Токовые направленные защиты нулевой последовательности

В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка сети, селективное действие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощности.

Направленные защиты нулевой последовательности действуют при КЗ на защищаемой линии и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной подстанции. Такое поведение защиты обеспечивается с помощью реле направления мощности, реагирующего на знак или направление мощности нулевой последовательности при КЗ.

Выдержки времени на защитах, действующих при одном направлении мощности, подбираются по ступенчатому принципу. На рис. 7.6 показаны размещение направленных защит нулевой последовательности и график их выдержек времени. Схема защиты представлена на рис. 7.7.

Рис. 7.6. Размещение максимальных направленных защит нулевой последовательности и график их выдержки времени

Защита состоит из токового реле 1, реагирующего на появление КЗ на землю, реле мощности 2, определяющего направление мощности при КЗ, и реле времени 3, создающего выдержку времени, необходимую по условию селективности.

Рис. 7.7. Схема токовой направленной защиты нулевой последовательности

Пусковое реле и токовая обмотка реле мощности включаются в нулевой провод ТТ на ток 3I₀, а обмотка напряжения питается напряжением 3U₀ от разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

При таком включении реле 2 реагирует на мощность нулевой последовательности S₀=I₀∙U₀. Реле направления мощности реагирует на мощность:

,

где φ_р=φ₀ – угол сдвига фаз между U_p и I_p или U₀ и I₀.

Рассмотрим поведение реле мощности в зависимости от вида КЗ. Для упрощения принято, что поврежденная линия разомкнута. За исходные данные при построении диаграмм взяты векторы ЭДС эквивалентного генератора системы Е_А, Е_В, Е_С, которые можно считать не изменяющимися при КЗ.

Однофазное КЗ (рис. 7.8, а) характеризуется следующими условиями:

1. в поврежденной фазе (например, А) под действием ЭДС Е_А проходит ток КЗ I_A=I_к. Если принять активное сопротивление сети равным нулю, то ток I_А отстает от ЭДС Е_А на 90º.

2. Токи в неповрежденных фазах I_B и I_C равны нулю.

3. Напряжение поврежденной фазы относительно земли в т. К U_Aк=0, поскольку эта фаза имеет глухое замыкание на землю.

4. Напряжения неповрежденных фаз U_B и U_C равны ЭДС этих фаз.

Для этих условий построена векторная диаграмма фазных токов и напряжений для места повреждения в т. К (рис. 7.8, б).

Рис. 7.8. Векторная диаграмма токов и напряжений при однофазном КЗ:

а – схема сети, б – диаграмма в т. К

Векторы 3I₀∙и 3U₀ находятся путем геометрического сложения векторов фазных токов и напряжений. Вектор совпадает по направлению с I_A, а вектор . При принятых допущениях , поэтому .

Из диаграммы 7.8, б слуедует, что ток I_0к опережает напряжение U_0к на 90º.

При двухфазном КЗ на землю (рис. 7.9, а) векторная диаграмма токов и напряжений в месте повреждения фаз В и С приведена на рис.7.9, б.

Рис. 7.9. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ на землю:

а – токораспределение при двухфазном КЗ; б – диаграмма в т. К

Этот вид повреждения характеризуется в месте КЗ следующими условиями: U_Вк=0; U_Ск=0; I_А=0.

Напряжение в неповрежденной фазе U_А=Е_А. В поврежденных фазах под действием ЭДС Е_В и Е_С проходят токи I_B и I_C. Каждый из этих токов состоит из двух составляющих. Одна составляющая замыкается по контуру поврежденных фаз В и С и обусловливается разностью Е_В-Е_С, а вторая – проходит по контуру поврежденная фаза-земля под действием Е_В и Е_С.

Векторы I₀∙и U₀ находятся геометрическим суммированием фазных токов и напряжений:

, .

Приведенные диаграммы построены с допущениями и являются приближенными. Более строго и точно подобные диаграммы могут быть построены на основе совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреждений.

Векторные диаграммы, особенно при однофазном КЗ, показывают, что при положительном _к угол ₀ отрицателен. Это означает, что мощность S₀ и мощность КЗ в поврежденной фазе S_КЗ имеют противоположные знаки.

Ток срабатывания пускового токового реле выбирается так же, как и у ненаправленной защиты нулевой последовательности. Чувствительность пускового реле защиты проверяется при КЗ в конце второго участка. На очень длинных линиях следует дополнительно проверять чувствительность реле мощности по выражению , где S_рмин – мощность на зажимах реле в режиме, когда I₀∙и U₀ имеют минимальное значение.

Выдержки времени направленной защиты выбираются по встречно-ступенчатому принципу (рис. 7.6). Каждая защита отстраивается от соседней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень Δt: t₁=t₃+Δt.