Защита от расхождения полюсов (ANSI 62PD) — когда не все полюса выключателя переключаются одновременно

Гайд о защите от отказа выключателя (ANSI 50BF) рассматривает сценарий, при котором выключатель получает команду на отключение или включение, но вообще не срабатывает. Однако существует более тонкий отказ у выключателей с независимо управляемыми полюсами (каждая фаза приводится собственным механизмом, что типично для более высоких уровней напряжения): один или два полюса всё же переключаются, но не одновременно с остальными полюсами. Это называется расхождением полюсов (pole discrepancy), и обнаруживается защитой от расхождения полюсов, ANSI 62PD.

Механизм: механическая или гидравлическая асинхронность между полюсами

У трёхполюсного выключателя с общим приводным механизмом (один механизм на все три полюса через связанный вал) одновременное переключение всех трёх полюсов механически гарантировано, за исключением небольшого, присущего разброса. У выключателей с независимо управляемыми полюсами — каждая фаза со своим пружинным, гидравлическим или пневматическим приводным механизмом, часто применяемым при более высоких мощностях или для обеспечения однополюсного повторного включения после однофазного повреждения на воздушной линии — механический или гидравлический дефект в одном механизме полюса может привести к тому, что этот полюс замкнётся с задержкой, разомкнётся с задержкой или вообще не среагирует, в то время как остальные два полюса переключаются нормально.

Почему это опасно: несимметричная нагрузка фаз и перенапряжение

Длительное расхождение полюсов — например, два полюса замкнуты и один разомкнут, или наоборот — создаёт сильно несимметричную трёхфазную ситуацию:

• У двигателей и генераторов возникает значительный ток обратной последовательности с соответствующим нагревом ротора, что также рассматривается в гайде о защите обратной последовательности (ANSI 46) — но здесь причиной является отказ коммутации, а не сетевое повреждение.
• При изолированной или высокоомно заземлённой нейтрали разомкнутая фаза в сочетании с оставшимися двумя замкнутыми фазами, всё ещё связанными через нагрузку или обмотки трансформатора, может сместить точку нейтрали и вызвать временное перенапряжение на исправных фазах.
• При однополюсном отключении трансформатора с одной стороны, пока другая сторона остаётся полностью подключённой, может возникнуть необычное состояние намагничивания с соответствующим шумом и вибрацией.

Длительное расхождение полюсов, таким образом, не является безобидным переходным состоянием, а ситуацией, которую необходимо быстро устранить как для оборудования, так и для стабильности сети.

Принцип работы защиты: вспомогательные контакты и выдержка времени

Защита от расхождения полюсов обычно использует вспомогательные контакты каждого отдельного полюса, которые сообщают фактическое состояние (разомкнут/замкнут) этого полюса — не сами команды переключения, а реальное механическое конечное положение. Логическая схема (или цифровое реле) сравнивает состояния трёх полюсов:

• Если все три полюса находятся в одинаковом состоянии (все разомкнуты или все замкнуты), расхождения нет.
• Если состояние одного или двух полюсов отличается от остальных, запускается выдержка времени, обычно порядка нескольких сотен миллисекунд — пары секунд.
• Если несовпадающее состояние сохраняется по истечении этой выдержки, защита выдаёт трёхполюсную команду на отключение того же выключателя (чтобы разомкнуть оставшийся замкнутый полюс или полюса), а также обычно сигнал пуска на защиту от отказа выключателя (50BF) на случай, если сам выключатель уже не реагирует надёжно.

Внимание: выдержка времени 62PD должна быть достаточно долгой, чтобы пережить нормальную, кратковременную асинхронность полюсов при плановой операции переключения (небольшой, присущий разброс между независимыми механизмами полюсов при обычной трёхполюсной команде на переключение), но достаточно короткой, чтобы ограничить описанные выше риски.

Практическая значимость

Для выключателей с независимо управляемыми полюсами — часто применяемыми именно потому, что желательно однополюсное повторное включение после однофазного повреждения на воздушной линии, как рассматривается в гайде об автоматическом повторном включении (ANSI 79) — защита 62PD должна присутствовать именно потому, что возможность однополюсного переключения также увеличивает риск длительного нежелательного однополюсного состояния. Для трёхполюсных выключателей с общим приводным механизмом 62PD обычно не требуется, поскольку обнаруживаемый ею отказ там механически не может возникнуть.

Типичные ошибки

1. Путать защиту от расхождения полюсов (62PD) с защитой от отказа выключателя (50BF) — 50BF обнаруживает, что выключатель вообще не реагирует на команду переключения; 62PD обнаруживает, что полюса выключателя не переключаются одновременно, даже когда выключатель всё же (частично) реагирует.
2. Применять 62PD к трёхполюсным выключателям с общим приводным механизмом, где обнаруживаемый отказ механически не может возникнуть, не осознавая, что функция там избыточна.
3. Устанавливать слишком короткую выдержку времени, из-за чего нормальная, кратковременная асинхронность полюсов при плановом трёхполюсном переключении уже приводит к необоснованной команде на отключение.
4. Забывать, что 62PD должна выдавать сигнал пуска на 50BF, из-за чего длительное расхождение полюсов у выключателя, который уже не реагирует полностью, не приводит к своевременному отключению вышестоящего выключателя.

См. также

• Защита от отказа выключателя (ANSI 50BF)
• Защита обратной последовательности (ANSI 46, несимметрия фаз)
• Автоматическое повторное включение (ANSI 79, автоматика повторного включения)
• Дифференциальная защита шин (ANSI 87B)