Токовая защита нулевой последовательности

3.2.108

Для линий 330 кВ и выше в качестве основной должна
быть предусмотрена защита, действующая без замедления при КЗ в любой точке
защищаемого участка.

Для линий напряжением 110-220 кВ вопрос о типе основной
защиты, в том числе о необходимости применения защиты, действующей без
замедления при КЗ в любой точке защищаемого участка, должен решаться в первую
очередь с учетом требования сохранения устойчивости работы энергосистемы. При
этом, если по расчетам устойчивости работы энергосистемы не предъявляются
другие, более жесткие требования, может быть принято, что указанное требование,
как правило, удовлетворяется, когда трехфазные КЗ, при которых остаточное
напряжение на шинах электростанций и подстанций ниже 0,6-0,7 , отключаются без
выдержки времени. Меньшее значение остаточного напряжения (0,6 ) может быть допущено для
линий 110 кВ, менее ответственных линий 220 кВ (в сильно разветвленных сетях,
где питание потребителей надежно обеспечивается с нескольких сторон), а также
для более ответственных линий 220 кВ в случаях, когда рассматриваемое КЗ не
приводит к значительному сбросу нагрузки.

При выборе типа защит, устанавливаемых на линиях 110-220
кВ, кроме требования сохранения устойчивости работы энергосистемы должно быть
учтено следующее:

1. На линиях 110 кВ и выше, отходящих от АЭС, а также на
всех элементах прилегающей сети, на которых при многофазных КЗ остаточное
напряжение прямой последовательности на стороне высшего напряжения блоков АЭС
может снижаться более чем до 0,45 номинального, следует обеспечивать
резервирование быстродействующих защит с выдержкой времени, не превышающей 1,5
с с учетом действия УРОВ.

2. Повреждения, отключение которых с выдержкой времени
может привести к нарушению работы ответственных потребителей, должны
отключаться без выдержки времени (например, повреждения, при которых остаточное
напряжение на шинах электростанций и подстанций будет ниже 0,6 , если отключение их с
выдержкой времени может привести к саморазгрузке вследствие лавины напряжения,
или повреждения с остаточным напряжением 0,6  и более, если отключение их с выдержкой
времени может привести к нарушению технологии).

3. При необходимости осуществления быстродействующего АПВ
на линии должна быть установлена быстродействующая защита, обеспечивающая
отключение поврежденной линии без выдержки времени с обеих сторон.

4. При отключении с выдержкой времени повреждений с токами,
в несколько раз превосходящими номинальный, возможен недопустимый перегрев
проводников.

Допускается применение быстродействующих защит в сложных
сетях и при отсутствии изложенных выше условий, если это необходимо для
обеспечения селективности.

Суть функционирования

Рабочий процесс токовой защиты основан на отключении коммутирующих устройств, если однофазную сеть замкнула с некоторой задержкой во времени. С помощью небольшой временной задержки срабатывает защитная система сразу нескольких подстанций.

Значения тока в фазах контролируется с помощью трансформаторов тока. Данные элементы одевают на шины или проводники. На обмотки направлена электродвижущая сила, протекающая сквозь жилы и шины.

Описанная в нашей статье защитная система тока будет работать эффективно, если у трансформаторов тока кривые намагничивания будут едиными.

То есть важно не только совпадение их параметров, но и то, чтобы они были одних и тех же видов и марок. Погрешности всех значений при этом не превышают 10%, иначе система не будет работать правильно

Сигналы, проходящие через фильтр, дают на выходе ток, который вышел из баланса. Обычно в жизни обмотки элементов подстанций соединяют друг с другом. Это и считается фильтром в описанной в нашей статье защите ТЗНП.

При стандартном функционировании сети токи последовательности будут равняться нулю, тогда в процессе срабатывания защиты последовательности они тоже будут равны 0. При коротком замыкании в режиме аварии ток не будет равен нулевому значению.

Обычно в токовой защите всё устраивает так, чтобы не было ложных срабатываний кроме реакции на изменения значений при коротком замыкании.

Раньше ТНЗП была основана на релейных схемах. Сегодня выпускают специальные терминалы с микропроцессорами для защиты.

ТНЗП представляет собой резервную защиту. С помощью этого резерва защита становится более быстрой и эффективной для подстанций и линий передач энергии.

При этом линии передачи энергии получат минимальные повреждения в случае КЗ, как и генераторы, трансформаторы и другие устройства. Кроме того, такая защитная система служит дополнительной безопасностью для человека и окружающей среды.

В заключение советуем посмотреть следующее видео. В нём специалист подробнее рассматривает принцип работы токовой защиты с последовательностью, равной нулю:

Это основная информация о данном виде токовой защиты, которым сегодня снабжают многие линии передач энергии. У компании энергоснабжения Вы можете узнать, есть ли у ваших линий передач энергии подобная система защиты!

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю

Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

Токовая защита нулевой последовательности

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

Токовая защита нулевой последовательности

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о ТЗНП смотрите ниже:

Устройство

Рассмотрим устройство в процессе описания действия РЗиА:

Токовая защита нулевой последовательности

Название Функция
Блок мониторинга Отслеживание электропроцессов. Параметры измеряются ТН/ТТ и узлами с подобными функциями. Выходные импульсы могут поступать напрямую на логическую часть для сравнения с прописанными пользователем величинами отклонений от уставок (нормальных значений). А также импульсы может предварительно создаваться сообщения в цифровой форме.
Логическая часть Сравнивает поступившие импульсы с уставками. Определяется несовпадение, принимается решение о командах на активацию защиты.
Исполнительная схема Постоянно в состоянии готовности для принятия команды от логической части. Производит переключение цепей ЭУ по прописанному алгоритму для недопущения поломок оснащения и ударов тока.
Сигнальный узел Сам пользователь органами чувств не может адекватно отслеживать чрезвычайно быстрые процессы в ЭУ. Для сохранения данных происходящих процессов используют сигнальные приборы оповещения (изображением, звуком, светом), которые также записывают в память историю. После сработки таких устройств они выставляются в исходную позицию вручную. Система позволяет сберечь данные о всех действиях.

Токовая защита нулевой последовательности

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

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.

Советуем изучить — Оперативно-диспетчерское управление энергосистемой – задачи, особенности организации процесса

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.

Устройство нулевой защиты УНЗ (замена реле РЭ-13)

БЕСКОНТАКТНАЯ ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ К.З.

трансформаторных подстанций и линий электропередач 0,4 кВ

Изделие соответствует техническим условиям БГСИ.656822.189 ТУ, согласованным с ГПО «БЕЛЭНЕРГО» и техническим условиям ТУ BY 390183632.004-2012, согласованными с Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь. Сертификат соответствия Таможенного союза № ТС RU C-BY.МЛ04.В.00175.

УНЗ предназначено для защиты трансформаторных подстанций и линий электропередач 0,4 кВ от однофазных коротких замыканий.

Не требует питающего напряжения. Крепление, как на DIN-рейку, так и под винт.

Позволяет производить настройку тока срабатывания в соответствии с расчетным током однофазного короткого замыканияконкретной электрической цепи

и полностью заменяет реле РЭ-13 и аналогичные.

При возникновении К.З. на любом участке линии устройство фиксирует наличие тока в нулевом проводе, с помощью встроенного датчика тока и замыкает цепь питания катушки независимого расцепителя; расцепитель отключает автоматический выключатель; электроснабжение аварийной линии прекращается.

ОТЛИЧИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА УНЗ

1. Бесконтактное включение в нулевой провод (нулевой провод пропускается в сквозное отверстие в корпусе устройства без необходимости его разрыва) и бесконтактное управление расцепителем автоматического выключателя (цепь питания независимого расцепителя коммутируется электронным ключом, а не «сухим» контактом токового реле), при этом:

  • — снимается потребность в техническом обслуживании устройства;
  • — упрощается сама схема защиты, повышается ее надежность;
  • — снижается трудоемкость и материалоемкость монтажных и пусконаладочных работ;
  • — уменьшается число ненадежных контактных соединений в схеме защиты.

2. Обеспечена выдержка времени на отключение 4 с (2-5 с для УНЗ-Т в зависимости от уставки), что позволяет:

  • — исключить отключения при неустойчивых к.з. (схлёстывание проводов, набросы и т.д.);
  • — предотвратить ложные срабатывания защиты при кратковременных пусковых нагрузках в линии от электроустановок потребителей;
  • — снизить число аварийных отключений электропотребителей;
  • — уменьшить издержки по эксплуатации распределительных электросетей. При правильном выборе уставок тока срабатывания УНЗ исключает возникновение пожаров и выход из строя силового трансформатора подстанции, защищает электроприборы потребителя от возникновения высокого или низкого напряжения при перекосе фаз.

Основные технические характеристики:

1. Выпускается в диапазоне тока срабатывания (Iср.) от 10 до 2000 А пяти модификаций по диапазонам токов:

№ п/п Обозначение

устройства нулевой защиты

Диапазон установки тока срабатывания, А Дискретность установки тока срабатывания Примечание
1 УНЗ-0,4-У3-2003-10-80 10 ÷ 80 10; 20; 24; 27; 30; 33; 38; 42; 46; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80 Встроенный датчик тока, отв. Ø 24
2 УНЗ-0,4-У3-2003-80-150 80 ÷ 150 80; 83; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 115; 120; 125; 130; 135; 140; 145; 150
3 УНЗ-0,4-У3-2003-130-200 130 ÷ 200 130; 133; 135; 140; 145; 150; 155; 160; 165; 170; 175; 180; 185; 190; 195; 200
4 УНЗ-0,4-У3-2003-140-800 140 ÷ 800 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800 Выносной датчик тока, отв. Ø 40 мм
5 УНЗ-0,4-У3-2003-Т 1,5 ÷ 5 1,5; 1,8; 2; 2,3; 2,5; 2,8; 3; 3,3; 3,5; 4; 4,5; 5 *Стандартный трансформатор тока ХХХХ/5

2. Время срабатывания при превышении током заданной уставки 4 с (2, 3, 4 или 5 с для УНЗ-Т устанавливается потребителем).

3. Диапазон рабочих температур от -40 ºС до +55 ºС.

4. Гарантийный срок эксплуатации – 2 года.

5. Срок эксплуатации устройства — не менее 10 лет.

Что является источником токов обратной и нулевой последовательностей?

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное илидвухфазноеКЗ). Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Ток обратной последовательности, как известно из , появляется при любом несимметричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ. Ток нулевой последовательности используется для повышения чувствительности пуска ВЧ-передатчика при КЗ на землю, а пусковое реле фазного тока КА — при симметричных КЗ

Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 .

Зёх фазный ток — это когда фазы а,в,с отстоют друг от друга на 120градусов. Когда три фазы повёрнуты в 1 сторону — ток нулевой последовательности. Такое возникает при однофазных замыканиях на землю в сетях с заземлённой нейтралью. Поэтому применяются ТЗНП — токовые защиты нулевой последовательности для защиты от замыканий на землю — появился ток нулевой последовательности, значит есть замыкание на землю, защита срабатывает. . Токи обратной последовательности — это когда нарушен порядок чередования фаз. Возникают при межфазных замыканиях, для зашиты применяю ТЗОП — токовые защиты обратной последовательности. В двух словах так. Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное или двухфазное КЗ).

Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Токи нулевой последовательности по существу являются однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи. В силу этого, путь циркуляции токов нулевой последовательности резко отличен от пути, по которому проходят токи прямой или обратной последовательности Для практической реализации метода симметричных составляющих необходимо составлять три схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Конфигурация этих схем и параметры их элементов в общем случае не одинаковы.

Схема прямой последовательности является той же, что и для расчета тока трехфазного замыкания. Из этой схемы находят результирующую ЭДС и результирующее сопротивление прямой последовательности: и . Началом этой схемы являются точки нулевого потенциала источников питания, концом – место короткого замыкания, к которой приложено напряжение прямой последовательности . Составляющие обратной последовательности возникают при появлении в сети любой несимметрии: однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки.

Составляющие нулевой последовательности имеют место при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания составляющие нулевой последовательности(токи и напряжения) равны нулю.

Этот метод используют многие устройства РЗиА. В частности, принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю. В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.

Для трехфазных транспозированых ЛЭП результат этого преобразования — точная матрица собственных векторов (матрица модального преобразования). Она одинакова как для тока, так и для напряжения.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Токовая защита нулевой последовательности
Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Токовая защита нулевой последовательности
Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Максимальные токовые защиты

Основной защитой здесь так же является МТЗ. Она должна быть всегда и обычно в проектах применяется без каких-либо дополнительных пусковых органов, хотя может комбинироваться с органами напряжения.

Также вы наверное заметили, что я отмечаю две важнейших цели МТЗ — основная защита своего присоединения и резервная защита смежных. В сетях 6-10 кВ МТЗ — это базовая фундаментальная защита, без которой невозможно надежное функционирование сети!

Токовая отсечка также обязательна на всех трансформаторах, где не применяется дифференциальная защита (ПУЭ 3.2.54), а это как раз наш случай. До мощности 6,3 МВА обычно дифф. защиту не устанавливают.

Защита от перегрузки в принципе выполняется всегда, хотя ПЭУ 3.2.69. говорит о том, что это нужно делать «…в зависимости от вероятности и значения возможной перегрузки». Я отметил ее как необязательную, но советую применять ее всегда, когда хватает токовых ступеней в устройстве. Также стоит отметить, что данную защиту может выполнять и вводной автомат 0,4 кВ так, как питание здесь одностороннее.

Токовая защита от ОЗЗ устанавливается, если есть ТТНП, а сам трансформатор подключается через кабель (что чаще всего и бывает). Иногда ей пренебрегают, считая, что повреждение на столь малом участке маловероятно. Однако, если терминал содержит эту функцию и есть возможность подключения к ТТНП, то защиту нужно вводить.

Понятия о системах прямой, обратной и нулевой последовательности

Рис. 13.3

Система прямой последовательности состоит из трёх векторов равных по длине и сдвинутых друг относительно друга на. Причёмотстаёт от вектора(рис. 13.3 а).

В системе обратной последовательности вектор опережает

(рис. 13.3 б).

Система нулевой последовательности состоит из трёх равных векторов

(рис. 13.3 в).

Любую несимметричную систему трёхфазных напряжений, токов, ЭДС можно представить как результат наложения систем прямой, обратной и нулевой последовательностей (рис. 13.4).

(1)

Или

(2)

Справедливо и обратное действие, – если каким-либо образом найдены симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, то по формулам (1) или (2) можно определить исходные несимметричные напряжения и токи в трёхфазной цепи (методом наложения).

(3)

Первоначальная задача (действие метода) – поиск симметричных составляющих и сходных несимметричных(аварийных) режимов. Он осуществляется путём расчёта трёх симметричных режимов: прямого, обратного и нулевого.

Расчёт каждого симметричного режима производится по своей схеме замещения, причём схемы прямой и обратной последовательности аналогичны (имеют одинаковую конфигурацию).

Составляют схему произвольно с использованием принципа компенсации, согласно которому любое сопротивлениеZ электрической цепи можно представить эквивалентным источникам ЭДС, направленным навстречу току в исходной ветви (рис. 13.5).

В схемах замещения фазные сопротивления линии передачи трёхфазных трансформаторов и трёхфазных электрических машин имеют различные величины для токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Линии передач

В трансформаторах магнитные потоки нулевой последовательности совпадают по фазе и поэтому не могут замыкаться по сердечнику и поэтому замыкаются по воздуху (рис. 13.6).

Магнитные потоки прямой () и также обратной () последовательностей сдвинуты наи поэтому замыкаются по сердечнику.

Рис. 13.6

Поскольку магнитное сопротивление воздуха много больше магнитного сопротивления стали , то.

Это приводит к .

В электрических машинах прямая последовательность токов статора создаёт магнитное поле, вращающееся в одном направлении с ротором, а обратная система токов – в противоположном. Следовательно, частоты наведённых в роторе токов (прямых и обратных) оказываются различными. Это проводит к (сопротивление фазы электрической машины для токов прямой последовательности не равно обратной).

Токи статора нулевой последовательности не создают кругового вращающегося магнитного поля, условия их протекания в машине отличаются от условий для токов прямой и обратной последовательностей. В результате .

Для перехода от исходной цепи к схемам замещения поступают следующим образом: Место возникновения аварийного режима характеризуется несимметричными напряжениями, которые на основании принципа компенсации представлены источниками фиктивных, несимметричных ЭДС (напряжений)

Контрольные вопросы

1. К чему приводят повреждения и аварии в энергетических системах?

2. На какие две группы делят несимметрию?

3. К чему позволяет привести задачу метод симметричных составляющих?

4. Из чего состоит система нулевой последовательности?

5. Любую ли несимметричную систему трёхфазных напряжений, токов, ЭДС можно представить как результат наложения систем прямой, обратной и нулевой последовательностей?

6. Если каким-либо образом найдены симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, можно ли определить исходные несимметричные напряжения и токи в трёхфазной цепи?

7. В чем состоит первоначальная задача метода наложения?

8. Какая последовательность токов статора создает магнитное поле в электрических машинах?

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.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Токовая защита нулевой последовательности

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

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.

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

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

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 направлена в линию. В других случаях, при «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токовая защита нулевой последовательности

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: