Дуговая защита: определение и характеристики
Дуговые замыкания представляют большую опасность для электрооборудования и персонала. Современные системы дуговой защиты позволяют быстро обнаружить и ликвидировать последствия таких аварий. В этой статье мы разберем, что из себя представляет дуговая защита, какие бывают ее типы и основные характеристики.
Определение дуговой защиты
Дуговая защита - это система быстродействующих устройств, предназначенная для защиты электрооборудования от последствий дуговых замыканий в закрытых распределительных устройствах. Она регистрирует появление электрической дуги при коротких замыканиях и отключает поврежденное оборудование.
Принцип действия дуговой защиты основан на регистрации оптического излучения и изменения давления, возникающих при горении электрической дуги. При возникновении дуги специальные датчики фиксируют эти факторы и подают сигнал на отключение соответствующего оборудования.
Основное назначение дуговой защиты - предотвратить разрушение дорогостоящего электрооборудования и травмирование персонала при возникновении аварийной ситуации, связанной с горением электрической дуги.
Виды дуговой защиты
Существует несколько видов дуговой защиты, которые различаются по принципу действия и конструктивному исполнению.
По принципу действия:
- На изменение давления - реагируют на повышение давления, возникающее при нагреве воздуха в момент горения дуги
- На световое излучение - регистрируют оптическое излучение, появляющееся при горении дуги
По исполнению:
- Централизованные - все датчики подключаются к единому центральному блоку
- Распределенные - отдельные блоки устанавливаются в каждой защищаемой ячейке
Рассмотрим основные разновидности дуговых защит:
- Клапанная защита - реагирует на повышение давления с помощью специальных клапанов
- Мембранная защита - использует чувствительные мембранные реле давления
- Фототиристорная защита - применяет фоточувствительные тиристоры для регистрации света от дуги
- Волоконно-оптическая защита - датчики света подключаются по волоконно-оптической линии к центральному блоку
За последние десятилетия дуговые защиты претерпели значительную эволюцию. Принято выделять несколько поколений таких устройств:
1 поколение - клапанная защита
Исторически первым видом стала клапанная ЗДЗ, основанная на регистрации повышения давления с помощью спецклапанов. Это простое, но не самое быстродействующее решение. Полное время ликвидации дуги могло достигать 100 мс.
2 поколение - мембранная защита
Следующим этапом развития стала мембранная ЗДЗ, в которой используются более чувствительные датчики давления на основе мембранных реле. Это позволило повысить быстродействие до 40-80 мс.
3 поколение - оптоэлектронная и волоконно-оптическая защита
Дальнейшее улучшение характеристик было достигнуто переходом к регистрации светового излучения с помощью электронных (фототиристоры) и волоконно-оптических датчиков. Это многократно повысило чувствительность и быстродействие ЗДЗ.
Рассмотрим основные технические характеристики, по которым оценивается качество и эффективность дуговой защиты.
Быстродействие
Это время срабатывания защиты от момента возникновения аварийной ситуации до подачи команды на отключение. Чем меньше это время, тем эффективнее защита предотвращает развитие аварии. У современных ЗДЗ быстродействие может достигать десятых и сотых долей миллисекунды.
Чувствительность
Чувствительность характеризует минимальный уровень тока или мощности дугового замыкания, при котором срабатывает защита. Чем выше чувствительность, тем надежнее обнаруживаются аварийные режимы.
У первых поколений дуговых защит на основе клапанов и мембран чувствительность была невысокой, около 2-3 кА. Современные оптоэлектронные датчики реагируют уже на сотни ампер, а иногда и на единицы ампер.
Селективность
Это способность защиты точно определять место возникновения аварийной ситуации и выдавать команду на отключение именно поврежденного элемента оборудования.
У распределенных ЗДЗ селективность выше, чем у централизованных, так как каждая ячейка или зона защищается отдельным блоком. Это позволяет точно локализовать аварийный участок.
Надежность
Очень важный параметр, от которого зависит стабильность работы всей системы дуговой защиты. Надежность определяется качеством элементной базы, наличием диагностики неисправностей, резервированием ответственных узлов.
Современные цифровые ЗДЗ значительно превосходят по надежности более ранние аналоговые устройства. Например, в распределенной ЗДЗ Лайм-Плюс предусмотрено резервирование всех ответственных элементов, а также постоянный контроль исправности датчиков и каналов связи.
Удобство эксплуатации
К этому параметру относится простота настройки и обслуживания ЗДЗ, наличие средств диагностики и сигнализации. Эргономичное исполнение, удобные органы управления также влияют на эксплуатационные характеристики.
В микропроцессорных ЗДЗ последнего поколения реализован удобный пользовательский интерфейс, встроены средства самодиагностики и регистрации аварийных событий, что значительно упрощает эксплуатацию и повышает наблюдаемость системы.
Стоимость
Это важный фактор при выборе системы дуговой защиты. Стоимость определяется не только ценой на комплект оборудования, но и затратами на монтаж и дальнейшую эксплуатацию.
Распределенные ЗДЗ с небольшим количеством блоков обычно дешевле централизованных систем. Например, применение Лайм-Плюс по стоимости сопоставимо с регистраторами 3-го поколения, но при этом обеспечивается значительно более высокая функциональность.
Помехоустойчивость
Это устойчивость к электромагнитным помехам и наводкам, которые могут вызвать ложное срабатывание защиты. Особенно важно для распредустройств, где возможно появление мощных импульсных помех.
В цифровых ЗДЗ используются специальные методы защиты от помех - экранирование, фильтрация, гальваническая развязка. Это позволяет добиться высокого уровня помехоустойчивости даже в жестких условиях промышленных объектов.
Интеграция с другими системами
Современные цифровые ЗДЗ могут интегрироваться с системами мониторинга и управления интеллектуальными зданиями. Это позволяет:
- Получать данные о срабатываниях ЗДЗ в единой автоматизированной системе управления
- Удаленно контролировать работу и настраивать параметры ЗДЗ
- Автоматически отправлять оповещения ответственным лицам при возникновении аварии
Такая интеграция делает систему дуговой защиты еще более «интеллектуальной» и повышает уровень автоматизации объекта.
Перспективы развития
Можно выделить несколько направлений совершенствования ЗДЗ:
- Дальнейшее повышение быстродействия за счет новых принципов обработки сигналов
- Рост чувствительности для регистрации очень слабых замыканий
- Улучшение алгоритмов для более точной локализации места повреждения
- Разработка гибридных ЗДЗ, объединяющих разные принципы действия
В статье подробно рассматривается, что представляет собой дуговая защита, ее назначение и принцип действия.