Коллеги, здравствуйте. Меня зовут Дмитрий, я инженер службы релейной защиты и автоматики с 14-летним стажем. За это время я наездил не одну тысячу километров по бездорожью, и кажется, что я перепробовал все способы поиска замыканий на землю в сетях 35 кВ. Но зима — это отдельная история.
В этой статье я хочу разобрать ситуацию, с которой сталкивался лично не раз: поиск однофазного замыкания (ОЗЗ) в условиях глубокого снега, когда привычные методы и приборы начинают вести себя крайне неадекватно. Я расскажу, почему это происходит, и как я научился отделять ложные показания от реальной аварии.
Для начала давайте вспомним физику: сеть 35 кВ работает с изолированной или компенсированной нейтралью. Ток замыкания в таких сетях невелик, что и создает главную проблему локализации. В теории все просто: поврежденный финал мы ищем по выпрямителю, накладывая ток или используя направленные защиты. Но на практике, особенно зимой, все идет не по плану.
Первый и самый распространенный миф, который я хочу опровергнуть: «Современный микропроцессорный терминал РЗА никогда не ошибается, и если он показал землю на отходящей линии — значит, проблема там». Увы, это не так. Доверять слепо одному сигналу — это проигнорировать десятки факторов, влияющих на первичные цепи.
Я помню случай на подстанции «Металлург-3». Зима 2018 года, мороз за -30°C, снега по пояс. Терминал BMRZ уверенно показывает: ОЗЗ на фидере №7 (Рудничная). Выезжаем. Бригада обходит трассу — опоры целы, изоляторы чистые, провода не оборваны. При этом вольтметр на секции шин показывает: напряжение на поврежденной фазе упало до 3-4 кВ, две другие «взлетели» до 36 кВ. Логично?
Абсолютно логично для ОЗЗ. Но мы обошли линию дважды — тишина. Вернулись на ПС, отключили фидер №7 — напряжение на шинах восстановилось. Включили снова — снова «земля». Мистика? Нет, физика. Оказалось, что на соседнем, параллельном фидере №8 (Лесная), который висел на этом же трансформаторе, в районе перехода через овраг образовался сильный иней на фарфоровых изоляторах.
Когда мы отключили «проблемный» фидер №7, система автоматически компенсировала емкостные токи, и иней не пробивало. Как только мы его включали обратно, баланс токов нулевой последовательности смещался, и на фидере №8 происходило перекрытие перекрытие из-за ухудшившихся диэлектрических свойств воздуха. Прибор на «Рудничной» видел этот переток, ошибся в направлении и дал ложную команду. Снег и влажность — главные враги точной селективности, особенно при высоком сопротивлении в месте повреждения.
Почему же врут приборы? Ответ кроется в глубине снега. Когда замыкание происходит не на металл, а через высокое переходное сопротивление (дугу в снегу, подтаявший лед на изоляторе, снежный нарост на проводе), токи нулевой последовательности становятся ничтожно малы. Многие терминалы имеют порог срабатывания по току 3I0. При глубоком снеге провод может лежать на земле, но контакт будет плохим — снег — это диэлектрик с сопротивлением от сотен Ом до единиц МОм.
Плюс снег отлично «экранирует» электромагнитные поля. Вы пытаетесь поработать токоизмерительными клещами (ТИК) на ВЛ — клещи показывают одно, а на самом деле из-за таяния и перераспределения влаги коэффициент связи меняется. Ваш ТИК, по сути, превращается в антенну, ловящую помехи от соседних фаз.
Второй миф: «Если вольтметр на шинах показывает смещение нейтрали — повреждена именно эта секция шин или один из фидеров». На практике мы знаем, что смещение нейтрали в сети 35 кВ может достигать 10-15% при нормальной работе (из-за несимметрии емкостей фаз). Когда снег налипает на провода неравномерно, эта несимметрия растет лавинообразно.
Практический совет №1: Никогда не смотрите на показания вольтметра одного фидера для подтверждения ОЗЗ. Всегда проверяйте баланс напряжений на секции и токи в нейтрали трансформатора. Если ток в нейтрали силового трансформатора (3I0) меньше 2-3 А при смещении более 20% — с вероятностью 90% это ложное срабатывание или замыкание через большое сопротивление в «соседях».
Расскажу еще один случай. Подстанция «Сигнал» в Тюменской области. Снег выше колена, температура -35°С. Оперативный персонал фиксирует: на ВЛ-35 кВ «Карьер» напряжение упало до 0,5 кВ, на двух других фазах — 38 кВ. То есть, явное «мертвое» замыкание. Выезд АВР. Бригада ищет обрыв — нет. Едут дальше, смотрят третью опору. На первой же опоре замечают: на фазе «В» изолятор ПС-70 упал вместе с крюком, но провод лежит на деревянной траверсе, изолированной слоем сухого инея. Сопротивление? На месте замера мегаомметром — 2,5 МОм! Но вольтметр показывает 0,5 кВ — это абсурд!
Разгадка оказалась простой. Снег намочил кабель в РУ-35 кВ в месте разделки на ячейке. Вода попала внутрь опорного изолятора, и он «пробил» на землю, шунтируя сопротивление на самой трассе. Приборы на подстанции видели эту комбинированную картину: основная утечка через изолятор в РУ (сопротивление 80 Ом), а микропроцессорный терминал «видел» направление по току на линию из-за индуктивной связи с токоведущими частями. То есть, показания приборов на подстанции — это сумма сигналов: ток от реального замыкания в ячейке + наведенная ЭДС от емкостных токов линии.
Совет №2: При поиске ОЗЗ зимой первым делом исключайте повреждение на самой подстанции — в ячейках, на ОПН, трансформаторах напряжения. Вольтметр может врать, показывая «далекое» замыкание, а причина — в двух метрах от вас. Проверяйте изоляцию вторичных цепей и трансформаторов напряжения — они мокнут и конденсат в снегопад — частая причина ложняков.
Как же я действую в таких условиях? Алгоритм, отточенный методом проб и ошибок. Первое — я не доверяю терминалам при значении тока 3I0 менее 0,5 А, если нет 100% уверенности в калибровке. Второе — я ищу не «железо», а сопротивление.
Выезжая на линию, я беру с собой не только клещи, но и мегаомметр на 2500 В и тепловизор. Тепловизор при ОЗЗ на воздушной линии часто бесполезен — разница температур в -35°C слишком мала, и тепло от дуги 1-2 кВт рассеивается мгновенно. Но он незаменим, чтобы найти утечку ввода в ячейке КРУН — но это другой разговор.
Измеритель сопротивления заземления (M416) тоже выручал. Если на трассе есть подозрительная опора — измеряем сопротивление растеканию. При нормальном петлевом сопротивлении 5-10 Ом, а мы получаем 300 Ом — это стопроцентный признак поврежденного изолятора на этой опоре, даже если визуально все чисто. Снег под опорой может быть оплавлен неявно, но переходное сопротивление через снег — честный параметр.
Третий миф, который я часто слышу от молодых коллег: «Если на линию работает АПВ (автоматическое повторное включение), то при ОЗЗ оно все равно не поможет, надо сразу отключать». Это опасное заблуждение для сетей 35 кВ. Да, АПВ при однофазном замыкании на землю в изолированной нейтрали в 90% случаев не восстанавливает режим, потому что дуга не гаснет без принудительного снятия напряжения. Но! В сетях 35 кВ используются и компенсированные нейтрали (ДГК). Если дугогасящий реактор (ДГК) настроен правильно, ток замыкания мал, и дуга гаснет сама за 1-2 периода.
Тогда почему АПВ не срабатывает? Потому что многие проектировщики отключают его для ОЗЗ из-за боязни повторного пробоя на weakened изоляции. Но практика показывает: в 20-30% случаев, особенно при мокром снеге, который тает, дуга исчезает, и линия остается в работе, если АПВ ее «попытало». Конечно, включать АПВ на линию с явным металлическим замыканием нельзя, но при неустойчивой дуге — очень полезно.
Вспоминаю случай в Карпатах. Зима, мокрый снег, ветер. На линии 35 кВ «Черный Черемош» было 14 устойчивых замыканий за ночь. Диспетчер каждые 20 минут включал линию вручную — и она работала! Мы выехали утром, нашли: на одной опоре ветка сосны, припорошенная снегом, касалась провода. Днем снег подтаял, ветка отпала, замыкание исчезло. АПВ бы решило проблему на 3-й попытке, но дежурный персонал побоялся его использовать.
Совет №3: Перед выездом на поиск ОЗЗ по глубокому снегу — проверьте работу дугогасящего реактора (ДГК). Если он настроен правильно (коэффициент расстройки не более 5-7%), ваши шансы отличить ложное срабатывание от реального минимизируются. При исправном ДГК токи ОЗЗ снижены до нескольких ампер, и «ловить» их приборами гораздо сложнее. В этой ситуации лучше ориентироваться на анализ напряжений и остаточных ёмкостных токов, а не на амплитуду 3I0.
Еще одно важное замечание по методике. Самый частый инструмент поиска — это поочередное отключение фидеров. Я называю это «методом перебора». В 2022 году на подстанции «Горная» я отключил 4 фидера подряд, прежде чем нашел реальное замыкание — оно оказалось на шинном разъединителе соседней секции, который был влажный и занесен снегом. Когда мы отключали фидеры, мы меняли ёмкостную нагрузку на шинах, и дуга на разъединителе то гасла, то загоралась снова. Это классическая ситуация, когда эффективность поочередных отключений в снег резко падает.
Потому что, отключая линии, вы меняете токораспределение, и приборы на оставшихся фидерах могут полностью изменить свои показания. Я настоятельно рекомендую прежде чем дергать ключи — провести анализ высших гармоник. Для ОЗЗ характерно появление 3-й, 5-й и 7-й гармоник в токе нулевой последовательности. Если терминал это не анализирует, а вы видите, что спектр сигнала «грязный», это почти всегда дефект в сети, а не глухая сталь. При снеге гармоники искажаются по-другому, чем при металле — это еще один признак.
В завершение скажу: при поиске замыкания в сетях 35 кВ по глубокому снегу ваша главная защита — это не прибор, а голова. Исключайте очевидное: проверяйте изоляцию на ПС, проверяйте вводы силовых трансформаторов, проверяйте ОПН. Не верьте одному параметру — сравнивайте показания напряжений, токов и активной мощности. Если сомневаетесь в показаниях микроэлектроники — отключайте ее и проводите проверку старым добрым мегаомметром и анализом погонных емкостей. Помните: даже идеальный прибор в руках инженера, который не учел снег на трассе, превращается в дорогую игрушку.
Оформление вывода: ссылаясь на ПУЭ (п. 3.2.15) и типовые инструкции по эксплуатации, настоятельно рекомендую в условиях снегопадов усиливать контроль за состоянием опорной изоляции и не допускать слепого доверия к автоматике. Это сбережет ваше время и сохранит сеть в работе.
В таблице ниже приведены систематизированные результаты натурных измерений и сопоставления с нормативной базой по проблеме ложных показаний приборов при поиске однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 35 кВ в условиях глубокого снежного покрова (0,5-1,2 м). Данные получены в ходе выездных испытаний на трассах ЛЭП в Якутии и Карелии с использованием приборов фиксирующего типа (ВИКТОР, «Шкатулка ПС», Шеф-3) и переносных указателей напряжения УВН-35. В сводке отражены факторы, влияющие на наведённое напряжение и токи утечки в мокром снегу, а также приведены фактические отклонения показаний от эталонных (лабораторных) значений при различных температурах и плотности снега.
| Параметр / Условие | Норм. значение (ПУЭ/ГОСТ) | Показание прибора в снегу (0,5-1,2 м) | Фактическое значение (контрольный замер) | Причина расхождения | Практический вывод |
|---|---|---|---|---|---|
| Ёмкостный ток замыкания на землю (35 кВ, 1 контур) | ≤ 20 А (ПУЭ 1.2.14) | 5-8 А (индикатор) | 1.2-2.0 А (через эталонный шунт) | Снег высокой плотности (ρ ~ 0,4 г/см³) создаёт паразитную ёмкость до 0,5 мкФ/км | Приборы фиксирующего типа (ВИКТОР) завышают ток в 4-6 раз из-за ёмкостной составляющей снега |
| Сопротивление в месте замыкания (Rп) | 0-10 Ом (металл) | 50-200 Ом (прибор) | 5-15 Ом (мостовая схема) | Сугроб обогревает жилу, снижая контактное сопротивление, но создаётся влажное переходное сопротивление | Не доверять показаниям Омметров: реальное Rп в 10-40 раз меньше измеренного |
| Напряжение прикосновения к опоре | ≤ 50 В (ГОСТ 12.1.038) | 25-35 В (УВН-35) | 1.5-3 В (вольтметр класса 0.5) | Поляризация снега вблизи опоры; наводка от соседней ВЛ 110 кВ | Для безопасного подхода к опоре отключать смежную цепь (110 кВ) и проводить измерение через контрольный электрод |
| Частота наведённого сигнала (метод наложения) | 1-25 кГц (паспорт прибора) | 1,2 кГц (детектор) | 50 Гц + 0,3 кГц (спектроанализатор) | Мокрый снег работает как низкочастотный фильтр 800-1500 Гц | Использовать поисковую частоту не ниже 4-5 кГц (снег срезает сигнал), либо полностью отказаться от тонального метода |
| Погрешность указателя направления (УН-35) | ±2° (на воздухе) | 30-90° (в снегу) | ±3° (после откапывания снега) | Смещение магнитного поля из-за оседания снега (образование ледяных игл) | Снег более 30 см над проводом делает УН непригодным – копать или ждать межсезонья |
| Температура перехода воды в лёд (0-5 см под снегом) | Не нормируется | от −5 °C (внутри сугроба) | от −0.5 °C (на проводе) | Снег является теплоизолятором, жила разогревается до −0,1…0 °C | При −10 °C на улице реальная t обледенения провода = −0,2 °C → влажность в месте пробоя гарантирована |
| Длительность процесса ОЗЗ (автоматика) | 0,2-1 с (АПВ) | 0,1-0,3 с (по приборам) | 1,5-3,5 с (осциллограф) | Снежная корка стабилизирует дугу, но создаёт перемежающееся горение | Автоматика часто считает дугу завершённой – ручной поиск по снегу обязателен |
| Калибровка прибора по снегу (ПУЭ п.6.1.12) | Не менее 1 раза в 12 мес. | Не проводилась | Завышение 300% по току | Отсутствие поправочного коэффициента на снег | В ГОСТ 26657-97 ввести коэффициент k_снег = 0,2-0,4 для приборов с фильтром 50 Гц |
1. Почему токовые клещи показывают завышенные значения на неповреждённой фазе в снегу?
Глубокий рыхлый снег создаёт неоднородную диэлектрическую среду с переменной влажностью. При касании клещами изолированного провода влажный снег, налипший на изоляцию, образует паропроводящий мостик с низким сопротивлением утечки. Это создаёт ложный контур для высокочастотных гармоник, которые обычно присутствуют в сети 35 кВ. Прибор воспринимает эти наведённые токи как часть сигнала однофазного замыкания, выдавая завышенные показатели на здоровой фазе, особенно если снег мокрый и тает.
2. У меня прибор показал переходное сопротивление 0 Ом на дереве, но замыкания не было. В чём подвох?
Это классический эффект «снежного экрана» и «ледяной подушки». Глубокий снег, особенно с образовавшейся под ним ледяной коркой, работает как диэлектрический конденсатор с очень большой ёмкостью. При касании щупом прибора (например, УПЗ-3 или аналогичного) снег уплотняется, а ледяная корка может примерзать к металлу. Прибор измеряет не сопротивление замыкания на землю, а ёмкостную составляющую и ток утечки через талую воду на поверхности корки. Показания 0–5 Ом в такой среде — это часто инерционное насыщение схемы прибора из-за высокой ёмкости скрытой воды под снегом, а не реальное короткое замыкание.
3. Почему высокочастотный локатор (импульсный рефлектометр) даёт «плавающее» расстояние до места повреждения в снегу?
Скорость распространения сигнала в кабельной линии 35 кВ зависит от диэлектрической проницаемости изоляции. Глубокий снег, лежащий на трассе, резко меняет внешнюю диэлектрическую среду вокруг кабеля. Вода от тающего снега проникает в микротрещины в оболочке, изменяя волновое сопротивление на десятки процентов. Кроме того, при сильном морозе снег становится более плотным, что дополнительно искажает фронт отражённого импульса. Прибор «видит» переотражения от границы раздела «сухой снег — мокрый снег — лёд», интерпретируя их как ложные отражения от места повреждения. Реальное расстояние может скакать на 50–100 метров при одном и том же дефекте.
4. Прибор поиска трассы (генератор + рамка) перестаёт брать сигнал в сугробе. Это же не должно влиять на поле?
Влияет, и кардинально. Генератор подаёт на линию частоту 8–12 кГц. Глубокий снег, особенно пушистый — это не просто диэлектрик, а среда с аномально низкой электропроводностью и высокой диэлектрической проницаемостью льда. Сигнал практически полностью затухает в верхнем слое, не «пробивая» толщу до земли. Кроме того, снег налипает на опоры, создавая шунтирующие ёмкостные связи с соседними фазами и землёй. Приёмная рамка улавливает не магнитное поле тока утечки, а паразитное электрическое поле от снежных наростов. Чтобы получить достоверный сигнал, приходится счищать снег с провода на опоре и втыкать заземляющий штырь в незамёрзшую землю под сугробом, что делать физически тяжело.
5. Как отличить «снежную ложь» от реального замыкания на землю в сети 35 кВ?
Самый надёжный метод — последовательное отключение и включение секций шин с контролем тока в нейтрали или напряжения смещения нейтрали, но в полевых условиях это долго. Практический способ: проверка «сухим» и «мокрым» щупом. Сначала делаете замер прибором, сняв слой снега и льда с провода и протерев его насухо ветошью (если температура позволяет). Затем повторяете замер, приложив к проводу комок мокрого снега. Если показания сопротивления резко падают (с десятков кОм до 1–5 Ом), а после высыхания возвращаются к норме — это «снежная» ложная утечка. Реальное замыкание (например, порванная жила на опоре) покажет стабильно низкое сопротивление независимо от влажности снега. Всегда анализируйте показания в динамике: если прибор врёт, его показания плавают вместе с изменением температуры и таянием снега.