит и непосредственно отключение поврежденного участка коммутационным оборудованием необходимо обеспечить в кратчайшие сроки. Для этого необходимо обеспечить РУ 6-35кВ быстродействующей защитой от возникновения дуговых замыканий.

Выделение тепловой энергии при дуговом замыкании представляет серьезные риски для обслуживающего персонала:

  • получения ожогов от теплового воздействия, брызг расплавленного металла;

  • потери слуха - от звуковой и ударной волн;

  • ожогов дыхательных путей, удушья от озона и угарного газа;

  • физических травм.

Защита от дуговых замыканий

Для обеспечения РУ быстродействующей защитой от дуговых замыканий в составе КРУ стала применяться отдельная защита от дуговых замыканий - ЗДЗ.

Устройства ЗДЗ предотвращают развитие и распространение дуги за счет быстрого обнаружения дугового замыкания и выдачи сигнала на отключение в УРЗА и на коммутационный аппарат (вакуумный выключатель) напрямую.

Устройства ЗДЗ могут быть выполнены как отдельным комплектом защит, так и быть встроенными в УРЗА.


Виды защиты от дуговых замыканий

Основные виды ЗДЗ, применяемые в КРУ на текущий момент.

По типу датчиков:

  • клапанная (датчики – концевые выключатели на клапанах сброса избыточного давления в отсеках КРУ);

  • фототиристорная (датчики – фототиристоры);

  • оптическая или оптоволоконная (датчики – волоконно-оптические ВОД).

Оптимальным решением с точки зрения быстродействия и надежности является ЗДЗ с применением оптических датчиков ЗДЗ.

Клапанная ЗДЗ в последнее время используется только как дополнительная к основной ЗДЗ.

Фототиристорная ЗДЗ сложна в эксплуатации из-за большого количества отказов по причине выхода из строя датчиков (фототиристоров).

В части реализации по структуре ЗДЗ бывает:

  • распределенная: отдельные регистраторы устанавливаются в каждой ячейке КРУ, датчики подключаются к регистраторам;

  • распределенная с центральным блоком (ЦБ ЗДЗ): отдельные регистраторы устанавливаются в каждой ячейке КРУ, датчики подключаются к регистраторам, сигналы с регистраторов собираются на центральный блок по сухим контактам или цифровой шине;

  • централизованная: датчики дуговой защиты подключаются к центральному блоку ЗДЗ, который устанавливается в отдельном шкафу ЗДЗ или в составе одной из ячеек КРУ;

  • встроенная в МПУ РЗА.

Основное требование к ЗДЗ – быстродействие и высокая чувствительность при определении поврежденного элемента (отключение исключительно поврежденного отсека или присоединения).

Принцип работы устройств ЗДЗ

Основной принцип действия ЗДЗ заключается в регистрации светового потока (вспышки) от дугового замыкания волоконно-оптическим датчиком с выдачей соответствующего сигнала на УРЗА и КА. Каждый отдельный датчик подключается к регистратору или центральному блоку. От регистратора или центрального блока выходной сигнал передается на УРЗА и коммутационный аппарат через встроенное выходное реле. При этом всегда рекомендуется выполнять контроль по току (в составе устройства ЗДЗ или МПУ РЗА присоединения) – как дополнительный признак для исключения ложной работы защиты.

Как правило оптические датчики выполняются из многомодового пластикового оптического волокна (POF).

ЗДЗ относится к быстродействующим защитам без выдержки времени, поэтому время работы защиты определяется собственным временем устройств ЗДЗ и временем отключения коммутационного оборудования.

Устройства ЗДЗ выполняются с контролем целостности оптоволокна и без контроля целостности оптоволокна.

Снижение риска возгораний и пожаров в КРУ

Отсутствие ЗДЗ в составе КРУ может привести к потере оборудования в составе КРУ, отдельных ячеек КРУ или целой секции КРУ и даже всего распределительного устройства при значительных токах КЗ. Чем выше токи КЗ, тем выше необходимость установки в составе КРУ ЗДЗ.

Установка ЗДЗ увеличивает надежность УРЗА (устройств РЗА) в составе КРУ и дополняет ЛЗШ (логическую защиту шин) или ДЗШ (дифференциальная защита шин). Установка ЗДЗ в конечном итоге снижает риск возгораний и пожаров в КРУ и ЗРУ по месту установки ячеек.

Законодательные требования к защите от дуговых замыканий

В обновленную редакцию «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», утвержденных приказом Министерства Энергетики № 229 от 19.06.2003 включено требование о том, что КРУ 6-10кВ – должны иметь быстродействующую защиту от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ (пункт 5.4.19).

Правила противопожарного режима, которые утверждены постановлением Правительства Российской Федерации № 1479 от 16.09.2020 года, устанавливают порядок поведения людей, порядок организации производств, содержания территорий, зданий, сооружений.

Изменения, внесенные постановлением № 510 от 30.03.2023, предусматривают обязательное оснащение устройствами ЗДЗ с целью автоматического отключения электрической энергии при возникновении короткого замыкания в сети при строительстве новых зданий для социальных учреждений.

Также дуговая защита является обязательной при проектировании на новых объектах РОССЕТЕЙ согласно НТП ПС СТО 56947007- 29.240.10.248-2017 (пункт 12.15).

Особенности выбора ЗДЗ

Правильный выбор и установка устройств дуговой защиты – ключевые факторы в обеспечении электробезопасности и эффективности работы электрооборудования.

Выбирая устройства дуговой защиты, важно учитывать особенности используемого оборудования и создание безопасности на объекте. Необходимо отдавать предпочтение надежным и качественным решениям, выбирать продукцию проверенных производителей, соответствующую необходимым нормативам. Установка устройств дуговой защиты должна производиться квалифицированными специалистами с соблюдением всех требований безопасности и технических норм.

В качестве надежных, проверенных производителей можно рекомендовать такие компании, как НТЦ «Механотроника» (ЗДЗ – ДУГА-О и ДУГА-МТ); НПП «ПРОЭЛ» (ЗДЗ – ОВОД-Л и ПРОЭЛ-МИНИ); НПП «Микропроцессорные технологии» (ЗДЗ – ЛАЙМ) и ООО «ТЕРМА-ЭНЕРГО» (ЗДЗ – РАДУГА-ПСМ).

С учетом надежности срабатывания и организации схемы ЗДЗ – оптимальным решением является оптическая (оптоволоконная) ЗДЗ по распределенной или распределенной с применением центрального блока ЗДЗ (ЦБ ЗДЗ) схеме.

Для всех исполнений комплектных распределительных устройств КРУ-СВЭЛ предусматриваются места для крепления волоконно-оптических датчиков (ВОД) ЗДЗ в соответствующих отсеках ячеек – отсеке СШ, отсеке ВЭ и отсеке присоединения. Инженеры Группы компаний СВЭЛ рекомендуют своим Заказчикам всегда применять устройства ЗДЗ в составе КРУ 6-35кВ и всегда готовы подобрать оптимальное решение под конкретных заказ с учетом индивидуальных особенностей РУ 6-35кВ.