6. Токовая направленная защита нулевой последовательности (тнзнп)

В сетях с эффективно заземленной нейтралью (110 кВ и выше) защита от КЗ на землю возлагается на токовую направленную защиту нулевой последовательности. Этому способствует два основных фактора:

1. Принятый способ включения реле сопротивления на разность напряжений и разность токов фаз обеспечивает стабильность зон действия дистанционных защит при междуфазных КЗ, но не способен обеспечить приемлемую их чувствительность к однофазным КЗ.

2. Токовые защиты нулевой последовательности имеют ряд существенных преимуществ по отношению к защитам (как токовым, так и дистанционным), включенным на токи фаз.

Если первый фактор в настоящее время пытаются устранить путем включения первых ступеней дистанционных защит на токи и напряжения фаз с компенсацией токов нулевой последовательности, то второй фактор настолько весомый, что ТНЗНП применяют не только в сетях 110÷220 кВ, где они часто совместно с ДЗ выполняют роль основных защит ВЛ, но и на более высоких напряжениях, вплоть до 750 кВ, где они выполняют роль резервных защит.

6.1. Преимущества токовых защит нулевой последовательности в сетях с эффективно заземленной нейтралью перед защитами, реагирующими на токи фаз

1. В сетях этого класса напряжений вторичные обмотки трансформаторов тока включаются по схеме полная звезда, обратный провод в которой является фильтром токов нулевой последовательности. Следовательно, для выполнения ТНЗНП не требуются дополнительные источники тока (рис.47).

Рис. 47. Подключение ТНЗНП в обратный провод схемы полная звезда

ТНЗНП выполняется в виде ступенчатой защиты, но в отличие от защиты, реагирующей на токи фаз, каждая ступень требует не три, а всего один реагирующий орган.

2. Токовые отсечки нулевой последовательности имеют большую зону действия, чем токовые отсечки, реагирующие на токи фаз, т.к. сопротивление ВЛ нулевой последовательности (НП) в 2÷5 раз превышает сопротивление прямой последовательности и зависимость тока при удалении точки КЗ носит более крутой характер, чем зависимость (рис.48).

Рис. 48. Зависимость токов КЗ

3. Резервную ступень ТНЗНП не надо отстраивать от рабочих токов, в том числе и от токов самозапуска, т.к. они не содержат токов нулевой последовательности. Ее отстраивают только от токов небаланса, обусловленными погрешностями ТТ, которые в установившемся режиме не превышают 10% от первичного тока. Значит чувствительность резервных ступеней ТНЗНП на много выше, чем у защит, реагирующих на токи фаз.

4. Выдержки времени резервных защит нулевой последовательности обычно на несколько ступеней селективности меньше, чем выдержки времени резервных защит от междуфазных КЗ. Известно, что времена срабатывания резервных защит увеличиваются по мере движения по схеме от потребителя к источнику. Но токи нулевой последовательности появляются только в сети 110 кВ и выше. Значит первым элементом, с которого начинает нарастать время срабатывания резервной защиты нулевой последовательности, является трансформатор, который осуществляет питание сети с изолированной нейтралью. Выдержка времени защиты от междуфазных КЗ у него уже включает в себя несколько ступеней селективности (рис.49).

Рис. 49. Выдержки времени резервных защит

5. Существенным недостатком всех направленных защит, реагирующих на междуфазные КЗ (в том числе и дистанционных) является появление мертвой зоны по напряжению при близких КЗ. ТНЗНП лишена этого недостатка, т.к. напряжение нулевой последовательности в месте КЗ имеет максимальную величину. Зона нечувствительности органов направления мощности находится в электрически удаленных от защиты участках сети, т.е. там же, где и зона нечувствительности токовых органов.