Защита от понижения и повышения напряжения (ANSI 27/59) — почему генератор или двигатель нужно защищать и от собственного напряжения на выводах

Руководство о защите от обратной мощности (ANSI 32) и руководство о направленной токовой защите (ANSI 67) описывают функции защиты, реагирующие на ток в точке измерения. Эта статья посвящена другой категории защиты, реагирующей непосредственно на напряжение: защита минимального напряжения (код ANSI 27) и защита максимального напряжения (код ANSI 59).

Почему защита по напряжению выполняет иную функцию, чем токовая защита

Токовая защита защищает от чрезмерного тока, обычно вызванного повреждением или перегрузкой где-то в сети. Защита по напряжению защищает от иного: напряжения на выводах, которое, без обязательного наличия сверхтока, выходит за пределы диапазона, в котором подключённое оборудование может работать безопасно и надёжно. Генератор, работающий параллельно с сетью, крупный двигатель или шинная система, питающая несколько чувствительных потребителей, может быть повреждён или непреднамеренно отключиться из-за провала или всплеска напряжения, даже если ток в этот момент остаётся в нормальных пределах.

Защита минимального напряжения (27): от чего она защищает

Устойчиво заниженное напряжение на выводах может вызвать несколько проблем:

• У двигателей момент при заданной нагрузке уменьшается пропорционально квадрату напряжения, из-за чего двигатель может застопориться (stall) при значительном понижении напряжения и затем потреблять резко возросший ток — см. также руководство о защите двигателей.
• У генератора устойчиво заниженное напряжение может указывать на проблему с возбуждением или на значительную нагрузку где-то в сети, снижающую напряжение.
• Длительное понижение напряжения может также указывать на (почти) потерянное подключение к сети, при котором напряжение проседает раньше, чем фактически пропадает ток.

Реле минимального напряжения (27) контролирует напряжение на выводах и отключает (или инициирует переключение на другой источник), как только напряжение остаётся ниже установленной уставки в течение установленной выдержки времени — обычно порядка 80-90% номинального напряжения, с выдержкой времени от нескольких секунд до примерно десяти секунд, в зависимости от применения.

Защита максимального напряжения (59): от чего она защищает

Устойчиво завышенное напряжение на выводах нагружает изоляцию подключённого оборудования сверх его расчётного значения и, в зависимости от причины, может указывать на:

• Неправильно настроенное или отказывающее регулирование напряжения генератора или регулировочного трансформатора с РПН (OLTC).
• Эффект Ферранти или внезапно пропавшую нагрузку на длинной, слабо нагруженной линии.
• Состояние феррорезонанса, см. руководство о феррорезонансе трансформатора напряжения, при котором напряжение может подниматься значительно выше нормальных значений.

Реле максимального напряжения (59) контролирует напряжение на выводах сверху и отключает, как только напряжение остаётся выше установленной уставки в течение установленного времени — обычно порядка 110-130% номинального напряжения. Для защиты максимального напряжения часто применяется двухступенчатая уставка: умеренное превышение с выдержкой времени в несколько секунд и экстремальное превышение с гораздо более коротким, почти мгновенным отключением для защиты изоляции оборудования от быстро нарастающего, потенциально опасного напряжения.

Почему здесь тоже нужна выдержка времени

Как и в случае защиты от обратной мощности (см. руководство об ANSI 32), реле напряжения не применяется мгновенно: кратковременный провал напряжения при пуске крупного двигателя или кратковременный всплеск напряжения при коммутации где-то в сети не должны сразу приводить к отключению. Выдержка времени настраивается так, чтобы различать такое безобидное, преходящее событие и действительно устойчивое понижение или повышение напряжения, требующее вмешательства.

Примечание: точные уставки и выдержки времени для 27/59 следуют из системного исследования конкретного генератора, двигателя или распределительного устройства и из требований сетевого оператора (например, при подключении распределённой генерации); эта статья описывает принцип, а не готовую таблицу уставок для каждого применения.

Практическая значимость

При вводе в эксплуатацию генератора или шинной системы, питающей критичные потребители, важно проверить, что обе функции защиты — по минимальному и по максимальному напряжению — действительно настроены и функционально проверены: отсутствие любой из этих функций оставляет подключённое оборудование незащищённым именно от той части диапазона напряжения, для которой эта функция предназначена.

Типичные ошибки

1. Применение только токовой защиты и пропуск защиты по напряжению — проблема с напряжением без сверхтока (например, отказывающий регулятор напряжения) в этом случае остаётся незамеченной до фактического возникновения повреждения.
2. Установка единой, слишком узкой уставки как для нормальных пусковых провалов, так и для настоящей аварии понижения напряжения — это приводит к ложному срабатыванию, например, при пуске крупного двигателя.
3. Реализация защиты максимального напряжения без двухступенчатой уставки — единая умеренная выдержка времени недостаточно защищает изоляцию от быстро нарастающего, экстремального повышения напряжения.
4. Отсутствие пересмотра уставок 27/59 после изменения конфигурации сети или подключения новой распределённой генерации — нормальный диапазон напряжения сети может при этом сместиться, из-за чего ранее корректные уставки станут непригодными.

Связанные материалы

• Защита от обратной мощности (ANSI 32)
• Направленная токовая защита (ANSI 67)
• Частотная защита (ANSI 81, ROCOF)
• Феррорезонанс трансформатора напряжения