18.5.2. Ненаправленная токовая защита нулевой последовательности с независимой время-токовой характеристикой

Данная защита измеряет величину основной гармоники тока нулевой последовательности, протекающего по ТТНП, установленного в начале каждой линии, отходящей от секции сборных шин ПС или РП.

1. Электрическая сеть с изолированной нейтралью. В разделе 18.1 было показано, что при ОЗЗ по ТТНП1 повреждённой линии протекает ток I_ТТНП1 = I_ОЗЗ – I_С1, (выражение 18,3), а по ТТНП неповреждённых линий – собственные ёмкостные токи I_Сi (см. рис. 18.1). Следовательно, для того чтобы при возникновении ОЗЗ защита неповреждённой линии не сработала её ток срабатывания I_С.Зi выбирается из условия отстройки от тока, протекающего в нормальном режиме работы сети через трансформатор тока нулевой последовательности защищаемой линии (собственного тока защищаемого присоединения I_С.ЗПi)

IС.Зi ≥ КН.С ∙ КБР ∙ IС.ЗПi,

(18.16)

где К_Н.С = 1,2 – коэффициент надежности срабатывания; К_БР = 2–2,5 – коэффициент, учитывающий броски тока при перемежающихся дуговых замыканиях (значения даны для реле РТЗ-51 [31, 34]). Для микропроцессорных защит – К_БР = 1,2 [34].

В то же время при выбранных токах срабатывания I_С.Зi должна сработать только защита повреждённой линии, по ТТНП которой протекает значительный ток I_ОЗЗ – I_С1.

Примечание. Раскроем понятие «собственного тока защищаемого присоединения I_С.ЗПi» или тока, протекающего в нормальном режиме работы сети через трансформатор тока нулевой последовательности защищаемой линии:

1. Для радиальной линии собственный ток защищаемого присоединения I_С.ЗПi равен ёмкостному току этой линии I_С.ЗПi = I_Сi.

2. Для магистральной линии трансформатор тока устанавливается в её начале и по нему протекают токи всех подключенных ниже участков этой магистральной линии, т.е. I_С.ЗПi = I_С.КЛ3 + I_С.КЛ5 + I_С.КЛ7 (см. рис. 17.7).

3. Для кабельной линии КЛ, питающей распределительный пункт РП, собственный ток, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности, будет равен сумме ёмкостных токов кабельной линии КЛ и всех линий, отходящих от распределительного пункта РП.

При работе защиты от ОЗЗ «на сигнал» выдержка времени по условию селективности не требуется. Если защита работает «на отключение», то выдержка времени выполняется равной 0,5 с.

Эффективность функционирования токовой защиты нулевой последовательности оценивается коэффициентом чувствительности

,

(18.17)

где I_{ОЗЗ.МИН} – минимальное значение тока ОЗЗ электрической сети при различных режимах эксплуатации, например, при отключении каких-либо участков сети, нормально подключенных к рассматриваемой секции сборных, что ведёт к уменьшению тока ОЗЗ; К_Ч.ДОП – минимальное допустимое значение коэффициента чувствительности: для кабельных сетей принимается равным 1,25; для воздушных сетей – 1,5 [35]; для защиты от ОЗЗ электродвигателей с действием на отключение коэффициент чувствительности должен быть не менее 2 [30].

Ненаправленная токовая защита достаточно эффективно работает в сети с изолированной нейтралью с большим числом присоединений, когда суммарный ёмкостный ток ОЗЗ I_ОЗЗ в 5–10 раз больше собственного ёмкостного тока I_Сi наиболее длинной отходящей линии. При наличии в электрической сети линии с большим собственным ёмкостным током, например, линии, питающий РП, от которых, в свою очередь, отходят ещё линии (см. примечание к выражению 18.3), чувствительность защиты снижается и она может оказаться неработоспособной. В этом случае нужно использовать другие принципы построения защиты, например, направленную защиту нулевой последовательности.

Ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности используются для защиты от ОЗЗ генераторов, работающих на сборные шины, и электродвигателей 6 и 10 кВ на электростанциях и на подстанциях. Собственный ёмкостный ток электрических машин значительно меньше токов кабельных линий, поэтому условие несрабатывания защиты при внешних ОЗЗ выполняется легче, чем для кабельных линий (см. раздел 22). При необходимости для повышения чувствительности допускается вводить выдержку времени (около 0,5 с), которая практически позволяет не учитывать бросок ёмкостного тока при внешнем ОЗЗ.

2. Электрическая сеть с компенсацией емкостных токов. Данный принцип защиты от ОЗЗ с помощью отечественных средств защиты не может быть реализован, т.к. величина тока I_ТТНП1 = (I_ОЗЗ – I_С1 ) + I_LN, протекающего через ТТНП1 повреждённой линии, может быть меньше собственного тока этой линии (см. раздел 18.1).

3. Электрическая сеть с резистивным заземлением нейтрали. Установка в электрической сети заземляющего резистора облегчает условия выбора уставок и улучшает селективность работы релейных защит от ОЗЗ.

По ТТНП1 поврежденного присоединения протекает ток I_ТТНП1 = (I_ОЗЗ – I_С1) + I_R, который увеличивается за счет активной составляющей тока I_R резистора (см. рис. 18.1 и 18,2), а по ТТНП неповреждённых присоединений – собственные ёмкостные токи I_Сi. Следовательно, как и в сети с изолированной нейтралью, защиты линий должны отстраиваться от собственных ёмкостных токов и их токи срабатывания определяются по выражению (18.16). При определении тока срабатывания защиты необходимо учесть уменьшение коэффициента К_БР до значений 1–1,5 вследствие подавления переходных процессов в сети при подключении высокоомного резистора [31].

Коэффициент чувствительности ненаправленной защиты в сети резистивным заземлением нейтрали определяется по выражению [31]

.

(18.18)

В электрической сети с резистивным заземлением нейтрали защита выполняется, как правило, с действием на отключение повреждённого присоединения. В этом случае высокоомные резисторы могут иметь небольшую мощность, т.к. напряжение U_N с них снимается с отключением ОЗЗ. В случае, если защита действует на сигнал, то резисторы должны длительно выдерживать свой номинальный ток и, следовательно, имеют большую мощность, измеряемую десятками и даже сотнями кВт.

В настоящее время для реализации данного принципа построения защиты от ОЗЗ широкое распространение получило статическое реле РТЗ-51, выпускаемое ЧЭАЗ. Оно выполнено на интегральных микросхемах, содержит активный фильтр, выделяющий частоту 50 Гц, и токовый измерительный орган ИО. В начале каждой линии защищаемой сети подключается комплект, состоящий из ТТНП и реле РТЗ-51. Несрабатывание защиты при внешних ОЗЗ и в режимах без ОЗЗ обеспечивается выбором тока срабатывания и, в необходимых случаях, – времени срабатывания. До выпуска реле РТЗ-51 применялись электромагнитное реле РТ-40/0,2 и полупроводниковое реле РТЗ-50.

Реле РТЗ-50 имеет три диапазона срабатывания по току I_С.Р: 0,01–0,02; 0,015–0,03; 0,03–0,06 А. Минимальному току срабатывания реле I_С.Р.МИН = 0,01 А соответствует первичный ток срабатывания защиты порядка I_С.З.МИН ≥ 3,5 А [33].

В реле РТЗ-51 ток срабатывания находится в пределах I_С.Р = 0,02–0,12 А. Но минимальному току срабатывания реле I_С.Р.МИН = 0,02 А соответствует первичный ток срабатывания защиты I_С.З.МИН ≥ 0,6 А, т.е. реле РТЗ-51 имеет более высокую чувствительность, чем реле РТЗ-50. Потребляемая мощность реле РТЗ-51 от ТТНП на минимальной уставке составляет 10 мВА или его входное сопротивление составляет около Z_Р ≈ 1 Ом [33].

Расчётное значение уставки I_{С.З.РАСЧ} = I_С.Зi (см. выражение 18.16) необходимо сравнивать с минимально возможным значением первичного тока срабатывания защиты I_С.З.МИН, зависящим от типа применяемых ТТНП, схемы их соединений и типа используемого реле защиты (табл. 18.7). При соотношении I_{С.З.РАСЧ} ≤ I_С.З.МИН принимают I_С.З = I_С.З.МИН, а при соотношении I_{С.З.РАСЧ} > I_С.З.МИН принимают I_С.З = I_{С.З.РАСЧ}.

Таблица18.7

Расчётные значения I_С.З.МИН для токовых защит от ОЗЗ [33]

Тип ТТНП	Тип реле защиты	Минимальный ток срабатывания реле IС.Р.МИН, А	IС.З.МИН, А
			Один трансформатор тока	Два последовательно соединённых ТТНП
ТЗЛМ	РТ-40/0,2	0,1	8,6	11,6
	РТЗ-50	0,01	3,5	4,0
	РТЗ-51	0,02	0,6	1,08
ТЗРЛ	РТ-40/0,2	0,1	20	25
	РТЗ-50	0,03	12	12,75
	РТЗ-51	0,02	0,81	1,34

Ненаправленная защита от ОЗЗ реализована также в блоках микропроцессорной защиты БРМЗ (например, БРМЗ-КЛ-11, БРМЗ-КЛ36, БРМЗ-КЛ-42, БРМЗ-КЛ-51) НТЦ «Механотроника, терминалах защиты Sepam типа S20 (код ANSI 50N/51N или 50G/ 51G) компании Schneider Electric, устройствах а защитыиналах защиты ы БРМЗ (например, БРМЗ-КЛ-11,БРМЗ-КЛ36, 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000защиты серии SPACOM, например, SPAC800 производства «АББ Реле-Чебоксары», устройствах типа MiCOM P121, P122 Compact, P123 компании AREVA (бывшая ALSTOM), устройстве защиты типа SIPROTEC 47SJ61 фирмы SIEMENS и т.д. [31].