Для выявления однофазных замыканий на землю, которые могут возникнуть на линии W1 – W5, на подстанциях №1, №2 и №3 предусматривается установка устройств контроля изоляции сети (в соответствии с требованием ПУЭ). Режимы работы потребителей, присоединённых к шинам этих подстанций, должны допускать отключение питания для поиска повреждённого присоединения при срабатывании устройства контроля изоляции.
Устройство контроля изоляции фиксирует факт возникновения ОЗЗ по напряжению нулевой последовательности. Практически все устройства контроля изоляции выполняются с использованием трансформаторов напряжения: либо трехфазных пятистержневых, либо трех однофазных, соединенных по схеме открытого треугольника с заземленной нейтралью. Как правило, на питающих подстанциях устанавливаются трехфазные пятистержневые трансформаторы напряжения с тремя обмотками: первичной, вторичной и дополнительной, соединенной по схеме «разомкнутого треугольника» (рис. 2.7).
Устройство контроля изоляции может быть выполнено несколькими способами (рис. 2.7 а). Одним из способов является использование трех вольтметров V1 – V3, включенных на фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения. В нормальном симметричном режиме все три вольтметра показывают одинаковые фазные напряжения. При замыкании одной фазы на землю показания вольтметра этой фазы резко понижаются вплоть до нуля при металлическом замыкании. Показания вольтметров других фаз увеличиваются, вплоть до 1,73 фазного, также при металлическом замыкании. Для получения звукового сигнала при замыкании на землю в схему устройства может быть включено сигнальное реле РС.
В нормальном режиме сумма фазных напряжений равна нулю и реле не работает. При замыкании на землю одной фазы напряжение нулевой точки N вольтметров становится равным сумме напряжений неповрежденных фаз, и под влиянием этого напряжения реле срабатывает.
Другим распространенным способом выполнения сигнализации замыканий на землю является использование дополнительной (третьей) обмотки трансформатора напряжения, соединенной по схеме разомкнутого треугольника, которая является фильтром напряжения нулевой последовательности 3U0. В нормальном режиме сети при симметричных напряжениях фаз A, B и C на выводах этой обмотки и на реле РН напряжение практически отсутствует.
При однофазном металлическом замыкании на землю, например провода фазы A, напряжение этой фазы относительно земли становится равным нулю, напряжения неповрежденных фаз увеличиваются в 1,73 раза, а их геометрическая сумма становится равной утроенному значению фазного напряжения (рис. 2.7 б, в) . Для того, чтобы напряжение на реле РН в этих случаях не превышало стандартного номинального значения
100 В, трансформаторы напряжения с обмотками, соединенными по схеме разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например:
Под воздействием напряжения нулевой последовательности 3U0, которое при металлическом замыкании достигает 100 В, максимальное реле напряжения срабатывает на сигнал или на отключение.
Рис. 2.7. Устройство контроля изоляции сети:
а) схема устройства;
б), в) векторные диаграммы напряжений при однофазном
замыкании на землю.
2.9 Проверка согласования защит
Для проверки согласования защит необходимо построить карту селективности. Для этого характеристики должны быть приведены к одной ступени напряжения электрической системы, например, к стороне 10 кВ.
Значения параметров срабатывания защит, полученные расчетным путем и необходимые для построения характеристик, приведены в таблице 2.5.
Как правило, на карты селективности выносят характеристики только тех защит, которые необходимо отстраивать друг от друга по времени или току. По этой причине характеристики защит представлены на двух рисунках (рис. 2.8 и рис.2.9), а не на одном.
Для большей наглядности согласование защит представлено на схеме селективности (рис. 2.10), на которой представлены параметры рассчитанных защит, а также параметры трансформаторов, линий и
нагрузок.
Таблица 2.5
| Место установки защиты | Ток срабатывания | Время срабатывания |
| обозначение | Значение, А | обозначе- ние | значение, с |
| приведен- ное к стороне 35 кВ | приведен- ное к стороне 10 кВ |
| Линия W1, подстанция №1 | Iсз W1-1 | | | tсз W1-1 | 0,1 |
| Iсз W1-2 | | | tсз W1-2 | 0,5 |
| Iсз W1-3 | | | tсз W1-3 | 2,8 |
| Линия W2, подстанция №1 | Iсз W2-1 | | | tсз W2-1 | 0,1 |
| Iсз W2-2 | | | tсз W2-2 | 0,5 |
| Iсз W2-3 | | | tсз W2-3 | 2,5 |
| Линия W3, подстанция №2 | Iсз W32-1 | | | tсз W32-1 | 0,1 |
| Iсз W32-2 | | | tсз W32-2 | 0,5 |
| Iсз W32-3 | | | tсз W32-3 | |
| Линия W3, подстанция №3 | Iсз W33-1 | | | tсз W33-1 | 0,1 |
| Iсз W33-2 | | | tсз W33-2 | 0,5 |
| Iсз W33-3 | | | tсз W33-3 | 2,3 |
| Трансформатор Т2 | Iсз Т2 | | | tсз Т2 | 1,5 |
| Iсзп Т2 | 203,8 | | tсзп Т2 | 1,5 |
| Трансформатор Т1 | Iсз Т1 | | | tсз Т1 | 1,8 |
| Iсзп Т1 | 203,8 | | tсзп Т1 | 1,8 |
| Линия W4, подстанция №2 | Iсз W4-1 | | | tсз W4-1 | 0,1 |
| Iсз W4-2 | | | tсз W4-2 | 1,3 |
Рис. 2.8. Карта селективности 1
Рис. 2.9. Карта селективности 2
| 2,7 МВА kсзп=2,54 tсз=0,8 |
Рис. 2.10. Схема селективности
2.10 Контрольные вопросы
1. Из каких условий выбирается номинальный ток предохранителя?
2. Пояснить, что означает параметр «номинальный ток отключения
предохранителя».
3. Объяснить назначение, функции и особенности ступеней
трехступенчатой токовой защиты.
4. Как определяется ток срабатывания мгновенной токовой отсечки?
5. Как определяется зона действия мгновенной токовой отсечки?
6. Из каких условий выбирается ток срабатывания максимальной токовой
защиты?
7. Как определяется коэффициент чувствительности МТЗ в режиме
основного действия и в режиме резервного действия?
8. Объяснить, как производится согласование защит трансформаторов Т3,
Т4 с защитой линии W4.
9. Указать, какие защиты и от каких видов повреждений должны
устанавливаться на силовых трансформаторах мощностью более
630КВА.
10. Назначение и устройство дифференциального реле РНТ-565.
11. Каково назначение уравнительных обмоток дифференциального реле
РНТ-565? Показать прохождение вторичных токов в плечах защиты.
12. Исходя из каких условий выбирается ток срабатывания
дифференциальной защиты на основе реле РНТ-565?
13. Как определяется первичный ток небаланса дифференциальной
защиты?
14. Написать уравнение баланса МДС дифференциального реле РНТ-565
для нормального режима работы трансформатора.
15. Объяснить принцип торможения в дифференциальной защите.
16. Объяснить, в каких случаях в дифференциальной защите
трансформаторов применяется реле серии РНТ-560, а в каких случаях
предпочтительнее применение реле серии ДЗТ-10 и почему.
17. Устройство и принцип действия дифференциального реле с
магнитным торможением серии ДЗТ-10.
18. Как определить ток самозапуска в обмотке трансформатора Т1 в
послеаварийном режиме?
19. Объяснить, с какими защитами должна быть согласована
максимальная токовая защита от внешних КЗ трансформатора Т1.
20. Объяснить, почему на линии W3 должны быть установлены
направленные защиты с обеих сторон линии.
21. Как выбирается ток срабатывания второй ступени линии W3?
22. С какими защитами должна быть согласована МТЗ линии W3,
установленная на подстанции №2?
23. С какими защитами должна быть согласована МТЗ линии W3,
установленная на подстанции №3?
24. Объяснить, для чего токи срабатывания всех защит необходимо
привести к одной ступени напряжения.
25. Объяснить, почему при проектировании релейной защиты
электрической сети необходимо строить карту селективности.
26. Рассказать порядок построения карты селективности.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Варианты заданий на выполнение РГР1
Таблица П1.1 Типы трансформаторов и параметры линий
| № варианта | Тип трансформатора | Длина линий, км |
| Т1 | Т2 | Т3 | Т4 | lW1 | lW2 | lW3 | lW4 | lW5 |
| | ТДНС- 16000/35 | ТДНС- 10000/35 | ТСЗ- 630/10 | ТСЗ- 630/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТМН- 6300/35 | ТМ- 100/10 | ТСЗ- 160/10 | | | | | |
| | ТМН- 4000/35 | ТМН- 4000/35 | ТСЗ- 250/10 | ТСЗ- 250/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТДНС- 16000/35 | ТСЗ- 630/10 | ТСЗ- 400/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТДНС- 10000/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 250/10 | | | | | |
| | ТДНС- 16000/35 | ТМН- 6300/35 | ТМ- 100/10 | ТМ- 630/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТМН- 4000/35 | ТСЗ- 160/10 | ТМ- 100/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТДНС- 16000/35 | ТСЗ- 630/10 | ТСЗ- 250/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТМН- 4000/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 630/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТДНС- 10000/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 400/10 | | | | | |
| | ТДНС- 16000/35 | ТМН- 6300/35 | ТСЗ- 630/10 | ТСЗ- 250/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТМН- 6300/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 400/10 | | | | | |
| | ТДНС- 16000/35 | ТДНС- 16000/35 | ТМ- 100/10 | ТСЗ- 630/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТДНС- 10000/35 | ТСЗ- 250/10 | ТСЗ- 160/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТМН- 4000/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 400/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТМН- 6300/35 | ТСЗ- 630/10 | ТМ- 400/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТДНС- 16000/35 | ТСЗ- 160/10 | ТМ- 100/10 | | | | | |
| | ТДНС- 16000/35 | ТДНС- 10000/35 | ТСЗ- 630/10 | ТСЗ- 630/10 | | | | | |
| | ТДНС- 10000/35 | ТМН- 6300/35 | ТСЗ- 400/10 | ТСЗ- 250/10 | | | | | |
| | ТМН- 6300/35 | ТМН- 4000/35 | ТСЗ- 250/10 | ТСЗ- 630/10 | | | | | |
Таблица П1.2 Параметры нагрузок
| № варианта | Н1 | Н2 | Н3 | Н4 | SК, МВА |
| SH, МВ∙А | kсз | tсз, c | SH, МВ∙А | kсз | tсз, c | SH, МВ∙А | kсз | tсз, c | SH, МВ∙А | kсз | tсз, c |
| | 5,5 | 1,9 | 0,6 | 5,8 | 3,2 | 1,1 | 3,9 | 2,2 | 0,8 | 4,5 | 3,3 | 0,5 | |
| | 2,5 | 2,5 | 1,0 | 2,0 | 1,7 | 1,0 | 2,5 | 2,7 | 0,9 | 3,0 | 1,6 | 0,6 | |
| | 1,3 | 2,8 | 1,0 | 1,2 | 1,9 | 0,5 | 2,2 | 1,5 | 0,5 | 1,4 | 2,4 | 1,2 | |
| | 3,9 | 3,0 | 0,7 | 3,8 | 2,5 | 0,8 | 6,2 | 2,1 | 1,2 | 7,0 | 2,7 | 0,7 | |
| | 2,0 | 2,2 | 0,9 | 3,0 | 2,1 | 0,6 | 5,1 | 3,1 | 1,0 | 4,0 | 2,1 | 0,9 | |
| | 6,0 | 2,6 | 0,5 | 5,8 | 1,6 | 1,0 | 3,3 | 2,4 | 0,6 | 2,0 | 2,9 | 0,8 | |
| | 1,8 | 1,5 | 0,7 | 3,7 | 3,0 | 0,9 | 1,5 | 2,8 | 0,8 | 1,8 | 3,1 | 1,0 | |
| | 2,8 | 3,1 | 1,2 | 5,2 | 2,8 | 0,9 | 5,5 | 2,3 | 0,9 | 6,8 | 3,2 | 1,0 | |
| | 4,5 | 1,7 | 1,0 | 3,0 | 2,2 | 0,6 | 1,8 | 2,6 | 0,5 | 1,8 | 2,2 | 0,6 | |
| | 2,2 | 2,0 | 1,1 | 5,6 | 2,7 | 0,7 | 4,2 | 1,7 | 0,6 | 3,9 | 2,5 | 0,8 | |
| | 5,1 | 2,3 | 0,6 | 5,8 | 1,7 | 1,1 | 3,3 | 1,9 | 1,2 | 2,5 | 1,9 | 0,5 | |
| | 2,7 | 1,8 | 0,8 | 1,9 | 3,1 | 0,7 | 2,2 | 3,2 | 1,2 | 2,0 | 2,8 | 0,9 | |
| | 8,0 | 3,0 | 0,9 | 5,3 | 3,3 | 1,2 | 6,0 | 3,0 | 0,5 | 7,3 | 1,5 | 1,1 | |
| | 1,8 | 3,5 | 1,2 | 6,6 | 2,4 | 1,0 | 3,9 | 2,3 | 0,7 | 4,5 | 1,8 | 1,2 | |
| | 2,8 | 2,1 | 0,8 | 2,2 | 2,8 | 0,5 | 1,8 | 2,5 | 0,9 | 1,8 | 2,2 | 0,7 | |
| | 4,0 | 2,9 | 0,7 | 4,8 | 2,9 | 0,7 | 1,5 | 1,8 | 0,6 | 4,0 | 3,2 | 0,9 | |
| | 4,0 | 1,6 | 0,8 | 4,8 | 1,6 | 0,6 | 6,8 | 2,1 | 1,0 | 5,4 | 2,4 | 0,9 | |
| | 5,0 | 1,9 | 1,1 | 6,8 | 1,9 | 0,9 | 5,2 | 2,0 | 1,1 | 3,7 | 2,1 | 0,6 | |
| | 3,9 | 2,7 | 1,2 | 4,5 | 2,4 | 1,1 | 3,8 | 3,3 | 0,7 | 2,0 | 3,0 | 0,8 | |
| | 2,8 | 2,4 | 0,5 | 2,4 | 2,7 | 1,0 | 2,2 | 2,7 | 0,9 | 1,4 | 1,9 | 1,0 | |
Условные обозначения величин в таблице П1.2:
SН– мощность нагрузки, МВ∙А;
kсз –коэффициент самозапуска;
tсз – время срабатывания защиты, с;
SК – мощность трехфазного КЗ на шинах подстанции №1, МВ∙А.
Приложение 2
Таблица П2.1 Параметры силовых трансформаторов
| Тип трансформатора | Sном, кВ∙А | Напряжения обмоток, кВ | Pк, кВт | uк, % | Диапазон регулирования РПН |
| ВН | НН |
| ТМ-100/10 | | | 0,4 | 2,3 | 4,7 | |
| ТСЗ-160/10 | | | 0,4 | 2,7 | 5,5 | |
| ТСЗ-250/10 | | | 0,4 | 3,8 | 5,5 | |
| ТСЗ-400/10 | | | 0,4 | 5,4 | 5,5 | |
| ТСЗ-630/10 | | | 0,4 | 7,3 | 5,5 | |
| ТМН-4000/35 | | | 11,0 | 33,5 | 7,5 | ±4∙2,5 % ±6∙1,5 % |
| ТМН-6300/35 | | | 11,0 | 46,5 | 7,5 | ±4∙2,5 % ±6∙1,5 % |
| ТДНС-10000/35 | | 36,75 | 10,5 | | | ±8∙1,5 % |
| ТДНС-16000/35 | | 36,75 | 10,5 | | | ±8∙1,5 % |
Условные обозначения величин в таблице П1.2:
Sном– номинальная мощность трансформатора, кВ∙А;
Pк – потери активной мощности трансформатора, кВт;
Uк – напряжение короткого замыкания, %
Приложение 3
Таблица П3.1 Значение сопротивления 
трансформаторов 10/0,4 кВ.
| Мощность трансформатора, МВ∙А | Сопротивление , мОм, приведенное к напряжению 0,4 кВ |
| Y/Y0 | Δ/Y0 | Y/Z |
| 0,040 | | − | |
| 0,063 | | − | |
| 0,100 | | | |
| 0,160 | | | |
| 0,250 | | | |
| 0,400 | | 18,7 | − |
| 0,630 | | | − |
| 1,00 | | | − |
| 1,60 | | 6,5 | − |
Приложение 4 Времятоковые характеристики плавких предохранителей типа ПКТ напряжением 10 кВ с номинальным током отключения 20 кА.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения.− 4-е изд.− М.: Высшая школа, 2006.
2. Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей.− Л.: Энергоиздат, 1981.
3. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей.− 4-е изд.− СПб.: ПЭИПК, 2003.
4. Небрат И.Л. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты.− СПб.: ПЭИПК, 1996.
5. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ.− Л.: Энергоатомиздат, 1988.
6. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций.− 4-е изд.− М.:Энергоатомиздат,1989.
7. Правила устройства электроустановок / М-во энергетики РФ. – 7-е изд. –М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.
Наталья Петровна Лопатина
Николай Петрович Колосов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
