Защита от замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью

МТЗ нулевой последовательности (направленная и ненаправленная). Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности. Схема включения реле направления мощности. Особенности расчета токовых отсечек нулевой последовательности. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

С глухозаземленными нейтралями работают сети напряжением 110кВ и выше. Для защиты линий этих сетей от к.з. на землю оказывается более целесообразным использовать отдельный комплект реле. Реле тока защиты подключается к фильтру токов нулевой последовательности. Следовательно, защита реагирует только на к.з., сопровождающиеся токами нулевой последовательности. В остальном схема защиты аналогична рассматри­ваемым выше схемам МТЗ и ТО от междуфазных к.з.

В общем случае защита выполняется ступенчатой. Ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности отстраивается от тока небаланса I_нб в нормальном режиме, если выдержки времени t₀, рассматриваемой защиты, больше времени действия t_мф защит от междуфазных к.з., установленных на следующем участке. Если t₀ < t_мф, то защиту нужно отстраивать от I_нб при трехфазном к.з. в начале следующего участка. Наличие I_нб в симметричных режимах обусловлено неравенством токов намагничивания ТТ. Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу Δ t, Δ t – ступень селективности. При этом обычно получается t₀ < t_мф.

Принцип действия и условия настройки отсечек нулевой последова­тельности практически такие же, как и отсечек, реагирующих на полные токи фаз.

В сетях с двумя и более заземленными нейтралями, расположенными в разных точках сети, применяются направленные защиты. К органу направления мощности подводятся 3U₀ и 3I₀. Ток срабатывания мгновенных отсечек, установленных на параллельных линиях, необходимо выбирать с учетом наличия взаимоиндукции.

Направленные защиты нулевой последовательности не имеют мертвой зоны по напряжению, так как 3U₀ максимально в месте к.з. и равно нулю в заземленной нейтрали трансформаторов. Цифровые защиты и их исполнение.

Вопросы для самопроверки

1. На каком принципе работает токовая защита нулевой последовательности?

2. Как влияют на распределение 3I₀ схемы соединения обмоток и режимы работы нейтралей силовых трансформаторов?

3. В каких случаях применяются направленные токовые защиты нулевой последовательности?

4. Почему реле направления мощности нулевой последовательности не имеет мертвой зоны?

5. Как выбираются параметры срабатывания трехступенчатой токовой защиты (направленной) нулевой последовательности и как проверяется чувствительность различных ступеней защиты?

6. Каковы преимущества рассматриваемой защиты по сравнению с токовой защитой от междуфазных к.з.?

7. Какова область применения токовой защиты нулевой последовательности?

8. Как рассчитать ток 3I₀ при различных к.з. на землю?

9. Как определить 3I₀ в месте установки защиты при к.з. на землю в удаленной точке?

Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью

Схема замещения для анализа режима замыкания фазы на землю. Токи и напряжения при замыканиях на землю. Основные требования к защите. Принципы выполнения защиты от замыканий на землю. Принцип работы фильтров напряжения нулевой последовательности (ФННП) и фильтров тока нулевой последовательности (ФТНП). Размещение защит и выбор ее параметров срабатывания. Защита компенсированной сети. [1, 2, 3, 11].

Методические указания

В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной фазы на землю не вызывает к.з., так как в этом случае ЭДС поврежденной фазы не шунтируется накоротко, а только закорачивается емкостью (фаза – земля) этой фазы. Возникающий при этом в месте повреждения ток замыкается через емкость проводов "здоровых" фаз относительно земли и имеет небольшую величину (до нескольких десятков ампер). Поэтому снижения напряжения в сети не происходит. Однако фазное напряжение "здоровых" фаз относительно земли повышается до междуфазного. Линейные напряжения остаются неизменными. Чтобы все это усвоить и представить наглядно, нужно разобраться в векторных диаграммах токов и напряжений в нормальном и ненормальном режимах.

Однофазное замыкание на землю не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Поэтому в отличие от к.з. замыкания на землю не требуют немедленной ликвидации. Однако этот вид повреждения создает перенапряжение, что представляет опасность с точки зрения нарушения изоляции "здоровых" фаз и возможность перехода однофазного замыкания в междуфазное к.з. Защиту от рассматриваемых повреждений принято выполнять с действием на сигнал.

Известна общая селективная сигнализация замыкания на землю в сети без указания поврежденного участка, реагирующая на появление (3U₀). В качестве селективных защит от замыканий на землю, указывающих поврежденный участок, применяются токовые, реагирующие на 3I₀. Для выполнения защиты в качестве фильтра нулевой последовательности используется специальный ТТ нулевой последовательности (ТТНП) особой конструкции. В таком однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью ТТНП, ток 3I₀ получается магнитным суммированием от первичных токов трех фаз.

Нужно усвоить, что ток 3I₀ в поврежденном присоединении (фидере) отличается от тока 3I₀ в неповрежденных фидерах абсолютным значением и направлением.

Если собственные емкостные токи нулевой последовательности отдельных присоединений соизмеримы с полным емкостным током сети, то токовая защита неприменима. В этом случае используются направленные защиты. В качестве подведенных к реле направления мощности величин используются 3U₀ и 3I₀. Нужно хорошо усвоить выбор параметров рассматриваемых защит, проверку чувствительности и размещение комплектов защиты, как для радиальных сетей, так и для кольцевых.

Иногда используются защиты, реагирующие на токи неустановивше­гося режима, а также на высшие гармонические в токе нулевой последовательности.

В компенсированных сетях результирующий ток 3I₀ поврежденного участка содержит больше гармоник, чем ток в неповрежденных присоединениях. Именно на этом различии основаны защиты в таких сетях.

В последнее время нашел применение способ защиты с наложенным током частотой более 50 Гц. Цифровые защиты и их исполнение.

 

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается основная особенность защиты сетей с изолированной нейтралью?

2. Постройте векторные диаграммы токов и напряжений в нормальном режиме и при замыканиях на землю.

3. Какие принципы действия защит от замыканий на землю Вы знаете?

4. Какими недостатками обладают трехтрансформаторные фильтры токов 3I₀?

5. В чем преимущество однотрансформаторных фильтров 3I₀?

6. Каким образом можно исключить влияние токов, проходящих по броне кабелей, на работу защиты?

7. В каких случаях используется направленная защита нулевой последовательности?

8. На каких принципах основана защита от замыкания на землю в компенсированных сетях?

9. Как работают защиты, реагирующие на высшие гармонические (УСЗ -2/2; УСЗ – ЗМ)?

10. Как устроено реле на ИМС РТЗ - 51?

11. Направленные защиты: направленная защита ЗЗП и импульсное реле мощности.

12. Как работают защиты, реагирующие на токи переходного процесса?

13. Как устроены приборы поиска точки замыкания "Квант", "Спектр"? Технология поиска точки замыкания.

Дистанционная защита

Назначение, общие принципы осуществления защиты. Реле сопротивления (характеристики срабатывания, принципы выполнения, схемы включения). Пусковые органы. Схемы защиты. Выбор уставок дистанционной защиты. [1, 2, 3, 5, 9, 11].

Методические указания

В дистанционной защите измерительный орган (реле сопротивления) измеряет величину сопротивления, отделяющее точку к.з. до места подключения реле. Это сопротивление пропорционально расстоянию (дистанции) до точки к.з. В качестве меры дистанции в современных защитах используется величина сопротивления на зажимах дистанционного органа (реле сопротивления) Z_р=U_р/I_р, где U_p и I_p соответственно напряжение, подведенное к реле, и ток, которым оно обтекается. В нормальном режиме сопротивление Z_p имеет максимальную величину и уменьшается по мере приближения точки короткого замыкания к месту установки защиты из-за снижения U_p и увеличения I_p. При этом уменьшают и время срабатывания защиты. Применяют три ступени выдержки времени.

Так как Z_p является комплексной величиной, то работу реле сопротивления удобно анализировать в осях R, jX. Характеристика срабатывания реле сопротивления в комплексной плоскости представляет собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию Z_p ≥ Z_ср, где Z_ср вектор сопротивления срабатывания реле. В зависимости от вида характеристики срабатывания различают следующие виды реле: ненаправленное реле полного сопротивления, направленное реле сопротивления, реле сопротивления со смещенной характеристикой, реле с эллиптической характеристикой. Необходимо разобраться в принципах выполнения реле сопротивления.

Реле сопротивления подключаются к ТТ и ТН таким образом, чтобы Z_р было пропорционально расстоянию до места короткого замыкания и не зависело от вида повреждения. Для этого в защитах, реагирующих на многофазные короткие замыкания, реле сопротивления включаются на линейные напряжения и разности фазных токов, одноименные с напряжением. Указанное условие выполняется и при коротких замыканиях на землю (в том числе и двойных замыканиях на землю), если реле сопротивления включены на фазные напряжения по схеме с токовой компенсацией.

В отечественной практике нашли применение ступенчатые дистанционные защиты. Дистанционные защиты аналогичны токовым направленным защитам, принципиально отличаясь от них реагирующим органом. Число зон и ступеней выдержек времени ограничивается тремя.

Выбор уставок дистанционной защиты сводится к определению сопротивления срабатывания и времени срабатывания каждой из трех ступеней ее. Необходимо учитывать влияние промежуточных подпиток на замер реле сопротивления. Следует разобраться с принципами осуществления блокировок от качаний. Цифровые дистанционные измерения. Цифровые определения направления. Круговые характеристики цифровых устройств.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается принцип действия дистанционной защиты?

2. Какие преимущества имеет дистанционная защита перед токовыми?

3. Как выглядят в комплексной плоскости сопротивлений характеристики срабатывания реле сопротивлений?

4. Укажите принципы выполнения реле сопротивления.

5. Какие схемы включения дистанционных органов Вы знаете?

6. Какие основные органы имеет дистанционная защита?

7. Каково назначение пусковых органов дистанционной защиты?

8. Как обеспечивается селективность действия защиты при качаниях?

9. Как достигается селективность действия первой ступени защиты?

10. Что собой представляет вторая ступень дистанционной защиты и как выбираются ее уставки?

11. Как влияют промежуточные подпитки на величину сопротивления на зажимах дистанционного органа? Что такое коэффициент токораспределения?

12. Как выбираются уставки третьей ступени защиты?

13. Принципы работы цифровых дистанционных защит.