Что такое токовая защита нулевой последовательности

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

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.

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.

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.

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.

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.

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

 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.

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.

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.

Источник: http://pue8.ru/relejnaya-zashchita/935-printsip-dejstviya-tznp-zashchita-nulevoj-posledovatelnosti.html

Токовая защита нулевой последовательности

При появлении в трансформаторе внешнего короткого замыкания в действие вступает токовая защита нулевой последовательности. То же самое происходит и при замыкании в самом трансформаторе. Этот вид защиты нашел свое применение в повышающих и автоматических трансформаторах. Установка данного вида производится со стороны обмоток высокого и среднего напряжения.

Принцип действия токовой защиты

На приведенной схеме видно, что пусковое реле тока КА, соединенное с фильтром токов с нулевой последовательностью, реагирует на короткое замыкание на землю. С помощью реле мощности KW производится фиксация направления мощности замыкания.

Данное действие обладает селективностью, то есть работа защиты осуществляется в том случае, когда мощность замыкания направляется от шин трансформаторной подстанции на защищаемую электрическую линию. Подводка напряжения производится от обмотки трансформатора при разомкнутом треугольнике на реле мощности с помощью специальных шинок EV.HиEV.K.

Необходимая выдержка времени, по условиям селективности, создается при помощи реле времени КТ.

Токовая защита направленного действия

На следующей схеме представлена токовая защита нулевой последовательности направленного действия. Данный вид работает при нейтралях, заземленных по обеим сторонам защищаемого участка.

Выдержки во времени работают по графику, построенному на основе встречно ступенчатого действия. Защита каждого участка отстраивается друг от друга с помощью временных ступеней.

Ток срабатывания в пусковом токовом реле определяется исходя из надежности действия этого реле при коротком замыкании на следующем участке сети.

Если в защищаемой сети автоматических трансформаторов, связывающих цепи с двумя различными напряжениями, происходит короткое замыкание и появляется ток в линиях с высшим напряжением. Чтобы предупредить ложные срабатывания в защите линий с высшим напряжением уставки защиты согласуются в соответствии с защитами сетей среднего напряжения.

Кроме токовой защиты нулевой последовательности, в сетях с напряжением 110 киловольт и более, применяются отсечки направленного действия и различные ступени защиты. Четырех-ступенчатые системы считаются наиболее совершенными, при этом, на первой ступени отсутствует выдержка во времени.

Источник: https://electric-220.ru/news/tokovaja_zashhita_nulevoj_posledovatelnosti/2013-03-25-352

Токовая защита нулевой последовательности

Защита реагирует на составляющие НП полного естественного емкостного тока, проходящего по фазам защищаемого присоединения при замыканиях на землю. Схема РЗ дана на рис.9.7. Токовое реле КА служит измерительным органом РЗ оно действует на сигнал через реле времени КТ. Срабатывание РЗ фиксируется указательным реле КН.

Измерительный орган выполняется с помощью чувствительного токового реле мгновенного действия; используются электромагнитное реле РТ-40/0,2 и более чувствительное реле, выполненное на транзисторах типа РТЗ-50. Защита с РТЗ-50 может срабатывать при первичном токе порядка 1-2 А.

Высокая чувствительность этого реле обеспечивается с помощью двухкаскадного усилителя постоянного тока, включенного через промежуточный трансформатор и выпрямительный мост. Питание полупроводниковой схемы осуществляется либо от делителя напряжения 110/220 В постоянного тока, либо выпрямленным напряжением переменного тока.

Ток срабатывания реле плавно регулируется в пределах 10-60 мА. Мощность срабатывания реле около 12 мВ • А.

В соответствии со структурной схемой полупроводниковых реле тока ее можно подразделить на три функциональные части: воспринимающую входной сигнал, преобразующую его и сравнивающую преобразованный сигнал с заданной уставкой.

Воспринимающая часть (как обычно, в полупроводниковых реле) выполняется в виде промежуточного трансформатора тока ТА, замкнутого на резистор R2,параллельно которому с помощью переключателей SB1-SB5 можно подключить резисторы R3-R7, предназначенные для дискретного регулирования уставки тока срабатывания реле. Диоды VD1, VD2 ограничивают уровень входного сигнала. При замыкании на землю входной сигнал в виде тока 3I0 поступает в первичную обмотку трансформатора ТА и преобразуется в напряжение на зажимах резистора R2 (uR2 = ioTAR2). Это напряжение поступает в преобразующую часть, состоящую из частотного фильтра Ф и усилителя А1. Фильтр пропускает ток 50 Гц и запирает выход в схему сравнения токов высших гармоник, если они имеются в токе замыкания на землю (3I0). Усилитель А1 служит для повышения чувствительности реле к малым значениям тока Iз(1), на которые должно реагировать реле. В качестве усилителя А1 используется операционный усилитель (ОУ). Сигнал с выхода А1 поступает на схему сравнения, построенную аналогично типовому реле тока на ИМС (завода ЧЭАЗ), рассмотренному в гл. 2 и 4.

В нормальном режиме, когда сигнал 3I0, поступающий на вход реле ТА отсутствует или меньше порога срабатывания компаратора А2,выходное напряжение операционного усилителя А2 имеет положительный знак, под действием которого конденсатор С8 заряжен и на его выходе устанавливается напряжение того же знака (+). При этом выходное напряжение A3 имеет отрицательную полярность, поэтому исполнительный орган (VT1 и KL)не работает.

При появлении воздействующего сигнала, превышающего опорное напряжение А2 (Uвх > Uоп),операционный усилитель переключается, его выходное напряжение становится отрицательным, конденсатор перезаряжается и на входе A3 появляется потенциал отрицательного знака. При этом на его выходе появляется напряжение положительного знака, что приводит к срабатыванию исполнительного органа.

Реле РТЗ-51 имеет шесть диапазонов срабатывания по току – от 0,02 до 0,12 А. Коэффициент возврата kв≈ 0,93. Потребляемая мощность питания на постоянном токе – не более 10 Вт, на переменном токе – не более 5 В•А. Таким образом, это реле имеет высокую чувствительность и широко используется в сетях, питающих торфоразработки и аналогичные установки.

Селективность действия РЗ основана на различии абсолютных значений токов 3I0 в защищаемой ЛЭП при замыкании на ней и замыкании на землю внешнем (на других присоединениях). Условия работы РЗ поясняет распределение токов I0 на рис.9.9.

Ток срабатыванияРЗ каждой ЛЭП по условию селективности необходимо отстраивать от емкостного тока 3I ол, проходящего по защищаемой ЛЭП при замыкании на землю на других присоединениях, и от тока небаланса,появляющегося в ТНП при внешних междуфазных КЗ.

Если емкость фазы защищаемой ЛЭП (например, W2 на рис.9.4) равна CW2, то тогда при внешнем замыкании на землю установившийся ток в этой ЛЭП 3IoCW2 = 3UфωCW2.

В переходном режиме, возникающем в начальный момент повреждения и при замыкании через перемежающуюся электрическую дугу, возникают значительные броски емкостного тока во всех элементах сети, в 4-5 раз превышающие его установившееся значение.

С учетом этого первичный ток срабатывания по первому условию

(9.19)

где Сз.л – емкость защищаемой ЛЭП; kб — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока IoC(в РЗ, работающей без выдержки времени, kб = 4 ÷ 5, при наличии выдержки kб = 1 ÷2 в зависимости от значений t3); kH= 1,1 ÷ 1,2.

По второму условию

(9.20)

Приближенно, здесь Iнб наг – ток небаланса при токе нагрузки Iнаг, измеряется при наладке РЗ.

Обычно на длинных ЛЭП, имеющих большую С, ток Iсз, выбранный по (9.19), удовлетворяет условию (9.20).

. (9.21)

Коэффициент чувствительности, равный отношению тока в поврежденной ЛЭП к Iс.з, должен быть не менее 1,25-1,5.

Вследствие сложности оценки вторичного тока ТНП по первичному, реле регулируется на заданный ток Iс.зподачей тока в первичную цепь ТНП.

Как уже отмечалось, токовая РЗ может применяться в некомпенсированных сетях при условии, что от шин подстанции отходит достаточное количество ЛЭП, при котором СоΣ >> Сол.

Токовая РЗ НП, выполненная по схеме на рис.9.7, применяется не только на кабельных, но и на воздушных ЛЗП 6-10 кВ.

Рассмотренная защита используется в основном в сетях с изолированной нейтралью, где она реагирует на естественный емкостный ток.

В компенсированных сетях для действия токовой защиты может использоваться остаточный ток перекомпенсации или активная составляющая тока ДГР, или активный ток при заземлении сети через резистор R.

НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА

В радиальных сетях, когда собственные емкостные токи отдельных присоединений велики и соизмеримы с полным емкостным током сети, токовая защита неприменима. В этом случае имеется принципиальная возможность использовать направленные защиты, которые не требуется отстраивать от собственных емкостных токов защищаемой линии.

Направленная защита состоит из одного реле мощности, которое включается на ток и напряжение нулевой последовательности (рис.9.9, а).

В некомпенсированной сети защита реагирует на мощность нулевой последовательности, создаваемую емкостным током линии. Как следует из токораспределения на рис.9.4, направление тока, а следовательно, и мощности на поврежденной и неповрежденной линиях противоположны, и, следовательно, по знаку мощности направленное реле может определить поврежденную линию.

Sp = 3U03I0sin φ0.

В сети, работающей с перекомпенсацией емкостного тока, направленная защита неприменима, так как реактивный ток, протекающий в поврежденной линии, и емкостный ток в неповрежденной линии имеют одинаковое направление.

В перекомпенсированной сети реле мощности используется в тех случаях, когда для действия защиты создается активный ток искусственным путем. В этом случае должно применяться реле мощности косинусного типа.

Для обеспечения селективности при “земле” в сети реле мощности направленной защиты должно отстраиваться от тока и напряжения небаланса, обусловленного нагрузкой, протекающей по данной линии; этим условием ограничивается чувствительность защиты.

Реле мощности должны иметь высокую чувствительность. При питании токовой обмотки реле от ТНП нужно учитывать большую угловую погрешность последнего. Для правильной работы направленной защиты требуется малая угловая погрешность измерительных трансформаторов и точность угловой характеристики реле.

Возможно также использовать активную составляющую тока замыкания на землю, которая обусловливается активным сопротивлением дугогасящей катушки. Эта составляющая невелика и достигает 3-5% тока катушки. Активный ток катушки замыкается только по поврежденному присоединению и на него должна реагировать защита.

Защита выполняется с помощью реле мощности косинусного типа, реагирующего только на активную составляющую мощности нулевой последовательности.

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов (рис.9.9, в): согласующего устройства 1,усилителя переменного тока 2,фазочувствительного усилителя OHM 3,выходного реле 4 и блока питания 5. Блок питания типа БПН-11 подключается к ТН или ТСН подстанции (на рис.9.9 не показано).

На случай отказа РЗ или выключателя поврежденной ЛЭП из-за неисправности или из-за снижения суммарного емкостного тока при выводе одной или нескольких ВЛ на подстанции предусматривается дополнительно к линейным РЗ (ЗЗП-1М) резервная неселективная максимальная РЗ напряжения НП (реле KV2 на рис.9.

9, б),которая с выдержкой времени 0,5-0,7 с действует на отключение питающего трансформатора (при этом должны запрещаться действия АПВ и АВР).

ВНИИЭ разработана новая конструкция устройства, аналогичного реле направления мощности типа ЗЗН, построенного на ИМС.

В защите ЗЗН предусмотрена возможность регулирования угла максимальной чувствительности, позволяющая ее использовать в качестве защиты, реагирующей на реактивный ток (φм.ч = 90°), активный ток (φм.

ч = 0) и на промежуточное значение угла φм.ч. В реле также предусмотрено автоматическое регулирование чувствительности реле и тестовый контроль.

Источник: https://megaobuchalka.ru/11/48394.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Токовая защита нулевой последовательности от внешних замыканий на землю предусматривается для резервирования отключения замыканий на землю на шинах и на от-ходяших от них линиях сторон трансформатора, примыкающих к сетям с большим током замыкания на землю.  [1]

Токовая защита нулевой последовательности от внешних замыканий на землю предусматривается для резервирования отключения замыканий на землю на шинах и на отходящих от них линиях сторон трансформатора, примыкающих к сетям с большим током замыкания па землю.  [2]

Токовая защита нулевой последовательности при работе трансформатора с заземленной нейтралью ( реле 15РТ, 22РВ), действующая с двумя выдержками времени. С первой выдержкой времени защита действует через выходное реле 29РП на отключение выключате-теля 110 – 220 кВ, со второй отключаются все выключатели трансформатора.  [3]

Токовая защита нулевой последовательности ( рис. 14.12, б) устанавливается на трансформаторах с глухозаземленной нейтралью. Она выполняется на реле типа РТ-40, подключенном к трехтрансформаторному фильтру токов нулевой последовательности, установленному на стороне с глухозаземленной нейтралью.  [4]

Токовая защита нулевой последовательности в однорелеином исполнений с применением устройств типа УСЗ 2 / 2, включенных на трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТНПШ, предусматривается на токопроводах, отходящих, как правило, от шин генераторного напряжения ТЭЦ с развитой сетью 6 – 10 кВ и действует на сигнал.  [5]

Токовые защиты нулевой последовательности в сетях с большим током замыкания на землю являются основными защитами, реагирующими на включение коротко-замыкателя на упрощенных подстанциях. Если в сетях с малым током замыкания на землю включение коротко-замьжателя вызывает междуфазное к.  [6]

Токовая защита нулевой последовательности применяется для защиты электродвигателя 3 – 6 кв собственных нужд от однофазных замыканий обмотки статора на землю. Эта защита является максимальной токовой защитой, содержащей одно реле то Ка, присоединенное к ТТ нулевой последовательности типа ТЗЛ или ТЗРЛ.

Он устанавливается непосредственно на трехфазный кабель 6 кв электродвигателя за его выключателем, и поэтому в зону действия токовой защиты нулевой последовательности входит также и силовой кабель к электродвигателю.  [7]

Токовая защита нулевой последовательности выполнена с помощью двух ТТ типа ТЗЛ, установленных на кабелях. Вторичные обмотки их соединены последовательно и к ним присоединено реле тока, действующее на отключение электродвигателя через выходное реле 4П, общее с защитой от перегрузки.  [9]

Поэтомутоковая защита нулевой последовательности, отстроенная от, /, / / тока 3 / 0г при внешних Кз, мо – – – жет срабатывать при внутренних Кз под воздействием тока 3 / os – Необходимо, однако, отметить, что выделение фильтрами токов значений 3 / 0s, равных единицам ампер, уже опасных для генераторов, при номинальных токах последних часто в многие тысячи ампер, и обеспечение мощности, необходимой для срабатывания реле, является задачей весьма сложной.  [11]

Длятоковых защит нулевой последовательности и дифференциальных токовых защит считается необходимым обеспечить условие е: 10 %, которое является более жестким.  [12]

Рассмотримтоковую защиту нулевой последовательности Ай2 линии АБ.  [13]

При этомтоковая защита нулевой последовательности усложняется, так как на нее возлагается дополнительная задача предотвратить повреждение трансформаторов, работающих с незаземленной нейтралью при отключении внешнего однофазного КЗ.

Для этого предусматривается специальная защита нулевой последовательности, обеспечивающая отключение блоков с незаземленной нейтралью раньше, чем блоков с заземленными нейтралями.

Для фиксации внешнего однофазного КЗ на землю в защите блоков, нейтрали трансформаторов которых разземлены, используется специальное реле напряжения нулевой последовательности, подключенное к ТН стороны высшего напряжения, или сигнальный элемент токовой защиты обратной последовательности.

Первичный ток срабатываниятоковой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю должен быть не более 5 а. При этом величина тока срабатывания реле ЭТД-551 / 60 составляет порядка 0 05 а. Электродвигатель отключается от второй ступени защиты минимального напряжения для обеспечения действия ДВР питательных насосов.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: http://www.ngpedia.ru/id35468p1.html

Защиты от замыкания на землю, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности установившегося режима

Поиск Лекций

2.2.1. Устройства общей неселективной сигнализации от замыкания на землю. Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью не является аварией. Потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают нормально работать.

Это дает возможность выполнять защиту от замыкания на землю, действующую на сигнал. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неселективной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения.

Схема устройства состоит из трех минимальных реле напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли (рис.17.2,а), или из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности (рис.17.2,б).

Устройство сигнализации обычно подключается к трансформатору напряжения TV, установленному на шинах.

Рис.17.2. Схемы устройств неселективной сигнализации при замыканиях на землю

2.2.2. Токовая защита нулевой последовательности. Длительная работа сети при замыкании одной фазы на землю недопустима из-за возможности нарушения междуфазной изоляции в месте повреждения и перехода однофазного замыкания в многофазное КЗ.

Вероятность повреждения междуфазной изоляции определяется не только продолжительностью прохождения тока через место замыкания на землю, но и величиной тока.

Поэтому для предотвращения перехода однофазных замыканий в многофазные КЗ, максимальный ток замыкания на землю должен быть не более I зmax < 10 А в сетях напряжением 6-35 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры.

В сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор, максимальный ток замыкания на землю при напряжении 6 кВ – не более I зmax < 30 А, при напряжении 10 кВ – не более Iзmax < 20 А. В протяженных и разветвленных сетях токи замыкания на землю могут быть больше указанных значений. В таких случаях для их компенсации применяются дугогасящие катушки (ДГК).

Она приходит в действие благодаря прохождению по поврежденному участку тока нулевой последовательности 3I0экв, обусловленного емкостью всей электрически связанной сети С0ввк без учета емкости С01 поврежденной линии.

Защита не должна срабатывать при повреждениях на других присоединениях сети, когда по защищаемой линии проходит ток 3Iоп (3I01), обусловленный емкостью линии. При этом для обеспечения недействия защиты ее ток срабатывания выбирают по условию

Iс.з = Котс3Iол. (17.7)

Коэффициент отстройки определяется броском емкостного тока в момент замыкания. На основании опытных данных для защит без выдержки времени Котс = 4-5; для защит с выдержкой времени с учетом перемежающегося характера замыкания коэффициент Котс = 2,0-2,5. Без выдержки времени выполняются защиты, действующие на сигнал.

а)

б)

Для выполнения защиты нулевой последовательности в качестве фильтра тока нулевой последовательности обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) TAZ (рис.17.3,б).

При замыкании на землю в сети токи повреждения могут замыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповрежденного кабеля, что может вызвать неправильное действие защиты.

Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке ТНП кабеля и пропускают через отверстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземленному проводу

Чувствительность защиты характеризуется минимальным первичным током замыкания на землю.

При использовании электромагнитного реле с трансформаторами тока нулевой последовательности можно выполнить защиту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на землю Iз = 5 А, поэтому необходимо уменьшить ток Iср, для чего применяется реле тока с повышенной чувствительностью типа РТЗ-51.

2.2.3. Реле тока с повышенной чувствительностью типа РТЗ-51 предназначено для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью. Используется совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТТНП) в качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах защит линий с изолированной нейтралью.

Устройство и принцип действия реле тока типа РТЗ-51. Все элементы, кроме резисторов R26 и R27 (рис.17.4), смонтированы в общем корпусе.

Резисторы типа ПЭВ установлены на основании реле с наружной стороны. На цоколе установлена металлическая скоба, к которой крепятся трансформатор ТА, реле KL, плата с элементами и лицевая плата.

На лицевой плате расположены переключатели SB1-SB5, имеющие фиксацию положения.

Схема электрическая принципиальная реле типа РТЗ-51 включает в себя воспринимающую, преобразующую и сравнивающую части.

Изменение уставки по току срабатывания может производиться следующими ступенями “п” – 6, 12, 24, 36, 48, mА. Включение ступеней соответствует утопленному состоянию переключателей.

Величина тока срабатывания на соответствующей уставке определяется по формуле:

I = (20 + n)10-3 A. (17.8)

Положение переключателей на схеме соответствует минимальной уставке по току срабатывания.

Последовательно с первичной обмоткой трансформатора ТА включено сопротивление R1, ограничивающее величину тока во вторичной обмотке ТТНП при больших токах замыкания на землю, когда насыщение трансформатора ТА приводит к уменьшению сопротивления его первичной обмотки. Диоды VД1-VД4 предназначены для ограничения амплитуды входного сигнала.

Преобразующая часть реле представляет собой активный фильтр на операционном усилителе А1 с многоконтурной обратной связью, включающей резисторы R8, R9 и R10 и конденсаторы С1 и С2. Активным фильтром, настроенным на частоту 50 Гц, осуществляется отстройка реле от высших гармонических составляющих во входном токе.

Сравнивающая часть реле состоит из порогового элемента, выполненного на операционном усилителе А2, времяизмерительной цепи VД5, R15, R16 и С-7 и триггера Шмидта, построенного на операционном усилителе А3. Конденсаторы С3- С10 являются корректирующими элементами операционных усилителей, исключающими их возбуждение. Резистор R17 является элементом обратной связи.

Реле имеет шесть диапазонов срабатывания по току – от 0,02 до 0,12 А. Основная погрешность – не более 10%. Разброс тока срабатывания – не более 3%. Коэффициент возврата – не ниже 0,93.

Рис. 17.4. Принципиальная схема реле тока нулевой последовательности типа РТЗ-51

Схема питания реле от оперативного переменного тока включает в себя выпрямительный мост VС1, резистор R28 и конденсатор С13.

Исполнительный орган реле представляет собой усилительный каскад на транзисторе VТ1, в цепь коллектора которого включено выходное быстродействующее реле KL. Резисторами R24, R25 задается ток, открывающий транзистор VT1 в режиме срабатывания.

Оперативные цепи реле могут подключаться как к источнику постоянного напряжения с номинальным напряжением 110 или 220 В (выводы 6-10 и 12-10 соответственно), так и к источнику переменного тока с номинальным напряжением 100 В (выводы 8-10).

Порог срабатывания порогового элемента задается резисторами R11-R14. Изменением сопротивления R11 обеспечивается настройка реле на минимальной уставке. Сигнал с выхода порогового элемента в зависимости от его полярности заряжает или разряжает конденсатор С8.

При отсутствии входной воздействующей величины и в режиме, когда эта величина меньше установившегося порога срабатывания порогового элемента А2, конденсатор С8 времяизмерительной цепи заряжен до положительно потенциала, триггер Шмидта находится в несработанном состоянии, транзистор VT1 закрыт и выходное реле не срабатывает.

2.2.4. Направленная защита нулевой последовательности

Если в установившемся режиме собственный емкостный ток линии Iоп в сетях с изолированной нейтралью соизмерим с полным током замыкания на землю, то токовую защиту, реагирующую на установившееся значение емкостного тока, осуществить нельзя. В таких случаях применяется направленная защита нулевой последовательности или устройство сигнализации, контролирующее не только значение, но и направление тока замыкания на землю.

Промышленность выпускает направленную защиту нулевой последовательности от замыкания на землю типа ЗЗП-1 с током замыкания на землю от 0,2 до 20 А. Защита реагирует на ток замыкания, составляющий Iз = 0,07-2 А. Она состоит (рис.17.

5,а) из вторичного измерительного преобразователя тока нулевой последовательности в виде промежуточного трансформатора TLA, нагруженного конденсатором С6 (называемого согласующим устройством), двухкаскадного избирательного усилителя переменного тока на транзисторах VT1 и VT2, схемы сравнения фаз на транзисторах VT3 и VT4 двух электрических величин, пропорциональных току 3Iо и напряжению 3Uо нулевой последовательности, и реагирующего элемента ЕА.

Двухкаскадный усилитель переменного тока выделяет и усиливает составляющую промышленной частоты выходного напряжения согласующего устройства. Для этой цели на выходе усилителя включен резонансный контур С2-TL с частотой 50 Гц.

Схема сравнения осуществляет сравнение фаз двух синусоидальных величин: напряжения Uб вторичной обмотки трансформатора TL, пропорционального току нулевой последовательности 3Iо и смещенного по фазе относительно его на угол π/2, и напряжения Uк автотрансформатора TLV, пропорционального напряжению нулевой последовательности 3Uо.

Рис. 17.5. Принципиальная схема реле типа ЗЗП-1 для направленной защиты от замыкания на землю и векторные диаграммы реле.

Из векторных диаграмм тока Iо и напряжения Uо (рис.17.

На неповрежденной линии ток 3Iол, обусловленный собственной емкостью линии, направлен к шинам, а сравниваемые ее защитой напряжения смещены по фазе на угол φ (рис.17.5, в).

Из этого следует, что защита срабатывает, имея максимальную чувствительность, если угол φ сдвига фаз между Uб и Uк равен нулю, и не действует при φ=π. Таким образом, зона срабатывания определяется углом сдвига фаз -π/2

Источник: https://poisk-ru.ru/s10567t3.html

Максимальная токовая защита нулевой последовательности

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:

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

б) Ток небаланса

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

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

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:

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.

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.

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:

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, 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;

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).

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.

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).

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 kН = 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.

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):

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;

— 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 kН в (8-9).

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности

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

Источник: http://lektsia.info/3×7708.html

Токовая защита нулевой последовательности для сетей с заземленной нейтралью

Токовые защиты нулевой последовательности в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Защита выполняется трехступенчатой. Измерительными реле тока подключаются к фильтру тока нулевой последовательности. Реле тока срабатывают при возрастании тока нулевой последовательности. Схемы защиты выполняется аналогично схемам токовой защиты от междуфазных КЗ.

Защита нулевой последовательности имеет преимущества:

1. Имеет более высокую чувствительность.

2. Имеет меньшую выдержку времени  последней ступени.

В радиальной сети с односторонним питанием короткие замыкания на землю возникают на участках, ограниченных обмотками трансформаторов — Т1- Т3,соединенных в звезду.

Путь прохождения тока нулевой последовательности определяется заземленными нейтралями.

На линиях АБ и БВ и трансформаторах Т1—Т3 установлены токовые защиты А2—А5 от междуфазных повреждений и токовые защиты нулевой последовательности А02—А05 от КЗ на землю.

Первая ступень защиты – токовая отсечка без выдержки времени

Ток срабатывания выбирается по условю

,

 где  = 1,3 при использовании реле РТ-40 для линий 110—220 кВ.

– начальный ток нулевой последовательности, при замыкании на землю на шинах приемной подстанции в точке .

Рассматривают два вида КЗ – однофазное КЗ и – двойное КЗ.

Токовая отсечка не должна срабатывать

1. От токов нулевой последовательности, кратковременно появляющихся при неодновременном включении фаз выключателя. Для этого в схему защиты ставят промежуточное реле, создающее замедление около трех-четы-рех периодов.

2. В неполнофазном режиме, возникающем в цикле офнофазного АПВ на защищаемой линии.

Преимущество токовой отсечки нулевой последовательности.

Вторая ступень защиты — токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени.

 Параметров защиты  и  необходимо отстроить от первых ступеней защит нулевой последовательности А03, А04. Это защиты линии БВ и трансформатора Т2.  Тока срабатывания выбирается по условиям

где  =1,1.

Из двух значений принимается большее.

Выдержка времени определяется как ивыдержка времени второй ступени токовой защиты на полные токи фаз.  Обычно не превышает 0,5 с.

Третья ступень защиты — максимальная токовая защита нулевой последовательности.

При повреждениях на землю в точках  и  ток нулевой последовательности с высшей стороны трансформаторов Т2 и ТЗ отсутствует, поэтому защиту А04и А05  выполняют без выдержки времени

В нормальном режиме и при многофазных КЗ в реле проходит только ток небаланса

Ток срабатывания реле можно по условию

Максимальный ток небаланса протекает по реле при КЗ.

Ток небаланса определяется по формуле.

,

где ε = 10 % – максимальная погрешность трансформаторов тока,

 =0,5 … 1,0  – учетом коэффициента их однотипности

 — установившийся ток внешнего трехфазного короткого замыкания при повреждении в начале следующего участка. (для защиты A02 в точке ).

Когда выдержка времени защиты менее =0,3 с, при определении тока небаланса следует учитывать апериодическую составляющую

где =2 при времени действия защиты до =0,1 с и =l,5 при 0,1

Источник: http://ifreestore.net/1790/57/