КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр-1

Кч 3Iо.мин. 1,5 Iс.з.

где:
I0 мин.	- минимальный ток нулевой последовательности при 1ф. к.з. или 2-х ф. к.з.
	на землю в конце второго участка.

Для ускорения отключения к.з. на землю в сетях с односторонним питанием с глухозаземленной нейтралью применяются токовые отсечки нулевой последовательности.

Принцип действия их такой же, как и у отсечек реагирующих на фазный ток.

Мгновенная отсечка нулевой последовательности отстраиваются от максимального тока нулевой последовательности при к.з. на землю на шинах противоположной подстанции:

Iс.з. Кн 3Io.м.мак

(4-4)

Отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени отстраивается по току и времени от мгновенной отсечки нулевой последовательности предыдущей линии:

t2 t3 t

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

61

Зона действия находится графически по точке пересечения кривой 3I0 f с прямой Iс.з.

(Рис. 4-4).

Рис.4-4. Защита линии с помощью ТО нулевой последовательности.

Схема отсечки с выдержкой времени аналогична схеме МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-3). Мгновенная отсечка выполняется также, но без реле времени.

Ненаправленные ТО нулевой последовательности можно применять также в сети, имеющей заземления нейтралей с 2-х сторон защищаемой линии (для линий с 2-х сторонним питанием) (Рис. 4-5).

Рис.4-5. Расчёт Iс.з. мгновенной ТО нулевой последовательности в сети с 2-х сторонним питанием.

Большое распространение в сетях с глухозаземлённой нейтралью получила ступенчатая защита нулевой последовательности. Наиболее полноценной является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО, токовой отсечки с выдержкой времени и МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-6).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

62

Рис.4

нулевой последовательности.

Выводы:

1.Для защиты линий от к.з. на землю в сетях с большими токами замыкания на землю применяются токовые защиты, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности (МТЗ и ТО).

2.МТЗ нулевой последовательности имеет важное преимущество по сравнению с обычной МТЗ – не реагирует на нагрузку и поэтому обладает высокой чувствительностью.

3.МТЗ и ТО нулевой последовательности нашли широкое применение

всетях с глухозаземлённой нейтралью источника в радиальных сетях с односторонним питанием.

4.Наиболее полноценной защитой от к.з. на землю является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО (1 ступень), ТО с выдержкой времени (2 ступень) и МТЗ нулевой последовательности (3 ступень).

4.2.Защиты от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на

землю.

Электрические сети напряжением 3-35 кВ работают с изолированной нейтралью или с нейтралью заземленной через дугогасящую катушку (ДГК). В таких сетях замыкание на землю одной фазы не вызывает к.з. и не сопровождается появлением больших токов и снижением междуфазных напряжений.

Рассмотрим характер изменения токов и напряжений в сети с малым током замыкания на землю при замыкании одной фазы на землю при условии для упрощения, что нагрузка отключена.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

63

На рис. 4-7 приведена схема сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю фазы А.

Рис.4-7. Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью и векторные диаграммы токов и напряжений в сети

В нормальных условиях (отсутствует замыкание на землю) фазные напряжения практически равны фазным э.д.с источника питания, т.к. нагрузка отключена:

		;			;
UA	EA		UB	EB		UC	EC

При этом векторы фазных напряжений образуют симметричную звезду, их сумма равна нулю, а напряжение нейтрали отсутствует.

Под действием фазных напряжений через ёмкости фаз относительно земли СА, СВ, СС проходят токи, опережающие напряжение на 900. При этом:

		UA ;			UB ;			UC

IA		IB		IC
	-j		-j		-j
	XA		XB		XC

Сумма ёмкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме также равна нулю (ток замыкания на землю I0 отсутстует.

При замыканиях на землю одной фазы (например фазы А), напряжение относительно земли этой фазы снижается до нуля UA по отношению к земле (между

точками К и Н становится равным по величине и противоположным по направлению э.д.с. поврежденной фазы:

UÍ UÊÍ EA

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

64

Фазные напряжения неповрежденных фаз				(между проводом В и точкой К
	UB	UC
повышаются до величины междуфазных напряжений:
U B UBA ;	U C UCA

С учётом обстоятельства, что нейтраль (точка Н) относительно земли (точка К) имеет

напряжение	, то:
UÍ
U B U Í EB ;		U C U Í EC
или		U B EA EB UBA ;

U C EA EC UCA

Междуфазные напряжения между проводами фаз остаются неизменными.

В месте замыкания на землю (в точке К) проходят токи, замыкающиеся через ёмкости фаз сети.

Поскольку UA 0 , то					IA c 0 . В 2-х других фазах под действием напряжений U B и
U C появляются токи, опережающие на 900 напряжения:
	j UBA		и	j UCA
IB c			IC c
		XC			XC

Ток замыкания на землю в месте повреждения (точка К) равен геометрической сумме токов неповрежденных фаз В и С и противоположен им по фазе:

Iç IB c IC c

или

j UBA UСA

Iз

XC

XC

Из векторной диаграммы следует, что

UBA

UCA

2EA

поэтому

j3EA j3UФ

(4-5)

Iз

XC

XC

таким образом, ток замыкания на землю равен утроенному значению нормального

		UФ					0
ёмкостного тока фазы				и отстаёт от напряжения нейтрали	UÍ	на 90		.
ICФ
		XC

Ток IЗ зависит от ёмкости фаз			1		и напряжения сети и может быть рассчитан
	XC		ωC
по формуле:

IЗ 3ICФ 3 UФ 3UФ ωС уд ; (4-6) XC

где:

ℓ- общая протяженность одной фазы сети;

Суд. - удельная ёмкость фазы сети относительно земли.

Токи и напряжения нулевой последовательности, возникающие при замыканиях на землю (рис. 4-8):

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

65

Рис.4-8. Прохождение токов нулевой последовательности при замыканиях на землю.

UOK 13 U A U B U C

IO 13 IA IB IC

Учитывая, что

0 получаем:

UA

UOK

1

3

UBA

UCA

и так как

3UН

, то

UBA

UCA

3EA

UOK

EA

UН

Таким образом, напряжение нулевой последовательности равно и противоположно

нормальному напряжению повреждённой фазы и равно напряжению нейтрали

сети.

сопротивлением проводов Rпр XC получаем, что во

UÍ

Пренебрегая

всех

точках

сети

UO UOK .

Токи нулевой последовательности İ0, возникающие под действием

замыкаются

UOK

через ёмкости фаз, при этом

j UOK j EA

j UФ

I0

XC

XC

XC

где:

- фазное напряжение поврежденной фазы.

UФ

С учётом

j

3UФ

получаем следующее соотношение между током замыкания на

IЗ

XC

землю и током нулевой последовательности:

IÇ 3I0

причём IЗ и I0 совпадают по фазе и отстают от вектора напряжения UОК на 900.

В случаях, когда нулевая тока сети заземлена через дугогасящую катушку (ДГК), предназначенную для компенсации ёмкостных токов в месте повреждения значения напряжений во всех точках сети имеют такие же значения, что и в сети с изолированной нулевой точкой (рис. 4-9).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

66

Рис.4-9. Замыкание на землю одной фазы сети с компенсированной нейтралью

а) прохождение токов нулевой последовательности;

б) векторная диаграмма в месте повреждения.

Под влиянием напряжения нулевой последовательности					, возникающего в месте
				UОК
повреждения кроме токов IОС, замыкающихся через ёмкости С фаз, в каждой фазе
появляются индуктивные токи	I O L		UОК , замыкающиеся черед ДГК.
			jXL
При этом ток I O L опережает напряжение UОК на				900,	а ток IO L и IO C

противоположны и ток замыкания на землю Iз в месте повреждения равен их разности:

IЗ 3 I0 L IO C

При полной компенсации когда ХС=ХL можно уменьшить ток замыкания до нуля.

В отличии от к.з. на землю (в сетях с глухо заземленной нейтралью) замыкания на землю одной фазы (в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью) не требуют немедленной ликвидации аварийного режима. Однако, отключать замыкание на землю необходимо т.к. возможен переход однофазного замыкания в междуфазное к.з. (из-за перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к двойным замыканиям на землю в разных точках сети и появлению больших токов к.з.).

Как правило, защиты от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания выполняют с действием на сигнал. Эти защиты должны быть селективными и иметь высокую чувствительность, т.к. токи повреждения, на которые реагируют защиты малы (5-10 А).

Замыкания на землю на воздушных линиях электропередачи, особенно в населённых пунктах целесообразно отключать для обеспечения электробезопасности населения, поэтому защиты от замыканий на землю этих линий должны действовать на отключение.

В качестве защит от замыканий на землю наибольшее применение нашли защиты от замыканий на землю, реагирующие на: ёмкостный ток сети или на ток нулевой последовательности; напряжение нулевой последовательности.

Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности используется

врадиальных сетях. В некомпенсированной сети она реагирует на естественный ёмкостный ток, а

вкомпенсированной – действует при появлении остаточного тока перекомпенсации.

На рис. 4-10 представлены два варианта защиты, различающиеся своей чувствительностью.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

67

Рис.4-10. Схемы токовой защиты нулевой последовательности

а) с 3-х трансформаторным фильтром;

Реагирующий орган защиты (токовое реле 1) подключается к фильтру токов нулевой последовательности. В схеме а) используется 3-х трансформаторный фильтр, а в схеме б) применён специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

В3-х трансформаторном фильтре ток 3I0 получается суммированием вторичных токов ТТ 3-х

фаз: 3I0 Ia Iâ Iñ.

Воднотрансформаторном фильтре ток 3I0 получается магнитным суммированием первичных токов 3-х фаз ТНП.

Защита с 3-х трансформаторным фильтром нулевой последовательности имеет низкую чувствительность по сравнению с ТНП, который позволяет обеспечить действие защиты при малых первичных токах порядка 3-5А, а в сочетании ТНП с высокочувствительным реле можно обеспечить ток срабатывания защиты 1-2А.

Таким образом, схема защиты с ТНП является основной для сети с малым током замыкания на землю.

Как правило, защита выполняется с выдержкой времени (с помощью реле времени 2) и действует на сигнал (через указательное реле 3).

Ток срабатывания защиты отстраивается от ёмкостного тока защищаемой линии при замыканиях на землю на других присоединениях, и от тока небаланса при к.з. в сети.

Первичный ток срабатывания защиты:

IС.З, КН Кб 3UФ ωСЛ

где:
Кб	коэффициент, учитывающий бросок ёмкостного тока, равный 4 5
	(при наличии выдержки времени Кб=2 3);
КН	коэффициент надёжности, равный 1,1 1,2.

Чувствительность защиты при замыканиях на землю на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протекающих через ТНП повреждённой линии к току срабатывания защиты:

КЧ IТНП

IС.З.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,25 для кабельных и 1,5 для воздушных линий.

Защина по напряжению нулевой последовательности (контроль изоляции) является наиболее простой защитой от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания (рис. 4- 11).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

68

Рис.4-11. Защита по напряжению нулевой последовательности (контроль изоляции).

Контроль изоляции выполняется с помощью одного реле максимального напряжения нулевой последовательности.

При появлении «земли» появляется напряжение нулевой последовательности и срабатывает реле напряжения, которое своими контактами подаёт сигнал дежурному персоналу.

Контроль изоляции фактически представляет собой неселективную сигнализацию о появлении замыкания на землю без указания повреждённого участка. При срабатывании защиты дежурный поочерёдным отключением присоединений определяет повреждённый элемент, что является серьёзным недостатком защиты.

Как правило, неселективную сигнализацию дополняют селективной токовой защитой от замыканий на землю. В качестве селективных защит, указывающих повреждённый участок сети, применяются также направленные токовые защиты нулевой последовательности, реагирующие на токи и мощность нулевой последовательности.

Выводы:

1.В качестве защит от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания используются токовые защиты, реагирующие на полный ток нулевой последовательности, а также устройства контроля изоляции, реагирующие на появление напряжения нулевой последовательности.

2.Защиты от замыканий на землю, как правило, имеют выдержку времени и действуют на сигнал.

3.Токовая защита с использованием ТНП имеет лучшую чувствительность по сравнению с защитой, подключенной к 3-х трансформаторному фильтру нулевой последовательности.

4.Защита по напряжению нулевой последовательности представляет собой неселективное устройство контроля изоляции сети с малым током замыкания.

5.В качестве селективных защит от замыканий на землю применяются направленные токовые защиты нулевой последовательности, реагирующие на токи и мощность нулевой последовательности.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

69

5. ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

5.1.Назначение и принцип действия дистанционной защиты

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания максимальные токовые направленные защиты и тем более простые максимальные токовые защиты не могут обеспечить селективности отключения к.з. В этом легко убедиться на примере кольцевой сети с двумя источниками питания, представленной на рис. 5-1.

Рис.5-1. Схема кольцевой сети с двумя источниками питания.

При к.з. в точке К1 защита 3 должна работать быстрее защиты 1, а при к.з. в точке К2 наоборот защита 1 должна работать быстрее защиты 3.

Кроме того, максимальные токовые защиты часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Поэтому, для защиты сетей со сложной схемой и с несколькими источниками питания применяются более сложные дистанционные защиты (ДЗ), которые обеспечивают необходимую селективность, быстродействие и чувствительность.

Дистанционной защитой называется защита, выдержка времени которой автоматически изменяется в зависимости от удалённости (от расстояния или дистанции) места к.з. от места установки защиты.

Например, при к.з. в точке К1 (рис. 5-2) защита 2, расположенная ближе к месту повреждения должна работать с меньшей выдержкой времени, чем более удалённая защита 1. Если же к.з. возникнет в точке К2, то выдержка времени защиты 2 автоматически должна увеличится т.к. расстояние (дистанция) от защиты 2 до места к.з. К2 больше чем при к.з. К1. В последнем случае к.з. будет селективно отключено защитой 3, расположенной ближе к месту повреждения и, следовательно, имеющей меньшую выдержку времени.

Рис.5-2. Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от расстояния до места к.з.

Таким образом, при к.з. на линии по защищаемой линии проходит ток Iк.з.>Iнорм, а напряжение на шинах подстанции, питающей линию, снижается Uш<Uнорм и равно падению напряжения в сопротивлении участка линии Zк.з. от шин подстанции до точки к.з.

Uш Iк.з. Zк.з.

(5-1)

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

70