Токовая направленная защита нулевой последовательности

Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:

система прямой последовательности , состоящая из трех вращающихся векторов (А₁ В₁ C₁), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;

система обратной последовательности , также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В₂ опережает вектор А₂ на 120°;

система нулевой последовательности , состоящая из трех векторов А₀ = В₀ = С₀, совпадающих по фазе.

Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:

Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:

А₀ = 1/3 (А + В + С). (8.3)

В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.

Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.

На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.

Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть I _р = I _a + I _b + I _c, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ I _р= 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.

При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U ₀.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.

Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.

Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности. Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.

Рис. 8.6. Соединение однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности:

PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки;

SB — кнопка вольтметра для контроля исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника

На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.

Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I ₀.

Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U ₀ подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.

При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I ₀ в линиях высшего напряжения.

Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН. Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I ₀ на стороне звезды.

Поскольку ток I ₀ возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.

Таким образом, распределение тока I ₀ в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.