La protección de arco es un tipo especial de protección de alta velocidad contra cortocircuitos , basada en el registro del espectro de luz de un arco eléctrico abierto.
Un peligro significativo para aparamenta completa ( KRU ) con una tensión de 6-10 kV está representado por cortocircuitos internos (SC), acompañados de un arco eléctrico (ED). La temperatura del arco eléctrico puede alcanzar valores del orden de 7000 ... 12000 °C en menos de un período de frecuencia industrial.
El arco eléctrico actúa sobre los elementos estructurales de la aparamenta, provocando daños de diversa gravedad, y en ausencia de medidas adecuadas y oportunas para eliminarlo, conduce inevitablemente a su destrucción. Los experimentos llevados a cabo en el Centro de Investigación para Pruebas de Equipos de Alto Voltaje (NITs VVA) muestran que un arco eléctrico abierto en los compartimientos de los interruptores aislados provoca daños en el aislamiento (por regla general, estos son aisladores de casquillo). El grado de daño depende del tipo de material aislante, la magnitud de la corriente de cortocircuito y la duración de su flujo.
La protección de barras colectoras de arco (DuZSh) o protección contra fallas de arco (ZDZ) se utiliza para proteger barras colectoras y elementos de barras colectoras de celdas de 6-10 kV ubicadas en compartimientos cerrados (KRU o KRUN). El trabajo de protección se basa principalmente en el principio físico. Puede reaccionar a dos factores: un destello de luz en los compartimentos de la aparamenta y al impacto mecánico del arco. En este sentido, solo se puede usar en aparamenta, donde todas las partes que conducen corriente están ubicadas en compartimentos cerrados.
Para aumentar la presión de aire en el compartimiento limitado de la celda de la celda, el tipo de válvula ZDZ reacciona. En este tipo de válvula de control remoto, se utilizan válvulas de descarga especiales con interruptores de límite montados en el tablero como sensor que responde a un aumento en la presión del aire.
Es un sistema de mangueras, válvulas de contrapresión y un interruptor de membrana. Se conecta una manguera a cada compartimento protegido de la celda, las mangueras se combinan a través de válvulas de contrapresión, la sección combinada se conecta a un interruptor de membrana que responde a las ondas de presión creadas por un arco eléctrico. [una]
Un ZDZ de tipo fototiristor reacciona a un destello de luz de un arco eléctrico. Se utiliza un fototiristor como sensor que reacciona a un destello de luz de un arco eléctrico.
Al igual que el ZDZ de tipo fototiristor, este tipo de ZDZ responde a un destello de luz de un arco eléctrico. Se utiliza un sensor de fibra óptica (FOS) como sensor que responde a un destello de luz de un arco eléctrico. Se utilizan dos tipos de VOD:
Los WOD se colocan uno a uno en cada compartimento de la celda KRU:
También hay opciones económicas para colocar la OMC: por ejemplo, un WOD se puede colocar simultáneamente tanto en los compartimentos de barras colectoras como en los compartimentos de elementos extraíbles en varias celdas de una sección. En el caso de un cortocircuito de arco, cada FOS detecta un destello de luz de un arco eléctrico y genera una señal de "Disparador", que se transmite a través de la línea de fibra óptica al terminal MP de la ZDZ. A su vez, el terminal MP de la ZDZ, con base en las señales de “Operación” del FOS, genera comandos para apagar los interruptores correspondientes con el fin de eliminar el cortocircuito del arco.
Para evitar el funcionamiento incorrecto del RCPS, se proporciona control de corriente: el terminal MP del RCPS emite una señal de apagado solo si hay 2 factores:
En presencia de solo la señal de "Operación" del VOD sin la señal "Iniciar MTZ", los interruptores automáticos no se desconectan del SRZ y el terminal MP del SRZ genera la señal "Falla del VOD".
Construcción de protección de arco opto-eléctricoLa protección del arco optoeléctrico según el tipo de sensores utilizados se puede dividir en dos grupos: con fotosensores semiconductores y con sensores de fibra óptica . El tipo de sensor determina no solo los algoritmos de procesamiento de la información, sino también la ejecución de las protecciones, que pueden clasificarse en individuales y centralizadas.
La protección centralizada , por regla general, está diseñada para proteger una sección o un grupo de celdas y no proporciona detección selectiva de una zona dañada. Los sensores ópticos, como los fotodispositivos semiconductores, se conectan en paralelo y el FOS se conecta en forma de bucle.
Un diseño de protección individual le permite actuar sobre el interruptor automático de una celda dañada, asegurar la selectividad de la acción de protección e identificar la zona dañada.
Construcción de protección de arco opto-eléctrico (OEDS)La protección de arco de la aparamenta debe construirse teniendo en cuenta sus características de diseño y los tipos de dispositivos de conmutación. Para ello, es necesario destacar como elementos especiales de la aparamenta, que incluyen las celdas del seccionador de entrada, la celda del seccionador, las zonas especiales (compartimentos) de las celdas de la aparamenta: el compartimiento del puente de barras, los compartimientos de interruptores automáticos de alto voltaje, el transformador de voltaje, etc. Tal división de la aparamenta en zonas permitirá realizar las acciones de manera más óptima en los dispositivos de conmutación con la minimización de los volúmenes dañados.
En caso de cortocircuito en elementos especiales, se requiere desconectar la sección sin demora, y en caso de cortocircuito en áreas especiales, por ejemplo, en los compartimentos de los transformadores de corriente de medida, terminaciones de cables y bushings, es posible desconectar solo la celda dañada, por ejemplo, cuando se usan interruptores automáticos de vacío.
La quema del arco en la celda del interruptor introductorio requiere el impacto en el apagado no solo del interruptor seccional, sino también del interruptor del lado de alta tensión del transformador de potencia. El daño al interruptor seccional requiere la desconexión de los interruptores de entrada. En vista de lo anterior, la protección debe permitir la detección selectiva de cortocircuitos de arco en las celdas y sus compartimentos.
También existe otro enfoque para la construcción de la protección de arco de la aparamenta, según el cual cualquier cortocircuito en la aparamenta debe ser desconectado por el interruptor introductorio, lo que conduce a la "redención" de la sección. Este enfoque simplifica la implementación de la protección y permite la combinación de sensores, por ejemplo, hace posible hacer un sensor optoeléctrico como uno solo, lo que ocurre cuando se utiliza una línea de comunicación de fibra óptica conectada en un "bucle". Al implementar la protección según la primera opción, es posible combinar el OEPD y dispositivos que actúan sobre los mismos interruptores.
Los tipos anteriores de relés de protección (relés de protección de tipo válvula y membrana, protección de relé con un interruptor de membrana, protección de relé de tipo fototiristor y fibra óptica) pertenecen a la clase de registradores (sensores) de falla de arco.
El sistema de protección de arco de barras que utiliza tales registradores depende de dispositivos de protección de relés que proporcionan control de corriente y relés intermedios que actúan para disparar el interruptor automático de alta tensión. La velocidad total de tales sistemas, por regla general, es de 30 ms o más.
La protección de relé independiente distribuida elimina la necesidad de utilizar dispositivos de arranque de corriente de terceros y relés intermedios, lo que aumenta significativamente la confiabilidad del sistema y aumenta considerablemente su velocidad.
La ZDZ independiente distribuida tiene las siguientes características principales:
Para aumentar la velocidad en los dispositivos modernos, se ha abandonado la transformada discreta de Fourier en favor de métodos más rápidos de operación del elemento de corriente (trabajo sobre valores instantáneos, análisis de la primera y segunda derivada de la corriente, etc.)
Cabe señalar que los requisitos y métodos de prueba para la resistencia al arco de los elementos del equipo de aparamenta, los requisitos para la velocidad y el tipo de protección contra el arco no están regulados en la actualidad. En las directivas existentes (Órdenes de RAO "UES de Rusia" con fecha 01.07.98 N 120 "Sobre medidas para mejorar la seguridad contra explosiones e incendios de las instalaciones de energía" y con fecha 29.03.2001 N 142 "Sobre medidas prioritarias para mejorar la confiabilidad de la trabajo de RAO "UES de Rusia") y documentos reglamentarios ("Reglas para la operación técnica de centrales eléctricas y redes, 15a edición, cláusula 5.4.19), solo existen requisitos para la necesidad de protección de alta velocidad contra cortocircuitos de arco dentro de los gabinetes de distribución.
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