9. Лекция Защита от коротких замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью. МТЗ нулевой последовательности
9.1. Токовые защиты от коротких замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания (с глухозаземленной нейтралью)
56
отсечек с НТЗ дает возможность получить ступенчатую РЗ, во многих случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения КЗ и чувствительность.
К недостаткам ее следует отнести: большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания; недостаточную чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольшими относительно их кратностями тока КЗ;
мертвую зону при трехфазных КЗ; возможность неправильного выбора направ- ления при нарушении цепи напряжения, питающей РНМ.
Максимальная направленная РЗ широко применяется в качестве основной РЗ сетей напряжением до 35 кВ с двусторонним питанием и в простых кольцевых сетях с одной точкой питания.
В сетях 110 и 220 кВ НТЗ применяется в основном как резервная, а иногда, в сочетании с отсечкой, как основная, если она удовлетворяет требованиям по чувствительности и быстродействию.
9. Лекция 9. Защита от коротких замыканий на землю в сетях с
57
При однофазном КЗ ток НП в месте повреждения IОК равен 1/3 тока КЗ в поврежденной фазе и совпадает с ним по фазе, а напряжение UOK в точке КЗ равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.
Под действием напряжения НП, возникающего в месте повреждения (точка К на рисунке 9.1), возникают токи Iок, которые замыкаются по контуру фаза–земля через место повреждения (точку К) и заземленные нейтрали. Таким образом, при КЗ на землю появление токов I0 возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями. При нескольких заземленных нейтралях ток НП от места повреждения разветвляется между ними обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. На рисунке 9.2 показаны характерные случаи распределения токов НП в схемах сети.
Направление токов, проходящих к месту КЗ, принято за положительное.
Если заземлена нулевая точка трансформатора только с одной стороны ЛЭП, то при КЗ на землю на ней токи НП проходят только на участке между местом повреждения и заземленной нейтралью (рисунок 9.2а).
Если же заземлены нейтрали трансформаторов с двух сторон рассматриваемого участка (рисунок 9.2, б), токи НП проходят с обеих сторон от места КЗ. Это позволяет сделать вывод, что распределение токов НП в сети определяется расположением не генераторов, а заземленных нейтралей. Если трансформатор имеет соединение обмоток звезда–треугольник, то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов НП на стороне звезды.
Поэтому РЗ, установленные в сети звезды, не действуют при замыканиях на землю в сети треугольника.
58
а) при заземлении нейтрали с одной стороны ЛЭП;
б) при заземлении нейтрали с обеих сторон ЛЭП;
в) при заземлении нейтрали в сетях высшего и низшего напряжений;
г) при КЗ в сети с автотрансформатором
Рисунок 9.2 – Распределение токов нулевой последовательности при однофазных КЗ
Схема и принцип действия защиты. Ненаправленная МТЗ НП применяется в сети с односторонним питанием места КЗ током Iо, т. е. при расположении трансформаторов с заземленной нейтралью с одной стороны защищаемого участка. Функциональная схема этой РЗ состоит из одного ИО – пускового токового реле КАО (рисунке.9.3, а, б), реле времени КТ и исполни- тельного реле KL. Реле тока КАО включено на фильтр тока НП, в качестве
59
которого используется нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды. Ток в КАО равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:
IР= Iа + Ib + Ic = 3I0 / КI. (9.1) При появлении тока 3I0 реле КАО срабатывает и приводит в действие реле времени КТ; последнее через время t подает сигнал на промежуточное реле KL, которое дает команду на отключение выключателя.
Согласно (9.1) ток в пусковом реле РЗ появляется только в том случае, когда имеется ток I0, поэтому МТЗ НП, показанная на рисунке 9.3, может работать только при одно- и двухфазных КЗ на землю.
При междуфазных КЗ (без "земли"), а также при нагрузке и качаниях МТЗ НП не действует, поскольку в этих режимах сумма токов IА + IB+ IC = 0 и ток 3I0 отсутствует. Важным преимуществом МТЗ НП является то, что она не реагирует на нагрузку. Благодаря этому ее не требуется отстраивать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет обеспечить более высокую чувствительность этой РЗ по сравнению с МТЗ, реагирующими на фазные токи.
Однако в действительности работа МТЗ НП осложняется погрешностью ТТ, обусловленной их током намагничивания. Поэтому в режимах, когда имеет место баланс первичных токов (IA+ IB+ IC = 0)>, сумма вторичных токов Iа + Ib + Ic 0. В нулевом проводе и пусковом реле МТЗ НП появляется оста- точный ток, называемый то к о м н е б а ла н с а (Iнб), который может вызвать нежелательное действие РЗ при отсутствии первичного тока I0. Значение Iнб
можно найти, если учесть токи намагничивания ТТ:
Очевидно, что второй член в (9.2) является током небаланса. Обозначив его Iнб и выразив первый член I0, получим:
Ip = (3I0)/KI - Iнб. (9.3)
Выражение (9.3) показывает, что ток в пусковом реле МТЗ НП состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I0 и в т о р о е – погрешностью ТТ. Последнее искажает значение тока 3I0, на которое реагирует МТЗ НП.
+ +
+ −
= +
=
−
+
−
+
−
=
I Cнам I
Bнам I
Aнам I
C B A
I Cнам C
I Bнам B
I Aнам p A
K I K I K I K
I I I
K I I K
I I K
I
I I
(9.2)
60
а) структурная схема; б) токовые цепи;
в) схема оперативных цепей РЗ с электромеханическими РЗ Рисунок 9.3 – Схема токовой защиты нулевой последовательности 9.2. Токовые направленные защиты нулевой последовательности В сетях с заземленными нейтралями, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка, селективное действие МТЗ НП можно обеспечить только при наличии органа направления мощности. Направленные МТЗ НП (НТЗ НП) действуют при КЗ на защищаемой ЛЭП и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной подстанции. Такое поведение НТЗ НП обеспечивается с помощью РНМ KWO, реагирующего на знак (направление) мощности НП при КЗ. Выдержки времени на защитах НТЗ НП, действующих при одном направлении мощности, должны выбираться по ступенчатому принципу.
Структурная схема направленной защиты НП приведена на рисунке 9.4, а. По этой схеме выполняются защиты как на электромеханических, так и на полупроводниковых реле. Схема состоит из пускового реле КАО, реагирующего на появление КЗ на землю (рисунок 9.4 б), реле направления мощности KWO, определяющего направление мощности при КЗ, и реле времени КТ. Пусковое реле и цепь тока РНМ включаются на 3I0 в нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды, а на входные зажимы цепи напряжения РНМ подводится напряжение 3U0 от разомкнутого треугольника ТН. При таком включении реле KWO реагирует на мощность НП S0 = U0I0. С учетом угла сдвига между векторами U0I0 90° и равенств Uр = 3U0, Iр = 3I0 используются реле НП, реагирующие на мощность:
61
Sp = UpIpsin( - р) = 9U0I0sin( - p), (9.4) где р = 0 - угол сдвига фаз между Up и Iр или U0 и I0.
а) структурная схема; б) схема цепей тока и напряжения;
в) цепи оперативного тока
Рисунок 9.4 – Схема максимальной токовой направленной защиты нулевой последовательности
10. Лекция 10. Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности
Содержание лекции: ознакомление с принципом действия и назначения токовых защит нулевой последовательности.
Цель лекции: изучить схемы четырехступенчатой защиты нулевой последовательности.