
- •Глава первая общие понятия о релейной защите
- •1.1. Назначение релейной защиты
- •1.2. Повреждения в электроустановках
- •1.3. Векторные диаграммы токов и напряжений при кз
- •1.4. Ненормальные режимы
- •1.5. Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты
- •1.6. Структурные части и основные элементы рз
- •1.7. Виды устройств рз
- •1.8. Изображение схем рз на чертежах
- •1.9. Источники и схемы оперативного тока
- •Глава вторая принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты
- •2.1. Общие принципы конструктивного исполнения реле
- •2.2. Электромеханические реле
- •2.3. Конструкции реле, выполняемых на электромагнитном принципе
- •2.4. Промежуточные реле (логические элементы)
- •2.5. Указательные реле
- •2.6. Реле времени
- •2.7. Поляризованные реле
- •2.8. Индукционные реле
- •2.9. Реле тока на индукционном принципе
- •2.10. Индукционные реле тока серий рт-80 и рт-90
- •2.11. Индукционные реле направления мощности
- •2.12. Магнитоэлектрические реле
- •2.13. Измерительные органы на полупроводниковой элементной базе
- •2.14. Типовые функциональные элементы полупроводниковых ио
- •2.15. Аналоговые микросхемы, используемые для построения функциональных элементов ио
- •2.16. Основные схемы включения операционных усилителей, используемые в устройствах рз
- •2.17. Простейшие функциональные элементы, выполняемые на оу
- •2.18. Схемы сравнения двух электрических величин
- •2.19. Измерительные органы тока и напряжения на имс
- •2.20. Измерительные органы (реле) с двумя входными величинами на интегральных микросхемах
- •2.21. Элементы логической и исполнительной частей устройств рз
- •2.22. Органы логики на имс
- •Глава третья трансформаторы тока и схемы их соединения
- •3.1. Трансформаторы тока и их погрешности
- •3.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока
- •3.3. Требования к точности трансформаторов тока, питающих рз
- •3.4. Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки
- •3.5. Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов тока
- •3.6. Нагрузка трансформаторов тока
- •3.7. Фильтры симметричных составляющих токов
- •3.8. Новые преобразователи первичного тока
- •Глава четвертая максимальная токовая защита
- •4.1. Принцип действия токовых зашит
- •4.2. Максимальная токовая зашита лэп
- •4.3. Схемы мтз на постоянном оперативном токе
- •4.4. Поведение мтз при двойных замыканиях на землю
- •4.5. Выбор тока срабатывания
- •4.6. Выдержки времени защиты
- •4.7. Максимальная токовая защита с пуском от реле напряжения
- •4.8. Максимальные токовые защиты на переменном оперативном токе
- •4.9. Максимальные токовые защиты с реле прямого действия
- •4.10. Общая оценка и область применения мтз
- •Глава пятая токовые отсечки
- •5.1. Принцип действия токовых отсечек
- •5.2. Схемы отсечек
- •5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием
- •5.4. Неселективные отсечки
- •5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием
- •5.6. Отсечки с выдержкой времени
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава шестая трансформаторы напряжения и схемы их соединения
- •6.1. Основные сведения
- •6.2. Погрешности трансформатора напряжения
- •6.3. Схемы соединения трансформаторов напряжения
- •6.4. Повреждения в цепях тн и контроль за их исправностью
- •6.5. Емкостные делители напряжения
- •6.6. Фильтр напряжений обратной последовательности
- •Глава седьмая токовая направленная защита
- •7.1. Необходимость направленной защиты в сетях с двусторонним питанием
- •7.2. Функциональная схема и принцип действия токовой направленной защиты
- •7.3. Схемы включения реле направления мощности
- •7.4. Поведение реле направления мощности, включенных на токи неповрежденных фаз
- •7.5. Схемы направленной максимальной токовой защиты
- •7.6. Выбор уставок срабатывания
- •7.7. Мертвая зона
- •7.8. Токовые направленные отсечки
- •7.9. Оценка токовых направленных защит
- •Глава восьмая защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Максимальная токовая защита нулевой последовательности
- •8.3. Токовые направленные защиты нулевой последовательности
- •8.4. Отсечки нулевой последовательности
- •8.5. Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности
- •8.6. Выбор уставок токовых защит нулевой последовательности
- •8.7. Оценка и область применения токовых ступенчатых защит нп
- •Глава девятая защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью
- •9.1. Токи и напряжения при однофазном замыкании на землю
- •9.2. Основные требования к защите
- •9.3. Принципы выполнения защиты от однофазных замыканий на землю
- •9.4. Фильтры токов и напряжений нулевой последовательности
- •9.5. Токовая защита нулевой последовательности
- •9.6. Направленная защита
- •9.7. Защита, реагирующая на высшие гармоники тока в установившемся режиме
- •9.8. Защиты, реагирующие на токи переходного режима
- •Глава десятая дифференциальная защита линий
- •10.1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты
- •10.2. Токи небаланса в дифференциальной защите
- •10.3. Общие принципы выполнения продольной дифференциальной защиты линии
- •10.4. Дифференциальные реле с торможением
- •10.5. Полная схема дифференциальной защиты линий
- •10.6. Устройство контроля исправности соединительных проводов
- •10.7. Продольная дифференциальная защита линий типа дзл
- •10.8. Оценка продольной дифференциальной защиты
- •10.9. Принцип действия и виды поперечных дифференциальных защит параллельных линий
- •10.10. Токовая поперечная дифференциальная зашита
- •10.11. Направленная поперечная дифференциальная защита
- •10.12. Оценка направленных поперечных дифференциальных защит
- •Глава одиннадцатая дистанционная защита
- •11.1. Назначение и принцип действия
- •11.2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит
- •11.3. Принципы выполнения селективной защиты сети с помощью ступенчатой дистанционной защиты
- •11.4. Структурная схема дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой
- •11.5. Схемы включения дистанционных и пусковых измерительных органов на напряжение и ток сети
- •11.6. Характеристики срабатывания реле сопротивления и их изображение на комплексной плоскости
- •11.7. Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в дз в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям
- •11.8. Реле сопротивления на диодных схемах сравнения абсолютных значений двух электрических величин
- •11.9. Реле сопротивления на сравнении фаз двух электрических величин. Выполняемые на имс
- •11.10. Схемы трех основных функциональных элементов pc, построенных на сравнении фаз
- •11.11. Реле сопротивления со сложными характеристиками срабатывания, выполненные на имс
- •11.12. Пусковые органы дистанционных защит
- •11.13. Погрешность срабатывания pc, обусловленная током Iр
- •11.14. Искажение действия дистанционных органов
- •11.16. Выполнение схем дистанционных защит
- •11.17. Дистанционная защита типа шдэ-2801, выполняемая на имс
- •11.18. Выбор уставок дистанционной защиты
- •11.19. Оценка дистанционной защиты
- •Глава двенадцатая предотвращение неправильных действий защиты при качаниях
- •12.1. Характер изменения тока, напряжения и сопротивления на зажимах реле при качаниях
- •12.2. Поведение защиты при качаниях
- •12.3. Меры по предотвращению неправильных действий рз при качаниях
- •12.4. Блокирующее устройство, реагирующее на несимметрию токов или напряжений сети
- •12.5. Устройство блокировки при качаниях, реагирующее на скорость изменения тока, напряжения или сопротивления
- •12.6. Блокирующее устройство, реагирующее на скачкообразное приращение электрических величин (векторов тока прямой и обратной последовательностей)
- •Глава тринадцатая высокочастотные защиты
- •13.1. Назначение и виды высокочастотных защит
- •13.2. Принцип действия направленной защиты с вч-блокировкой
8.7. Оценка и область применения токовых ступенчатых защит нп
В отечественных энергосистемах МТЗ НП получила широкое распространение в сетях 110-1150 кВ. Положительными качествами РЗ являются простота схемы, высокая надежность и чувствительность; OHM, как правило, работает в условиях наибольшей чувствительности. Практически на всех ЛЭП средней и большой протяженности успешно применяются отсечки и вместе с тем многоступенчатые МТЗ НП.
К недостаткам, свойственным принципу действия РЗ, следует отнести то, что она реагирует на токи в неполнофазном режиме и может работать ложно при обрыве фазного провода во вторичной цепи ТТ, а НТЗ НП имеет мертвую зону по напряжению при удаленных КЗ. Важным условием стабильности зон РЗ является стабильность заземленных нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов электрической схемы энергосистемы.
Вопросы для самопроверки
1. Какой тип реле мощности применяется в защитах от замыканий на землю?
2. Как изменится ток однофазного КЗ при увеличении числа заземленных нейтралей в сети?
3. Как графоаналитическим методом определить ток срабатывания второй ступени?
4. С какой целью составляются комплексные схемы замещения при расчете защит нулевой последовательности?
5. Что означает коэффициент токораспределения?
Глава девятая защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью
9.1. Токи и напряжения при однофазном замыкании на землю
В отечественных энергосистемах электрические сети напряжением 6-35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое индуктивное сопротивление дугогасящего реактора (ДГР), а также с заземлением через большое активное сопротивление. В отличие от сети с глухозаземленной нейтралью, однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождается появлением больших токов КЗ, поскольку ток повреждения замыкается на землю через очень большие сопротивления емкостей фаз сети.
Р
ассмотрим
характер изменения напряжения и токов
в сети и их векторные диаграммы в
нормальных условиях и при однофазном
замыкании на землю (К3(1))в
режиме, когда нейтраль сети изолирована,
замкнута через дугогасящий реактор или
через активный резистор. Для упрощения
принимаем, что нагрузка сети отсутствует.
Это позволяет считать фазные напряжения
во всех точках сети неизменными и равными
ЭДС фаз источника питания. На рис.9.1
приведена радиальная сеть с изолированной
нейтралью с источником питания
(генератором или понижающим трансформатором)
и одной эквивалентной ЛЭП, условно
представляющей всю сеть. Распределенная
емкость фаз относительно земли заменена
эквивалентной сосредоточенной емкостью
С0.
Сопротивления
R
и X
ЛЭП
не учитываются. Емкость источника
питания также не учитывается вследствие
ее малого значения.
В нормальном режиме напряжения проводов А, В и С по отношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям UA, UB, UC, которые при отсутствии нагрузки равны ЭДС источника питания ЕА, ЕВ, ЕC. Векторы этих фазных напряжений образуют симметричную звезду (рис.9.2, а), а их сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали N отсутствует: UN = 0. Под действием фазных напряжений через емкости фаз относительно земли СА, СВ, СС проходят токи, опережающие фазные напряжения на 90°:
где
(9.1)
Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме, равна нулю, и поэтому 3I0 отсутствует (рис.9.2, а).
Металлическое замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. Допустим, что повредилась фаза А (см. рис.9.1), тогда ее фазное напряжение относительно земли снижается до нуля (UA = 0). Напряжение нейтрали UN(1) по отношению к земле становится равным UN = UKN (рис.9.1 и 9.2, б), т.е. напряжению, равному по значению и обратному по знаку заземлившейся фазы:
(9.2)
Н
апряжение
неповрежденных фаз относительно
земли повышаются до междуфазных значений
UB(1)
=
UBA
и
UС(1)
=
UСA.
Междуфазные
напряжения остаются неизменными, что
видно из рис.9.1 и 9.2.
На рис.9.2, б построена векторная диаграмма напряжений проводов и нейтрали сети по отношению к земле (UB(1), UС(1), UN): точки А, В, С представляют потенциалы проводов, точка N соответствует нейтрали источника питания, точка А связана с землей и имеет нулевой потенциал.
Токи при замыкании на землю. В месте повреждения К проходят токи, замыкающиеся через емкости неповрежденных фаз сети (9.1). Поскольку UA = 0, то IA(C) = 0. В двух других фазах под действием напряжений U'B и U'C появляются токи, опережающие на 90° эти напряжения:
(9.3)
Ток Iз(C) в месте повреждения равен сумме токов в фазах В и С (рис.9.1): Iз(C) = (IB(C) + IC(C)). С учетом (9.3)
Поскольку UBA + UCA = – 3ЕА (рис.9.2, б):
(9.4)
Таким образом, ток Iз(C) равен утроенному значению нормального емкостного тока фазы Iф(C) = Uф/XC. Из рис.9.2, б видно, что ток Iз(C) опережает от UN на 90°. Ток Iз(C) может быть определен по формуле
где l – общая протяженность одной фазы сети; Суд – емкость 1 км фазы относительно земли.
В воздушных сетях Iз(C) находится в пределах от долей до нескольких десятков ампер; в кабельных – от нескольких ампер до 200-400 А в сетях больших городов.
Токи и напряжения нулевой последовательности при замыканиях на землю. При замыкании на землю в фазных напряжениях и токах появляются составляющие НП:
(9.5)
(9.6)
Подставляя в (9.5) значения U'В и U'С, получаем
(9.7)
Поскольку сопротивление проводов значительно меньше ХС, во всех точках сети Uo= UoK. Токи I0, возникающие под действием UoK, замыкаются через емкость фаз и заземленные нулевые точки генераторов и трансформаторов, если такие заземления имеются. Из распределения токов I0, показанного на рис.9.3, следует:
(9.8)
где Uф – нормальное напряжение поврежденной фазы.
Из приведенного рассмотрения можно сделать вывод, что емкостный ток в месте замыкания
(9.9)
Токи 3I0(C) и Iз(C) совпадают по фазе и опережают вектор напряжения.
Компенсированная сеть. Рассмотрим сеть, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор ДГР, предназначенный для компенсации емкостных токов в месте повреждения (рис.9.4). При замыкании на землю напряжения во всех точках такой сети имеют те же значения, что и в сети с изолированной нейтралью. При наличии ДГР под действием напряжения UoK = UN= –ЕА возникает индуктивный ток IДГР, который проходит по замкнувшейся на землю фазе А поврежденной ЛЭП W1 к месту замыкания К и по земле возвращается в ДГР:
IДГР = –ЕА/ХДГР Этот ток накладывается на емкостный ток Iз(С) – Являясь индуктивным, IДГР противоположен по фазе Iз(С) – Результирующий ток
При полной компенсации, которую обычно стремятся обеспечить, IДГР = Iз(С) = 3ЕАωС0, и тогда результирующий ток Iз=0.
Емкостный ток НП I0(С) (рис.9.4, а) проходит по всем неповрежденным и поврежденной ЛЭП. Ток IДГР проходит только по поврежденному присоединению W1. Ток I0 в обмотках генератора отсутствует, поскольку нулевая точка его изолирована. В неповрежденных ЛЭП (wп) сумма фазных емкостных токов при замыканиях на землю всегда отлична от нуля и равна 3I0(C)Wп. Токи I0(C)Wп направлены к шинам, их значения определяются емкостями С0 ЛЭП:
(9.10)
В поврежденной ЛЭП W1 на участке от шин подстанции до точки замыкания К ток 3I0п.л равен суммарному току Σ3I0(С) Σ = Iз(С) в месте повреждения за вычетом тока
. (9.11)
Ток 3I0(С)п.л направлен от шин подстанции к месту замыкания, он всегда противоположен токам 3I0(С) в неповрежденных ЛЭП.
При наличии ДГР ток в начале поврежденной ЛЭП 3 I0п.л равен разности токов IДГР дугогасящего реактора и суммарного емкостного тока неповрежденных ЛЭП:
(9.12)
При полной компенсации IДГР = Σ3I0(С)нп.л и тогда
(9.13)
Следовательно,
в компенсированной сети в начале
поврежденной ЛЭП (между шинами и точкой
К)
проходит
остаточный индуктивный ток ДГР, численно
равный емкостному току поврежденной
ЛЭП (W1
на
рис.9.4). Направление этого тока при полной
компенсации будет совпадать с направлением
тока в неповрежденных ЛЭП. Распределение
токов I0,
показанное на р
ис.9.4,
справедливо для любых значений ω,
т.е. для всех гармоник (кроме кратных
трем) токов I0
и
Iф.
Токи в сети с активным сопротивлением. Иногда параллельно дугогасящему реактору включается резистор R (показано пунктиром на рис.9.4). Тогда, кроме токов I0(С) и IДГР, появляется третий ток IR = UоK/R, совпадающий по фазе с UоK и сдвинутый на 90° по отношению к токам I0(С) и IДГР. Таким образом, при наличии резистора R ток в месте повреждения
(9.14)
При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы UA = I3Rп = UoK, а напряжение в нейтрали UN = –EA + UK, т.е. оно оказывается меньшим, чем при металлическом замыкании. Соответственно уменьшаются напряжения неповрежденных фаз относительно земли, а также токи I0 и I3. В емкости поврежденной фазы появляется ток
В расчетах снижение тока и напряжения НП, обусловленное сопротивлением Rп, учитывается коэффициентом полноты замыкания β = UоК/Uф. При металлическом замыкании β = 1, так как UoK = Uф. При неполном замыкании на землю UoK = βUФ, ток I0 = βUф/ХC, а ток
(9.15)