Тзнп принцип работы

Что такое токовая защита нулевой последовательности?

Что такое токовая защита нулевой последовательности? - фото 1

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети.

Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Большинство сетей получают  питание по трехфазной системе, в которой напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Что такое нулевая последовательность? - фотография 2

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

На диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы.Если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю. Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ,  для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать.

Геометрически смена фаз может подразделяется на виды:

  • прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
  • обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
  • и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Выбор уставок для ТЗНП - фото 3

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

На рисунке 2 нулевая последовательность показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º. Это происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку. Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов  нулевой последовательности, имеют схожий принцип.

Практическая реализация ТЗНП - фото 4Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения  реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения.  При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться  величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Это приведёт к ложным срабатываниям токовой защиты даже там, где соблюдается номинальный режим питания сетей.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

  • Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
  • Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
  • Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение  в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них  токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

  • на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
  • в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
  • в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Видео в дополнение к написанному - фото 5

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой  из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем  классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы - изображение 6Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650  или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и  пусковое реле для возобновления питания.

Видео в дополнение к написанному.

Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы

Токи нулевой последовательности - фотография 7

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Защита на токах нулевой последовательности - фото 8

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже.

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Напряжение нулевой последовательности - фотография 9

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса - изображение 10Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности turion

Токи небаланса

 Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Токовые направленные защиты нулевой последовательности

Реализация защит ТЗНП - изображение 11

В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка сети, селективное действие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощности.

Направленные защиты нулевой последовательности действуют при КЗ на защищаемой линии и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной подстанции. Такое поведение защиты обеспечивается с помощью реле направления мощности, реагирующего на знак или направление мощности нулевой последовательности при КЗ.

Выдержки времени на защитах, действующих при одном направлении мощности, подбираются по ступенчатому принципу. На рис. 7.6 показаны размещение направленных защит нулевой последовательности и график их выдержек времени. Схема защиты представлена на рис. 7.7.

Токовые направленные защиты нулевой последовательности - изображение 12

Рис. 7.6. Размещение максимальных направленных защит нулевой последовательности и график их выдержки времени

Защита состоит из токового реле 1, реагирующего на появление КЗ на землю, реле мощности 2, определяющего направление мощности при КЗ, и реле времени 3, создающего выдержку времени, необходимую по условию селективности.

МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ - фото 13

Рис. 7.7. Схема токовой направленной защиты нулевой последовательности

Пусковое реле и токовая обмотка реле мощности включаются в нулевой провод ТТ на ток 3I0, а обмотка напряжения питается напряжением 3U0 от разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

При таком включении реле 2 реагирует на мощность нулевой последовательности S0=I0∙U0. Реле направления мощности реагирует на мощность:

Токовая направленная защита - фотография 14,

где φр=φ0 – угол сдвига фаз между Up и Ip или U0 и I0.

Рассмотрим поведение реле мощности в зависимости от вида КЗ. Для упрощения принято, что поврежденная линия разомкнута. За исходные данные при построении диаграмм взяты векторы ЭДС эквивалентного генератора системы ЕА, ЕВ, ЕС, которые можно считать не изменяющимися при КЗ.

Однофазное КЗ (рис. 7.8, а) характеризуется следующими условиями:

1) в поврежденной фазе (например, А) под действием ЭДС ЕА проходит ток КЗ IA=Iк. Если принять активное сопротивление сети равным нулю, то ток IА отстает от ЭДС ЕА на 90º.

2) Токи в неповрежденных фазах IB и IC равны нулю.

3) Напряжение поврежденной фазы относительно земли в т. К UAк=0, поскольку эта фаза имеет глухое замыкание на землю.

4) Напряжения неповрежденных фаз UB и UC равны ЭДС этих фаз.

Для этих условий построена векторная диаграмма фазных токов и напряжений для места повреждения в т. К (рис. 7.8, б).

Назначение - фото 15

Рис. 7.8. Векторная диаграмма токов и напряжений при однофазном КЗ:

а – схема сети, б – диаграмма в т. К

Векторы 3I0∙и 3U0 находятся путем геометрического сложения векторов фазных токов и напряжений. Вектор Схема ЗМН - изображение 16совпадает по направлению с IA, а вектор Принцип работы ЗМН - фото 17. При принятых допущениях Система АВР - изображение 18, поэтому Ступени срабатывания ЗМН - фото 19.

Из диаграммы 7.8, б слуедует, что ток I0к опережает напряжение U0к на 90º.

При двухфазном КЗ на землю (рис. 7.9, а) векторная диаграмма токов и напряжений в месте повреждения фаз В и С приведена на рис.7.9, б.

Защита от напряжения - изображение 20

Рис. 7.9. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ на землю:

а – токораспределение при двухфазном КЗ; б – диаграмма в т. К

Этот вид повреждения характеризуется в месте КЗ следующими условиями: UВк=0; UСк=0; IА=0.

Напряжение в неповрежденной фазе UА=ЕА. В поврежденных фазах под действием ЭДС ЕВ и ЕС проходят токи IB и IC. Каждый из этих токов состоит из двух составляющих. Одна составляющая замыкается по контуру поврежденных фаз В и С и обусловливается разностью ЕВ-ЕС, а вторая – проходит по контуру поврежденная фаза-земля под действием ЕВ и ЕС.

Векторы I0∙и U0 находятся геометрическим суммированием фазных токов и напряжений:

Достоинства - изображение 21, Недостатки - фотография 22.

Приведенные диаграммы построены с допущениями и являются приближенными. Более строго и точно подобные диаграммы могут быть построены на основе совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреждений.

Векторные диаграммы, особенно при однофазном КЗ, показывают, что при положительном jк угол j0 отрицателен. Это означает, что мощность S0 и мощность КЗ в поврежденной фазе SКЗ имеют противоположные знаки.

Ток срабатывания пускового токового реле выбирается так же, как и у ненаправленной защиты нулевой последовательности. Чувствительность пускового реле защиты проверяется при КЗ в конце второго участка. На очень длинных линиях следует дополнительно проверять чувствительность реле мощности по выражению Применение - фото 23, где Sрмин – мощность на зажимах реле в режиме, когда I0∙и U0 имеют минимальное значение.

Выдержки времени направленной защиты выбираются по встречно-ступенчатому принципу (рис. 7.6). Каждая защита отстраивается от соседней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень Δt: t1=t3+Δt.

МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Видео по теме - изображение 24

а) Схема и принцип действия защиты

Защита (рис. 8-4) состоит из пускового токового реле 1 и реле времени 2. Реле 1 включается на фильтр тока нулевой последо­вательности, в качестве которого обычно используется нулевой провод трансформаторов тока, соединенных по схеме полной звезды. Реле времени 2 создает выдержку времени, необходимую по условию селективности.

Ток в реле 1 равен сумме вторичных токов трех фаз; пренебрегая погрешностью трансформаторов тока, получаем:

Тзнп принцип работы - фото 25

Согласно (8-46) и § 3-6, б ток в пусковом реле защиты появ­ляется только в том случае, когда имеется ток I0. Поэтому защита нулевой последовательности, показанная на рис. 8-4, может ра­ботать при однофазных и двухфазных к. з. на землю.

Тзнп принцип работы - фотография 26

б) Ток небаланса

Значение Iнб можно найти, если в выражении (8-46) учесть токи намагничивания трансформаторов тока; тогда

Тзнп принцип работы - фото 27

Очевидно, что второй член в выражении (8-5) является током небаланса. Обозначив его Iнб и выразив первый член (8-5) через I0 , получим:

Тзнп принцип работы - фотография 28

Выражение (8-6) показывает, что ток в пусковом реле защиты состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I0 и второе — погрешностью трансформаторов тока. Последнее искажает величину тока 3I0, на которую реагирует защита.

Как следует из (8-5), ток небаланса равен геометрической сумме намагничивающих токов трансформаторов тока:

Тзнп принцип работы - фото 29

Тзнп принцип работы - изображение 30

Сумма намагничивающих токов обычно не равна нулю. Это объясняется тем, что токи намагничивания имеют несинусоидаль­ную форму и, кроме того, различаются по величине и фазе вследствие нелиней­ности и неидентичности характеристик намагничи­вания и неравенства в ве­личине вторичных нагру­зок трансформаторов тока различных фаз.

Токи намагничивания со­стоят в основном из первой и третьей гармоник Iнам1 и Iнам3 [Л. 35, 23]. При трех­фазных к. з., качаниях и на­грузке токи третьей гармони­ки Iнам3 фаз А, В и С практически совпадают по фазе и по­этому суммируются в нулевом проводе трансформаторов тока арифмети­чески (рис. 8-5, б).

При тех же режимах токи Iнам1 сдвинуты по фазе циклически прибли­зительно на 120° и суммируются в нулевом проводе геометрически (рис. 8-5, а).

В результате этого ток небаланса состоит, так же как и ток намагничи­вания, из первой и третьей гармоник (Iнб1 и Iнб3).

Исследования показывают, что третьи гармоники Iнам3 составляют около 20 — 40%, а первые Iнам1 —80 — 60% полного тока намагничивания.

Тзнп принцип работы - фото 31 Имея кривые намагничивания трансформаторов тока Е2 = f (Iнам) и определяя вторичные э. д. с. трансформаторов тока Е2, можно приближенно оценить [Л. 10] величины намагничивающих токов, а затем Iнб1 и Iнб3, поль­зуясь формулами (8-8), вытекающими из диаграмм на рис. 8-5:

Тзнп принцип работы - фотография 32
Действующее значение полного тока небаланса в нулевом проводе нахо­дится по выражению  

Значение тока Iнб.макc в нулевом проводе звезды трансформа­торов тока обычно определяется при токе трехфазного к. з. в рас­четной точке, поскольку Тзнп принцип работы - фото 33 , как правило, больше, чем двухфазный ток к. з.

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

а) удовлетворять условию 10%-ной погрешности при макси­мальном значении тока трехфазного к. з. в начале следующего участка;

б) иметь идентичные (совпадающие) характеристики намаг­ничивания на всех трех фазах;

в) иметь одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех фазах. В неустановившихся режимах под влиянием апериодического

тока к. з. токи намагничивания, а вместе с ними и токи небаланса могут значительно возрасти, что необходимо учитывать при вы­боре параметров защит, работающих без выдержки времени.

Чтобы исключить действие защиты от т.оков небаланса, величину тока срабатывания пусковых реле защиты выбирают больше тока небаланса.

в) Уставки защиты

Время действия каждой защиты нулевой последовательности выбирается по условию селективности на ступень Δt больше t защиты предыдущего участка. Например, у защиты 1 (рис. 8-6) t1 = t2 + Δt. Величина Δt выбирается согласно (4-9). Выбирая выдержку времени на защите реагирующей на 3I0, необходимо учитывать, что эта защита может не действовать при к. з. за трансформатором, если при этом в рассматриваемой защите ток 3I0 = 0. Как уже отмечалось, при замыканиях на землю в сети одного напряжения появление тока I0 в сети другого напряжения зависит от соединения обмоток трансформатора, связывающего эти сети, и заземления нейтралей в этих сетях.

Тзнп принцип работы - изображение 34 Если сети высшего и низшего напряжений связаны между собой через трансформатор ТЗ с соединением обмоток λ/Δ или λ/λ, то защита нулевой последовательности 3, установленная на трансформаторе ТЗ, может быть мгновенной, поскольку она не действует при к. з. и замыканиях на землю на стороне низшего напряжения. В результате этого выдержки времени (t2 и t1) осталь­ных защит нулевой последовательности существенно уменьшаются и получаются меньше, чем t' у защит от междуфазных к. з., реагирующих на фазный ток (рис. 8-6). Это объясняется тем, что послед­ние действуют при к. з. за трансформатором, вследствие чего их приходится согласовывать по времени с защитами на стороне низшего напряжения трансформаторов (рис. 8-6). Если же связь между сетями разного напряжения осуществляется через авто­трансформатор ТЗ или трансформатор с соединением обмоток λ/λ, имеющим заземленные нейтрали, то, как показано на рис. 8-2, при замыкании на землю в сети одного напряжения ток I0появ­ляется в обеих сетях. В этом случае выдержки времени защиты нулевой последовательности сети одного напряжения должны согласовываться с защи­тами сети другого на­пряжения.

В этих условиях за­щита 3, работающая в предыдущем случае без выдержки времени (t3 = 0), будет иметь те­перь t3 = t4 + Δt, т. е. время действия защит, реагирующих на ток I0, увеличивается и полу­чается равным времени действия максимальных защит, реагирующих на фазный ток.

Ток срабатывания пусковых реле макси­мальной защиты нулевой последовательности выбирается: 1) из условия надежного действия защиты при к. з. в конце следующего (второго) участка и 2) из условия отстройки, от токов небаланса.

По первому условию Iс.з> 3IOKмин, а по второму Iс.з> Iнб.макс. Определяющим является второе условие

Iс.з=kНIнб.макс (8-9)

где = 1,3 ÷ 1,5. Ток Iнб.макс рассчитывается для нормального режима или для режима к. з. в зависимости от выдержки времени защиты. Если выдержка времени t0 защиты нулевой последовательности превышает время действия tм.ф защит от междуфазных к. з., установленных на следующем участке, то Iс.ззащиты нулевой последовательности отстраивается только от небалансов в нормальном режиме, поскольку междуфазные повреждения отключаются быстрее, чем может подействовать защита нулевой последовательности.

Ток небаланса в нормальном режиме Iнб(н) обычно определяется измерением. У трансформаторов тока с I2НОМ = 5 А его значение колеблется от 0,01 до 0,2 А. Поэтому ток срабатывания по второму условию можно выбрать очень маленьким: примерно 0,5 — 1 а вторичных (или 10—20% от IНОМ трансформаторов тока).

Если t0 < tм.ф, то защиту нужно отстраивать от небаланса Iнб(к) при трехфазных к. з. в начале следующего участка. От­стройка ведется от максимального Iнб(к) при установившемся режиме, поскольку защита действует с выдержкой времени 0,5 с и больше. По данным опыта эксплуатации при правильно выбран­ных трансформаторах тока и их равномерной загрузке ток сраба­тывания можно выбрать в зависимости от значения кратности тока к. з. 2—4 А (вторичного тока).

Установившийся ток небаланса при к. з., необходимый для определения Iс.з, должен находиться по выражению (8-8) и (8-8а).

Если трансформаторы тока работают в прямолинейной части характеристики, то тогда третьи гармоники в Iнам малы. В этом случае можно пренебречь составляющей Iнб3 рассчитывая ток небаланса по выражению (8-7):

Тзнп принцип работы - фото 35

где kодн в зависимости от идентичности характеристик и нагрузок трансформаторов тока выбирается от 0,5—1; fi — погрешность трансформаторов тока, при подборе их по кривым предельной кратности принимается равным 0,1;

Тзнп принцип работы - изображение 36 — максимальное значение тока трехфазного к. з. при повреждении в начале следующего участка.

Следует иметь в виду, что формула (8-10) дает приближенные результаты, что учитывается при выборе значения в (8-9).

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности

Тзнп принцип работы - фотография 37

где I0мин — минимальный ток нулевой последовательности при однофазном или двухфазном к. з. на землю в конце второго участка. Надежность считается достаточной при ≥1,5.

Если в сети, где установлена защита, возможна работа какой-либо линии на двух фазах (например, во время действия ОАПВ), то ток срабатыва­ния защиты нужно дополнительно отстроить от токов нулевой последователь­ности 3/0, появляющихся в указанном режиме, или принять выдержки вре­мени защиты больше tОАПВ.

Токовая направленная защита

Тзнп принцип работы - изображение 38

Максимальная токовая направленная защита: схемное исполнение, расчет и принцип действия. 90° схема включения реле направления мощности на междуфазные напряжения и токи фаз. Токовые направленные отсечки. Селективная работа направленных защит. Область применения токовой направленной защиты.

Методические указания

Токовой направленной называют защиту, реагирующую на значение тока и направление мощности к.з. в месте ее установки.

Рассматриваемая защита представляет собой токовую защиту, дополненную реле направления мощности. Она применяется в сложных сетях – сетях с двусторонним питанием, а также в кольцевых сетях с одним источником питания.

Комплекты защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии и приходят в действие, если мощность к.з. для каждого из комплектов направлена от шин в защищаемую линию, а ток превышает ток срабатывания. Выдержка времени максимальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенчатому принципу. При выборе тока срабатывания защиты в общем случае учитываются те же основные условия, что и для МТЗ. 

Под схемой включения реле направления мощности понимается определенное сочетание фаз тока и напряжения, подводимых к его обмоткам. Наибольшее распространение получила 90° схема включения реле. Для выявления свойств схемы необходимо уметь анализировать работу реле направления мощности при различных видах к.з.

Выполнение направленной отсечки дает возможность при выборе ее тока срабатывания учитывать только ток внешнего к.з. в направлении действия ее реле мощности. В этом основное отличие направленной отсечки от ненаправленной.

Недостатком направленных токовых защит является наличие мертвой зоны, определяемой минимальным напряжением при трехфазном к.з. вблизи места установки защиты.

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 Iнб в нормальном режиме, если выдержки времени t0, рассматриваемой защиты, больше времени действия tмф защит от междуфазных к.з., установленных на следующем участке. Если t0 < tмф, то защиту нужно отстраивать от Iнб при трехфазном к.з. в начале следующего участка. Наличие Iнб в симметричных режимах обусловлено неравенством токов намагничивания ТТ. Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу Δt, Δt – ступень селективности. При этом обычно получается t0 < tмф.

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.

Защита минимального напряжения обеспечивает безопасную работу важных узлов, наиболее ответственных механизмов в электрических сетях, на производствах, когда происходит кратковременное исчезновение напряжения в сети. Подает сигнал, отключает группу или секции присоединений схем, электроприборов, двигателей, трансформаторов при понижении напряжения ниже допустимого значения (уставки).

Тзнп принцип работы - фотография 39

Назначение

ЗМН (защита минимального напряжения) используется совместно с защитами, которые осуществляют контроль сети. Эксплуатируется вкупе с устройством автоматического включения резерва (АВР). ЗМН выполняет отключение или подает соответствующий сигнал пользователю (системе) при возникновении аварий в сети потребителей, в следствии:

  • Короткого замыкания, когда происходят значительные потери электроэнергии. Возникают большие токи, напряжение резко падает.
  • Перегрузки сети. (Мощности источников электропитания не хватает или один из них вышел из строя).

Такое действие обеспечивает безопасность важных механизмов во время самозапуска, когда пусковые токи вызывают снижение напряжения. Автоматика отключает работу менее важных механизмов.

Тзнп принцип работы - фотография 40

Схема ЗМН

Система ЗМН, как правило, выполняется при помощи электромагнитных или электронных реле напряжения. Это своеобразный реагирующий орган в цепи.

Релейные контакты соединяют последовательно, чтобы предотвратить сбой при перегорании предохранителей в электрических цепях. На контакты реле подается фаза через вспомогательный контакт от секционного трансформатора или электрической сети.

Дополнительно в состав змн входят реле:

  • Времени, обеспечивающее последовательность работы в электрической схеме.
  • Промежуточное, коммутирующее управляющие сигналы.
  • Указательное, которое сигнализирует о срабатывании защиты.
  • Минимального напряжения.

Также система защиты на производстве включает линейные контакторы или электромагнитные пускатели.

При понижении показателей до значения 50 процентов от номинального, замыкатель отключается, размыкает, шунтирующий кнопку пуск, контакт, предотвращает самозапуск двигателя, машины.

При такой системе запуск механизмов происходит после нажатия на кнопку, которая замкнет схему.

ЗМН могут работать автономно или совместно с токовыми защитами.

Тзнп принцип работы - фото 41

Принцип работы ЗМН

Защита от минимального напряжения (ЗМН) имеет идентичный принцип работы во всех сферах защиты по напряжению. Для понимания, функциональность ЗМН можно объяснить на примере электрических двигателей.

Механизмы останавливаются при возникновении КЗ (короткое замыкание). После его ликвидации происходит самозапуск двигателей, подключенных к секциям или шинам. У каждой группы свое входное питание от трансформатора, либо иного источника. Пусковые токи в несколько раз превышают номинальные значения, во время запуска происходит «просадка» напряжения на секциях.

Защита ЗМН отключает незначительных потребителей участка сети — это электродвигатели, не влияющие на процесс, их простой не вызовет сбой в производстве. Следовательно, уменьшается суммарный пусковой ток, напряжение в сети не имеет критичной просадки, его хватает на самозапуск главных двигателей или узлов.

Секционный (групповой) самозапуск электрических двигателей начинается после возобновления подачи питания.

Тзнп принцип работы - фото 42

Система АВР

При длительном отсутствии электрического питания срабатывает отключение и на главные электродвигатели. Это необходимо для запуска АВР (автоматика включения резерва), также этого требует технология производства.

При прекращении подачи электропитания на секционный ввод, срабатывает автоматика, включающая резерв, включается секционный выключатель, обеспечивающий подачу питания от резервного источника.

Минимальное время работы АВР зависит от задержки в системе, контролирующей ввод рабочего напряжения, времени срабатывания промежуточных реле, временных интервалов отключения и включения выключателей рабочего, резервного ввода.

Ступени срабатывания ЗМН

1 ступень

Система срабатывает при снижении напряжения до 70 % от номинального значения и с временной выдержкой полсекунды.

При включении первой ступени защиты отключаются менее важные для производства электродвигатели. Предотвращается  дальнейшее снижение одного из главных параметров, обеспечивающего возможность самозапуска главных механизмов.

2 ступень

Срабатывает после работы первой ступени. Уставка второй имеет 50 % от номинального значения разности потенциалов, время срабатывания девять секунд.

Самозапуск главных электродвигателей не происходит, отключаются оставшиеся механизмы, подключенные к цепи защиты, но поддерживается работа агрегатов, отключение которых приведет к аварийной ситуации. Вторая ступень обеспечивает режим безопасного торможения и остановки.

Тзнп принцип работы - фотография 43

Защита от напряжения

Реле напряжения, на котором основана ЗМН, постоянно контролирует величину значения сети, отключает потребителей, если они выходят за рамки установленных пределов. Возобновляет работу механизмов при возобновлении требуемых параметров.

Защита минимального напряжения может быть выполнена и автоматическими выключателями с расцепителем малого напряжения, который включает автомат при 80 % от номинального значения, а отключает его, если оно становится ниже 50 %.

Расцепитель низкого напряжения подходит для дистанционного отключения автоматики.

Тзнп принцип работы - фотография 44

Достоинства

  • Устройства змн (реле, автоматические выключатели) имеют небольшие габариты, подходят для установки на стальную, алюминиевую или гальваническую рейку (DIN-рейку).
  • Некоторые модели подходят для включения в розетку. Пользователь может обеспечить защиту группе бытовых электроприборов, не изменяя конфигурацию проводки.
  • Доступность. Низкая стоимость позволяет использовать реле или группу реле простому обывателю, а не только на производстве.
  • Автоматика практически мгновенно реагирует на понижение напряжения в сети, отключая и обеспечивая бесперебойную работу механизмам.

Недостатки

  • При защите с помощью одного реле возможна неправильная работа, если произошел обрыв в цепи. Такая релейная защита подходит только для неответственных механизмов.
  • Не устраняет колебания напряжения в сети.
  • После включения выключателя ввода, может произойти его несанкционированное отключение. Происходит такое от задержки срабатывания реле. Сигнал на отключение выключателя ввода приходит раньше, чем срабатывает реле напряжения, а временное и выходное (змн) реле возвращаются в исходное состояние.

Тзнп принцип работы - изображение 45

Применение

Применяется для обеспечения защиты на электростанциях, обеспечивает работу важных механизмов при кратковременном исчезновении собственного питания.

Устанавливается на проблемных участках электросети и подстанциях, отключая в первую очередь потребителей третьей категории.

Обеспечивает сохранение напряжения на жизненно-важных объектах (больницы, железная дорога, связь, водопровод, канализация).

Тзнп принцип работы - изображение 46

Видео по теме

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 1222)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты