Принцип работы токовой направленной защиты нулевой последовательности в электрических сетях 110 кв

9. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ОДНОФАЗНЫХ КЗ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ НН 0,4 кВ

Категория: М.А. Шабад «Релейная защита трансформаторов»

Принцип действия и область применения.

Спе­циальная токовая защита нулевой последовательно­сти от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмот­ки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухо заземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление).

Измерительным органом защиты ну­левой последовательности является одно максималь­ное реле тока Т0, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль (рис. 34, а).

В нор­мальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсут­ствии в сети НН токов высших гармоник ток в ней­трали трансформатора теоретически равен нулю.

Практически ток в нейтрали, называемый током не­баланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансфор­матора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677—85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фаз­ного) для трансформаторов со схемой соединения об­моток Y/Y и не более 0,75 — для трансформаторов ∆/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой   последовательности,   как   правило, должна быть   отстроена.

Рис. 34. Схемы включения максимальных реле тока Т0 специаль­ной токовой защиты нулевом последовательности от однофаз­ных КЗ па землю трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Y.

При однофазном КЗ на землю на шинах или в сети НН через заземленную нейтраль проходит ток Ik (рис. 4, 5 и 34, а), вызывающий срабатывание защиты нулевой последовательности.

Как уже ука­зывалось, ток однофазного КЗ на землю в сети с глухозаземленной нейтралью называют утроенным током нулевой последовательности (Ik)= 3Iном, по­этому и защита от КЗ на землю называется зашито;»! нулевой последовательности.

Она относится к группе так называемых фильтровых защит, реагирующих на симметричные составляющие обратной или нулевой последовательности токов (напряжений) КЗ.

По срав­нению с токовыми защитами, реагирующими на наличие фазных токов (например, максимальной токовой защитой), фильтровые токовые защиты всегда имеют более высокую чувствительность к несимметричным КЗ, поскольку их не нужно отстраивать от сверхтоков при самозапусках и перегрузках, которые являются симметричными режимами и не сопровождаются появлением токов обратной и нулевой последователь­ности. Недостатком фильтровых защит является их бездействие при трехфазных симметричных КЗ.

Выполнение специальной токовой защиты нулевой последовательности требует относительно больших за­трат, особенно при необходимости прокладки длин­ного контрольного кабеля от основного щита НН до КРУ-Ю кВ для передачи импульса на отключение выключателя 10 кВ трансформатора. Поэтому раньше имелись некоторые допущения, позволявшие не вы­полнять эту защиту. Однако на практике защиту ну­левой последовательности всегда стремились устанав­ливать, главным образом, для целей дальнего резер­вирования однофазных КЗ в сети 0,4 кВ. При этом следует помнить, что для дальнего резервирования эта защита должна быть не только чувствительной по току, но и быстродействующей, поскольку весьма часто однофазные КЗ на элементах 0,4 кВ быстро переходят в трехфазные, при которых защита нуле­вой последовательности не работает.

Схемы защиты нулевой последовательности. Изме­рительный сигнал специальной токовой защиты нуле­вой   последовательности   от   однофазных   КЗ   выпол­няется   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. 21).   Реле тока   tqвключается либо по схеме рис. 34, а, либо 34,6, где реле '4 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 ток небаланса, а при однофазном КЗ на землю — полный   ток   однофазного   КЗ: I2к.

   Выбор схемы   включения   реле   То   зависит   от   первичной схемы.Выдержка времени защиты осуществляется с по­мощью реле времени, которое срабатывает и начинает отсчитывать время после замыкания замыкающего контакта реле Т0.

Расчет параметров срабатывания: уставок по току и по времени. Ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям, обеспечивающим:

несрабатывание (отстройку) оттоков, которые мо­гут проходить но заземленной нейтрали обмотки НН трансформатора при несимметрии нагрузки в нор­мальном режиме (допустимые значения токов неба­ланса указаны выше);

согласование по току и по времени с за­щитами элементов, отходящих от сборки НН (на рис. 34, а показаны автоматический выключатель АВ со встроенной защитой и плавкий предохрани­тель Пр);

необходимые [1] значения коэффициента чувстви­тельности при однофазном КЗ в основной зоне дейст­вия (на сборке НН) и в зоне резервирования (на элементах сети НН при отказе их собственной за­щиты).

Согласование чувствительности рассматриваемой защиты трансформатора и защит элементов, отходя­щих от сборки на стороне НН (рис. 34, а), по «Пра­вилам» [1] не считается обязательным.

Это объяс­няется тем, что выполнение условия согласования с защитными характеристиками автоматов и предо­хранителей относительно мощных элементов 0,4 кВ приводит к увеличению тока срабатывания защиты нулевой последовательности трансформатора.

Однако отсутствие согласования по чувствительности между последующей защитой трансформатора и предыдущи­ми защитами отходящих элементов достаточно часто вызывает неселективное отключение питающего транс­форматора при таких КЗ, когда защита предыдущего элемента оказывается недостаточно чувствительной (например, КЗ 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 1 на рис.

34,6), При токе срабатывания, выбранном только по первому условию, рассматриваемая защита всегда имеет достаточный коэффициент чувствительности при одно­фазных КЗ на сборке НН и, как правило, в зоне ре­зервирования, если, разумеется, первичная схема сети НН создана с учетом требований дальнего ре­зервирования. Расчеты токов КЗ в сетях 0,4 кВ рас­сматриваются в работе [7].

Время срабатывания защиты нулевой последова­тельности выбирается минимальным.

Если на элемен­тах сети 0,4 кВ имеется дополнительная защита ну­левой последовательности без выдержки времени (реле 1 на рис, 34,6), то защиты нулевой последова­тельности на вводах 0,4 кВ трансформатора могут иметь U.

з = 0,3-7-0,4 с, а в нейтрали —на ступень се­лективности выше, т. е. 0,6—0,7 с (соответственно защиты 2 и 3 на рис. 34, б). Рекомендуется приме­нять наиболее точные — электронные реле времени.

Источник: http://rza001.ru/rzt/10-spec-zashita

Принцип работы токовой направленной защиты нулевой последовательности в электрических сетях 110 кВ

Главная » Новости

Опубликовано: 03.09.2018

Испытание максимальной токовой защиты

Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) применяется при необходимости обеспечения защиты высоковольтных линий электропередач от однофазных коротких замыканий — замыканий на землю одного из фазных проводов в электросети.

Данная защита используется в роли резервной защиты линий электропередач класса напряжения 110 кВ. Ниже приведем принцип работы данной защиты, рассмотрим каким образом и при помощи каких устройств реализуется ТНЗНП в электрических сетях 110 кВ.
5.

Читайте также:  Управление приводом грузового лифта

Токовые и токовые направленые защиты нулевой последовательности всетях с заземленной нейтралью

В электротехнике есть понятие о симметричных и несимметричных системах фазных токов или напряжений. Симметричная система предусматривает равенство фазных токов (напряжений) трехфазной сети . При этом векторы фазных токов могут стоять относительно друг к другу в прямой, обратной, а также нулевой последовательности (НП).

При прямой последовательности векторы фазных токов идут в последовательности А, В, С, каждая из фаз отстает от другой на 120 гр. Обратная последовательность — чередование фаз А, С, В, угол сдвига фаз тот же – 120 гр.

При нулевой последовательности векторы трех фаз совпадают по направлению.

Несимметричная система представляется как значение тока — геометрическая сумма векторов всех составляющих прямой, обратной и нулевой последовательности.

В нормальном режиме работы участка электросети система токов и напряжений является симметричной, то же самое касается межфазных коротких замыканий. В данном случае, как напряжение, так и ток НП равны нулю. В случае возникновения однофазного замыкания на землю система становится несимметричной — возникает ток и напряжение НП.

В данном случае ток (напряжение) одной из фаз нулевой последовательности равен трети суммы векторов несимметричной системы, соответственно сумма векторов несимметричной системы – это тройной ток (напряжение) НП.

Результаты расчетов коротких замыканий в электрических сетях также показывают, что ток однофазного замыкания на землю в электрических сетях равен тройному значению тока НП – 3I0, а напряжение, возникающее между нейтралью трансформатора и точки короткого замыкания – тройному значению напряжения НП — 3U0.

Принцип работы токовой защиты нулевой последовательности заключается в контроле значения 3I0 на линии электропередач и в случае достижения его определенной величины – реализации автоматического отключения выключателя линии электропередач с определенной выдержкой времени.

На практике токи небаланса 3I0 получают на выходе так называемого фильтра токов нулевой последовательности. Данный фильтр получают путем электрического соединения между собой начал и концов обмоток трансформаторов тока каждой из фаз линии.

В нормальном режиме работы участка электрической сети на выходе фильтра токов НП отсутствует ток. В случае возникновения повреждения – падения одного из фазных проводов линии электропередач на землю, возникает небаланс – появляется некоторое значение тока 3I0, значение которого фиксируется на выходе фильтра токов НП.

ТНЗНП, как правило, многоступенчатая защита.

Каждая из ступеней защиты имеют свою выдержку времени срабатывания. Для обеспечения селективности работы защит на смежных подстанциях участки электрической сети разделяют на участки (зоны действия).

Таким образом, защита обеспечивает защиту линии электропередач, питающейся от подстанции, где установлен данный комплект защит, и выступает в роли резервирующей защиты смежных подстанций.

Существует такое явление, как качания в системе. Если защита от междуфазных КЗ, например, дистанционная защита , может ложно срабатывать при возникновении данного явления, то ложное срабатывание ТНЗНП исключено, так как данная защита реагирует исключительно на возникновение токов нулевой последовательности, возникновение которых нехарактерно для явления качаний в энергосистеме.

Рассматриваемая в статье защита, по сути, является защитой от замыканий на землю, поэтому данная защита имеет альтернативное название – земляная защита (ЗЗ) .

Какие устройства выполняют функцию направленной токовой защиты нулевой последовательности в электрических сетях

Для обеспечения защиты линий электропередач от всех видов повреждений (как однофазных, так и междуфазных коротких замыканий) токовая защита нулевой последовательности реализуется совместно с дистанционной защитой. Устройства, выполняющие функции данных защит, могут быть выполнены, как на реле электромеханического принципа работы, так и на современных устройствах – микропроцессорных терминалах защит.

Среди электромеханических защит приобрели наибольшую популярность комплекты типа ЭПЗ-1636, которые имеют несколько различных модификаций.

В современных условиях, при строительстве новых распределительных подстанций или техническом переоснащении старых объектов, преимущество отдается микропроцессорным защитным устройствам .

Для реализации резервных защит линий 110 кВ, в том числе и ТНЗНП, часто используются микропроцессорные терминалы производства компании ABB, например, многофункциональное устройство REL650.

Источник: http://videorip.ru/qa/2011557097-princip-raboty-tokovoy-napravlennoy-zaschity-nulevoy-posledovatelnosti-v-elektricheskih.html

Краткие ответы на экзаменационные вопросы по релейной защите и автоматике, страница 2

 Назначение газовой защиты трансформатора. Реагирует на повреждения внутри трансформатора, сопровождаются электрической дугой и нагревом деталей.(чувствительна к повреждениям в обмотке, особенно к витковым замыканиям). Реагирует на понижения уровня масла в трансформаторе.

На чём основан принцип действия поперечной дифференциальной защиты высоковольтных линий? Поперечная дифференциальная защита применяется на параллельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление, и основана на сравнении величин и фаз токов , протекающих по обеим линиям (при внешнем КЗ и В нормальном режиме токи равны , а при кз на одной из цепей становятся не одинаковыми)

Назначение блокировки от качаний в панели дистанционной защиты ВЛ. Не допустить срабатывание защиты при качаниях и асинхронном режимах и одновременно не помешать ее срабатыванию при КЗ в зоне действия. (реле сопротивления реагируют на данный режим как на КЗ).

Назначение первой, второй и третьей ступеней трёхступенчатой токовой защиты ВЛ от междуфазных КЗ. (Защита ВЛ, выполнена в виде 3-х ступенчатой токовой. Укажите назначение каждой ступени защиты.) I ступень: Мгновенная токовая отсечка – служит для отключения близких КЗ на защищаемой линии без выдержки времени.

II ступень: Токоваяотсечка с выдержкой времени – перекрывает мертвую зон у первой ступени, но при этом неизбежно перекрывается часть I зон защит следующих линий, имеют выдержку времени.

III ступень: Максимальная токовая защита – предназначена для дальнего и ближнего резервирования защит собственной и следующих линий.

 Одним из условий при выборе тока срабатывания максимальной токовой защиты является следующее:. С какой целью в расчётное выражение введен коэффициент возврата (Квоз)? Реле защиты должно вернуться в исходное состояние после отключения КЗ на смежном участке.

При каких видах повреждений может срабатывать продольная дифференциальная защита трансформатора? При междуфазном КЗ на выводах трансформаторов или внутри его бака; при витковых КЗ в обмотках трансформатора, сопровождающихся большим числом замкнувшихся витков; при КЗ на корпус в обмотке со стороны сети, имеющей глухое заземление нейтрали.

Перечислите основные достоинства максимальной токовой защиты, реагирующей на токи фаз.Способность дальнего резервирования, простота, относительная дешевизна (в зависимости от элементной базы).

 Почему ток срабатывания реле типа РНТ-565 и ДЗТ-11 нельзя регулировать с помощью пружины реле тока? Уставка реле тока выбрана так, чтобы реле не срабатывало от однополярных токов и надежно срабатывало от синусоидального.

Почему автоматическое повторное включение выключателя после его отключения РЗ должно осуществляться с выдержкой времени? К моменту повторной подачи напряжения должны восстановиться изоляционные свойства воздушного пространства; гасительная камера выключателя должна быть готова к выполнению следующей операции отключения тока КЗ; привод выключателя должен быть готов к повторному действию.

Почему на воздушных линиях и сборных шинах устанавливается автоматическое повторное включение? Так как большинство КЗ являются самоустраняющимися (т.е. не устойчивые) с этой целью используют АПВ.

Читайте также:  Контрольные кабели в электроустановках — назначение, виды конструкции, применение

Почему МТЗ нулевой последовательности ВЛ напряжения 110 кВ и выше обладает большей чувствительностью, чем МТЗ, реагирующая на токи фаз? Так как ее нет необходимости отстраивать ни от токов самозапуска, ни от токов нагрузки, так как они не содержат компонентов токов нулевой последовательности. И отстраивают ее от тока небаланса.

 Почему МТЗ нулевой последовательности ВЛ напряжения 110 кВ и выше имеет меньшее время срабатывания, чем МТЗ, реагирующая на токи фаз? Поскольку составляющие нулевой последовательности тока Кз на землю не могут протекать на сторонах трансформатора и АТ, обмотки которых соединены по схеме треугольник,  количество участков в расчетной схеме нулевой последовательности значительно меньше, чем в МТЗ от междуфазных КЗ. А выдержка времени по направлению к источнику на каждом участке увеличивается на ступень селективности, поэтому в общем случае выдержка времени резервной ступени ТЗНП меньше чем МТЗ от междуфазных КЗ.

Почему для выполнения токовой защиты нулевой последовательности в сетях 6–35 кВ необходим трансформатор тока нулевой последовательности, а не трансформаторный фильтр нулевой последовательности? Так как ток небаланса в защите в нормальном режиме соизмерим с током при однофазном замыкании на землю, поэтому отличить нормальный режим от ОЗЗ невозможно.

Перечислите защиты высоковольтного асинхронного электродвигателя. Защита от междуфазных КЗ в обмотке двигателя и на его выводах, защита от однофазных замыканий обмотки статора двигателя, защита от сверхтоков перегрузки, минимальная защита напряжения.

Расшифруйте, что означает УРОВ. Устройство резервирования при отказе выключателей.

Расшифруйте, что означает АВР, АРВ, АЧР, АРЧ. Автоматическое включение резервных источников питания и оборудования; автоматический регулятор возбуждения; автомат частотной разгрузки; автоматический регулятор частоты.

Токовая отсечка без выдержки времени ВЛ имеет зону нечувствительности («мёртвую зону»). От чего зависит эта зона? От вида КЗ; от режима работы питающей сети.

Трансформатор оборудован устройством РПН. Как это скажется на токе срабатывания дифференциальной защиты трансформатора, выполненной без торможения от токов плеч? Ток срабатывания должен быть увеличен.

Трансформатор оборудован устройством РПН. Как это скажется на токе срабатывания дифференциальной защиты трансформатора, выполненной с торможением от токов плеч? Ток срабатывания должен быть увеличен.

 Трансформаторы тока собраны по схеме полный треугольник. Чему равен коэффициент схемы () при трехфазном КЗ?.

Что понимается в технике релейная защита под термином «реле»?  Автоматически действующий аппарат, предназначенный проводить скачкообразные изменения в управляемых системах при заданном значении воздействующей величины.

Что такое трансформатор тока нулевой последовательности? Где он используется? Трансформатор тока нулевой последовательности представляет собой магнитопровод, собранный из листов трансформаторной стали, имеет форму кольца или прямоугольника, охватывает все три фазы защищаемой линии. Провода фаз А, В, С, проходящие через Отверстие ТНП, являются первичной обмоткой, вторичная обмотка располагается на магнитопроводе. Применяется в схемах защиты для сети с малыми токами замыкания на землю, именно для защиты от ОЗЗ.

Чем опасна несимметрия токов фаз генератора? Данный режим характеризуется появлением в обмотке статора токов обратной последовательности.

Эти токи создают магнитное поле, в бочке ротора наводятся большие величины вихревых токов, которые циркулируют по поверхности, нагревают поверхность и приводят тем самым к выпадению клиньев и выпадению обмоток, что приводиьт к разрушению генератора. 

Чувствительность МТЗ оценивается с помощью коэффициента чувствительности КЧ = IКЗ min / IСЗ . Какие факторы учтены при расчете IКЗ min? Режим работы системы; место КЗ; вид КЗ.

Что Вы понимаете под коэффициентом схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока? Это отношение тока в нагрузке ТТ ко вторичному току ТТ.

Чем отличаются АЧРI и АЧРII ? АЧРI – быстродействующая, без выдержки времени, предотвращает глубокое снижение частоты в системе; АЧРII — с выдержкой времени, поднимает частоту в системе.

Источник: https://vunivere.ru/work12212/page2

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

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.

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.

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.

Читайте также:  Программируемые контроллеры siemens серии simatic s7

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.

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.

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.

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.

Источник: http://pue8.ru/relejnaya-zashchita/935-printsip-dejstviya-tznp-zashchita-nulevoj-posledovatelnosti.html

Что такое токовая защита нулевой последовательности

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:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-tokovaya-zashhita-nulevoj-posledovatelnosti.html

Ссылка на основную публикацию