6.2.6 Защита от коротких замыканий на землю в сетях с заземленными нейтралями

При замыкании на землю в сети с эффективно-заземленными или глухо-заземленными нейтралями появляется система токов нулевой последовательности. Это обстоятельство используют для выполнения защит от замыкании на землю. Принципиальная схема защиты, включенной на фильтр токов нулевой последовательности, приведена на Рис. 6.12.

В нормальном нагрузочном режиме ток в реле равен

где I_A, I_B, I_C – первичные токи фаз; I_a, I_b , I_c – вторичные токи фаз; I_aμ, I_Bμ, I_Cμ – токи намагничивания трансформаторов тока различных фаз; I_о – ток нулевой последовательности в первичной цепи; I_нб – ток небаланса во вторичной цепи.

Ток небаланса в основном состоит из токов небаланса первой и третьей гармоник:

Обычно трансформаторы тока фильтра нулевой последовательности при коротких замыканиях работают в ненасыщенной части характеристики. При этом токи третьей гармоники малы и, следовательно, током небаланса третьей гармоники можно пренебречь. Тогда

I_нбmax ≈ I_нб1 = k_однΕi_kmax,

где k_одн  коэффициент однотипности характеристик трансформаторов тока фильтра; обычно k_одн = 0,5  1; ε  погрешность трансформаторов тока; I_kmax  максимальное расчетное значение тока трехфазного КЗ вначале смежного участка (линии).

Ток срабатывания реле оценивается по двум условиям:

I_с,р > I_нбmax;

I_с,р < 3I_оmin/KI,

где 3I_оmin  минимальное значение суммы токов нулевой последовательности при коротком замыкании в конце смежного участка.

Определяющим является первое условие; при этом

I_с,р = k_отс I_нбmax,

где k_отс = 1,3  1,5.

Чувствительность защиты проверяется по выражению

Выдержки времени защит выбирают по ступенчатому принципу, увеличивая их по мере приближения к источнику токов нулевой после­довательности (нейтраль трансформатора).

6.3 Защиты генераторов

6.3.1 Повреждения и анормальные режимы генераторов

В генераторах могут возникнуть следующие повреждения:

• междуфазные короткие замыкания, вызывающие повреждения обмоток и, реже, стали магнитопровода статора;

• замыкания между витками одной фазы (обычно они переходят в междуфазные замыкания или в замыкания на землю;

замыкания одной фазы на корпус (землю), при которых ток замыкается через сталь магнитопровода;

• двойные замыкания на корпус (землю) в цепи ротора, вызывающие перегрев ротора, горение изоляции, а также вибрацию генератора (особенно у явнополюсных машин) вследствие возникающей несимметрии магнитного потока ротора. Двойному замыканию на корпус предшествует замыкание на корпус в одной точке.

Анормальные режимы:

• сверхтоки (токи, превышающие номинальный ток генераторов) при внешних КЗ. Нормально внешние КЗ должны отключаться защитами поврежденных элементов, однако па случай отказа этих защит генератор должен иметь собственную резервную защиту;

• перегрузки по току, возникающие при отключении части параллельно работающих генераторов, изменении схемы сети, подключении новых узлов нагрузки, самозапуске двигателей, форсировке возбуждения генераторов, потере возбуждения и т. п. Для всех генераторов допускаются нормальные длительные перегрузки по току статора не более 5 % при снижении напряжения статора не более чем на 5 %, Аварийные перегрузки лимитируются заводом-изготовителем отдельно для каждого типа генератора;

• несимметрию токов статора, возникающую при несимметричных коротких замыканиях в сети и при неполнофазных режимах (обрывах фазы). Появляющиеся при несимметрии токи обратной последовательности создают магнитный поток, вращающийся относительно ротора с двойной синхронной скоростью, следствием чего может быть повышенный нагрев и вибрация ротора, а также повышенный нагрев обмотки возбуждения.

• повышения напряжения, возникающие при резких сбросах нагрузки, когда частота вращения машины возрастает при практически неизменном напряжении на обмотке возбуждения. У турбогенераторов имеются автоматы безопасности, полностью прекращающие впуск пара в турбину при увеличении частоты вращения агрегата на 10 %, У гидрогенераторов регуляторы скорости не могут обеспечить быстрое закрытие направляющих аппаратов, поэтому при резком сбросе нагрузки частота вращения гидрогенератора может возрасти на 40  60 %, а напряжение  на 30  50 %. У турбогенераторов повышение напряжения ликвидируется системами автоматического регулирования скорости (АРС) и автоматического регулирования возбуждения (АРВ); на гидрогенераторах дополнительно устанавливается специальная релейная защита от повышения напряжения.