Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
61
з.сmin0ч
I/I3К =
, (2.28)
где I
0 min
— минимальный ток нулевой последовательности
при однофазном или двухфазном замыкании на землю в
конце второго участка. Надежность считается достаточной,
если Кч ≥ 1,5.
Чувствительность защиты может быть повышена (то
есть уменьшен I
с.з.
), если, например, для защиты ОЗ при-
нять, что tоз > t4, в итоге внешние междуфазные КЗ будут
отключаться 4 защитой, таким образом, для защиты (ОЗ)
ток небаланса I
нб.мах.
, обусловленный внешними трехфаз-
ными КЗ будет отсутствовать следовательно I
с.р.
можно
выбирать по току небаланса в нормальном режиме
(I
нб.норм.
), который значительно меньше I
нб.мах.
. Однако при
этом необходимо учитывать коэффициент возврата, для
возврата реле (ОЗ) в исходное состояние после отключения
внешнего КЗ защитой 4, таким образом:
.в.норм.нб.зап.р.с
К/IКI =
Ток I
нб.норм
находят методом измерения и его величи-
ны в зависимости от класса трансформатора колеблется от
0,01 до 0,1 А.
Токовые направленные защиты нулевой последова-
тельности используют в сетях с заземленными нулевыми
точками, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка, селективность их действия обеспечивается реле
направления мощности. Выдержки времени на защитах,
действующих при одном направлении мощности, подбира-
ются согласно известному ступенчатому принципу.
Отсечки нулевой последовательности, применяют-
ся в сетях с глухозаземленной нейтралью для ускорения
отключения КЗ на землю, реагирующие на ток нулевой по-
следовательности. Принцип действия их такой же, как у
62
отсечек, реагирующих на фазный ток. Отсечки нулевой
последовательности выполняются простыми токовыми и
направленными, мгновенными и с выдержкой времени.
Оценка и область применения защит
нулевой последовательности
Достоинства: простота схемы и высокая надеж-
ность; имеют меньшую выдержку времени и высокую чувствительность (так как нет необходимости отстройки от токов нагрузки); в более благоприятных условиях работает
реле направления мощности (так как при КЗ вблизи шин
подстанции, напряжение, подводимое к реле мощности выше, угол φ (между Up и Iр) всегда близок к оптимальному).
Данные защиты применяется в сетях с глухозазем-
ленной нейтралью с напряжением сетей 110 кВ и выше, в
качестве защит от замыканий на землю.
К недостаткам, свойственным принципу действия
следует отнести то, что защита реагирует на токи в неполнофазном режиме и может работать ложно при обрыве
фазного провода во вторичной цепи трансформатора тока.
Защиты от замыканий на землю
в сети с малым током замыкания на землю
К сетям с малым током замыкания на землю относятся сети с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью. Специфика таких сетей при однофазном замыкании на землю состоит в следующем: такое замыкание не вызывает короткого замыкания и не сопровождается снижением междуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети (так как ток замыкания в месте повреждения обычно не превышает несколько
ампер, а при соединении нейтрали через дугогасящую ка-
63
тушку еще меньше). В связи с этим выполнение токовой
защиты от однофазных замыканий на землю в таких сетях,
реагирующих на установившиеся токи замыкания, связано
с определенными трудностями.
Установившиеся токи и напряжения
при однофазных замыканиях на землю
В сетях переменного тока при нормальной работе,
наряду с рабочими токами нагрузки по фазам проходят токи
)C(A
I
,
)C(B
I
,
)C(C
I
, обусловленные емкостями фаз по от-
ношению к земле (рис. 2.16, а). При этом распределенные
емкости фаз могут быть заменены сосредоточенными СА,
СВ, Сс, напряжения фаз по отношению к земле равны соот-
ветствующим фазным напряжениям
A
U
,
B
U
,
C
U
, относи-
тельно нейтрали системы. Векторы фазных напряжений
образуют симметричную звезду, в результате напряжение
нейтрали системы по отношению к земле равно нулю, а
через сосредоточенные емкости протекают равные по величине токи, опережающие соответствующие напряжения
на 90°, то есть:
A
c
A
A
cUj
x
U
jI ==
. (2.29)
аналогично для
B
I
,
C
I
, геометрическая сумма этих токов
равна нулю, поэтому ток в земле отсутствует.
При замыкании на землю, например, фазы А, напряже-
ния фаз относительно земли изменяются, а по отношению к
нейтрали останутся такими же (рис. 2.16, б). Таким образом
0U
)1(
A
=
;
BA
)1(
B
UU =
;
CA
)1(
C
UU =
;
A
)1(
HKHA
UUU −==
. В ито-
ге напряжение неповрежденных фаз В и С по отношению к
64
земле повышается в
3
раза, то есть повышается до меж-
дуфазного.
Одновременно с изменением фазных напряжений изменяются и полные фазные токи. Токи неповрежденных
фаз
)1(
C
I
и
)1(
B
I
, будут замыкаться через точку К
1
и повре-
жденную фазу, образуя ток:
С
ф
)1(
C
)1(
B
)1(
3
х
U3j
)II(I =+−=
, (2.30)
где Uф — фазное напряжение сети.
Для практических расчетов тока
)1(
3
I
в точке (А) мо-
гут служить упрощенные формулы:
• для воздушных линий:
350/lUI
)1(
3
=
; (2.31)
• для кабельных линий:
84,1/lCUI
.уд
)1(
3
=
или
10/lUI
)1(
3
=
, (2.32)
где U, кВ — линейное напряжение; l, км — длина электрической сети; Суд, мкФ/м — удельная емкость жилы кабеля
по отношению к оболочке.
Вследствие нарушения симметрии и баланса емкостных токов и фазных напряжений появляются составляющие нулевой последовательности: напряжение U0к
(рис. 2.16, в) и ток I
0
, которые могут быть определены по
следующим выражениям:
)III(
3
1
I
CВА
)1(
0
++=
, (2.33)
65
н
)1(
C
)1(
B
)1(
A
)1(
ок
U)UUU(
3
1
U −=++=
, (2.34)
где Uн — напряжение, которое имела поврежденная фаза
по отношению к земле в нормальном режиме и равно
напряжению нейтрали.
Рис. 2.16. Однофазное замыкание на землю в сети
с изолированной нейтралью и его векторные
диаграммы напряжений
Токи, возникающие под действием U
0к
, замыкаются
через емкости фаз относительно земли, токи нулевой последовательности всех фаз равны между собой и вычисля-
ются следующим образом:
66
.I
3
1
х
U
j
х
U
jIIII
)1(
3
СС
к0
)1(
0
)1(
C0
)1(
B0
)1(
А0
=−=−====
(2.35)
Таким образом, ток замыкания на землю в месте по-
вреждения:
)1(
0
)1(
3
I3I =
. (2.36)
ток I0 в обмотках генератора будет отсутствовать, так как
нулевая точка генератора изолирована, и сумма токов в
фазах генератора равна нулю.
На рис. 2.17 показана схема сети в однофазном ис-
полнении, состоящая из трех линий. При повреждении в
точке К1, через место повреждения проходит ток
)1(
3
I
, обу-
словленный не только емкостью поврежденной линии С01,
но и емкостями неповрежденных линий С02, С
03
, то есть:
)1(
03
)1(
02
)1(
01
)1(
3
I3I3I3I ++=
. (2.37)
Рис. 2.17. Распределение емкостных токов нулевой
последовательности в сети при однофазном замыкании на землю
67
Таким образом, от шин неповрежденных линий
направляется ток нулевой последовательности
)1(
Э0
I
, вели-
чина которого определяется емкостью всех неповрежден-
ных линий:
)1(
03
)1(
02
)1(
Э0
I3I3I +=
. (2.38)
В случае замыкания на землю на 2Л или 3Л линиях
по 1Л к шинам будет протекать ток
)1(
01
I3
, если
)1(
01
)1(
э0
II
, то
на 1Л может быть использована токовая защита нулевой
последовательности.
Общая сигнализация от замыканий на землю
Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолиро-
ванной нейтралью еще не является аварией, так как потре-
бители, включенные на линейные напряжения, продолжа-
ют работать, что дает возможность выполнять защиту,
действующую на сигнал.
Рис. 2.18. Схема общего контроля изоляции:
а — с использованием трех максимальных реле напряжения;
б — при помощи одного максимального реле напряжения,
включенного на напряжение нулевой последовательности
68
Схема устройства рисунков 2.18, а, б состоит из трех
максимальных реле напряжения, включенных на напряже-
ние фаз по отношению к земле, или из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности (схемы срабатывают, так как было
указанно ранее при однофазных замыканиях возникают
напряжения нулевой последовательности и фазные напря-
жения увеличиваются в
3
раза).
Место повреждения в таких сетях при возникновении
сигнала отыскивается дежурным персоналом путем поочередного отключения линий. При этом допускается работа с
не отключенным повреждением в течение не более 2-х ча-
сов, исключение составляют сети напряжением 2–10 кВ,
где по условиям техники безопасности (сети торфоразработок), однофазные замыкания должны отключаться не-
медленно.
Токовая защита нулевой последовательности,
реагирующая на токи установившегося режима
Длительная работа сети при однофазном замыкании
недопустима, так как происходит нарушение междуфазной
изоляции и однофазное замыкание может перейти в многофазное. Поэтому в протяженных сетях, помимо устрой-
ства контролирующего изоляции (рис. 2.18, а, б), должна
быть предусмотрена селективная защита на каждом присо-
единении — обычно это токовая защита. Допустимые токи
замыкания на землю должны быть не более 30 А в сетях
6–15 кВ, и не более 10 А в сетях 20–35 кВ (для предотвра-
щения перехода однофазного замыкания в многофазное).
Таким образом, допустимые токи замыкания на землю
обычно меньше рабочих токов защищаемого элемента. Поэтому токовая защита от замыканий на землю выполняется
с включением реле на фильтр тока нулевой последователь-
69
ности. Защита срабатывает при прохождении по поврежденному участку тока нулевой последовательности
)1(
Э0
I3
,
обусловленного емкостями неповрежденных участков сети. Защита не должна срабатывать при повреждениях на
других присоединениях сети, в этом случаи по защищае-
мой линии будет протекать ток
)1(
Л0
I3
, обусловленный емко-
стью самой линии. Следовательно, ее ток срабатывания:
)1(
Л0.зап.з.с
I3КI =
, (2.39)
где К
зап.
= 4÷5 — для защит без выдержки времени;
К
зап.
≥ 2÷2,5 — для защит с выдержкой времени. К
зап.
опре-
деляется броском емкостного тока в момент замыкания.
Без выдержки времени выполняются защиты торфоразборок и других подобных сетей, в таких сетях токи од-
нофазного замыкания не более 1÷1,5 А, а величина напряжения прикосновения не более 40 В.
Чувствительность защиты
Коэффициент чувствительности защиты равен:
з.с
)1(
э0ч
I/I3К =
, (2.40)
где ток
)1(
э0
I
, следует определять по режиму с минимальным
количеством включенных ЛЭП.
Чувствительность достаточна, если Кч ≥ 1,5 для воздушных и если Кч ≥ 1,25 для кабельных ЛЭП.
В качестве фильтра нулевой последовательности может быть использован трехтрансформаторный фильтр, однако более совершенным является однотрансформаторный
фильтр тока нулевой последовательности (ТНП).
70
Оценка токовой защиты
Чувствительность рассмотренной токовой защиты,
ограничивается необходимостью ее отстройки от бросков
емкостного тока при замыканиях на землю на других ЛЭП.
Недостаточная чувствительность особенно проявляется на
подстанциях с малым числом ЛЭП, а также в компенсированных сетях (сети, в которых нейтраль соединена с землей через дугогасящую катушку для компенсации емкост-
ной составляющей тока) с малым остаточным током.
В этих случаях емкостной ток неповрежденной ЛЭП (от
которого отстраивается защита) становится соизмеримым с
током замыкания в поврежденной ЛЭП. В связи с этим, такая защита в компенсированных сетях применяется редко.
В сетях торфоразработок используют токовое реле МТР-77
повышенной чувствительности, которое питается от спе-
циального фильтра ТНП типа КНТ-36. В результате защита действует при токах 0,3 А.
Помимо рассмотренных типов защит, также используют защиты, действующие во время переходного процес-
са; защиты, реагирующие на высшие гармоники, содержа-
щиеся в токе замыкания на землю, а также токовые
направленные защиты. Область применения данных за-
щит: сети 35кВ и ниже, так как они выполняются с изоли-
рованной нейтралью.
2.3.2. Дифференциальные токовые защиты
На ЛЭП, отходящих от шин электростанций или под-
станций энергосистем, часто по условиям устойчивости
работы требуется отключение КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени. Обеспечить это требование с помощью рассмотренных ранее токовых отсечек
невозможно, так как токи КЗ в начале и в конце линии не
имеют существенного различия. В таких случаях исполь-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]