Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

направленная токовая защита нулевой последовательности — [В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите] токовая направленная защита нулевой последовательности ТНЗНП -[Интент]

EN

FR

Нулевая последовательность фаз. Согласно теории симметричных составляющих любую несимметричную систему трех токов или напряжений — обозначим их А, В, С — можно представить в виде трех систем прямой, обратной и нулевой последовательностей фаз (рис. 7.9, а-в ). Первые две системы симметричны и уравновешены, последняя симметрична, но не уравновешена.

Система прямой последовательности (рис. 7.9, а ) состоит из трех вращающихся векторов A 1, B 1, C 1, равных по значению и повернутых на 120° относительно друг друга, причем вектор B1 следует за вектором А 1. Рис. 7.8. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском от реле минимального напряжения: КА — реле тока (токовый пусковой орган); КV — реле минимального напряжения (пусковой орган по напряжению); КТ — реле времени Система обратной последовательности (рис. 7.9, б ) состоит также из трех векторов A 2, B 2, C 2, равных по значению и повернутых на 120° относительно друг друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор B 2 опережает вектор A 2 на 120°. Система нулевой последовательности (рис. 7.9, в ) состоит из трех векторов A 0, B 0, C 0, совпадающих по фазе. Очевидно, что сложение одноименных векторов этих трех систем дает ту несимметричную систему, которая была разложена на, ее составляющие:

В качестве примера сложение векторов фазы С выполнено на рис. 7.9, г . Существует и метод расчета симметричных составляющих, согласно которому составляющая нулевой последовательности

Рис. 7.9. Симметричные составляющие: а, б, в — прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно; г — сложение векторов трех последовательностей фазы С Рис. 7.10. Однофазное КЗ на землю на ненагруженной линии с односторонним питанием: а — схема линии; б — векторная диаграмма напряжения и тока для точки К ; в, г — векторные диаграммы напряжения и токов, построенные с помощью симметричных составляющих

Таким образом, для нахождения A 0 надо геометрически сложить три составляющие вектора и взять одну треть от суммы.

Целесообразность представления несимметричных систем тремя симметричными составляющими состоит в том, что анализ и расчеты напряжений и токов для системы нулевой последовательности могут выполняться независимо от систем прямой и обратной последовательностей, что во многих случаях упрощает расчеты. Включение же защит на составляющие нулевой последовательности дает ряд преимуществ по сравнению с включением их на полные токи и напряжения фаз для действия при КЗ на землю.

Практическое использование составляющих нулевой последовательности. Рассмотрим металлическое замыкание фазы А на землю в сети с эффективно заземленной нейтралью (рис. 7.10, а ).

Этот вид повреждения относится к несимметричным КЗ и характеризуется тем, что в замкнутом контуре действует ЭДС E A, под действием которой в поврежденной фазе А проходит ток IA=Ik отстающий от E A на 90°; напряжение фазы А относительно земли в месте повреждения (точка К ) UAк =0 , так как эта точка непосредственно соединена с землей; токи в неповрежденных фазах IB и IC отсутствуют. С учетом сказанного на рис. 7.10, б построена векторная диаграмма для точки К .

На рис. 7.10, в и г приведены векторные диаграммы напряжений и токов, построенные с помощью симметричных составляющих для того же случая однофазного КЗ. Сравнение диаграммы, представленной на рис. 7.10, б , с диаграммами рис. 7.10, в и г показывает, что вектор I к равен вектору 3I0 , а –ЕА =U B к + U C к =3U0к . Значит, полный ток фазы в месте повреждения может быть представлен утроенным значением тока нулевой последовательности, а ЭДС — ЕА — утроенным значением напряжения нулевой последовательности. Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз: Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 . Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки трансформатора напряжения соединяют в разомкнутый треугольник (рис. 7.12) и обязательно заземляют нейтраль его первичной обмотки. В этом случае Рис. 7.11. Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности В нормальном режиме работы и КЗ между фазами (без земли) геометрическая сумма напряжений вторичных обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, равна нулю, и поэтому Up также равно нулю (рис. 7.12, б). И только при однофазных (или двухфазных) КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение Up=3U0 (рис. 7.12, в ). Фазные напряжения систем прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды, и поэтому суммы их векторов в схеме разомкнутого треугольника всегда равны нулю.

Рис. 7.12. Соединение однофазных трансформаторов напряжении в фильтр напряжения нулевой последовательности: а — общая схема трансформатора напряжения; б — векторные диаграммы в нормальном режиме работы; с — то же при замыкании фазы А на землю в сети с заземленной нейтралью; PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки

В сетях с эффективным заземлением нейтрали около 80% повреждений связано с замыканиями на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности. Схема и некоторые вопросы эксплуатации токовой направленной защиты нулевой последовательности. Принципиальная схема защиты показана на рис. 7.13.

Пусковое токовое реле КА , включенное на фильтр токов нулевой последовательности, реагирует на появление КЗ на землю, когда в нулевом проводе проходит ток 3I0 . Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия: защита работает при направлении мощности КЗ от шин подстанции в защищаемую линию.

Напряжение 3U0 подводится к реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения (шинки EV, H, KV, K ). Реле времени КТ создает выдержку времени, необходимую по условию селективности. На рис. 7.

14 показано размещение токовых направленных защит нулевой последовательности в сети, работающей с заземленными нейтралями с обеих сторон рассматриваемого участка. График характеристик выдержек времени построен по встречно-ступенчатому принципу. Из графика видно, что каждая защита отстраивается от защиты смежного участка ступенью времени Δt =t1-t3 .

Значение тока срабатывания пускового токового реле выбирается по условию надежного действия реле при КЗ в конце следующего (второго) участка сети, а также по условию отстройки от тока небаланса.

Появление тока небаланса в реле связано с погрешностью трансформаторов тока, неидентичностью трансформаторов тока, неидентичностью их характеристик намагничивания и имеет решающее значение. Чтобы не допустить действия пускового токового реле от тока небаланса, ток срабатывания реле принимают больше тока небаланса. Ток небаланса определяется для нормального рабочего режима или для режима трехфазного КЗ в зависимости от выдержки времени защиты.

Чтобы избежать ложных срабатываний защит линий высшего напряжения, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети среднего напряжения. По указанной причине избегают, как правило, заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора.

Заметим также, что у трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I0 на стороне звезды.

Ток I0 появляется в линиях при неполнофазных режимах работы участков сетей. Такие режимы могут быть кратковременными и длительными. От кратковременных неполнофазных режимов, возникающих, например, в цикле ОАПВ линии, а также АПВ при неодновременном включении трех фаз выключателя защиты отстраиваются по току срабатывания или выдержки времени защит принимаются больше, чем время t ОАПВ. При возможных неполнофазных режимах работы линий (например, при пофазном ремонте под напряжением) токовые направленные защиты нулевой последовательности ремонтируемой линии и смежных участков должны проверяться и отстраиваться от несимметрии или выводиться из работы, так как они мало приспособлены для работы в таких условиях. В процессе эксплуатации токовых защит нулевой последовательности должны строго учитываться все заземленные нейтрали автотрансформаторов и трансформаторов, являющиеся как бы источниками токов нулевой последовательности. Распределение тока I0 в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей, а не генераторов электростанций. Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется с помощью вольтметра, периодически подключаемого с помощью кнопки SB (см. рис. 7.12). Вольтметр измеряет напряжение небаланса, имеющего значение 1-3 В. При нарушении цепей показание вольтметра пропадает. Наряду с рассмотренной токовой направленной защитой нулевой последовательности широкое распространение в сетях 110 кВ и выше получили направленные отсечки и ступенчатые защиты пулевой последовательности. Наиболее совершенными являются четырехступенчатые защиты, первая ступень которых обычно выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени защиты предназначены для действий при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии и на шинах противоположной подстанции. Последние ступени выполняют в основном роль резервирования. Рис. 7.13. Схема токовой направленной защиты нулевой последовательности [http://leg.co.ua/knigi/raznoe/obsluzhivanie-ustroystv-releynoy-zaschity-i-avtomatiki-3.html]

Источник: http://intent.gigatran.com/article/?id=165635

Трансформаторы тока нулевой последовательности для использования в схемах релейной защиты совместно с микропроцессорными терминалами релейной защиты

В электрических системах, в особенности в сетях и установках с малым током замыкания на землю, возможные токи нулевой последовательности часто весьма невелики по сравнению с токами нормальной нагрузки. Тем более они не велики по сравнению с токами короткого замыкания между фаз.

Еще меньше должны быть расчетные токи нулевой последовательности при срабатывании различных устройств релейной защиты от замыкания на землю, защитного отключения и автоматики с учетом задаваемых коэффициентов чувствительности и запаса.

Токи нормальных нагрузок и междуфазных коротких замыканий могут создавать значительные токи небаланса в трансформаторах нулевой последовательности.

Необходимость ограничения этих небалансов, являющихся для трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) основным видом помех, представляет основную трудность, которую приходится преодолевать при разработке и применении рассматриваемых устройств.

Следует также иметь ввиду, что при небольших токах нулевой последовательности от ТТНП с приемлемыми конструктивными размерами может быть получена небольшая мощность, порядка долей В·А.

Получение заданной мощности тем труднее, чем больше номинальный рабочий ток контролируемой цепи. Это обусловлено необходимостью увеличения сечения первичных токопроводов и кабелей по условиям нагрева и соответственно – увеличения размеров окна магнитопроводов трансформаторов тока. А с увеличением окна при заданной мощности масса преобразователя резко возрастает.

Таким образом, появились определенные требования к трансформаторам тока нулевой последовательности, выполнение которых позволило бы производить точную отстройку защиты, учитывая большинство существенных паразитных явлений. Можно перечислить основные из них:

• коэффициент трансформации и чувствительность ТТНП должны позволять измерять токи различных диапазонов, включая малые токи от 100 мА
• максимальный ток небаланса ТТНП должен быть минимален и заранее известен
• мощность ТТНП должна быть регламентирована и заранее известна (влияние нагрузки погрешности при заданном коэффициенте трансформации)

Существующие предложения на рынке

В настоящее время наиболее распространены два варианта конструктивного исполнения трансформаторов тока нулевой последовательности:

• с тороидальным магнитопроводом разъемной и неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66 и ТЗЛКР-НТЗ-0,66
• с магнитопроводом прямоугольной формы неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66-100х490

Подобные ТТНП выпускают как все отечественные, так и зарубежные производители трансформаторов тока.

Наибольшее распространение получили кабельные ТТНП с коэффициентом трансформации равным 25/1 и 30/1. Малый коэффициент трансформации, в свое время, был принят для обеспечения условия передачи во вторичную цепь максимально возможной мощности, достаточной для срабатывания электромагнитного реле, типа РТ-40, РТ-140 и РТЗ-51.

Однако при таком малом коэффициенте трансформации токовая и угловая погрешности ТТНП, даже при весьма малом сопротивлении вторичной цепи, достигают больших значений, 10, 15 и даже 20% по токовой погрешности и до 30 электрических градусов по угловой.

Также у существующих трансформаторов тока нулевой последовательности максимальный ток небаланса или никак не регламентируется, или имеет значения, не позволяющие делать точную отстройку защиты.

Возможное решение проблемы. Предложение на рынок

ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» совместно с ООО НПП «ЭКРА» разработали трансформатор тока нулевой последовательности, удовлетворяющий необходимым требованиям современной электроэнергетики в схемах защит от однофазных замыканий на землю.

Расшифровка условного обозначения трансформаторов, предназначенных для работы с микропроцессорными терминалами релейной защиты

• Пример записи обозначения трансформатора тока нулевой последовательности, разъемного, предназначенного для работы совместно с микропроцессорным терминалом релейной защиты, с литой изоляцией, устанавливающегося на кабель, изготовленного по ТУ 3414-006-30425794-2012, на номинальное напряжение 660 В, с диаметром окна для кабеля 100 мм, с максимальной величиной токовой погрешности не более 5 % и угловой погрешности не более 20 электрических градусов, при сопротивлении вторичной нагрузки ТТНП не более 1 Ом, изготовленного с коэффициентом трансформации 100/1, в климатическом исполнении «У» и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 при его заказе и записи в документации другого изделия:
• Трансформатор тока нулевой последовательности
  ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100-5-1-100/1 У2 МЗ
  ТУ 3414-006-30425794-2012
• Основные характеристики ТТНП, предназначенных для работы в схемах микропроцессорной защиты от однофазных замыканий на землю

Номинальное напряжение, кВ	0,66
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	0,72
Диаметр окна для установки кабеля, мм	70, 100, 125, 205
Номинальная частота, Гц	50 или 601*
Число обмоток	1
Номинальный первичный ток2*, А	100	200
Номинальный вторичный ток, А	1, 5
Предельное значение сопротивление нагрузки во вторичной цепи трансформатора, Ом	0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0
Максимальная токовая и угловая погрешности трансформатора при сопротивлении вторичной нагрузки до 3 Ом в диапазоне первичного тока от 0,5 до 120%	Не более 5% и 10 эл.грд	Не более 6% и 20 эл.грд
Односекундный 3* ток термической стойкости, А	140
Ток небаланса, не более	см. таблицы ниже

1* Для экспортных поставок
2* Возможно изготовление трансформаторов с отличающимся номинальным первичным током
3* Допускается распространять для трехсекундного тока термической стойкости.

Преимущества разработанного ТТНП

Гарантированная максимально возможная величина тока небаланса, измеренная на заводе-изготовителе, вносится в паспорт на трансформатор.

Малая величина тока небаланса имеет первостепенное значение при малом ёмкостном токе замыкания на землю в сети, так как выбор уставки срабатывания защиты от ОЗЗ производится с учетом отстройки по току небаланса во вторичных цепях. У обычных ТТНП (даже с неразъемной конструкцией) ток небаланса достигает 0,6 А при 100% рабочего тока, что существенно затрудняет отстройку уставки срабатывания защиты от ОЗЗ.

Максимальный ток небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ, измеренный при 100% рабочего тока представлен в таблицах ниже.

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Изделие	Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 100 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛК-НТЗ-0.66-70 МЗ	0,04
ТЗЛК-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-205 МЗ	0,08

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Изделие	Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 200 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-70 МЗ	0,5
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-205 МЗ	0,8

ТТНП обладает гарантированной величиной токовой и угловой погрешности при вторичной нагрузке до 3 Ом. Примеры результатов измерений токовых и угловых погрешностей ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ отображены на диаграммах ниже.

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

ТТНП обладает высоким качеством изготовления продукции. Трансформаторы сохранили все массогабаритные параметры ТТНП, предназначенных для работы с электромеханическими реле, обладая при этом более широким спектром электрических и метрологических характеристик.

Массогабаритные характеристики ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Изделие	Массогабаритные характеристики
Неразъемные	Разъемные
Масса, кг	Габариты, мм	Масса, кг	Габариты, мм
ТЗЛК(Р)-НТЗ-70 МЗ	3,2	155х144х80	5,3	172х212х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-100 МЗ	5,9	212х206х80	6,2	200х245х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-125 МЗ	6,3	235х230х80	7,2	267х225х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-205 МЗ	9,5	320х318х80	8,9	347х320х76

Выводы

1. Предприятие ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» успешно разработало и внедрило в серийное производство трансформаторы тока нулевой последовательности кабельные с гарантированными токовыми и угловыми погрешностями, с нормированной нагрузочной характеристикой, с нормированными токами небаланса.
2. Предприятие разработало и применяет методику приемо-сдаточных испытаний трансформаторов тока нулевой последовательности, согласованную с ведущим производителем микропроцессорных терминалов РЗиА, гарантирующую необходимые для точной отстройки терминалов защиты от ОЗЗ.
3. Все необходимые параметры ТТНП, применяемые при отстройке защиты от ОЗЗ, указываются в паспорте на изделие.

Источник: https://intzv.ru/?p=2668

Токовая направленная защита нулевой последовательности

• Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:
• система прямой последовательности , состоящая из трех вращающихся векторов (А1 В1 C1), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;
• система обратной последовательности , также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В2 опережает вектор А2 на 120°;
• система нулевой последовательности , состоящая из трех векторов А0 = В0 = С0, совпадающих по фазе.
• Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:

Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:

А0 = 1/3 (А + В + С). (8.3)

В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.

Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.

На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.

Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть I р = I a + I b + I c, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ I р = 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.

При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.

Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.

Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности.

Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени.

Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.

Рис. 8.6. Соединение однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности:

PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки;

SB — кнопка вольтметра для контроля исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника

На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.

Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I 0.

Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U 0 подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.

При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I 0 в линиях высшего напряжения.

Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН.

Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора.

У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I 0 на стороне звезды.

Поскольку ток I 0 возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.

1. Таким образом, распределение тока I 0 в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.
2. Дистанционная защита линий
3. Дистанционная защита— это сложная защита, состоящая из ряда элементов (органов), каждый из которых выполняет свою определенную функцию, в том числе: пусковой и дистанционный органы, органы направления и выдержки времени, а также блокировка для вывода защиты из действия при повреждениях цепей напряжения, питающих защиты.
4. Дистанционные защиты применяются в сетях сложной конфигурации, в которых для обеспечения необходимого быстродействия и чувствительности не могут быть применены более простые максимальные токовые и токовые защиты направленного действия.

Дистанционной защитой определяется сопротивление (или расстояние — дистанция) до места КЗ и, в зависимости от этого, защита срабатывает с меньшей или большей выдержкой времени. Выдержка времени действия дистанционной защиты определяется дистанцией (расстоянием), иными словами, сопротивлением до места КЗ.

Дистанционные защиты, имеющие ступенчатые характеристики времени, не измеряют каждый раз при КЗ значения сопротивления на зажимах измерительного органа и не устанавливают в зависимости от этого большую или меньшую выдержку времени, а лишь контролируют поврежденную зону. Время срабатывания защиты при КЗ в любой точке зоны постоянно.

Каждая защита выполняется многоступенчатой, причем в первой зоне, охватывающей порядка 85 % длины защищаемой линии, выдержка времени на ступень выше и составляет не более 0,15 с.

При КЗ в третьей зоне выдержка времени еще больше и выбирается так же, как и для направленных токовых защит.

При КЗ на линии срабатывают реле пускового органа и реле органа направления. Через контакты этих реле подается сигнал на дистанционные органы и на реле времени.

Если КЗ находится в первой зоне, дистанционный орган пошлет импульс на отключение выключателя без выдержки времени.

При КЗ во второй зоне дистанционный орган первой зоны работать не будет, так как сопротивление на зажимах его реле будет больше сопротивления срабатывания.

В этом случае сработает дистанционный орган второй зоны, который запустит реле времени, отключающий с заданной выдержкой времени защищаемую линию. При КЗ в третьей зоне дистанционные органы первой и второй зоны работать не будут, поскольку сопротивления на их зажимах больше сопротивления срабатывания. Сработает реле времени и с заданной выдержкой отключит линию.



Источник: https://infopedia.su/5×8271.html

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью.

В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени.

Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов.

При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу.

Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий.

Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю.

Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса

 Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Источник: https://pue8.ru/relejnaya-zashchita/935-printsip-dejstviya-tznp-zashchita-nulevoj-posledovatelnosti.html

открытая библиотека учебной информации

В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих; сторон рассматриваемого участка сети, селœективное дей­ствие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощ­ности (по соображениям, аналогичным в § 7-1).

Направленные защиты нулевой последовательности действуют при к. з. на защищаемой линии и не работают при повреждениях на всœех остальных присоединœениях, отходящих от данной под­станции. Такое поведение защиты обеспечивается с помощью релœе направления мощности, реагирующего на знак или направление мощности нулевой последовательности при к. з.

Выдержки времени на защитах, действующих при одном на­правлении мощности, подбираются по ступенчатому принципу. На рис. 8-7 показаны размещение направленных защит нулевой последовательности и график их выдержек времени. Схема защиты приведена на рис. 8-8.

Защита состоит из токового релœе 1, реагирующего на появ­ление к. з. на землю, релœе мощности 2, определяющего направле­ние мощности при к. з., и релœе времени 3, создающего выдержку времени, необходимую по условию селœективности.

Пусковое релœе и токовая обмотка релœе мощности включаются в нулевой провод трансформаторов тока на ток 3I0, а поляри­зующая обмотка (обмотка напряжения) релœе мощности питается напряжением 3U0 от разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

При таком включении релœе 2 реагирует на мощность нулевой последовательности Sо = UоIо. С учетом угла внутреннего сдвига α поляризующей обмотки и равенств Uр = ЗU0, IР == 3I0 релœе направления мощности согласно (7-1) реагирует на мощность:

где φp = φ0 — угол сдвига фаз между Uр и /р или U0 и /0.

Условия работы релœе мощности и его поведение можно уяснить из рассмотрения векторных диаграмм напряжения и тока питающих релœе (U0 и I0) при однофазных и двухфазных к. з. на землю (рис. 8-9 и 8-10).

Однофазное к. з.. [Л. 32, 13], к примеру, на фазе А характеризуется следующими условиями, вытекающими из рис. 8-9, а:

1) В поврежденной фазе А под действием э. д. с. ЕА проходит ток к. з. 1а = Iк. В случае если принять активное сопротивление сети равным нулю, то ток 1А отстает от э. д. с. Еа на 90°.

2) Токи в неповрежденных фазах 1В и /с равны нулю.

3) Напряжение поврежденной фазы А относительно земли в точке К UаK = 0, поскольку эта фаза имеет глухое замыкание на землю.

Из диаграммы 8-9, б следует, что ток Iок опережает напряже­ние UОК на 90°.

Векторная диаграмма однофазного к. з. в точке Р, удаленной от места к. з., отличается от предыдущего случая величиной Uа

Приведенные диаграммы построены с указанными выше допущениями и являются в связи с этим приближенными.

Более строго и точно подобные диаграммы бывают построены на ос­нове совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреж­дений, выражающих связь симметричных составляющих с фазными токами и напряжениями. Построенные подобным способом диаграммы для места к. з. показаны на рис. 8-9, г, д и 8-10, г, д; там же приведены исходные урав­нения (подробнее о этих диаграммах см. [Л.10, 13, 32]).

Векторные диаграммы на рис. 8-9 и 8-10 позволяют сделать следующие выводы:

1. Угол сдвига φр = φ 0, определяющий знак и величину мощности Sp, на которую реагируют релœе мощности нулевой последовательности, равен согласно рис. 8-9, бив 90°. При учете активного сопротивления сети φ0 составляет 100—120°.

К подобным релœе относятся релœе типов РБМ-177 и РБМ-178, у которых Мэ = kUpIp sin (α — φр) и угол α = — 20°.

Угол максимальной чувствительности у этих релœе, как следует из приведенного выше выражения, φм ч = α — 90° = — 20° — 90° = — 110° или при принятом заводом обозначении однополярных зажимов тока и напряжения φм.ч= 180—110 = + 70°. Это значение φм.ч указывается в каталогах и справочниках.

2. Т о к 3I0 при однофазном к. з. равен Iк (в режиме одностороннего питания), а при двухфазном к. з. с землей — геометрической сумме токов поврежденных фаз, т. е, току к. з., проходящему через землю.

3. Напряжение 3U0 имеет наибольшее значение (равное фазному напряжению) в месте к. з. (точка К).

По мере удаления от точки повреждения К напряжение 3U0 уменьшается. Это вытекает из диаграмм на рис. 8-9, б, в и 8-10, б, в, а также из уравнения (8-2в) и показано графически на рис. 8-3.

Из выражения (8-2в) и рис. 8-3, в следует, что чем дальше от места к.з. находится релœе мощности, тем хуже условия его работы. Действительно, мощность Sp на зажимах релœе умень­шается с уменьшением U0.

Зависимость U0 = f (lp-k) (рис. 8-3, в) может рассматриваться как зависимость S0 = f (lp-k), если при­нять, что Iр и φр постоянны. При удаленных к. з. мощность Sp может оказаться меньше Sc.

р, в результате чего релœе мощности, а следовательно, и защита не будут работать.

Для расширения зоны действия защиты нулевой последова­тельности необходимы высокочувствительные релœе мощности.

Это означает, что мощность S0 и мощность п. з. в поврежден­ной фазе SК имеют противоположные знаки. К примеру, при одно­фазном к. з. на защищаемой линии (рис. 8-9, а) мощность к. з.

в фазе имеет положительный знак и направлена от источника питания к месту к. з., мощность же нулевой последовательности отрицательна, т. е. направлена от места к. з. к нулевой точке трансформаторов.

По этой причине обмотки напряжения и тока релœе мощности нулевой последовательности должны включаться разно­именной полярностью.

Уставки направленной защиты. Ток срабатывания пускового токового релœе выбирается аналогично тому, как и у ненаправ­ленной защиты нулевой последовательности (см. § 8-2).

Чувствительность пускового релœе защиты проверяется при к. з. в конце второго участка по формуле (8-11).

На очень длинных линиях следует дополнительно проверять чувствительность релœе мощности при к. я. в конце зоны защиты по выражению кч = Sрмин/Sср, где Sр.мин — мощность на зажимах релœе в режиме, когда U0 и I0 имеют минимальное значение.

Выдержки времени направленной защиты выби­раются по встречно-ступенчатому принципу (рис. 8-7). Каждая защита отстраивается от сосœедней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень Δt: t1= t3+ Δt.

• — Токовые направленные защиты нулевой последовательности

  В сетях с заземленными нейтралями, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка, селективное действие МТЗ НП можно обеспечить только при наличии органа направления мощности. Направленные МТЗ НП (НТЗ НП) действуют при КЗ на защищаемой ЛЭП и не работают при… [читать подробенее]

• — ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

  В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих; сторон рассматриваемого участка сети, селективное дей­ствие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощ­ности (по соображениям,… [читать подробенее]

Источник: http://oplib.ru/random/view/1236160

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

• Cтраница 1
• Токовая защита нулевой последовательности РѕС‚ внешних замыканий РЅР° землю предусматривается для резервирования отключения замыканий РЅР° землю РЅР° шинах Рё РЅР° РѕС‚-ходяших РѕС‚ РЅРёС… линиях сторон трансформатора, примыкающих Рє сетям СЃ большим током замыкания РЅР° землю.  [1]
• Токовая защита нулевой последовательности РѕС‚ внешних замыканий РЅР° землю предусматривается для резервирования отключения замыканий РЅР° землю РЅР° шинах Рё РЅР° отходящих РѕС‚ РЅРёС… линиях сторон трансформатора, примыкающих Рє сетям СЃ большим током замыкания РїР° землю.  [2]

Токовая защита нулевой последовательности РїСЂРё работе трансформатора СЃ заземленной нейтралью ( реле 15Р Рў, 22Р Р’), действующая СЃ РґРІСѓРјСЏ выдержками времени. РЎ первой выдержкой времени защита действует через выходное реле 29Р Рџ РЅР° отключение выключате-теля 110 — 220 РєР’, СЃРѕ второй отключаются РІСЃРµ выключатели трансформатора.  [3]

Токовая защита нулевой последовательности ( рис. 14.12, б) устанавливается на трансформаторах с глухозаземленной нейтралью.

РћРЅР° выполняется РЅР° реле типа Р Рў-40, подключенном Рє трехтрансформаторному фильтру токов нулевой последовательности, установленному РЅР° стороне СЃ глухозаземленной нейтралью.  [4]

Токовая защита нулевой последовательности РІ однорелеином исполнений СЃ применением устройств типа РЈРЎР— 2 / 2, включенных РЅР° трансформаторы тока нулевой последовательности типа РўРќРџРЁ, предусматривается РЅР° токопроводах, отходящих, как правило, РѕС‚ шин генераторного напряжения РўР­Р¦ СЃ развитой сетью 6 — 10 РєР’ Рё действует РЅР° сигнал.  [5]

Токовые защиты нулевой последовательности РІ сетях СЃ большим током замыкания РЅР° землю являются основными защитами, реагирующими РЅР° включение коротко-замыкателя РЅР° упрощенных подстанциях. Если РІ сетях СЃ малым током замыкания РЅР° землю включение коротко-замьжателя вызывает междуфазное Рє.  [6]

Токовая защита нулевой последовательности применяется для защиты электродвигателя 3 — 6 РєРІ собственных нужд РѕС‚ однофазных замыканий обмотки статора РЅР° землю.

Эта защита является максимальной токовой защитой, содержащей одно реле то Ка, присоединенное к ТТ нулевой последовательности типа ТЗЛ или ТЗРЛ.

Она срабатывает от токов нулевой последовательности, которые появляются при однофазных замыканиях на землю.

ТТ ТЗЛ или ТЗРЛ ( с литой изоляцией из эпоксидной смолы) и представляет собой кабельный ТТ с кольцевым матнитопроводом.

РћРЅ устанавливается непосредственно РЅР° трехфазный кабель 6 РєРІ электродвигателя Р·Р° его выключателем, Рё поэтому РІ Р·РѕРЅСѓ действия токовой защиты нулевой последовательности РІС…РѕРґРёС‚ также Рё силовой кабель Рє электродвигателю.  [7]

Токовая защита нулевой последовательности выполнена с помощью двух ТТ типа ТЗЛ, установленных на кабелях.

Вторичные обмотки РёС… соединены последовательно Рё Рє РЅРёРј присоединено реле тока, действующее РЅР° отключение электродвигателя через выходное реле 4Рџ, общее СЃ защитой РѕС‚ перегрузки.  [9]

1. Поэтому токовая защита нулевой последовательности, отстроенная РѕС‚, /, / / тока 3 / 0Рі РїСЂРё внешних РљР·, РјРѕ — — — жет срабатывать РїСЂРё внутренних РљР· РїРѕРґ воздействием тока 3 / os — Необходимо, однако, отметить, что выделение фильтрами токов значений 3 / 0s, равных единицам ампер, уже опасных для генераторов, РїСЂРё номинальных токах последних часто РІ РјРЅРѕРіРёРµ тысячи ампер, Рё обеспечение мощности, необходимой для срабатывания реле, является задачей весьма сложной.  [11]
2. Для токовых защит нулевой последовательности Рё дифференциальных токовых защит считается необходимым обеспечить условие Рµ: 10 %, которое является более жестким.  [12]
3. Рассмотрим токовую защиту нулевой последовательности РђР№2 линии РђР‘.  [13]

РџСЂРё этом токовая защита нулевой последовательности усложняется, так как РЅР° нее возлагается дополнительная задача предотвратить повреждение трансформаторов, работающих СЃ незаземленной нейтралью РїСЂРё отключении внешнего однофазного РљР—. Для этого предусматривается специальная защита нулевой последовательности, обеспечивающая отключение блоков СЃ незаземленной нейтралью раньше, чем блоков СЃ заземленными нейтралями. Для фиксации внешнего однофазного РљР— РЅР° землю РІ защите блоков, нейтрали трансформаторов которых разземлены, используется специальное реле напряжения нулевой последовательности, подключенное Рє РўРќ стороны высшего напряжения, или сигнальный элемент токовой защиты обратной последовательности. Для предотвращения ложного срабатывания этих защит плюс оперативного тока подается РЅР° РЅРёС… РїСЂРё срабатывании чувствительного токового реле нулевой последовательности защиты любого РёР· блоков, трансформаторы которых работают СЃ заземленной нейтралью.  [14]

Первичный ток срабатывания токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю должен быть не более 5 а.

При этом величина тока срабатывания реле ЭТД-551 / 60 составляет порядка 0 05 а.

Электродвигатель отключается РѕС‚ второй ступени защиты минимального напряжения для обеспечения действия ДВР питательных насосов.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: https://www.ngpedia.ru/id35468p1.html