Быстрое обнаружение повреждения в сетях электроснабжения является одной из важных задач по обеспечению бесперебойности потребителей электроэнергией. С целью обеспечения повышенной надежности систем электроснабжения по воздушным и кабельным линиям электропередачи (ВЛ и КЛ) их выполняют с изолированной нейтралью. Тогда замыкание одной из фаз на землю (наиболее частый вид повреждения) не приводит к появлению больших токов короткого замыкания (КЗ) и допускается в течение нескольких часов.

Длительность определения мест повреждения (ОМП) составляет примерно ¾ общего времени ликвидации повреждения линий электропередачи.

Технические средства ОМП, применяемые на КЛ и ВЛ, по принципу действия подразделяются на дистанционные и топографические.

Дистанционные позволяют указывать предполагаемое расстояние до места КЗ от шин подстанции.

Топографические позволяют определять направление к месту повреждения, осуществлять поиск поврежденной опоры или непосредственно места повреждения. На КЛ топографические средства позволяют находить трассу КЛ и выделять поврежденный кабель из пучка кабелей.

В кабельных и воздушных сетях 6-35 кВ эксплуатируются разнообразные устройства неселективной и селективной сигнализации замыкания на землю (ЗНЗ). Имеются токовые и направленные устройства, которые реагируют на установившиеся или переходные процессы на промышленной частоте или частоте высших гармоник.

Комплекс аппаратуры для ОМП на КЛ включает прожигательную и испытательную установки, разнообразный набор дистанционных и топографических средств и методов ОМП включая, локационные искатели, аппаратуру для метода колебательного разряда и петлевого метода.

В универсальных кабелеискателях используются различные варианты индукционного, акустического и контактного методов.

Для ОМП на ВЛ используется фиксация токов и напряжения обратной последовательности (приборы типов ФПТ и ФПН), а также фиксация сопротивления (приборы типов ФМК-10 и ФИС).

Комплект топографических средств ОМП на ВЛ содержит указатели поврежденного участка типов УПУ-1 или УКЗ, а также указатели ЗНЗ: токовые типов «Поиск-1» и «Волна», направленные типа «Зонд».

С учетом особенностей конфигурации распределительных сетей 6—35 кВ особую актуальность имеет организация комплексного использования дистанционных и топографических средств и методов ОМП, а также телепередача показаний приборов на опорную подстанцию или на диспетчерский пункт предприятия электрических сетей (ПЭС) или района электри­ческих сетей (РЭС).

Технико-экономическая эффективность средств и методов ОМП в сетях 6—35 кВ с малым током замыкания на землю. Эксплуатация КЛ без Средств ОМП практически невозможна, а эксплуатация ВЛ при сокращении удельной численности эксплуатационного персонала весьма затруднительна.

Комплекс технических средств и методов ОМП в распреде­лительных сетях постоянно совершенствуется, в частности, за счет Использования достижений микроэлектроники и микропро­цессорной техники. Для практического  использования  новых разработок требуется подготовка квалифицированных электро­монтеров, занятых монтажом, наладкой и эксплуатацией средств ОМП.

Глава I

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СЕТЯХ С МАЛЫМ ТОКОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

§ 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

С изолированной или с компенсированной нейтралью в России работают сети 6, 10, 20 и 35 кВ, их протяженность превышает 2 млн. км. По данным многолетних наблюдений ус­тановлено, что наиболее частым видом повреждений в сетях с изолированной нейтралью является замыкание одной фазы на землю. Эти замыкания возникают вследствие пробоя изоля­ции КЛ, перекрытия изоляции или обрыва провода ВЛ. Если в сетях с заземленной нейтралью подобное замыкание вызывает протекание токов КЗ и быстрое отключение поврежденной линии от устройств релейной защиты, то в сетях, не имеющих глухого заземления нейтралей, работоспособность питающих трансформаторов, линий и потребителей не нарушается и режим работы с ЗНЗ допускается в течение относительно длительного интервала времени (до 2 ч и более). Предусматрива­ется аварийно-предупредительная сигнализация ЗНЗ. Работа в режиме ЗНЗ одной из фаз является весьма нежелательной и опасной. Во-первых, в режиме ЗНЗ одной из фаз рабочее на­пряжение двух других фаз относительно земли повышается в Ö3 раза, что увеличивает вероятность перекрытия изоляции других фаз.

Во-вторых, при неустойчивом горении дуги в месте ЗНЗ возникают и распространяются по сети перенапряжения, кото­рые еще больше повышают вероятность повреждения изоляции неповрежденных фаз.

В-третьих, в месте ЗНЗ появляется опасность поражения людей и животных шаговым напряжением.

В ряде случаев грунт в месте установки опоры с поврежден­ной изоляцией под действием тока ЗНЗ подсыхает. Переход­ное сопротивление растет, значение тока уменьшается и ЗНЗ как бы «исчезает». Это чревато опасностью поражения людей высоким напряжением в случае прикосновения к опоре с по­врежденной изоляцией.

На ВЛ к неустойчивым повреждениям изоляции могут при­водить набросы различных предметов на провода. Известны случаи замыкания проводов полосками  тонкой алюминиевой фольги из демонтированных электрических конденсаторов. Иногда замыкания возникают 'Вследствие сближения фазных проводов с деревьями и кустарниками в ветреную погоду. С точ­ки зрения электробезопасности особенно опасны замыкания на землю при обрыве фазного провода на одной из опор или при­ближении сильно провисшего провода, находящегося под напря­жением, к поверхности земли.

Большинство ЗНЗ кабельных линий б—10 кВ являются не­устойчивыми. После первого кратковременного пробоя электри­ческая прочность изоляции обычно восстанавливается и ЗНЗ самоустраняется (цикл «пробой — восстановление»); Явления самоустранения ЗНЗ объясняются свойствами бумажно-масля­ной изоляции КЛ, а также условиями гашения электрической дуги в маслонаполненных силовых и измерительных трансфор­маторах.

Во многих случаях после первого цикла «пробой — восста­новление» возникает еще несколько (до 10 и более) циклов не­устойчивых замыканий и только потом ЗНЗ кабельных линий становится устойчивым. После первого цикла пробоя — восста­новления устойчивое замыкание возникает через несколько ча­сов, а в 40% случаев — через несколько суток. Таким образом, ясно, что повреждения КЛ развиваются постепенно.

Повреждения КЛ могут вызываться внутренними причина­ми, например старением изоляции и развитием дефектов в кабеле или муфтах, а могут быть обусловлены внешними факто­рами: нарушением целости оболочки КЛ вследствие коррозии от блуждающих токов или химического загрязнения почвы, случаями механических деформаций при прокладке кабеля. По­явление внешнего дефекта КЛ сопровождается вытеканием про­питочной массы и попаданием влаги. Распространенным де­фектом является обрыв жил КЛ при перемещениях и осадках грунта на трассе КЛ, а также при температурной деформации КЛ, проложенных по мостам и другим инженерным сооруже­ниям.

Длительность интервалов времени от момента возникнове­ния дефекта до устойчивого повреждения КЛ колеблется от долей секунды до многих месяцев. Электрическая прочность в месте развивающегося дефекта КЛ в большинстве случаев сни­жается постепенно. Поэтому в процессе монтажа и эксплуата­ции КЛ всех напряжений систематически проводят профилак­тические испытания, позволяющие выявлять места с ослаблен­ной изоляцией. Подобные испытания проводят и в воздушных сетях 6—10 кВ.

При испытаниях от передвижной установки к поочередно отключаемым от сети КЛ подводят повышенное выпрямлен­ное напряжение согласно «Норм испытаний электрооборудо­вания».

Освоена и более прогрессивная методика испытания, при которой испытательное выпрямленное напряжение подается не на каждую КЛ последовательно, а сразу на все сеть КЛ, причем без снятия рабочего напряжения и без отключения потребителей. Эта методика используется и для испытаний участков сети ВЛ 6-10 кВ. Постоянное испытательное напряжение поднимают до 16,3 кВ для ВЛ 6 кВ и до 20 кВ для ВЛ 10 кВ со скоростью 1-2 кВ/с и контролируют ток утечки. Испытания на радиальных КЛ проводят с учетом минимального ущерба для потребителей: в выходные дни или ночью, при подготовленных резервах ремонтных материалов, извещении персонала и развернутых средствах ОМП.

В этих случаях ущерб от пробоя изоляции минимален и во много раз меньше ущерба от внезапного аварийного пробоя изоляции КЛ или ВЛ в процессе эксплуатации. В большинстве случаев возникает ЗНЗ одной из фаз. Невелика степень разрушения изоляции в месте повреждения, так как мощность испытательной установки небольшая.

§ 4. ОБРЫВЫ ПРОВОДОВ ВЛ И КЛ

Обрывы фазных проводов являются весьма опасным видом повреждения. Они наблюдаются как на воздушных, так и на кабельных линиях в сетях с малым током замыкания на землю. Причиной обрывов проводов ВЛ являются дефекты монтажа, ветер, гололед и т.д. чаще всего обрывается один из трех фазных проводов. При обрыве симметрия токов нагрузки нарушается, возникают токи и напряжения обратной последовательности. Это приводит к длительному недопустимому нагреву двигателей, сохранивших достаточный вращающий момент. Часть двигателей останавливается, и длительное время остается включенной на две фазы, недопустимо нагревается и выходит из строя.

Оборвавшийся провод ВЛ падает на землю. При этом возникает три характерных режима:

При обрыве в середине пролета возникает замыкание с касанием упавших проводов земли, при этом ток нагрузки в поврежденной фазе протекает часть пути по земле, встречая увеличенное сопротивление (режим, как при ЗНЗ, дополнительно характеризуется появлением токов и напряжений обратной последовательности);

При обрыве около одной из опор ВЛ и касании земли упавшего провода со стороны источника возникает сложный вид повреждения, характеризующийся исчезновением тока нагрузки в поврежденной фазе, появлением токов и напряжений обратной последовательности, тормозятся  и останавливаются двигатели (нагрузки питается только по двум фазам, емкостный ток замыкания на землю течет от места замыкания на землю течет от места замыкания к питающей подстанции и растекается по сети);

При обрыве около одной из опор ВЛ и касании земли упавшего провода со стороны нагрузки также исчезает ток в поврежденной фазе, появляются токи и напряжения обратной последовательности, нагрузка питается по двум фазам, страдают двигатели; емкостной ток замыкания на землю течет не от места замыкания к питающей подстанции, а по поврежденной фазе сначала направляется к нагрузке, встречая на своем пути увеличение сопротивления, и только потом возвращается по неповрежденным фазам к месту повреждения и далее к питающей подстанции.

Причиной обрывов фазных проводов КЛ могут быть смещения грунта при оползнях, землетрясениях – так называемые «растяжки», нарушения правил землеройных работ в зоне трассы КЛ и другие причины.

Особенностью обрывов жил КЛ является возможность отсутствия, какого бы то ни было одно- или многофазного замыкания. Последствия обрыва типа «растяжки» проявляются в исчезновении тока нагрузки в поврежденных фазах, появлении токов и напряжений обратной последовательности.

При обрывах жил возможны повреждения изоляции и оболочки КЛ. В этом случае возникают те же три варианта замыкания на землю с обрывом фазы, что и для ВЛ:

ЗНЗ с протеканием тока нагрузки по земле в месте повреждения;

ЗНЗ с замыканием жилы на оболочку только со стороны питания;

ЗНЗ с замыканием жилы на оболочку только со стороны нагрузки.

Количество разновидностей повреждений с обрывами нескольких проводов фаз ВЛ или КЛ весьма велико. Сложные виды повреждений могут быть рассмотрены как комбинация различных повреждений одной, двух или трех фаз.