В этом материале мы рассмотрим, зачем нужны индикаторы тока короткого замыканиям, по какому принципу они работают и как их применение помогает энергетикам экономить деньги и время!
Сегодня в энергетике России наблюдается явный дисбаланс финансирования и обслуживания распределительных сетей различных уровней мощности. Источники генерации электроэнергии, а также распределительные сети высокого класса мощности имеют приоритет в субсидировании.
Электрические сети среднего класса напряжений (мощностью 6 – 35 кВ) наиболее изношены, оборудование и линии электропередач порой насчитывают десятки лет. В таких условиях значительно возрастает число аварий ЛЭП, обусловленных влиянием неблагоприятных условий окружающей среды. Наибольшее число обрывов случается во время обледенения. Упавшие ветки деревьев способны запутать провода, вызвав короткое замыкание. Пробои изоляторов и другие причины коротких замыканий очень усложняют работу инженеров и монтёров, обслуживающих эти линии.
Чаще всего приборы для мониторинга линий электропередач отсутствуют, и место возникновения замыкания приходится определять визуально, что отнимает много времени и ведёт к длительному отключению электроснабжения. В связи с этим возникает необходимость в применении специального оборудования, способного определить обрыв и замыкание на линии, а также указать место аварии.
Индикаторы короткого замыкания: с помощью чего искать повреждения воздушных линий в России
Рост количества погодных аномалий и ограниченное финансирование заставляют расширять использование современного оборудования. Рассмотрим доступные в России востребованные устройства: индикаторы короткого замыкания (ИКЗ) для воздушных линий электропередачи.
Устройства для индикации повреждений воздушной линии могут иметь разную конструкцию, но все они выполняют одну основную задачу — экономят деньги и время, о чем мы рассказывали ранее. В случае аварии на линии приходится проводить обход с визуальной инспекцией проводов, причем обычно в условиях плохих дорог и атмосферных осадков. Индикаторы коротких замыканий (ИКЗ) облегчают эту работу. На российском рынке присутствуют ИКЗ ведущих международных компаний, а также отечественных производителей. У каждого бренда свои особенности, которые могут быть полезны в разных условиях.
Некоторые бренды на рынке России
Немецкая компания Horstmann GmbH является одним из лидеров в разработке комплексных систем для индикации повреждений воздушных линий. Бренд производит все основные типы ИКЗ для разной силы тока, включая визуальные индикаторы, крепящиеся на проводах, а также системы дистанционного мониторинга.
«АНТРАКС». Это российская научно-производственная компания полного цикла с более чем 20-летним опытом работы. Крупнейший отечественный поставщик ИКЗ. У компании есть патентованная технология обнаружения повреждений ЛЭП. «Антракс» выпускает все основные типы ИКЗ, которые, в том числе, продаются за рубежом.
Amast Power Lines — российская инжиниринговая компания, в линейке продукции которой есть современный ИКЗ. У компании большая доля рынка благодаря поставке решений «под ключ».
Российская занимает заметную долю отечественного рынка ИКЗ и является одним из старейших игроков. Компания производит современные индикаторы, которые могут интегрироваться в геоинформационные системы управления энергосетями.
Норвежская компания Nortroll является одним из старейших европейских производителей оборудования для энергетики. У Nortroll есть линейка ИКЗ — это современные программируемые устройства с расширенным функционалом.
Конструкторское бюро «АСТРОН» известно в России разработками тепловизоров для военного и гражданского применения. Также компания в 2008 г. разработала первый собственный ИКЗ, адаптированный для российских воздушных линий электропередачи.
Базовые ИКЗ для установки на проводах
Наиболее доступные и простые в установке индикаторы, которые можно видеть во время инспекции линии электропередачи. Представляют собой небольшой прибор, который крепится на проводе или другом элементе линии, и сообщает о коротком замыкании с помощью цветового или светового сигнала.
В списке решений от Horstmann есть простейшие ИКЗ, которые можно монтировать на провода и токопроводящие шины. Роторный ИКЗ оснащен пружиной, которая при протекании тока короткого замыкания передвигает флажок индикатора, выкрашенный с одной стороны в яркий цвет. Порог срабатывания от 150 А.
Horstmann Rotor System в положении срабатывания от КЗ
Преимуществом такого ИКЗ является надежность, но после срабатывания его необходимо снова взвести вручную. Жидкостный ИКЗ лишен этого недостатка, так как индикатор окрашивается под действием магнитного поля КЗ и снова становится прозрачным через несколько часов после устранения проблемы.
Horstmann Fluid System в режиме ожидания (слева) и в положении срабатывания
У есть линейка ИКЗ, которые монтируются на провода, а также небольшое семейство устройств для монтажа на опорах ЛЭП. В отличие от жидкостных и роторных ИКЗ от Horstmann, простейший ИКЗ-В31 от «Антракс» оснащен светодиодами, которые в дневное время видны с расстояния до 100 м невооруженным глазом (без бинокля). При этом разные алгоритмы мигания светодиодов позволяют издалека определить тип повреждения ЛЭП. Питание осуществляется от литиевого аккумулятора со сроком службы 10 лет в режиме ожидания.
ИКЗ-В31 для сетей 6-35 кВ
У ИКЗ-В31 порог срабатывания ниже, чем у роторных и жидкостных ИКЗ Horstmann, но при этом конструкция последних намного проще, а значит, потенциально надежнее и долговечнее.
ИКЗ «Антракс» для столбов имеет более простую конструкцию крепления и набор светоотражающих флажков, которые ночью хорошо видны в свете фонаря.
ИКЗ «Антракс» для монтажа на столб
У простейшего ИКЗ из этой линейки, ИКЗ-В1, механическая индикация и надежная конструкция с емкостным питанием от сети. В нем нет аккумулятора и каких-либо устройств беспроводной связи.
Простейшее решение Nortroll — индикатор Line Troll 110Eμ, который может определять междуфазное короткое замыкание и однофазное замыкание на землю.
Line Troll 110Eμ для сетей 6—69кВ
Особенностью индикатора является наличие микропереключателей, которые позволяют программировать параметры срабатывания. ИКЗ может регистрировать непостоянные замыкания, сообщая об этом миганием индикатора зеленого цвета в течение 24 часов.
Возвращение ИКЗ в режим ожидания автоматическое: по времени или после нормальной подачи тока в сеть. Время жизни литиевой батареи 9-10 лет.
Line Troll 110Eμ можно применять на линиях с заземленной нейтралью. Он не подходит для линий с многосторонним питанием и кольцевых линий.
Принцип монтажа индикаторов на разных ВЛ
Как часто нужно вешать индикаторы короткого замыкания и на каком расстоянии друг от друга? Жестких правил и ограничений тут нет.
Рекомендация производителей – каждые 1,5-2км на прямолинейных участках.
Есть еще одна особенность для магистральных ВЛ, которую нужно учитывать.
Очень часто линия сначала идет вдоль накатанной дороги, а затем резко уходит в сторону от нее. Так вот, чтобы при осмотре не объезжать данный “закуток” и не терять драгоценное время, устанавливаете один ИКЗ до поворота ВЛ, а другой на выходе ЛЭП опять к дороге.
При отыскании КЗ и сработке обоих индикаторов вы будете точно знать, что осматривать этот “хвост” не нужно.
То же самое касается и мест перехода ВЛ в кабельную линию (при пересечение с железной дорогой, другой ВЛ или проезжей частью).
Один ИКЗ ставится на входе КЛ, другой на выходе.
Если сработал первый и не сработал второй, то повреждение произошло в самом кабеле. Вызывайте лабораторию, прожигайте и ищите именно в нем, воздушная линия не виновата.
По поводу отпаек. На каждой отпайке монтируется как правило три комплекта. На магистральной ВЛ 2шт (перед и после отпайки) и один комплект в первом отпаечном пролете.
Вы должны четко понимать куда ушел ток короткого замыкания.
Продвинутые ИКЗ с возможностью подключения к сетям мониторинга
Наиболее совершенными ИКЗ для проводов у Horstmann является линейка индикаторов Navigator. Этот индикатор сигнализирует о неисправности с помощью светодиодов, хорошо заметных издалека, особенно в темное время суток.
Horstmann Navigator-LM (A) для воздушных линий
Как и другие ИКЗ, Navigator можно крепить на провод с помощью специальной штанги без отключения напряжения. При этом крепление ИКЗ достаточно надежное, чтобы выдержать ветер до 200 км/ч. Отличительная особенность индикаторов – это возможность использования на линиях до 220 кВ (Smart Navigator 2.0 HV).
Индикатор может хранить данные о нагрузке на линии за последние 72 часа, что снижает риск ложного срабатывания в сетях, где есть сильные колебания нагрузок. Автоматический сброс аварийной индикации можно настроить в широком диапазоне от 4 часов до недели. Индикаторы Navigator с приставкой Smart в названии могут быть частью дистанционной системы мониторинга с передачей данных через сети GSM.
ИКЗ «Антракс» для монтажа на провод
У ИКЗ с индексом «Л» могут применяться для удаленного обнаружения коротких замыканий. Например, индикатор ИКЗ-В34Л может связываться с терминалом выездной бригады по прямому Bluetooth-каналу на небольшом расстоянии или с удаленным центром управления энергосистемой через GSM.
Конструкторское бюро «АСТРОН» предлагает индикатор АСТРОН-8080 УХЛ1 для линий 6—35 кВ. Он обнаруживает междуфазные короткие замыканиях, измеряя электромагнитную индукцию при скачках силы тока в поврежденных фазах.
АСТРОН-8080 УХЛ1
Особенностью индикатора является его способность регистрировать низкие токи от 4 А, что актуально в российских сетях. ИКЗ имеет очень прочный поликарбонатный корпус, устойчивый к ультрафиолету. АСТРОН-8080 оснащен яркими светодиодами для индикации, а также модулями GPS и GSM. Последние позволяют интегрировать индикаторы в обширную сеть мониторинга. В случае срабатывания, оператор немедленно получает SMS с координатами места события. Также данные могут отправляться на компьютер центра управления сетью. Срок службы аккумулятора 7 лет в режиме ожидания, общий срок службы прибора 15 лет.
В линейке продукции Nortroll есть индикатор LineTroll r400D для монтажа на опору ЛЭП с напряжением 6—69 кВ. Он способен обнаружить однофазное замыкание на землю в диапазоне 0,5—60 А. Низкий порог срабатывания зачастую особенно полезен в российских условиях. Также индикатор способен определять междуфазное короткое замыкание 50—1000 А. Светодиодная индикация может отображать устойчивые и неустойчивые повреждения линии, причем специальные линзы могут направлять свет в нужную сторону. Срок службы аккумулятора 8 лет в режиме ожидания.
LineTroll r400D
LineTroll r400D — умное устройство с модулями GPS и GSM, а также возможностью настройки с близкого расстояния через радиоканал 2,4 ГГц. ИКЗ имеет счетчик неисправностей, может подключаться дистанционно к пульту управления, настраиваться через SMS с мобильного телефона.
Сброс индикации
После того как срабатывание произошло, есть несколько способов снять индикацию. Во-первых, вручную – при помощи штанги и магнита.
Прикасаетесь магнитом к одной из сторон корпуса и предыдущее состояние ИКЗ сбрасывается.
Этим же магнитом умные ИКЗ (рассмотрим их далее) прописываются в блоке сбора данных. Только время приложения магнита к корпусу здесь должно составлять порядка 10 секунд, пока внутри не моргнет желтый светодиод.
Заметьте, что для принудительного срабатывания вручную, магнит нужно приложить к одной стороне, а для сброса – к другой!
Второй способ сброса — автоматический, по времени. Он рассчитан на 2,4,8 или 24ч (4 часа стандарт, остальные по заказу).
Третий – при восстановлении номинального напряжения в линии или номинального тока.
В отдельных моделях после АПВ загораются желтые светодиоды.
В этом случае через минуту после успешного автоматического повторного включения прибор анализирует ток.
Если он в норме, красные светодиоды тухнут, а желтые начинают моргать в течение 4 часов. Пройдя после этого по линии вы сможете определить, где было самоустранившееся КЗ.
При устойчивом замыкании оба светодиода будут светиться до сброса.
Комплексные решения для мониторинга ИКЗ
У есть только один ИКЗ — светодиодный индикатор повреждения воздушной линии (ИПВЛ). Этот прибор имеет ряд особенностей: корпус из нержавеющей стали, выдерживающий падение с высоты 10м. Аккумулятор имеет увеличенный срок службы до 8 лет в режиме ожидания. Диапазон срабатывания от 100 А до 650 А с шагом 10 А. Индикатор способен различать короткое замыкание или однофазное замыкание на землю на линиях 6-35 кВ.
ИПВЛ имеет радиопередатчик 433 МГц для связи с пультом управления на расстоянии до 25 м, а также GSM-модуль. Индикатор может интегрироваться в геоинформационную систему ОМП ВЛ, используя трансмиттеры с питанием от солнечных панелей.
ИПВЛ от «Релематика»
ИПВЛ регистрирует неисправность, трансмиттер ретранслирует показания индикатора через сеть GSM в центр управления, где место и характер неисправности отображается на цифровой карте. Одновременно производится рассылка SMS и электронных писем персоналу. Наличие комплексного решения является преимуществом, когда предприятие намерено развернуть масштабную сеть мониторинга.
У Amast Power Lines всего один индикатор APL-ИКЗ для линий 6—35 кВ, но с помощью специального программного обеспечения параметры работы ИКЗ могут настраиваться в широких пределах. Индикатор может обнаруживать трехфазные, двухфазные замыкания, а также однофазные замыкания на землю с малыми токами от 0,5 А.
Настройка APL-ИКЗ требует квалификации, но при этом индикаторы могут выступать в роли датчиков масштабной системы мониторинга воздушных линий электропередачи. Разработчик предлагает комплексное решение: опоры ЛЭП с установленными ИКЗ и телеметрическими приборами для автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии.
APL-ИКЗ
Помимо дистанционного мониторинга, APL-ИКЗ может обеспечить прогнозирование неисправностей с помощью машинного анализа данных, собранных за год-два измерений на линии электропередачи.
ИКЗ Led + роторный механизм
Другой тип индикатора – Navigator Led+Flag.
Он опять же без функции передачи данных.
Технические характеристики
Помимо вышеперечисленных элементов конструкции у него в нижней полусфере расположен поворотный флажок. LED индикация также имеется в наличии.
Сброс светодиодов запрограммирован на 4 часа, в то время как флажок может восстанавливать первоначальное положение значительно дольше – 1,2 или 7 дней.
Срабатывание происходит по время-токовой характеристике в зависимости от модели:
- 100А/200мс
- 100А/100мс
- 200А/100мс
- 50А/100мс
Такие штуки нужно ставить в труднодоступных точках, где попадание к месту повреждения занимает более суток, а электроснабжение объекта переводится на резервную ВЛ.
Главное преимущество этой модели – экономия работы аккумуляторной батареи. Флажок повернулся – лампочки через 4 часа потухли.
Добрались к опоре на 2-й или 3-й день и узнали всю информацию.
Как выбрать наиболее подходящее решение
Технические характеристики современных ИКЗ схожи, приборы известных брендов имеют хорошее качество сборки и техподдержку. Все используют изолированные магнитные датчики для обнаружения замыканий и могут монтироваться на провода под напряжением.
Выбор необходимо делать, исходя из локальных условий, цены и последующих планов расширения системы мониторинга в сторону более эффективных дистанционных комплексных решений.
В частности, в России у большинства воздушных линий электропередачи от 6 кВ до 35 кВ изолирована нейтраль. В итоге у таких линий ниже токи однофазного короткого замыкания на землю. За рубежом токи выше, так как нейтраль заземлена. ИКЗ российского производства учитывают эту особенность и могут быть более эффективны в обнаружении таких часто встречающихся замыканий.
Простые ИКЗ решают большинство задач, но в ряде случаев более целесообразно приобрести продвинутые ИКЗ с дополнительными функциями. Такие индикаторы могут подключаться к дистанционной системе мониторинга и сводить к минимуму время работы выездной бригады, так как место аварии будет точно известно. Также подобные ИКЗ способны регистрировать неустойчивые отказы, например, связанные с ростом напряжения между фазой и землей из-за замыкания на землю. В случае протяженных ЛЭП в труднопроходимой местности продвинутые ИКЗ с подключением к дистанционному мониторингу — наилучший выбор.
При выборе в пользу простых в монтаже и обслуживании индикаторов для опор ЛЭП следует иметь в виду, что есть ряд ограничений по месту установки таких индикаторов. Так, подобные индикаторы нельзя монтировать рядом с параллельной линией, на опорах, где заземление проходит между фазными проводами и индикатором.
Где устанавливать ИКЗ?
Общий принцип расстановки ИКЗ представлен на следующем рисунке.
У нас есть главная питающая подстанция, магистральная линия 6-10кв от нее и отпайки к отдельным КТП.
Согласно этой схемы в зонах балансового разграничения или в контрольных точках магистрального фидера монтируются умные индикаторы с функцией передачи данных.
Они более дорогие и соответственно вешать их по всей ВЛ вовсе не обязательно. Зная конечную точку сработки, диспетчер отправляет бригаду не по всей линии с самого начала, а именно к этому месту.
Далее, ориентируясь по простым ИКЗ (не “умным”), монтеры определяют в какую сторону им ехать и какую отпайку осматривать.
Если у вас простая ВЛ без отпаек, то выставляете индикаторы в ряд с определенной частотой. Все зависит от протяженности.
