Раздел 3. Защиты от замыканий на землю. Токовые направленные защиты

В разделе рассматриваются две темы:

- защиты от замыканий на землю;

- токовые направленные защиты.

Для закрепления теоретического материала по темам этого раздела предусмотрено проведение лабораторной работы «Исследование работы токовых защит на базе реального терминала ТЭМП 2501». Практические занятия в этом разделе не предусмотрены.

После проработки теоретического материала следует ответить на вопросы тренировочного теста №3. Правильные ответы на вопросы тренировочных тестов приведены на с. 217. При появлении затруднений по тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу [1] или проконсультироваться у преподавателя.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать 7 баллов из 100 возможных.

3.1. Токовая защита линий от замыканий на землю в сети с заземленной, изолированной и компенсированной нейтралью

Защита от КЗ на землю воздушных линий напряжением 110-500 кВ с эффективно заземленной нейтралью в соответствии с требованиями ПЭУ должна быть, как правило, ступенчатой токовой направленной или ненаправленной нулевой последовательности.

Для релейно-контактных схем ток нулевой последовательности формировался путем соединения трансформаторов тока в схему Гольмгрина – параллельное соединение вторичных обмоток ТТ. Таким образом, получился фильтр токов нулевой последовательности, ток на выходе которого появлялся только при замыкании одной или двух фаз на землю.

Для цифровых защит применяется стандартная схема соединения вторичных обмоток ТТ в звезду для получения токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Применение для защит от КЗ на землю фильтра токов нулевой последовательности позволяет повысить чувствительность защит, т. к. ток срабатывания защиты не нужно отстраивать от полного рабочего тока фазы, а можно его отстроить от тока небаланса фильтра при максимальном значении тока трехфазного КЗ

I_сз= K_н I_{нб max},

где I_{нб max} – максимальный ток небаланса на выходе фильтра (ток в реле тока) в точке установки защиты при трехфазном КЗ,

K_н=1,3…1,5 – коэффициент надежности.

Защита от КЗ на землю имеет относительную селективность по времени с аналогичной защитой смежного участка.

Следует иметь в виду, что пути протекания токов нулевой последовательности определяются в сети точками заземленных нейтралей трансформаторов.

Чувствительность защиты рассчитывается по отношению к минимальному току КЗ нулевой последовательности в конце защищаемого участка для основной зоны и по отношению к минимальному току КЗ нулевой последовательности в конце смежного участка для зоны резервирования

; ,

где К_чо, К_чр – коэффициенты чувствительности для основной зоны и зоны резервирования.

3I_{ок min1}, 3I_{ок min2} – минимальные токи нулевой последовательности в конце основной зоны и зоны резервирования.

Защита от простых замыканий на землю воздушных и кабельных линиях сетей 3-35 кВ с изолированной нейтралью выполняется ступенчатой с действием на сигнал.

В соответствии с ПУЭ защита от замыканий на землю должна быть выполнена в виде:

- селективной защиты, устанавливающей поврежденное направление, с действием на сигнал;

- также селективной защиты, действующей на отключение, если это требуется по условиям безопасности; защита должна быть установлена на питающих элементах во всей электрически связанной сети;

- устройства контроля изоляции.

Защита от однофазных замыканий на землю, действующая на отключение без выдержки времени по требованиям безопасности, должна отключать только элемент, питающий поврежденный участок. В качестве резервной защиты должна быть предусмотрена защита нулевой последовательности с выдержкой времени 0,5 с, действующая на отключение всей электрически связанной сети.

Для релейно-контактных и цифровых защит кабельных линий ток нулевой последовательности получают от вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последовательности, надетого на кабель.

На рис. 3.1 показана схема участка кабельной сети с тремя линиями W1, W2, W3 и точкой заземления 3 на кабеле W3. На каждом кабеле установлена защита нулевой последовательности, получающая сигнал от трансформатора тока нулевой последовательности (ТА1, ТА2, ТА3). На схеме показано растекание токов нулевой последовательности. Это емкостные токи 3I_ос, определяемые емкостями фаз кабелей относительно земли. На схеме показан простой вариант одинаковых кабелей, одинаковой длины.

Рис. 3.1. Схема растекания токов при простом замыкании на землю в сети с изолированной и компенсированной нейтралью

Пути протекания токов на схеме таковы, что при замыкании на землю на «чужом» кабеле через защиты неповрежденного кабеля течет ток повреждения. По этой причине ток срабатывания защиты должен быть отстроен от максимального тока повреждения другого кабеля. Для нашего случая – от тока

3I_ос= 3U_ф С_w,

где U_ф – фазное напряжение;

ω – угловая частота;

C_w – емкость фазы защищаемой линии.

Ток срабатывания защиты определяется по формуле

,

где K_н = 1,1…1,2 – коэффициент надежности;

K_б = 4…5 – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока;

Чувствительность защиты

,

где I_{ТНП повр. линии} – ток поврежденной линии.

Для схемы рис. 3.1 I_{ТНП повр. линии} = 6I_ос.

В сети с компенсированной нейтралью за счет включения дугогасительного реактора L (пунктир на рис. 3.1) появляется индуктивный ток. Для нашего случая полной компенсации это 6I_OL, т. е. токи в трансформаторе тока нулевой последовательности поврежденного участка ТАЗ оказываются равными нулю.

Таким образом, при полной компенсации защита не способна выявлять повреждение и следует применять другой принцип действия защиты, например, основанный на использовании высших гармоник.