5. Направленная токовая защита нулевой последовательности

Данная защита реагирует на ток 3I_0С, протекающий через защиту, напряжение на шинах и угол между ними. Угол между векторами и зависит от места ЗНЗ. При ЗНЗ на защищаемой линии вектор тока опережает вектор напряжения. При наличии в токе только емкостной составляющей , при наличии в сети трансформаторов с резистивно заземленной нейтралью этот угол уменьшается (рис. 9). Векторы токов, содержащих активную составляющую при разной ее доле в токе , показаны пунктирной линией. Все эти векторы попадают в область срабатывания. При замыкании вне защищаемой линии через защиту течет ток защищаемого присоединения. Этот вектор не должен попасть в область срабатывания (это показано на рис. 9).

Рис. 9. Векторная диаграмма токов и напряжений нулевой последовательности при ЗНЗ

5.1. Описание защиты типа узл

В настоящее время для выполнения направленной токовой защиты используются блоки типов ЗЗП1, ЗЗН, УЗЛ и другие. В лабораторной работе используется направленная токовая защита с выдержкой времени типа УЗЛ-2, разработанная в НГТУ [6]. Ее угловая область срабатывания охватывает диапазон от +30° до –120°. Фазовая характеристика защиты приведена на рис. 10. В диапазоне углов от 0° до –90° реле работает с минимальным током срабатывания, т. е. обладает наибольшей чувствительностью. При замыкании на землю вне защищаемого присоединения через защиту течет ток, обусловленный емкостью самого присоединения, сдвинутый по фазе от на угол +90°. Последний попадает в область несрабатывания.

Рис. 10. Фазовая характеристика реле типа УЗЛ (I_ср = 20 мА)

Защита включает в себя два блока – реле УЗЛ-2 (линейный блок), устанавливаемое в цепи каждого присоединения, и основной блок (блок питания) один на секцию сборных шин.

Реле УЗЛ-2 (рис. 11) представляет собой направленное реле тока с выдержкой времени. Уставка по току его плавно регулируется в диапазоне от 15 до 300 мА, уставка по времени регулируется в диапазоне от 0 до 6 секунд. Регулированием тока срабатывания обеспечивается его отстройка от токов небаланса, возникающих в ТНП при отсутствии замыкания на землю. Регулированием времени срабатывания обеспечивается селективность защиты в режиме ЗНЗ на смежном участке, на котором установлена аналогичная защита. Кроме того, выдержки времени на реле УЗЛ-2, превышающие 0,5 с, позволяют облегчить отстройку его от бросков емкостного тока присоединения при перемежающихся ЗНЗ. Реле УЗЛ-2 своей токовой обмоткой подключается к ТНП защищаемого присоединения.

1, 2 – печатные платы

3 – выходной орган устройства (реле РП-21)

4 – кнопка проверки исправности

5, 6 – металлизированные участки на плате 1

7 – регулировочный резистор тока срабатывания

8 – регулировочный резистор времени срабатывания

9 – светодиод сигнализации срабатывания

Рис. 11. Вид передней панели реле УЗЛ

Основной блок (рис. 12) содержит стабилизированный блок питания, обеспечивающий все реле УЗЛ секции напряжением ±15 В, и блок опорного напряжения, прямоугольные импульсы на выходе которого несут информацию реле УЗЛ о величине и фазе напряжения 3U₀ на секции. Блок питания подключается на линейное напряжение секции через трансформатор напряжения, блок опорного напряжения подключен к обмотке трансформатора напряжения, включенной по схеме разомкнутого треугольника. Наличие напряжений ±15 В на выходе блока питания контролируется четырьмя светодиодами на лицевой панели. При появлении импульса опорного напряжения, при ЗНЗ на секции происходит загорание еще одного светодиода. Подключение блока питания к источнику и реле УЗЛ к общему блоку (U_оп, ±15 В, 0) выполнено на тыльной стороне стенда. При испытании защиты необходимо только подключить токовую обмотку реле к трансформатору тока нулевой последовательности, а на основной блок подать напряжение 3U₀ от трансформатора напряжения.

1 – предохранители в цепях УЗЛ напряжением +15 В

2 – светодиоды, контролирующие напряжение питания +15 В

3 – светодиоды, контролирующие появление опорного напряжения

4 – светодиоды, контролирующие наличие неисправности в общем блоке

5 – выходное промежуточное реле

6 – кнопка тестового контроля

Рис. 12. Вид передней панели блока питания

Основной блок снабжен устройством контроля его исправности. При появлении в нем неисправности загорается светодиод и срабатывает выходное промежуточное реле, выдавая своими контактами сигнал на диспетчерский пункт.

Для проверки в режиме дежурства защита снабжена системой тестового контроля. Последняя позволяет выявить неисправности самого реле УЗЛ, общего блока, а также цепей, связывающих реле с общим блоком. Для проведения тестового контроля на панелях общего блока и реле УЗЛ (рис. 11 и 12) имеются кнопки тестового контроля.