Токовые защиты, реагирующие на емкостный ток сети и на искусственно созданные токи нулевой последовательности

а) Способы получения искусственного тока

На практике применяются следующие способы получения тока нулевой последовательности искусственным путем:

Первым способом получения тока, необходимого для действия защиты, является включение активного сопротивления параллельно дугогасящей катушке (рис. 9-5) с последующим его автоматическим отключением. При этом появляется активный ток, который проходит по поврежденной линии к месту замыкания и используется для действия защиты. В неповрежденных линиях активный ток определяется активными потерями данной линии и практически очень мал. Этот способ требует высоковольтного сопротивления и вспомогательной аппаратуры, появление активного тока в месте замыкания на землю ухудшает условия гашения дуги и способствует развитию повреждения. В связи с указанными недостатками в СССР активный ток для выполнения защиты не используется. За рубежом этот способ применяется.

Вторым способом создания искусственного тока яв­ляется работа с постоянной перекомпенсацией, при которой ток ДГК выбирается больше емкостного тока сети.

Избыточный ток 3 I _0Л — 3 I _0с имеет индуктивный характер и используется для действия защиты. Величина избыточного тока ограничивается по условию гашения дуги и предупреждения развития повреждения. Для сети 6-10 кВ избыточный ток не должен превышать 25—15 А.

Расстройка компенсации, хотя бы и в ограниченных пределах, ухудшает условия работы сети и поэтому не является желатель­ным способом.

Третьим способом создания тока для действия за­щиты является наложение на ток повреждения тока непромышлен­ной частоты (например, 100 или 25 Гц), подаваемого от специаль­ного источника в цепь ДГК. Этот ток замыкается по тому же контуру, что и ток дугогасящей катушки. На появление этого тока реагирует защита.

Частота 100 или 25 Гц выбрана на основе имеющихся данных о том, что эти гармоники в естественном емкостном токе отсутст­вуют. На этом основана селективность защиты, исключающая работу защиты на всех присоединениях, кроме поврежденного. При высокой чувствительности защиты для ее действия доста­точен ток примерно 3—5 А. Такой ток не ухудшает условия компенсации, и поэтому данный способ может иметь широкое применение, если опыт эксплуатации подтвердит надежность положенного в основу его принципа селективности.

б) Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности

Защита предназначена для радиальных сетей. В некомпенси­рованной сети она реагирует на естественный емкостный ток, а в компенсированной действует от остаточного тока перекомпен­сации (если таковая предусмотрена). Основной трудностью в вы­полнении рассматриваемой защиты является обеспечение необ­ходимой чувствительности при малых значениях тока поврежде­ния — 10 А и меньше.

На рис. 9-7 показаны два варианта защиты, различающиеся своей чувствительностью. Реагирующий орган защиты состоит из токового реле 1, питающегося через фильтр нулевой последо­вательности. В схеме рис. 9-7, а используется трехтрансформаторный фильтр, рассмотренный в § 3-4. В схеме рис. 9-7, б в каче­стве фильтра применен специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) особой конструкции.

ствие чего вторичные токи при замыкании на землю имеют весьма малую величину. Так, например, если по току нагрузки коэффи­циент трансформации трансформаторов тока n_Т = 800/5, то при реальном значении тока замыкания на землю 20 А вторичный ток трансформаторов тока будет равен 0,124 А, т. е. очень мал.

2. Токовые реле, реагирующие на столь малые токи, имеют большое число витков и значительное сопротивление (примерно 30—40 Ом). Такое сопротивление реле соизмеримо с сопротивлением намагничивания трансформаторов тока z´_нам. (рис. 3-1,6).

Вследствие этого значительная часть тока повреждения отсасы­вается в трансформаторы тока неповрежденных фаз и теряется па намагничивание трансформатора тока поврежденной фазы, при этом в реле попадает лишь 50—60 % вторичного тока замыкания на землю (в приведенном примере ток составляет только 0,06 А).

3. Токовое реле 1 не должно действовать от токов небаланса, возникающих при нагрузке и междуфазных к. з., для чего принимается I _с.з> I _нб. В трехтрансформаториом фильтре ток небаланса согласно (8-7) равен сумме намагничивающих токов трансформаторов тока, образующих фильтр (§ 8-2), и имеет величину, соизмеримую с величиной вторичного тока повреж­дения.

Совокупность указанных причин и обусловливает относительно низкую чувствительность защиты от замыканий на землю, выпол­ненной с помощью трехтрансформаторного фильтра. Первичный ток срабатывания такой защиты получается не меньше 20—25 А.

Защита с трансформатором тока нулевой последователь­ности получается значительно чувствительнее.

Главное преимущество ТНП состоит в значительно меньшем небалансе и возможности подбора числа витков вторичной обмотки из условия наибольшей чувствительности защиты без каких-либо ограничений по нагрузке. В результате этого ТНП позволяет обеспечить действие защиты при первичных токах порядка 3—5 А, а при сочетании ТНП с высокочувствительными реле чувстви­тельность защиты повышается до 1—2 А.

Вследствие этого схема защиты с ТНП (рис. 9-7, б) является основой для сети с малым током замыкания на землю.

Схема с трехтрансформаторным фильтром находит примене­ние в воздушных сетях 35 кВ, для которых ТНП еще не получило распространения.

Опыт эксплуатации показал, что токовое реле 1 может не­правильно работать на неповрежденных линиях в первый момент повреждения под влиянием бросков токов, появляющихся в неуста­новившемся режиме.

Исключить ложную работу защиты по указанной причине мож­но загрублением защиты по току срабатывания, введением вы­держки времени или применением фильтра, не пропускающего в реле тока высших частот, составляющих значительную долю в токе неустановившегося режима. В схемах на рис. 9-7 для от­стройки от броска емкостного тока предусмотрено реле времени 2. Схемы с включением реле через фильтр высокой частоты также применяются. Защита с фильтром выполняется без выдержки времени и поэтому может реагировать на кратковременные замы­кания на землю.

Действие защиты фиксируется с помощью указательного реле 3.

в) Принцип работы и устройство ТНП

Устройство ТНП приведено на рис. 9-8. Магнитопровод 1, собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольника, охватывающего все три фазы защи­щаемой линии. Провода фаз А, В и С, проходящие через отверстие ТНП, являются первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2 располагается на магнитопроводе.

Токи фаз I _А, 1_в и 1_с создают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф_А, Ф_В и Ф_с; складываясь, они образуют результирующий поток первичной обмотки:

Однако практически расположение проводов фаз относительно вторичной обмотки неодинаково. Коэффициент взаимоиндукции фаз со вторичной обмоткой к имеет различную величину, вслед­ствие чего, несмотря на полный баланс первичных токов, сумма их магнитных потоков не равна нулю. Появляется поток неба­ланса, вызывающий во вторичной обмотке э. д. с. и ток небаланса.

Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре; это объясняется тем, что в последнем сумми­руются вторичные токи, которые искажены погрешностью транс­формации (/_нам), особенно проявляющейся при насыщении стали, в то время как в ТНП трансформация тока не влияет на небаланс. В ТНП суммируются магнитные потоки, и ток I _нб зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.

Для получения максимальной чувствительности защиты, пи­тающейся от ТНП, сопротивление обмотки реле должно равняться сопротивлению ТНП. Пренебрегая сопротивлением вторичной обмотки z₂ (рис. 9-8, б), можно выразить указанное условно равен­ством

Для исключения этого необходимо компенсировать влияние токов, которые могут проходить по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью броня и оболочка кабеля на участке от его воронки до ТНП изолируются от земли (рис. 9-9). Заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому маг­нитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть также надежно изолирован от брони кабеля.

г) Размещение защит в сети

д) Распределение токов нулевой последовательности в сети при замыкании на землю

Для уяснения условий работы защиты на рис. 9-11 приведено распределение токов I ₀. При замыкании на землю одной из фаз линии Л1 (например, в точке К) в месте повреждения возникает напряжение нулевой последовательности U_ок, под действием кото­рого проходят токи нулевой последовательности I ₀, замыкаю­щиеся через емкости фаз каждой линии и ДГК (если последняя установлена). Из рассмотрения приведенного токораспределения можно сделать следующие выводы:

1) Емкостный ток нулевой последовательности проходит по всем поврежденным и неповрежденным линиям сети. Ток дугогасящей катушки замыкается только по поврежденной линии Л1

Направление результирующего тока I_{ТНП пов.л} зависит от того, какая составляющая (индуктивная или емкостная) преобла­дает в нем.

4) Токораспределение показывает, что в некомпенсированной сети могут применяться направленные защиты, реагирующие на реактивную мощность нулевой последовательности, обуслов­ленную емкостным током.

В сети с перекомпенсацией емкостного тока направленная защита реактивной мощности не применима, так как реактивный ток в поврежденной линии и емкостный в неповрежденной имеют одинаковое направление.

Дата добавления: 2014-12-23