4.1 Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью

Для защиты ЛЭП от КЗ на землю (одно- и двухфазных) применяется РЗ, реагирующая на токи и мощности нулевой последовательности (НП). Эта РЗ осуществляется более просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной выше МТЗ, реагирующей на полные токи фаз. Защиты НП выполняются в виде МТЗ НП и отсечек как простых, так и направленных.

Рисунок 4.1- Однофазное КЗ в сети (а) и прохождение

токов I₀ под действием U₀ (б)

При однофазном КЗ ток НП в месте повреждения I_ОК равен 1/3 тока КЗ в поврежденной фазе и совпадает с ним по фазе, а напряжение U_OK в точке КЗ равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.

Под действием напряжения НП, возникающего в месте повреждения (точка К на рисунке 4.1), возникают токи I_ок, которые замыкаются по контуру фаза-земля через место повреждения (точку К) и заземленные нейтрали. Таким образом, при КЗ на землю появление токов I₀ возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями. При нескольких заземленных нейтралях ток НП от места повреждения разветвляется между ними обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. На рисунке 4.2 показаны характерные случаи распределения токов НП в схемах сети. Направление токов, проходящих к месту КЗ, принято за положительное. Если заземлена нулевая точка трансформатора только с одной стороны ЛЭП, то при КЗ на землю на ней токи НП проходят только на участке между местом повреждения и заземленной нейтралью (рисунок 4.2а). Если же заземлены нейтрали трансформаторов с двухсторон рассматриваемого участка (рисунок 4.2,б), токи НП проходят с обеих сторон от места КЗ. Это позволяет сделать вывод, что распределение токов НП в сети определяется расположением не генераторов, а заземленных нейтралей. Если трансформатор имеет соединение обмоток звезда-треугольник, то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов НП на стороне звезды. Поэтому РЗ, установленные в сети звезды, не действуют при замыканиях на землю в сети треугольника.

Схема и принцип действия защиты.

Ненаправленная МТЗ НП применяется в сети с односторонним питанием места КЗ током I_о, т. е. при расположении трансформаторов с заземленной нейтралью с одной стороны защищаемого участка. Функциональная схема этой РЗ состоит из одного ИО - пускового токового реле КАО (рис.4.3, а, б), реле времени КТ и исполнительного реле KL. Реле тока КАО включено на фильтр тока НП, в качестве которого используется нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды. Ток в КАО равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:

I_р = I_а + I_b + I_c = 3I₀ / К_I. (4.1)

При появлении тока 3I₀ реле КАО срабатывает и приводит в действие реле времени КТ; последнее через время t подает сигнал на промежуточное реле KL, которое дает команду на отключение выключателя.

Согласно (4.1) ток в пусковом реле РЗ появляется только в том случае, когда имеется ток I₀, поэтому МТЗ НП, показанная на рисунке 4.3, может работать только при одно- и двухфазных КЗ на землю.

При междуфазных КЗ (без "земли"), а также при нагрузке и качаниях МТЗ НП не действует, поскольку в этих режимах сумма токов I_А + I_B + I_C = 0 и ток 3I₀ отсутствует. Важным преимуществом МТЗ НП является то, что она не реагирует на нагрузку. Благодаря этому ее не требуется отстраи­вать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет обеспечить более высокую чувствительность этой РЗ по сравнению с МТЗ, реагирующими на фазные токи.

Однако в действительности работа МТЗ НП осложняется погрешностью ТТ, обусловленной их током намагничивания . Поэтому в режимах, когда имеет место баланс первичных токов (I_A + I_B + I_C = 0)> сумма вторичных токов I_а + I_b + I_c 0. В нулевом проводе и пусковом реле МТЗ НП появляется остаточный ток, называемый током небаланса (I_нб), который может вызвать нежелательное действие РЗ при отсутствии первичного тока I₀.Значение I_нб можно найти, если учесть токи намагничивания ТТ:

(4.2)

Очевидно, что второй член в (4.2) является током небаланса. Обозначив его I_нб и выразив первый член через I₀, полу­чим

I_p = (3I₀)/K_I - I_нб. (4.3)

Выражение (4.3) показывает, что ток в пусковом реле МТЗ НП состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I₀ и второе - погрешностью ТТ. Последнее искажает значение тока 3I₀, на которое реагирует МТЗ НП.

а) –при заземлении нейтрали с одной б) -при заземленных нейтралях

стороны ЛЭП с обеих сторон ЛЭП

Рисунок 4.2-Распределение токов нулевой последовательности

при однофазных КЗ

а) – структурная схема б) токовые цепи в) схема оперативных цепей

РЗ с электромеханическими РЗ

Рисунок 4.3 - Схема токовой защиты нулевой последовательности