Неселективная сигнализация о замыкании на землю

Неселективная сигнализация о замыкании на землю является простейшей защитой о появлении замыкания на землю без указания поврежденного участка.

Рис 10.2.Неселективная сигнализация о замыкании на землю

При появлении замыкания на землю реле напряжения выдают сигнал, а затем дежурный поочередным отключением присоединений определяет поврежденный элемент. Указанный способ связан с кратковременным нарушением питания потребителей и требует много времени.

В связи с этим неселективную защиту необходимо дополнять селективной защитой от замыканий на землю.

Ненаправленная токовая защита реагирует на полный ток нулевой последовательности и предназначена для радиальных сетей.

Рис.10.3. Ненаправленная токовая защита. а - с использованием фильтра токов нулевой последовательности, б - с использованием кабельного ТТНП.

Для выделения емкостного тока из общего тока нагрузки линии применяют фильтр тока нулевой последовательности (рис.10.3,а)

Существенным осложнением является то, что ток замыкания на землю имеет очень малую величину

Для защиты от замыканий на землю используют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛ, ТЗР, которые можно применить только при наличии кабельного вывода из ячейки (рис.10.3,б). Для ячеек КРУ с воздушным выводом линий Самарский трансформаторный завод выпускает ТТ нулевой последовательности для воздушных выводов 6-10 кВ типа ТДЗЛВ-10. Трансформатор, имеющий внутренний диаметр окна 590 мм, устанавливается внутри ячейки и охватывает проходные изоляторы всех трех фаз.

Для кабельных ЛЭП изготовляются ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, а также типа ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации без снятия кабельной воронки. Конструкция кабельного ТНП показана на рис.10.3,б.

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 располагается на магнитопроводе с числом витков w = 20…30. Токи фаз I_A, I_Bи I_Cсоздают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф_А, Ф_В, Ф_С, которые, складываясь, образуют результирующий поток:

. (10.2)

Так как сумма токов , то результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП пропорционален составляющей тока нулевой последовательности: , где к – коэффициент пропорциональности.

Поток Ф_рез, а также вторичная ЭДС Е₂и 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, а также при трех- или двухфазных КЗ сумма токов фаз 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 со 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 небаланса (I_нб). ТНП имеют малую мощность, поэтому значительная часть тока расходуется на ток намагничивания. Это приводит к необходимости применять реле с очень малым потреблением или подбирать условия, при которых отдача мощности от ТТ будет максимальной.

Для получения наибольшей мощности от ТНП, а, следовательно, и максимальной чувствительности реле, питающихся от ТНП, сопротивление обмотки реле Z_рдолжно равняться сопротивлению ТНП. Пренебрегая сопротивлением вторичной обмотки Z₂, получаем Z_ТНП =Z_нам и тогда условие отдачи максимальной мощности можно выразить равенством Z_р = Z_нам. Погрешность ТНП достигает 50%. При такой большой погрешности нельзя вычислять вторичный ток по первичному, пользуясь коэффициентом трансформации K_I= w₂/w₁. Поэтому чувствительность защиты, включенной на ТНП, оценивается по значению первичного тока, при котором обеспечивается действие защиты. В ряде случаев она должна быть на уровне долей одного Ампера. При малых значениях 3I₀ ТНП работает в начальной части характеристики намагничивания, при которой МДС, созданная одновитковым ТНП, очень мала. Таким образом, для обеспечения необходимой чувствительности кроме конструктивных улучшений ТНП требуется применение высокочувствительных измерительных органов, например специальное микроэлектронное реле типа РТЗ-51.

Измерительные органы цифровых устройств имеют высокую чувствительность и малое потребление (I_ср = 0,05 А, S_потр = 0,01 В∙А). Это позволяет не добиваться наивысшей отдачи мощности от ТНП. Потребление измерительных органов зависит от уставки. Поэтому, первичный ток срабатывания защиты целесообразно проверять опытным путем подачей тока в провод, пропущенный через окно ТНП.

При прохождении токов I_бр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле КА 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 проводящей оболочке и броне кабеля. С этой целью воронка и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП изолируются от земли (рис.10,б), 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.

Размещение защит в сети

Токовые ненаправленные защиты устанавливаются на всех линиях каждого радиального направления. Защиты устанавливаются в начале каждой линии (рис.10.4).

При замыкании на землю в точке К срабатывают защиты АК1, АК2 и АК3. Дежурный персонал должен осмотром сигналов на ГПП, РП4, РП6 и РП7 установить поврежденный участок. Поврежденным будет тот участок, на котором сработавшая защита будет последней.

Рис 10.4.Размещение токовых ненаправленных защит в сети

Для разветвленных сетей с изолированной нейтралью, где емкостной ток одного фидера значительно меньше общего емкостного тока, в качестве ЗЗ можно применить просто токовую защиту высокой чувствительности. Такая защита имеется в большинстве микропроцессорных токовых устройств защиты.

Направленная защита от замыканий на землю.В радиальных сетях, когда собственные емкостные токи отдельных присоединений велики и соизмеримы с полным током сети ненаправленная токовая защита неприемлема. Поэтому применяют направленнуютоковую защиту.Такая защита входит в устройство MiCOM P125-127, БМРЗ , Sepam 2000и в защиту ЗЗП-1М и ЗЗН производства ЧЭАЗ.

Определить направление тока 3I₀ можно, если его вектор сравнить с неким вектором базовой величины, в качестве которого принят для всех линий вектор напряжения нулевой последовательности 3U₀, получаемый от обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения типа НТМИ. В неповрежденных линиях протекают собственные емкостные токи, поэтому векторы токов 3I₀ в неповрежденных линиях опережают вектор напряжения 3U₀ на 90^о. Следовательно, вектор тока 3I₀ в поврежденной линии отстает от вектора 3U₀ на 90^о. Поэтому в аналоговых реле типов ЗЗП-1М и ЗЗН применяется измерительный орган направления мощности нулевой последовательности с углом максимальной чувствительности

j _м.ч =+90^о.