Lekcija_No_4

Лекция № 4

ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

1.1. Защиты от замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания на землю.

Электрические сети напряжением 110 кВ и выше, как правило, выполняются с глухим заземлением нулевых точек трансформаторов. Такие сети являются сетями с большими токами замыкания на землю, так как в них к.з. на землю сопровождаются прохождением больших токов к.з., которые значительно превышают токи нагрузки и приводят к значительным разрушениям электрооборудования и понижению напряжения.

Для защиты линий от к.з. на землю (однофазных и двухфазных) применяются специальные защиты, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности. Необходимость установки на линиях специальной защиты нулевой последовательности вызвана тем, что однофазные к.з. на линиях являются преобладающими, а защита, включаемая на ток и напряжение нулевой последовательности, осуществляется наиболее просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной ранее токовой защитой, реагирующей на полные токи фаз.

Защиты нулевой последовательности выполняются в виде МТЗ и ТО.

Напомним основные положения из метода симметричных составляющих, касающихся токов и напряжений нулевой последовательности, возникающих в сети при к.з. на землю.

Сущность этого метода состоит в том, что любая 3-х фазная несимметричная система векторов токов или напряжений может быть заменена суммой 3-х симметричных систем:

Векторные диаграммы систем симметричных составляющих представлены на рис.4-1.

Из рис. 4-1 видно, что:

Рис.4 1. Векторные диаграммы систем симметричных составляющих:

а) прямой последовательности; б) обратной последовательности;

-Векторы прямой последовательности вращаются против часовой стрелки, следуют друг за другом в чередовании А-В-С;

-Вектора обратной последовательности вращаются в чередовании

А-С-В;

-Векторы нулевой последовательности совпадают по фазе и по направлению.

В нормальном симметричном режиме, а также при симметричном 3-х фазном к.з. полные токи и напряжения равны току и напряжению прямой последовательности, составляющие обратной и нулевой последовательности равны нулю.

Составляющие обратной последовательности возникают в сети при любой несимметрии: 1 фазные к.з., 2-х фазные к.з., обрыв фазы, несимметричная нагрузка.

Из теории симметричных составляющих при замыканиях на землю необходимо выделить следующие положения:

1. Составляющие нулевой последовательности появляются только при к.з. на землю (однофазных и 2-х фазных), а также при обрыве одной или двух фаз. При междуфазных к.з. без земли (3-х и 2-х фазных) токи и напряжения нулевой последовательности отсутствуют.

Например, при к.з. на фазе А токи в месте повреждения равны:

Напряжение повреждённой фазы в месте к.з. U&A =0 , т.к. эта фаза связана с землёй, поэтому напряжение нулевой последовательности:

При однофазном к.з. ток нулевой последовательности в месте повреждения равен 1/3 тока к.з. в той же точке и совпадает с ним по фазе, а напряжение нулевой последовательности равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.

Таким образом, в месте к.з. на землю проходит ток равный сумме токов нулевой последовательности I0 всех трёх фаз, который и является действительным током повреждения IK=3I0. Этот ток направляется через землю к заземлённым нейтралям трансформаторов и возвращается в фазы сети, причем появление токов нулевой последовательности возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземлёнными нейтралями.

2.Если трансформатор имеет соединение обмоток Υ/ , то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов нулевой последовательности на стороне звезды.

3.Если сети различных напряжений связаны трансформатором, имеющим схему соединения Υ/Υ, с заземлёнными нулевыми точками обеих обмоток, то замыкание на землю в сети одной звезды вызывает появление токов нулевой последовательности в сети второй звезды.

4.При наличии автотрансформаторов, связывающих сети двух напряжений, замыкание на землю в сети одного напряжения вызывает появление токов нулевой последовательности в сети другого напряжения.

Распределение токов нулевой последовательности при однофазном к.з. представлены на рис. 4-2.

Рис.4 2 Распределение токов нулевой последовательности при 1ф. к.з.

а) при заземлении нейтрали с одной стороны линии;

б) при заземлении нейтралей с обеих сторон линии;

МТЗ нулевой последовательности представлена на рис. 4-3.

Рис.4 3. Схема МТЗ нулевой последовательности.

Токовое реле 1 включается на фильтр токов нулевой последовательности или в нулевой провод трансформаторов тока, соединенных по схеме полной звезды.

Реле времени 2 создаёт выдержку времени, необходимую по условию селективности.

При междуфазных к.з. без земли, а также при симметричной нагрузке защита не действует, поскольку в этих режимах сумма токов I&A + I&B + I&C = 0 и ток I0 отсутствует.

МТЗ нулевой последовательности имеет важное преимущество по сравнению с обычной МТЗ, так как не реагирует на нагрузку и поэтому имеет высокую чувствительность.

Для исключения действия защиты нулевой последовательности от токов небаланса из-за имеющих место погрешностей ТТ от намагничивающих токов, величину тока срабатывания пусковых токовых реле защиты необходимо выбирать больше тока небаланса.

Для ограничения тока небаланса необходимо работать в ненасыщенной части характеристик намагничивания ТТ и иметь одинаковые токи намагничивания во всех фазах. Чтобы обеспечить эти условия, ТТ питающие защиту должны:

-удовлетворять условию 10% погрешности при максимальном значении тока к.з.

вначале следующего участка сети;

-иметь идентичные характеристики намагничивания во всех 3-х фазах;

-иметь одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех фазах.

Зона действия находится графически по точке пересечения кривой 3I0 = f (l) с прямой

Iс.з. (Рис. 4-4).

Рис.4 4. Защита линии с помощью ТО нулевой последовательности.

Схема отсечки с выдержкой времени аналогична схеме МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-3). Мгновенная отсечка выполняется также, но без реле времени.

Ненаправленные ТО нулевой последовательности можно применять также в сети, имеющей заземления нейтралей с 2-х сторон защищаемой линии (для линий с 2-х сторонним питанием) (Рис. 4-5).

Рис.4 5. Расчёт Iс.з. мгновенной ТО нулевой последовательности в сети с 2 х сторонним питанием.

Большое распространение в сетях с глухозаземлённой нейтралью получила ступенчатая защита нулевой последовательности. Наиболее полноценной является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО, токовой отсечки с выдержкой времени и МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-6).

Рис.4 6. Принципиальная схема 3 х ступенчатой токовой защиты нулевой последовательности.

Выводы:

1.Для защиты линий от к.з. на землю в сетях с большими токами замыкания на землю применяются токовые защиты, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности (МТЗ

иТО).

2.МТЗ нулевой последовательности имеет важное преимущество по сравнению с обычной МТЗ – не реагирует на нагрузку и поэтому обладает высокой чувствительностью.

3.МТЗ и ТО нулевой последовательности нашли широкое применение в сетях с глухозаземлённой нейтралью источника в радиальных сетях с односторонним питанием.

4.Наиболее полноценной защитой от к.з. на землю является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО (1 ступень), ТО с выдержкой времени (2 ступень) и МТЗ нулевой последовательности (3 ступень).

4.2.Защиты от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на

землю.

Электрические сети напряжением 3-35 кВ работают с изолированной нейтралью или с нейтралью заземленной через дугогасящую катушку (ДГК). В таких сетях замыкание на землю одной фазы не вызывает к.з. и не сопровождается появлением больших токов и снижением междуфазных напряжений.

Рассмотрим характер изменения токов и напряжений в сети с малым током замыкания на землю при замыкании одной фазы на землю при условии для упрощения, что нагрузка отключена.

На рис. 4-7 приведена схема сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю фазы А.

Рис.4 7. Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью и векторные диаграммы токов и напряжений в сети