Н.В. Чернобровов Релейная защита

ей линии. Такая отсечка применяется для быстрого отключения к. з. в пределах всей защищаемой линии в тех случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости.

Неселективное действие отсечки при к. з. вне линии исправляется при помощи АПВ, включающего обратнонеселективно отключившуюся линию. Пример применения неселективной отсечки приведен на рис. 5-5.

Для сохранения устойчивости работы генераторов ГЭС А на линии Л1 установлена отсечка 1, неселективная по отношению к защите трансформаторов. Ток срабатывания отсечки 1 отстраивается от конца зоны отсечек 2 и 3, установленных на трансформаторах Т2 и ТЗ, т. е. Iс.з1 = (1,1 ÷1,2 Iс.з2 (или Iс.з3). При такой установке отсечка 1 охватывает защищаемую линию Л1, но не выходит за пределы трансформаторов Т2 и ТЗ.

При к. з. в каком-либо трансформаторе, например ТЗ, в пределах зоны действия отсечки 1 последняя срабатывает неселективно одновременно с отсечкой поврежденного трансформатора, поскольку их время действия одинаково (t= 0). В результате этого, кроме трансформатора ТЗ, неселективно отключается линия Л1. При этом пускается АПВ, которое включает обратнонеселективно отключившуюся линию Л1 и восстанавливает, таким образом, питание подстанции В.

5-5. ОТСЕЧКИ НА ЛИНИЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

131

ток срабатывания отсечек на обоих концах линии получается одинаковым. Зона действия каждой отсечки определяется по точке пересечения N прямой тока Iс.з с соответствующей кривой тока к. з. Схема отсечки на линии с двусторонним питанием ничем не отличается от схемы на рис. 5-2, а.

5-6. ОТСЕЧКИ С ВЫДЕРЖКОЙ ВРЕМЕНИ

ским способом. Для этой цели (рис. 5-8) строится зависимость IК1 и IК2 от расстояния l до точ-

ки к. з.: Iк =f (l).

132

Схемы отсечки с выдержкой времени выполняются так же, как и схемы максимальных защит с независимой характеристикой (рис. 4-2). Токовая, отсечка с выдержкой времени охватывает полностью защищаемую линию и частично следующий участок.

5-7. ТОКОВАЯ ТРЕХСТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА

Сочетая максимальную защиту 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с выдержкой времени 2, можно получить трехступенчатую защиту, обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защищаемой линии Л1 и резервирующую защиту 4 и 5 следующего участка. Характеристика времени действия трехступенчатой токовой защиты показана на рис. 5-9. Протяженность зон меняется в зависимости от режима работы системы.

5-8. ОЦЕНКА ТОКОВЫХ ОТСЕЧЕК

Токовые отсечки мгновенного действия являются самой простой защитой. Быстрота их действия в сочетании с простотой схемы и обслуживания составляет весьма важное преимущество этих защит.

Недостатками мгновенной отсечки являются: неполный охват зоной действия защищаемой линии и непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы, однако последнее не оказывает существенного влияния в мощных энергосистемах.

Отсечка с выдержкой времени позволяет обеспечить достаточно быстрое (г3 ~ 0,5 с) отключение повреждений на защищаемой линии. Сочетание отсечек и максимальной защиты позволяет получить трехступенчатую защиту, которая во многих случаях успешно заменяет более сложные защиты.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ

6-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Для питания защит используются однофазные и

133

трехфазные трансформаторы напряжения, причем последние, как правило, с пятистержневым магнитопроводом. По стандарту, принятому в СССР, трансформаторы напряжения выполняются на вторичное номинальное напряжение

100В независимо от величины первичного напряжения.

Маркировка выводов обмоток трансформатора напряжения выполняется по тому же правилу, что и трансформаторов тока (см. § 3-4), а именно: если первичный ток направлен из сети к началу Н первичной обмотки, то за начало н вторичной обмотки принимается тот конец ее, из которого вторичный ток выходит в нагрузку (рис.6-1).

Согласно принятому в СССР стандарту начала и концы обморок трансформаторов

напряжения обозначаются так же,	как и у силовых трансформаторов.
На основании соображений,	изложенных в § 3-5, векторы первичного и вторич-

ного напряжений могут изображаться либо совпадающими (рис. 6-2, а), либо сдвинутыми на 180° (рис. 6-2, б). В дальнейшем будем придерживаться первого способа.

6-2. ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор напряжения работает с погрешностью, искажающей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе.

В «идеальном» трансформаторе напряжения, работающем без погрешностей, вторичное напряжение

.

.	U1
U 2	nÍ	(6-1)

.

гдеU1 — напряжение, подведенное к зажимам первичной обмотки (первичное напряже-

134

ние); пн — коэффициент трансформации «идеального» трансформатора напряжения, равный отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной.

Однако за счет падения напряжения U в первичной и вто

Для уменьшения погрешности трансформатора напряжения [см. формулу (6-2а)] необходимо уменьшать сопротивление обмоток z1 и z2, ток намагничивания Iнам и ток нагрузки, т. е. вторичный ток I2.

Допустимые погрешности нормируются при номинальном напряжении, соответственно чему трансформаторы напряжения подразделяются на три класса: 0,5; 1 и 3. Один и тот же трансформатор напряжения может работать в различном классе точности в зависимости от величины его нагрузки.

Заводы СССР обычно указывают номинальную мощность, подразумевая под ней максимальную нагрузку, которую может питать трансформатор напряжения в гарантированном классе точности. При превышении номинальной мощности погрешности трансформатора напряжения выходят за гарантированные пределы. Кроме того, для трансформаторов напряжения указывается максимальная мощность по условиям нагрева, которая обычно значительно превосходит его номинальную мощность.

6-3. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Для питания цепей релейной защиты используются междуфазные напряжения и фазные

135

— относительно земли, а также симметричные составляющие этих напряжений.

Ниже рассматриваются типовые схемы соединений трансформаторов напряжения (ТН) и схемы фильтров, позволяющие получить указанные напряжения.

а) Схема соединений трансформаторов напряжения в звезду

Схема, приведенная на рис. 6-7, а, предназначена для получения напряжения фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки трансформатора напряжения ТН1 соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (выводы А, В, С) присоединяются к соответствующей фазе линии, а концы X, У, Z объединяются в об-

щую точку (нейтраль Н1 ) и з а з е м л я ю т с я .

При таком включении к каждой первичной обмотке ТН1 подводится напряжение фазы л и н и и о т н о с и т е л ь н о з е м л и , которое затем трансформируется во вторичные обмотки. Концы вторичных обмоток ТН1 (х, у, z на рис. 6-7, а) также соединяются в звезду, нейтраль которой Н2 связывается проводом с нулевой точкой Н3 нагрузки (обмотки реле 1, 2, 3).

В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка Н1) жестко связана с землей и имеет поэтому ее потенциал, а нейтраль нагрузки Н3 соединена с нейтралью вторичных обмоток Н2 и всегда имеет потенциал точки Н2.

При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны.

Если по каким-либо причинам первичная нейтраль трансформатора напряжения (Н1) окажется разземленной, как показано на рис. 6-7, б, то ее потенциал станет отличным от потенциала земли.

Из теории электротехники известно [Л. 29, 95], что потенциал изолированной от земли нейтрали, образованной тремя соединенными в звезду о д и н а к о в ы м и сопротивлениями z (какими являются сопротивления первичных обмоток ТН2 на рис. 6-7, б) находится

в точке О' (рис. 6-7, в), лежащей на пересечении диан треугольника линейных напряже-

ний

136

137

Аналогичным образом на фазные напряжения влияет обрыв или отсутствие нулевого провода во вторичной цепи.

При отсутствии связи между Н2 и Н3 точка Н3 становится изолированной нейтралью; как было показано выше, сумма напряжений на обмотках реле (1, 2 и 3) во всех случаях будет равна нулю, и, следовательно, на векторной диаграмме потенциал точки Н3 совпадет с точкой О, если принять для простоты, что nн = 1.

Из всего сказанного следует очень важный вывод, что заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Соединение трансформаторов напряжения по схеме λ/λ может выполняться по 6-й и 12-й группам. Типовым является соединение по 12-й группе, показанное на рис. 6-7.

Рассмотренная схема соединений может быть выполнена посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого трансформатора напряжения. Трехфазные трехстержневые трансформаторы напряжения на могут применяться для данной схемы, так как в их магнитопроводе нет пути для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности Фо, создаваемых током I0 в первичных обмотках при замыканиях на землю в сети. В этом случае поток Фо замыкается через воздух по пути с большим магнитным со-

138

б) Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Следовательно, на зажимах разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.

Внормальных условиях напряжения фаз симметричны и рав-

ны в сумме нулю. Поэтому в нормальном режиме Uр = 0.

При к. з. без земли сумма фазных напряжений всегда равна нулю, ибо в этом случае векторы напряжений не содержат составляющей нулевой последовательности. Поэтому напряжение

U р и в этом случае также равно нулю. И только при замыканиях на землю геометрическая сумма напряжений фаз относительно земли не равна нулю за счет появления в них составляющей U0.

Врезультате этого на зажимах разомкнутого треугольника появляется остаточное напряжение, равное Uр = 3U0/пн.

139

Напряжения прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды и поэтому при суммировании в цепи разомкнутого треугольника всегда дают нуль на его зажимах.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром, пропускающим только напряжение нулевой последовательности. Рассмотренная схема соединения очень удобна и получила широкое распространение на практике.

Необходимым условием работы рассмотренной схемы в качестве фильтра U0 является заземление нейтрали первичной обмотки ТН.

При отсутствии заземления к первичным обмоткам ТН будут подводиться вместо фазных напряжений относительно земли фазные напряжения относительно изолированной нейтрали (см. § 6-3, а). Эти напряжения не содержат U 0, и их сумма всегда равна нулю. Поэтому при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.

Применяя однофазные трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну вторичную обмотку по схеме звезды, а вторую — разомкнутым треугольником (рис. 6-11) и получить, таким образом, от одного трансформатора напряжения три вида напряжении: фазные, между-

фазные и нулевой последовательности.

Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В и для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

г) Схема соединения обмоток трехфазных трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности

Для получения напряжения нулевой последовательности от трехфазного пятистержневого трансформатора (рис. 6-8) на каждом из его основных стержней 1, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая,

как и в предыдущем случае, по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется, так же как и в преды дущем случае, только при к. з. на землю, когда возникают магнитные потоки нулевой последовательности, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням магнитопровода.

Схемы с пятистержневым трансформатором, показанные на рис. 6-8, позволяют получать одновременно с напряжением нулевой последовательности фазные и междуфазные напряжения.

6-4. ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

а) Повреждения в цепях ТН

Во вторичных цепях трансформатора напряжения могут возникать повреждения (к. з. и обрывы). Короткие замыкания вызывают опасное увеличение тока в трансформаторе, и поэтому для его защиты устанавливаются предохранители или автоматы, прерывающие цепь при появлении повышенных токов. Повреждения вторичных цепей, а также их нарушение при перегорании предохранителей или действии автоматов искажают величину и фазу 'коричного напряжения, что приводит к неправильной работе защиты.

Так, например, при к. з. или обрыве фаз вторичной цепи напряжение, подводимое к обмоткам реле защиты, снижается или полностью исчезает, что воспринимается защитой как к. з. в сети может явиться причиной ложного действия защиты

Для предупреждения ложных действий предусматриваются специальные устройства ( б л о к и р о в к и ) , которые реагируют на повреждения во вторичных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисправности и выводят из действия (блокируют) защиты, которые могут неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.

140