Тзнп защита – Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы — Мир Антенн

Содержание

Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

pue8.ru

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и назначение

Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

Что такое нулевая последовательность

Для того чтобы разобраться как работает ТЗНП, сначала нужно вспомнить что такое трехфазная сеть. Трехфазная сеть — это сеть переменного синусоидального тока. В трёхфазной цепи фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Вот так это выглядит на графике:

Интересно! Основные идеи и положения трехфазных сетей электроснабжения были разработаны Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Он разработал трёхфазный асинхронный двигатель с КЗ ротором типа беличья клетка, с фазным ротором и пусковым реостатом, искрогасительную решетку, фазометр, стрелочный частотомер.

Если изобразить это на векторной диаграмме, то изображение будет напоминать трехлучевую звезду. При условии равенства токов и напряжений между фазами такая система будет называться симметричной. Геометрическая сумма этих векторов равна нулю.

Важно! Различают прямую и обратную последовательность чередования фаз. Фазы обозначаются буквами A, B и C. Тогда последовательность A B C — прямая, C B A — обратная. При этом угол сдвига фаз в обоих случаях составляет 120 градусов. При нулевой последовательности вектора всех фаз направлены в одном направлении, соответственно результирующий вектор значительно превышает таковой (в 3 раза, по сравнению с нулевой последовательностью) в нормальном состоянии системы.

В случае межфазного замыкания токи во всех фазах возрастут, система все равно останется симметричной. А напряжения и токи нулевой последовательности равны нулю, как и в нормальном состоянии цепи.

В результате однофазного замыкания на землю система станет несимметричной и будут наблюдаться токи нулевой последовательности I0 и U0. Допустим замкнула фаза C, тогда токи фаз A и B устремятся к нулю, а в фазе C к трети от Iкз.

Тогда:

I0=1/3(Ik+0+0)

Отсюда Iк=I0*3. Эти токи возникают под воздействием напряжения КЗ или Uк0 между выводом обмотки трансформатора или генератора и точкой, в которой произошло замыкание.

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.

Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Важно! Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Как это работает

Принцип работы ТЗНП заключается в отключении коммутационной аппаратуры в случае однофазных замыканий с определенной выдержкой времени. Задержка времени нужна для организации селективности защит на разных трансформаторных подстанциях.

Пример схемы токовой защиты нулевой последовательности изображен на рисунке ниже:

В ней используется токовое реле КА и реле мощности KW. Для контроля тока по фазам в ТЗНП используются трансформаторы тока (ТТ). Это специальные измерительные трансформаторы надеваются на шину или провод. На его обмотках наводится ЭДС пропорциональное току, протекающему через жилу или шину.

Одним из главных условий корректной работы ТЗНП является то, чтобы у ТТ были одинаковые кривые намагничивания. Это значит, что они должны быть не просто одинаковы по входным и выходным характеристикам, но и быть одной марки. Кроме того, стоит отметить, что погрешности их выходных параметров не должны быть больше 10 процентов. Их вы видите на картинке ниже.

Чтобы получить токи выведенной из баланса системы сигнал пропускают через фильтр. В реальном применении соединяют обмотки трансформаторов между собой. Это называют фильтром токов нулевой последовательности.

В нормальном состоянии электросети токи нулевой последовательности равны нулю, соответственно Iвыходные фильтра ТЗНП тоже равны нулю. В аварийном режиме, при КЗ, выходной ток отличен от нуля. Остальные части ТЗПН настраиваются таким образом, чтобы исключить ложные срабатывания под определенный ток КЗ.

Если ранее токовая защита нулевой последовательности представляла собой релейные схемы, то в настоящее время выпускаются микропроцессорные терминалы для защитных цепей. То есть, современная ТЗНП может выполняться на микроконтроллерных схемах.

Рассмотренная система используется в качестве резервной защиты. Благодаря её свойствам можно достичь селективность срабатывания, где РЗиА каждой последующей ТП срабатывает быстрее, чем на предыдущей. Защита нужна чтобы минимизировать дальнейшие повреждения ЛЭП, трансформаторов, генераторов, а также, чтобы обезопасить окружающую среду и людей, которые могут попасть в опасную зону.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое токовая защита нулевой последовательности, как она работает и для чего нужна. Если возникли вопросы, обязательно задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

samelectrik.ru

Токовая направленная защита нулевой последовательности тнзнп

Самая надежная и в месте с тем простая защита линии. Это логическая цепочка из контакта токового реле, реле направления мощности и реле времени (начиная со второй ступени).

Первая ступень действует без выдержки времени, охватывает 40-60% длины линии, остальные ступени имеют выдержки времени.

Вторая ступень охватывает 90-100% длины линии.

Третья ступень надежно охватывает линию до шин противоположной подстанции.

Четвертая (пятая ступень) применяется для обеспечения дальнего резервирования.

Земляная защита (ЗЗ) предназначена для защиты ВЛ в сетях с заземленной нейтралью от КЗ на землю. Полное правильное название защиты — токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП).

ЗЗ реагирует на ток нулевой последовательности защищаемой ВЛ: если величина тока нулевой последовательности превышает уставку, ЗЗ срабатывает и отключает защищаемую ВЛ. То есть, по принципу действия ЗЗ является максимальной токовой защитой, включенной не на полные фазные токи, а на ток нулевой последовательности.

Реле тока ЗЗ включаются в обратный провод трансформаторов тока (ТТ), соединенных в полную звезду (рис. 2.1.1). Ток в реле ЗЗ равен сумме токов трех фаз и равен утроенному току нулевой последовательности:

I_З = I_А+I_В+I_С = 3I₀

В нормальном режиме работы ток в реле тока ЗЗ равен нулю, так как сумма токов трех фаз в трехфазном симметричном режиме работы равна нулю. Ток в реле тока ЗЗ может появиться только в четырех случаях:

При КЗ на землю (однофазных и двухфазных). При однофазных КЗ ток в ЗЗ равен току КЗ (рис. 2.1.2). При КЗ на землю 33 срабатывает правильно — она для этого и предназначена.

2. На двухцепных ВЛ при замыкании двух фаз двух соседних ВЛ между собой без земли (рис. 2.1.3). С точки зрения питающей энергосистемы это двухфазное КЗ, и ЗЗ энергосистемы при этом не работают. Но в ЗЗ обеих поврежденных ВЛ ток 3I₀ равен току КЗ и обе защиты могут сработать. Работа ЗЗ при этом считается правильной.

3. При обрывах фаз в сети (рис. 2.1.4). При этом ток в защите примерно равен току нагрузки и ЗЗ может сработать (если ток нагрузки больше тока срабатывания защиты), а может, и нет. В любом случае поведение защиты считается правильным.

4. При неисправности токовых цепей: обрыв или закорачивание одной или двух фаз токовых цепей (рис. 2.1.5). При этом ток в защите равен току нагрузки и ЗЗ может сработать ложно (если ток нагрузки больше тока срабатывания защиты), без повреждения в сети.

Выбор параметров срабатывания Iступени

Ток срабатывания первой ступени ТНЗНП при выполнении ее без выдержки времени выбирается по условиям отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты:

при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции:

(0.5)

где k_отс= 1.1÷1.3 – коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле, ошибки расчетов, влияние апериодической составляющей и необходимый запас, о.е;

3I_0макс– максимальное значение периодической составляющей утроенного начального первичного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции, А.

В качестве расчетного замыкания принимается замыкание на землю одной или двух фаз в зависимости от того, при каком виде КЗ ток нулевой последовательности в месте повреждения имеет большее значение.

в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя:

(0.6)

3I_0неп– максимальное значение периодической составляющей утроенного первичного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя, А.

Данное условие не рассматривается, если защита отстроена по времени от неполнофазного режима, возникающего при неодновременном включении фаз выключателя.

при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции, если вторая параллельная отключена и заземлена на обоих концах и взаимоиндукцией между линиями пренебречь нельзя (рассчитывается только в случае двухцепной линии дополнительно к пункту а и б, рисунок 3.1а)). Расчет производится по формуле ( 0 .5).

Рисунок 3.1 – Режимы для выбора тока срабатывания защиты параллельных ЛЭП

при замыканиях на землю на шинах противоположной подстанции в случае, когда вторая параллельная линия отключена, если взаимоиндукцией между линиями можно пренебречь вследствие ее малости (рассчитывается только в случае двухцепной линии дополнительно к пункту а и б, рисунок 3.1б)). Расчет производится по формуле ( 0 .5).
от броска намагничивающего тока трансформаторов, присоединенных к ответвлениям от защищаемой линии и имеющих глухозаземленные нейтрали, в условиях каскадного включения защищаемой линии (рассчитывается дополнительно к пункту а и б только в случае линии с ответвлениями или для одиночной линии, если в защищаемой сети возможно включение трансформаторов под напряжение через рассматриваемую линию):

(0.7)

где – коэффициент броска, учитывающий зависимость действующего значения тока от изменения при затухании, а также зависимость от сорта стали и вида затухания, о.е. Значение определяется по кривым зависимостиот соотношениясогласно рекомендациям, изложенным в приложенииV«Руководящих указаний по релейной защите. Выпуск 12».

U_ном– первичное номинальное напряжение сети, В;

– расчетное сопротивление контура включения трансформатора, приведенное к напряжению сети, Ом.

в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя, подающего напряжение на защищаемую линию, и самозапуске двигателей нагрузки, питаемой от трансформаторов, присоединенных к ответвлениям от защищаемой линии, при работе хотя бы одного из этих трансформаторов с глухозаземленной нейтралью (рассчитывается дополнительно к пункту а и б только в случае линии с ответвлениями). Расчет производится по выражению ( 0 .6), в котором 3I_0неп– максимальное значение утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя, подающего напряжение на защищаемую линию, и самозапуске двигателей нагрузки, питаемой от трансформаторов, присоединенных к ответвлениям от защищаемой линии, А.

Уставка принимается равной наибольшему значению из получившихся значений. В файле уставок параметр срабатывания обозначается «tzn_sIz1» и задается в процентах от номинального тока трансформатора тока. Для этого уставку пересчитывают по формуле (Error: Reference source not found).

Чувствительность токовой защиты первой ступени проверяется по выражению:

(0.8)

где 3I_0з_min – минимальное значение периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при однофазном КЗ (в ряде случаев должно проверяться двухфазное КЗ) в начале защищаемой линии, А;

– первичный ток срабатывания первой ступени защиты, А.

Выдержка времени первой ступени в файле уставок обозначается «DT43» и задается в мс.

studfiles.net

Токовая защита нулевой последовательности

При появлении в трансформаторе внешнего короткого замыкания в действие вступает токовая защита нулевой последовательности. То же самое происходит и при замыкании в самом трансформаторе. Этот вид защиты нашел свое применение в повышающих и автоматических трансформаторах. Установка данного вида производится со стороны обмоток высокого и среднего напряжения.

Принцип действия токовой защиты

На приведенной схеме видно, что пусковое реле тока КА, соединенное с фильтром токов с нулевой последовательностью, реагирует на короткое замыкание на землю. С помощью реле мощности KW производится фиксация направления мощности замыкания. Данное действие обладает селективностью, то есть работа защиты осуществляется в том случае, когда мощность замыкания направляется от шин трансформаторной подстанции на защищаемую электрическую линию. Подводка напряжения производится от обмотки трансформатора при разомкнутом треугольнике на реле мощности с помощью специальных шинок EV.HиEV.K. Необходимая выдержка времени, по условиям селективности, создается при помощи реле времени КТ.

Токовая защита направленного действия

На следующей схеме представлена токовая защита нулевой последовательности направленного действия. Данный вид работает при нейтралях, заземленных по обеим сторонам защищаемого участка. Выдержки во времени работают по графику, построенному на основе встречно ступенчатого действия. Защита каждого участка отстраивается друг от друга с помощью временных ступеней. Ток срабатывания в пусковом токовом реле определяется исходя из надежности действия этого реле при коротком замыкании на следующем участке сети.

При погрешностях в трансформаторах тока, в реле появляются токи небаланса, которые могут иметь преимущественное значение. Для недопущения срабатывания токового пускового реле, значение тока срабатывания определяется выше, чем ток небаланса. Значение самого тока небаланса определяется при нормальном рабочем режиме, в соответствии с временной выдержкой защиты.

Если в защищаемой сети автоматических трансформаторов, связывающих цепи с двумя различными напряжениями, происходит короткое замыкание и появляется ток в линиях с высшим напряжением. Чтобы предупредить ложные срабатывания в защите линий с высшим напряжением уставки защиты согласуются в соответствии с защитами сетей среднего напряжения.

Кроме токовой защиты нулевой последовательности, в сетях с напряжением 110 киловольт и более, применяются отсечки направленного действия и различные ступени защиты. Четырех-ступенчатые системы считаются наиболее совершенными, при этом, на первой ступени отсутствует выдержка во времени.

electric-220.ru

8.4. Токовая направленная защита нулевой последовательности

Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:

система прямой последовательности, состоящая из трех вращающихся векторов (А₁ В₁ C₁), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;

система обратной последовательности, также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В₂ опережает вектор А₂ на 120°;

система нулевой последовательности, состоящая из трех векторов А₀ = В₀ = С₀, совпадающих по фазе.

Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:

Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:

А₀ = 1/3 (А + В + С). (8.3)

В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.

Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.

На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.

Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть I_р = I_a + I_b + I_c, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ I_р= 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.

При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U₀.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.

Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.

Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности. Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.

Рис. 8.6. Соединение однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности:

PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки;

SB — кнопка вольтметра для контроля исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника

На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.

Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I₀.

Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U₀ подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.

При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I₀ в линиях высшего напряжения.

Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН. Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I₀ на стороне звезды.

Поскольку ток I₀ возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.

Таким образом, распределение тока I₀ в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

info.wikireading.ru

23. Токовые защиты нулевой последовательности в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Защита выполняется трехступенчатой. Измерительными реле тока подключаются к фильтру тока нулевой последовательности. Реле тока срабатывают при возрастании тока нулевой последовательности. Схемы защиты выполняется аналогично схемам токовой защиты от междуфазных КЗ.

Защита нулевой последовательности имеет преимущества:

1. Имеет более высокую чувствительность.

2. Имеет меньшую выдержку времени последней ступени.

В радиальной сети с односторонним питанием короткие замыкания на землю возникают на участках, ограниченных обмотками трансформаторов — Т1- Т3, соединенных в звезду. Путь прохождения тока нулевой последовательности определяется заземленными нейтралями. В данной схеме ток нулевой последовательности проходит по поврежденному участку через заземленную нейтраль трансформатора Т1 и точку короткого замыкания.

На линиях АБ и БВ и трансформаторах Т1—Т3 установлены токовые защиты А2—А5 от междуфазных повреждений и токовые защиты нулевой последовательности А₀2—А₀5 от КЗ на землю.

Первая ступень защиты – токовая отсечка без выдержки времени

Ток срабатывания выбирается по условю

где = 1,3 при использовании реле РТ-40 для линий 110—220 кВ.

— начальный ток нулевой последовательности, при замыкании на землю на шинах приемной подстанции в точке .

Рассматривают два вида КЗ — однофазное КЗ и — двойное КЗ.

Токовая отсечка не должна срабатывать

1. От токов нулевой последовательности, кратковременно появляющихся при неодновременном включении фаз выключателя. Для этого в схему защиты ставят промежуточное реле, создающее замедление около трех-четы-рех периодов.

2. В неполнофазном режиме, возникающем в цикле офнофазного АПВ на защищаемой линии.

Преимущество токовой отсечки нулевой последовательности.

1. Имеет большую защищаемую зону чем ТО, включенная на полные токи фаз. Это объясняется сильным наклоном кривой тока КЗ.

Вторая ступень защиты — токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени.

Параметров защиты и необходимо отстроить от первых ступеней защит нулевой последовательности А03, А04. Это защиты линии БВ и трансформатора Т2. Тока срабатывания выбирается по условиям

где =1,1.

Из двух значений принимается большее.

Выдержка времени определяется как и выдержка времени второй ступени токовой защиты на полные токи фаз. Обычно не превышает 0,5 с.

Третья ступень защиты — максимальная токовая защита нулевой последовательности.

При повреждениях на землю в точках и ток нулевой последовательности с высшей стороны трансформаторов Т2 и ТЗ отсутствует, поэтому защиту А04 и А05 выполняют без выдержки времени

Выдержки времени ; и защит А₀1—А₀3 выбирают по ступенчатому принципу. Так как , то токовую защиту нулевой последовательности на головных участках можно выполнить более быстродействующей, чем токовую защиту с включением реле на полные токи фаз.

В нормальном режиме и при многофазных КЗ в реле проходит только ток небаланса

Ток срабатывания реле можно по условию

Максимальный ток небаланса протекает по реле при КЗ.

Ток небаланса определяется по формуле.

где ε = 10 % — максимальная погрешность трансформаторов тока,

=0,5 … 1,0 — учетом коэффициента их однотипности

—установившийся ток внешнего трехфазного короткого замыкания при повреждении в начале следующего участка. (для защиты A₀2 в точке ).

Когда выдержка времени защиты менее =0,3 с, при определении тока небаланса следует учитывать апериодическую составляющую

где =2 при времени действия защиты до =0,1 с и =l,5 при 0,1<=<=0,3.

где =1,25 — коэффициент отстройки, учитывающий погрешность и необходимый запас.

Если чувствительность защиты недостаточно, то ее можно повысить если принять .

При этом внешние многофазные КЗ отключаются со временем, меньшим времени действия токовой защиты нулевой последовательности. Ток небаланса от токов КЗ в реле нулевой защиты можно не учитывать. В этом случае достаточно ее ток срабатывания выбирают по расчетному току небаланса в нормальном режиме

Ток значительно меньше тока , поэтому при внешних многофазных КЗ измерительный орган защиты срабатывает. Для обеспечения возврата реле после отключения внешних коротких замыканий при выборе тока срабатывания учитывается коэффициент возврата k_B:

коэффициенты , — такие же как и у МТЗ на полные токи фаз.

=1,1-1,2;

Защита нулевой последовательности по сравнению с защитой на полные токи фаз имеет меньшую выдержку времени и большую чувствительность.

studfiles.net

Специальная токовая защита нулевой последовательности

Страница 23 из 24

Глава девятая
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ОДНОФАЗНЫХ К. 3. НА ЗЕМЛЮ НА СТОРОНЕ ИН (0,4 кВ)
1. Принцип действия и область применения
Специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю устанавливается на трансформаторах с соединением обмотки НН в звезду с заземленной нейтралью Y» Измерительным органом защиты является одно максимальное реле тока То, включенное через трансформатор

Рис. 9-1. Схемы включения максимального реле тока (Г0) специальной токовой защиты нулевой последовательности от однофазных к. з. на землю трансформаторов Y/Y* и ДЛ^: а — через ТТ в заземленную нейтраль трансформатора; б — в нулевой провод схемы соединения трех трансформаторов тока в полную
звезду
7’—токовые реле максимальной токовой защиты от междуфазных к. з.; ТТНП—трансформатор тока нулевой последовательности кабельного типа (ТЗР, ТЗЛ) для включения реле Г0 защиты нулевой последовательности от однофазных к. з. на землю, выполняемой на отходящих элементах НН
тока в заземленную нейтраль (рис. 9-1, а). В нормальном режиме работы трансформатора с симметричной нагрузкой в заземленной нейтрали проходит только ток небаланса, меньший, чем рабочие токи в фазах. От этого тока рассматриваемая защита должна быть надежно отстроена (§ 9-3). При к.з. на землю на шинах или в сети НН через заземленную нейтраль проходит ток однофазного к.з. (рис. 1-5 и 1-6), вызывающий срабатывание этой защиты. Ток однофазного к.з. в сети с глухозаземленной нейтралью называют утроенным током нулевой последовательности (/к* = 3/0), поэтому и защита от к. з. на землю называется защитой нулевой последовательности. Она относится к группе так называемых фильтровых защит, реагирующих на симметричные составляющие обратной или нулевой последовательностей токов (напряжений) к. з. По сравнению с токовыми защитами, реагирующими на полные фазные токи (например, максимальной токовой защитой) фильтровые токовые защиты всегда имеют более высокую чувствительность к несимметричным к. з., поскольку их не нужно отстраивать от сверхтоков при самозапусках и перегрузках, которые являются симметричными режимами и не сопровождаются появлением токов обратной и нулевой последовательностей.
Специальная защита нулевой последовательности устанавливается в соответствии с Правилами [1] в тех случаях, когда максимальная токовая защита на стороне ВН недостаточно чувствительна к однофазным к. з. на Землю за трансформатором. Практически это имеет место на трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/У» У которых <С /jf* (§ 2-7). Если нагрузка трансформатора состоит из электродвигателей, участвующих в самозапуске, ток срабатывания максимальной защиты на стороне ВН по условиям (8-1) и (8-2) оказывается равным (3 — 4) /НОм гр и коэффициент чувствительности при однофазном к. з. получается меньшим, чем требуют Правила [1], даже если применяется трехрелейная схема защиты (рис. 8-5,6).
На трансформаторах со схемой соединения обмоток Д/У для которых
= (§ 2-7), максимальная токовая защита на стороне ВН, как правило, имеет достаточную чувствительность к однофазным к. з. на выводах НН. Однако и на этих трансформаторах целесообразно устанавливать специальную токовую защиту нулевой последовательности в качестве резервной к максимальной токовой защите трансформатора (ближнее резервирование) и к защитным аппаратам элементов сети НН (дальнее резервирование). Такое решение применяется, например, Теплоэлектропроектом [29].

2. Схемы защиты

Измерительный орган специальной токовой защиты нулевой последовательности от однофазных к. з. выполняется в настоящее время электромагнитным максимальным реле тока РТ-40. Применение индукционного реле РТ-80 не рекомендуется, поскольку при малых кратностях тока это реле срабатывает со значительным замедлением (рис. 8-4), что может привести к серьезным повреждениям в резервируемой кабельной сети 0,4 кВ. Реле тока Т0 включается либо по схеме рис. 9-1, а, либо 9-1,6, где реле.2 включены в нулевой провод схемы соединения трех трансформаторов тока в полную звезду. Нулевой провод полной звезды является фильтром токов нулевой последовательности, так как в нормальном симметричном режиме нагрузки геометрическая сумма одинаковых по значению токов трех фаз равна нулю и в нулевом проводе проходит лишь незначительный ток небаланса, а при однофазном к. з. на землю — полный ток однофазного к. з. Применение той или другой схемы включения реле Т0 зависит только от первичной схемы.
Выдержка времени защиты осуществляется с помощью реле времени, которое срабатывает и начинает отсчитывать время после замыкания замыкающего контакта реле Т0 (по типу схемы на рис. 8-6, а). Таким образом, эта защита имеет независимую от тока характеристику.

3. Расчет параметров срабатывания (уставок)

Расчет параметров срабатывания состоит из выбора тока срабатывания защиты /с. з, тока срабатывания реле /с. р [см. выражение (5-2)] и времени срабатывания защиты /с. з.
Ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям, обеспечивающим:
несрабатывание (отстройку) от токов, которые могут проходить по заземленной нейтрали обмотки НН трансформатора при несимметрии нагрузки в нормальном режиме;
согласование по току и по времени с защитами элементов, отходящих от сборки НН (на рис. 9-1, а показаны автоматический выключатель АВ со встроенной защитой и плавкий предохранитель Пр)1 необходимые [1] значения коэффициента чувствительности при однофазном к. з. в основной зоне действия (на сборке НН) и в зоне резервирования (на элементах сети НН при отказе их собственной защиты).
Максимально допустимый в нормальном режиме ток в заземленной нейтрали обмотки НН для трансформаторов YIY- равен 0,25 /ном гр, для трансформаторов А/У — 0,75 /ном гр. Для обеспечения несрабатывания защиты при появлении таких токов в нейтрали ее ток срабатывания должен быть примерно в 1,5—2 раза выше [5].
Согласование рассматриваемой защиты трансформатора с защитами элементов, отходящих от сборки на стороне НН (рис. 9-1, а), по Правилам [11 не считается обязательным. Это объясняется тем, что выполнение условия согласования с защитными характеристиками автоматов и предохранителей относительно мощных элементов 0,4 кВ приводит к загрублению защиты трансформатора [5]. Однако отсутствие согласования по чувствительности между последующей защитой трансформатора и предыдущими защитами отходящих элементов достаточно часто вызывает неселективное отключение питающего трансформатора при таких к. з., когда защита предыдущего элемента оказывается недостаточно чувствительной (например, к. з. в обмотке электродвигателя или на удаленной сборке). Наилучшие условия для согласования обеспечиваются в тех случаях, когда на относительно мощных элементах 0,4 кВ устанавливается дополнительная токовая защита нулевой последовательности без выдержки времени, действующая на отключение автоматического выключателя (автомата) данного элемента (защита / на рис. 9-1,6). Такая защита предусматривается, например, Теплоэлектропроектом для электродвигателей 0,4 кВ начиная с мощности примерно 100 кВт.
При токе срабатывания, выбранном только по первому условию, рассматриваемая защита всегда имеет достаточный коэффициент чувствительности при однофазных к. з. на сборке НН и, как правило, в зоне резервирования, если, разумеется, первичная схема сети НН создана с учетом требований дальнего резервирования.
Время срабатывания защиты нулевой последовательности от к. з. на землю выбирается по возможности минимальным. Если на элементах сети
4 кВ имеется дополнительная защита нулевой последовательности без выдержки времени (реле / на рис. 9-1,6), то защиты нулевой последовательности на вводах 0,4 кВ трансформатора могут иметь tc. з = 0,4 с [14], а в нейтрали — на ступень селективности выше, т. е. 0,8 с (соответственно защиты 2 и 3 на рис. 9-1,6). Примеры расчета уставок защит трансформаторов этого класса напряжения приведены в работе [5].

leg.co.ua