Введение

В области распределения электроэнергии автоматические повторные выключатели (ACR) – это класс коммутационного оборудования, предназначенного для использования в воздушных сетях распределения электроэнергии с целью обнаружения и отключения временных повреждений. Также известные как повторники или автореклоузеры, ACR по сути являются выключателями с номинальными характеристиками, оснащенными встроенными датчиками тока и напряжения, а также релейной защитой, оптимизированными для использования в качестве защитного устройства. Коммерческие ACR регулируются стандартами IEC 62271-111/IEEE Std C37.60 и IEC 62271-200. Три основных класса максимального рабочего напряжения составляют 15,5 кВ, 27 кВ и 38 кВ. В воздушных сетях распределения электроэнергии до 80% повреждений являются временными, такими как удары молнии, импульсные перенапряжения или попадание посторонних предметов на открытые распределительные линии. Следовательно, эти временные повреждения могут быть устранены простым повторным включением. Повторные выключатели предназначены для работы в режиме кратковременного цикла "отключение-включение", при котором инженеры-электрики могут настроить количество и время попыток повторного включения перед переходом в режим блокировки. Количество попыток повторного включения ограничено стандартом для повторных выключателей и составляет не более четырех. При токе, в два раза превышающем номинальный, быстрая характеристика отключения повторного выключателя может вызвать отключение (выключение) всего за 1,5 цикла (или 30 миллисекунд). В течение этих 1,5 цикла другие отдельные цепи могут испытывать кратковременное снижение напряжения или его провалы, пока поврежденная цепь не отключится для прекращения тока повреждения. Автоматическое повторное включение выключателя после его отключения и удержания в отключенном состоянии в течение короткого периода времени, обычно от 1 до 5 секунд, является стандартной процедурой. Повторные выключатели часто используются в качестве ключевого компонента интеллектуальной сети, поскольку это, по сути, коммутационное оборудование с компьютерным управлением, которым можно дистанционно управлять и опрашивать с помощью SCADA или других средств связи. Возможности опроса и дистанционного управления позволяют коммунальным предприятиям собирать данные о производительности сети и разрабатывать схемы автоматизации для восстановления электроснабжения. Схемы автоматизации могут быть распределенными (выполняемыми на уровне удаленного повторного выключателя) или централизованными (команды включения и отключения, выдаваемые центральной диспетчерской коммунального предприятия для выполнения дистанционно управляемыми ACR).

Описание

Автоматические повторные выключатели (автореклоузеры) выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении, с использованием масляных, вакуумных или SF6 выключателей. Системы управления автореклоузерами варьируются от оригинальных электромеханических до цифровой электроники с функциями измерения и SCADA. Номинальные характеристики автореклоузеров составляют от 2,4 до 38 кВ для токов нагрузки от 10 до 1200 А и токов короткого замыкания от 1 до 16 кА. В трехфазной цепи автореклоузер предпочтительнее трех отдельных предохранительных выключателей-разъединителей. Например, при преобразовании с соединения «звезда» на «треугольник», когда выключатели-разъединители используются на стороне «звезды», и только 1 из 3 предохранителей выключателя-разъединителя срабатывает, у некоторых потребителей на стороне «треугольника» возникает пониженное напряжение из-за передачи напряжения через обмотки трансформатора. Пониженное напряжение может привести к серьезному повреждению электронного оборудования. Однако при использовании автореклоузера все три фазы отключаются, что устраняет эту проблему.

История

Реклоузеры были изобретены в середине 1900-х годов в США, а первые реклоузеры были представлены корпорацией Kyle в начале 1940-х годов. Изначально реклоузеры представляли собой гидравлические устройства, заполненные маслом, с примитивными механическими возможностями релейной защиты. Современные автоматические повторные выключатели значительно превосходят оригинальные гидравлические устройства. Появление полупроводниковых электронных реле защиты в 1980-х годах повысило сложность реклоузеров, что позволило им по-разному реагировать на различные нештатные ситуации или повреждения в электрической сети распределения. Высоковольтная изоляция и коммутационные аппараты в современных реклоузерах обычно состоят из твердой диэлектрической изоляции с вакуумными выключателями для разрыва цепи и гашения дуги.

Защита при неисправности

Для предотвращения повреждений сети электрораспределения, каждая подстанция в сети защищена автоматическими выключателями или предохранителями, которые отключают электропитание при коротком замыкании. Эти средства защиты создают значительные трудности при быстром восстановлении электроснабжения после кратковременных перебоев, поскольку ремонтным бригадам необходимо вручную включать автоматические выключатели или заменять предохранители. В качестве альтернативы, повторные автоматические выключатели (реклоузеры) программируются на автоматический удаленный повторный ввод в работу после короткого замыкания и обеспечивают более гибкий подход к восстановлению электроснабжения, что повышает надежность электроснабжения. Использование реклоузеров при временных неисправностях, например, при падении ветки дерева на линию электропередач во время шторма, которая быстро исчезает, когда ветка падает на землю, позволяет удаленно восстановить электроснабжение.

Удаленное восстановление

При удаленном управлении коммутационные аппараты повторного включения могут значительно снизить операционные расходы, поскольку они уменьшают необходимость выезда бригад на место для восстановления устройств, перешедших в состояние блокировки.

Отделение

Резащитные устройства также могут решать проблемы, возникающие при повреждениях в сети распределения электроэнергии, разделяя сеть на более мелкие участки, возможно, в каждой точке ответвления в распределительной сети. Эти устройства обрабатывают значительно меньшую мощность, чем выключатели на питающих подстанциях, и могут быть настроены на срабатывание при гораздо более низких уровнях мощности. В результате, единичное событие в сети приведет к отключению только того участка, который обслуживается одним резащитным устройством, задолго до того, как питающая подстанция обнаружит проблему и отключит электроэнергию.

Реконфигурация и разрешение потока нагрузки

Автоматические повторные выключатели могут решать проблемы с потоками нагрузки путем переконфигурации электрической сети распределения.

Типичные условия неисправности и принципы перекрытия

Основная философия повторного включения заключается в активном анализе типов коротких замыканий и обеспечении эффективного реагирования, основанного на вероятностях обнаруженного типа короткого замыкания. Токи короткого замыкания измеряются трансформаторами тока.

Молния

Основной тип повреждения в воздушной распределительной сети – удар молнии. Молниевые импульсы повышают напряжение, что может привести к локальному пробою изоляции и возникновению дуги на изоляторах. Автоматические повторные включения (АПВ) могут обнаружить это как перегрузку по току или замыкание на землю (в зависимости от асимметрии повреждения). Молниевые импульсы проходят очень быстро (уменьшаются за 50 мс), поэтому первое повторное включение может быть настроено на быстрое отключение и последующее включение. Это первое повторное включение позволяет прервать дугу, вызванную молнией, и быстро восстановить электроснабжение.

Контакт с растительностью или отказ оборудования

Если после первого быстрого повторного включения автоматический выключатель-повторного включения замыкается на короткое замыкание, вероятно, это короткое замыкание вторичного класса, контакт с растительностью или отказ оборудования. Ток перегрузки по фазам указывает на короткое замыкание между линиями, что может быть подтверждено защитой от перегрузки по фазам с отрицательной последовательностью, в то время как замыкание на землю может указывать на короткое замыкание между линией и землей или между двумя линиями и землей. Автоматические выключатели-повторного включения могут затем применять политику перегорания предохранителей, оставаясь замкнутыми в течение короткого периода времени, чтобы предохранители на ответвлениях успели перегореть и изолировать короткое замыкание. Если короткое замыкание не устранено, автоматический выключатель-повторного включения снова отключится. Эта же политика может быть использована для подачи энергии в место короткого замыкания, чтобы "сжечь" его, устранив с линии. Это может быть пересечение ветвей между несколькими линиями или контакт с животными (птицами, змеями и т.д.) с проводниками.

Чувствительный земной разлом / Чувствительный земной разлом

Чувствительная защита от замыканий на землю в повторных замыкателях обычно настраивается на мгновенную блокировку. Обнаружение небольших токов утечки (менее 1 ампера) на линии среднего напряжения может указывать на пробой изолятора, обрыв кабеля или касание линий деревьев. Повторное замыкание в данном случае нецелесообразно, и общепринятая практика в отрасли – не выполнять повторное замыкание при чувствительном обнаружении замыкания на землю. Повторные замыкатели с чувствительной защитой от замыканий на землю, способные обнаруживать токи 500 мА и ниже, используются для снижения риска возникновения пожаров, поскольку они обеспечивают снижение вероятности возгорания на 80%. Однако, в этом применении они не должны использоваться как повторные замыкатели, а только как одноразовые распределительные выключатели, позволяющие с высокой чувствительностью подтвердить наличие этих неисправностей.

Пожарная безопасность и лесные пожары

Риск возникновения пожара является неотъемлемым риском воздушной распределительной сети. Независимо от выбора коммутационного оборудования для защиты распределения, риск пожара всегда выше для воздушных линий, чем для подземных кабельных линий.