5.2. Принципы выполнения защиты от однофазных замыканий на

землю

Все виды РЗ от однофазных замыканий на землю реагируют на составляющие нулевой последовательности тока I₀ и на­пряжения U₀. Простейшим устройством является неселективная сигнализация о появлении замыкания на землю, реаги­рующая на 3U₀. Такое устройство состоит из одного реле повышения напряжения KV₀, которое питается напряжением 3U₀ от обмоток ТН, соединенных по схеме разомкнутого треугольника (рисунок 5.3). Подобная неселективная сигнализация устанавливается на шинах РУ 6-35 кВ. Возможен и другой вариант ее исполнения, изображенный на том же рисунке. В этой схеме сигнал о появлении земли дает реле КА₀, включенное в нулевой провод вольметров контроля изоляции фаз сети, показания которых позволяют определить поврежденную фазу.

Селективная сигнализация должна дополняться РЗ, способной определять, на каком участке сети возникло замыкание на землю. В качестве селективных применяются токовые ненаправленные и направленные РЗ, реагирующие на составляющие НП.

Все применяемые РЗ можно подразделить на четыре группы защиты, реагирующие:

Рисунок 5.3 - Схема неселективной сигнализации при замыкании на землю

1) на естественный емкостный ток сети (такой способ РЗ возможен только при отсутствии компенсации или при наличии перекомпенсации емкостного тока сети);

2) на токи НП, создаваемые искусственным путем;

3) на токи высших гармоник, возникающие в поврежденной ЛЭП при резонансной компенсации емкостных токов в установившемся режиме;

4) на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания.

5.3 Фильтры токов нулевой последовательности

Для получения составляющих токов I₀ возможно использование трехтрансформаторных фильтров, применяемых в сетях с глухозаземленными нейтралями или специальных трансформаторов тока нулевой последовательности (рисунок.5.4). Как уже отмечалось, токи I⁽¹⁾₃ очень малы, поэтому трехтрансформаторные фильтры не могут применяться.

Действительно, выполнение чувствительной селективной сигнализации с использованием обычных трансформаторов тока и электромеханических реле встречает ряд серьезных трудностей:

1) номинальный ток обычных ТТ выбирается по току нагрузки линии, и поэтому они имеют сравнительно большие коэффициенты трансформации. Вследствие этого вторичный ток замыкания на землю имеет очень малое значение. Так, например, если ток замыкания на землю составляет 18 А, а ТТ имеют коэффициент трансформации 600/5, то вторичный ток равен 0,15 А;

2) для включения на такой ток необходимо выбрать самое чувствительное токовое реле РТ-40/0,2, которое имеет сопротивление обмоток 80 Ом. Включение реле с такими большими сопротивлениями приводит к тому, что только часть тока попадает в реле, а другая часть, называемая током отсоса, бесполезно замыкается через вторичные обмотки ТТ неповрежденых фаз. Ток отсоса может достигать 40-50%.

Значительно большую чувствительность обеспечивает сигнализация при однофазных замыканиях на землю, выполняемая на специальных ТТ НП (ТНП), имеющих на выходе малые токи небаланса и позволяющие благодаря этому выполнить более чувствительные РЗ. Устройство ТНП показано на

рисунке 5.4, а. Магнитопровод 1, собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольни­ка, охватывающего все три фазы защищаемой кабельной ЛЭП. Провода фаз А, В, С, проходящие через отверстие ТНП, являются первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2 располагается на магнитопроводе с числом витков w = 20 30. Токи фаз I_А, I_В и I_С создают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф_А, Ф_B, Ф_C, которые, складываясь, образуют результирующий поток:

Ф_рез = Ф_А + Ф_В + Ф_C. (5.3)

Так как сумма токов I_А + I_В + I_С = 3I₀, то можно сказать, что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока НП:

Ф_рез =k3I₀ (5.4)

а) устройство; б) схема замещения; в) установка ТНП на кабеле

Рисунок 5.4 - Трансформатор тока нулевой последовательности

Поток Ф_рез, а следовательно, вторичная ЭДС Е₂ и вторичный ток I₂ могут возникнуть только при условии, что сумма токов фаз не равна нулю, или, иначе говоря, когда фазные токи, проходящие через ТНП, содержат составляющую I₀. Поэтому ток во вторичной цепи ТНП будет появляться только при замыкании на землю. В режиме нагрузки, трехфазного и двухфазного КЗ (без замыкания на землю) сумма токов фаз I_А + I_В + I_С = 0, и поэтому ток в реле отсутствует (Ф_рез = 0).

Однако, поскольку из-за неодинакового расположения фаз А, В и С относительно вторичной обмотки ТНП коэффициенты взаимоиндукции этих фаз с вторичной обмоткой различны, несмотря на полную симметрию первичных токов, сумма их магнитных потоков в нормальном режиме не равна нулю. Появляется магнитный поток небаланса (Ф_рез = Ф_нб), вызывающий во вторичной обмотке ЭДС и ток I_н6. Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре. Это объясняется тем, что в последнем суммируются вторичные токи, которые искажены погрешностью трансформации (I_нам), особенно проявляющейся при насыщении стали сердечника при токах КЗ, в то время как в ТНП трансформация тока не вызывает небаланса. В ТНП суммируются магнитодвижущие силы одновитковых первичных обмоток, сумма которых при междуфазных КЗ равна нулю. Ток I_нб во вторичной обмотке ТНП зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.

Для защиты линий ТНП выполняются только кабельного типа (ТЗ, ТЗЛ, ТФ). При необходимости осуществления РЗ воздушных ЛЭП делается кабельная вставка, на которой устанавливается ТНП. Для кабельных ЛЭП изготовляются ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки.

При прохождении токов I_бр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле РЗ появляется ток, от которого РЗ может подействовать неправильно. Эти токи появля­ются при замыканиях на землю вблизи кабеля или при работе сварочных аппаратов.

Для исключения ложной работы РЗ необходимо компенсировать влияние блуждающих токов, замыкающихся по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью воронка и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП изолируются от земли (рисунок 5.4, в), а заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому магнитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть надежно изолирован от брони кабеля.

Лекция 6. Продольная дифференциальная защита линий

Содержание лекции: рассмотрены схемы продольной защиты линий, принцип её действия

Цель лекции: изучается принцип действия продольной защиты линий, обладающей абсолютной селективностью, причины возникновения тока небаланса, особенности защиты.