лекции

21

IА=0

IВ

IВ

3Io

IС

IС

Io=(IВ+IС)/3

Рис.1.12. Векторная диаграмма токов при двухфазном КЗ на землю

При двойном замыкании на землю в фазных точках прохождения токов разное. На участке между местами замыкания на землю условия аналогичны однофазному к.з., а между источником питания и ближайшим к нему местом повреждения они соответствуют двухфазному КЗ. Нулевой провод схемы звезды является фильтром токов нулевой последовательности. Токи прямой и обратной последовательности в нулевом проводе не проходят, т.к. векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль. Токи же нулевой последовательности совпадают по фазе, и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока Iн.п.=3Iо (рис. 1.13).

IA=0 IА=0

IB IB

IC

IС=0 Io=IB/3

IB

Io=0

IC

Рис. 1.13. Векторная диаграмма токов при двойном замыкании на землю

При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из ТТ в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может привести к непредусмотренному действию реле, установленного в нулевом проводе.

В рассмотренной схеме соединения вторичных обмоток трансформатора тока в звезду (рис. 1.8) реле, установленные фазах, реагирует на все виды КЗ, а реле в нулевом проводе – только на КЗ на землю:

22

ток в реле совпадает с фазным током

,

коэффициент схемы

=1.

Схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду (рис. 1.14). В

реле I и III проходят токи соответствующих фаз Ia =	I A	; Ic =	IC	, а в обратном
	n		n
	Т		Т

проводе ток равен геометрической сумме Iоб=-(Ia+Ic). С учетом векторной диаграммы Iв=-(Ia+Ic), т.е. Iоб равен току фазы, отсутствующей во вторичной

цепи.

Рис. 1.14. Схема соединения вторичных обмоток ТТ в неполную звезду

При трехфазном КЗ и нормальном режиме токи проходят по обоим реле I и III и в обратном проводе.

В случае 2-х КЗ токи появляются в одном или двух реле в зависимости от того какие фазы повреждены. Ток в обратном проводе при двухфазном КЗ между фазами А и С, в которых установлены ТТ, с учетом Ia=-Ic, равен нулю, а при замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно равен Iоб=Ia и Iоб=Ic.

В случае однофазном КЗ фаз (А или С), в которых установлены ТТ, во вторичной обмотке ТТ и обратном проводе проходит ток к.з. При Замыкании на землю фазы В, в которой ТТ не установлен, токи в схеме защиты не появляются.

Из выше изложенного следует, что схема неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного КЗ и поэтому применяются только для защит действующих при междуфазных КЗ.

Коэффициент схемы равен 1.

Схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду(рис.

1.15).

Из токораспределения видно, что в каждом реле проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

23

.

A −

.

.

.

.

.

I I = I

I B ; I II =

I B −

I C ; I III = I C − I A

.

.

.

n

n

n

n

n

n

Т

Т

Т

Т

Т

Т

При нагрузке в реле проходит линейный ток в √3 раз больший тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 300.

Рис. 1.15. Схема соединения вторичных обмоток ТТ в треугольник, а обмоток реле – звезду

Рассмотрим величины токов, протекающих по реле при двухфазном и однофазном КЗ (табл. 1.1).

							Таблица 1.1
	Повре-			Токи в реле
Вид КЗ	ждены	Токи в фазах	I		II		III
	фазы		. .		. .		. .
			I A − I B		I B − I C		I C − I A
	А, В	IB=-IA	2IA		IB		-IA
		IC=0
Двухфазное	B, C	IC=-IB	-IB		2IB		IC
		IA=0
	C, A	IA=-IC	IA		-IC		2IC
		IB=0
	А	IA=IK	IA		0		-IA
Однофазное		IB и IC=0
	B	IB=IK	-IB		IB		0
		IA и IC=0

24

	C	IC=IK	0	-IC	IC
		IB и IA=0

Схема соединения ТТ в треугольник обладает следующими особенностями:

1.Токи в реле проходят при всех видах КЗ и, следовательно, защиты по такой схеме реагируют на все виды КЗ.

2.Отношение тока в реле к току в фазе зависит от вида КЗ.

3.Токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника ТТ, не имея пути для замыкания через обмотки реле, т.е. при КЗ на землю в реле попадают только токи прямой последовательности, т.е. только часть токов КЗ

Ксх =	I	КА	=	3Iф	= 3
				Iф
	Iф

Схема соединений с двумя ТТ и одним реле, включенным на разность токов двух фаз(рис. 1.16).

Рис. 1.16. Схема соединения вторичных обмоток ТТ на разность токов двух фаз

	.		.
I КА = I a − I c ; I a = I A ; I с = I С
.	. . .		.
		кI		кI
При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ I КА(3) = Iф 3 . При двухфаз-
ном КЗ на фазах А и С I КА(2)	= 2Iф . При двухфазном КЗ между В и С или А и В

IКА(2) = Iф , т.е. ток в реле, а следовательно, и чувствительность схемы при раз-

личных КЗ будет различной.

1.5.2. Трансформаторы напряжения Назначение Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для из-

мерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередачи. Для первых трех случаев могут применяться двухобмоточные ТН.

25

Классификация трансформаторов напряжения ТН различаются:

•по числу фаз: однофазные и трехфазные;

•по числу обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные;

•по классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешности;

•по способу охлаждения: с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией);

•по роду установки: для внутренней или наружной установки. Особенностью ТН является их малая мощность при высоком напря-

жении первичной обмотки, т.е. ТН является маломощными понижающими трансформаторами, имеющими почти всегда большой коэффициент трансформации. Кроме того, ТН должен обладать малым падением напряжения в первичной и вторичной обмотках, чтобы иметь возможно меньшие погрешности коэффициента трансформации и угла сдвига между векторами первичного и вторичного напряжений.

Основной количественной характеристикой является коэффициент трансформации

,

где ─ номинально вторичное напряжение в цепях релейной защиты и автоматики, равное 100в.

Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов напря-

жения Трансформаторы напряжения имеют различные схемы соединения обмоток, при выполнении которых придерживаются следующих правил: в случае включения первичных обмоток на фазные напряжения их начала присоединяются к соответствующим фазам, а концы объединяются и соединяются с землей; при включении первичных обмоток на междуфазные напряжения их начала присоединяются к предыдущим, а концы — к последующим фазам в порядке их электрического чередования.

Включение однофазного трансформатора напряжения (рис. 1.17, а). Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение, например напряжение

Uвс.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый (неполный) треугольник (рис. 1.17, б). Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения (реле KV1 — KV3) и на напряжения фаз по отношению к искусственной нейтральной точке системы междуфазных напряжений. В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду (реле KV4 -—

25

26

KV6). Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее распространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду (рис. 1.17, в), как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряжения (реле KV1 — KV3) и на напряжения фаз относительно искусственной нейтральной точки системы междуфазных напряжений (реле KV4 — KV6), а также по отношению к земле, т. е. на любые фазные напряжения (реле KV7 — КV9).

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого. Применение трехфазных трехстержневых трансформаторов напряжения в данном случае не допускается в связи с тем, что при замыкании на землю в сети по первичным обмоткам трансформатора через его заземленную нейтраль проходят большие токи намагничивания нулевой последовательности и трансформатор сильно перегревается.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности (рис. 1.17, г). Напряжения отдельных последовательностей можно выделить из полных фазных напряжений посредством фильтров напряжений симметричных составляющих. Так, для получения напряжения нулевой последовательности U0 первичные обмотки трансформаторов должны соединяться в звезду с заземленной нейтралью. Полученные при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем соединения вторичных обмоток в разомкнутый треугольник, к которому подключается реле (рис. 1.17, г). Напряжение на обмотке реле

При отсутствии в полных фазных напряжениях составляющих нулевой последовательности напряжение на выходе разомкнутого треугольника близко к нулю. В связи с погрешностью трансформаторов напряжения, наличием в первичных напряжениях гармонических, кратных трем и по другим причинам на зажимах разомкнутого треугольника в нормальном режиме возникает напряжение небаланса, которое обычно не превышает Uнб = 3...4В (при замыкании на землю максимальное напряжение на зажимах фильтра ЗUОтах=100 В). ОПЫТ эксплуатации свидетельствует, что трансформаторы напряжения с заземленной первичной обмоткой в сетях с изолированной нейтралью при замыканиях на землю часто повреждаются. Причинами повреждений являются феррорезонансные явления, вследствие которых через обмотки высшего напряжения трансформатора проходят токи,

26

27

многократно превышающие номинальные значения. Поэтому сам трансформатор напряжения нуждается в защите.

Рис. 1.17. Схемы соединения обмоток измерительных трансформаторов напряжения и обмоток реле

Обычно трансформаторы напряжения изготовляют с двумя вторичными обмотками, одну из которых можно использовать в схеме соединения звезды, а другую — разомкнутого треугольника (рис. 1.17, д). В системах с заземленной нейтралью напряжение на зажимах разомкнутого треугольника при замыкании на землю не превышает фазного Uф, а в системах с изолированной нейтралью оно может достигать 3Uф, поэтому номинальное вторичное фазное напряжение обмоток, соединяемых в разомкнутый треугольник, принимается равным U2HOM = 100 В, если трансформатор устанавливается в системе с заземленной нейтралью, и равным U2HOM = 100/3 В, если трансформатор устанавливается в системе с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.

Выполнение вторичных цепей трансформаторов напряжения и кон-

троль за их состоянием. Исходя из требований техники безопасности вторичные обмотки трансформаторов напряжения в установках напряжением

27

28

500 В и выше должны обязательно заземляться. Предохранители с первичной стороны трансформаторов напряжения не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их вторичных цепях. Поэтому все незаземленные провода, подключаемые к вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, соединяются с ними через низковольтные плавкие предохранители или малогабаритные автоматические выключатели, которые являются более быстродействующими; они надежнее и удобнее предохранителей. Перегорание предохранителей или срабатывание автоматических выключателей и возможные обрывы в цепях напряжения могут повлечь за собой неправильное действие некоторых устройств защиты и автоматики. Поэтому они должны снабжаться специальными устройствами, автоматически выводящими их из действия при нарушениях цепей напряжения. В тех случаях, когда указанные нарушения непосредственно не приводят к неправильной работе устройств защиты и автоматики, достаточна сигнализация об исчезновении напряжения [2].

1.5.3. Оперативный ток в цепях релейной защиты Назначение оперативного тока

Оперативным называется ток, при помощи которого производится управление выключателями, а также питание цепей защит, автоматики и различного вида сигнализации.

Источники оперативного тока должны иметь достаточную величину напряжения и мощности во время КЗ и ненормального режима для действия устройств релейной защиты и автоматики, а также для надежного отключения и включения выключателей.

Постоянный оперативный ток

В качестве источника постоянного тока используется аккумуляторные батареи с зарядными устройствами, осуществляющие централизованное питание оперативным током цепей всех присоединений.

Ряд стандартных напряжений постоянного оперативного тока: 24, 48, 110 и 220В.

Для питания устройств РЗА, управления выключателями, аварийной и предупредительной автоматики создается специальная сеть оперативного тока. Для обеспечения надежного питания оперативным током распределительная сеть делится на отдельные участки (секционируются), имеющие самостоятельное питание от сборных шин батареи. А также цепи защищаются от КЗ максимальными автоматами и плавкими предохранителями.

Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока релейной защиты, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления, которые делятся на несколько секций для повышения надежности рубильниками. От шинок управления питания на цепи релейной защиты, автоматики и управления

28

29

подается через отдельные автоматы или предохранители для каждого выключателя.

Хотя аккумуляторные батареи и являются наиболее надежными источниками питания, обеспечивающие необходимые уровни напряжения и мощности вне зависимости от исполнения основной схемы, они в свою очередь являются и самыми дорогими, требующие специальные помещения, зарядные устройства и квалифицированного обслуживания. Поэтому в настоящее время наибольшее распространение получает питание оперативных цепей от источников переменного тока. А постоянный оперативный ток в первую очередь используется на установках, где аккумуляторные батареи требуются как для включения мощных выключателей, так и для ряда других нужд.

В качестве примера исполнения на постоянном оперативном токе рассмотрим однолинейную схему максимальной токовой защиты (МТЗ) с индукционным реле тока KA1, имеющим ограниченно-зависимую характеристику выдержки времени.

При срабатывании защиты KA1 своим контактом подает напряжение, как правило “+”, на катушку отключения YAT1 выключателя Q2 и последний разрывает цепь тока защищаемого присоединения. После этого реле KA1 возвращается в исходное состояние. При этом цепь отключения разрывается контактом SB1 цепи привода выключателя до размыкания контактов KA1, что исключает разрыв последним обычно недопустимых токов YAT1.

29

30

Шинки управления						Шинки сигнализации

+

-

Устройство контроля изоляции

	Шинки включения	Аварийное
ВАЗ	+ШВ	освещение
	...
П
	-ШВ

Кольцо солиноидов

Рис. 1.20. Схема питания РЗ постоянным оперативным током

30