Содержание
В сетях высокого напряжения различного рода неисправности могут повлиять на нормальную работу электроустановок. Распространенной неисправностью является замыкание на землю. Это представляет угрозу не только для жизни людей из-за возможной утечки, но и для оборудования из-за симметричных неисправностей в сети. Чтобы избежать возможных последствий таких замыканий, на подстанциях и другом оборудовании используется токовая защита с нулевой последовательностью (ZCNP).
Что такое нулевая последовательность?
Большая часть сети питается от трехфазной системы. Каждое фазное напряжение характеризуется сдвигом на 120°.
Рисунок 1: Схема напряжения в трехфазных сетях
Как видно из рисунка 1, на рисунке b) показана работа сбалансированной симметричной системы. При геометрическом сложении показанных векторов результат сложения равен нулю в нулевой точке. Это означает, что в системах 110 кВ, 10 кВ и 6 кВ с заземлением нейтральной точки трансформатора ток в нейтральной точке при нормальных условиях эксплуатации не протекает. Отметим также, что с геометрической точки зрения вращение фазы можно разделить на следующие типы
- прямые последовательности, где последовательность фаз имеет вид A — B — C; и
- обратные последовательности, где последовательность имеет вид C — B — A
- и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла дрейфа.
В первых двух вариантах угол смещения составляет 120°.
Рисунок 2: Прямая последовательность, обратная и нулевая последовательность
См. рисунок 2. Здесь нулевая последовательность показывает, что, в отличие от двух других, векторы имеют одинаковое направление, но смещение между ними в пространстве равно 0°. Аналогичная ситуация возникает при однофазном коротком замыкании, когда токи двух оставшихся фаз текут к нулевой точке. Такая ситуация также может наблюдаться при межфазных замыканиях, когда две фазы достигают земли в дополнение к перекрытию и только одна фаза пропускает нулевой ток.
При трехфазном замыкании ток не течет к нейтральной точке обмотки, несмотря на замыкание. Это происходит потому, что токи и напряжения нулевой последовательности еще не присутствуют. Фазные напряжения и токи в этом случае могут увеличиться в несколько раз по сравнению с номинальными напряжениями и токами.
Принцип работы GFCI
Почти все реле защиты от возникновения токов нулевой последовательности работают по аналогичному принципу. Давайте рассмотрим схему, показывающую, как работает защита.
Схема простого реле тока не последовательности
Здесь показан вариант с использованием реле тока Т, подключенного к вторичной обмотке трансформатора тока (ТТ), соединенного звездой. В этом случае нейтральный провод от обмотки трансформатора «звезда» отфильтровывает возможные компоненты нулевой последовательности. Поскольку система симметрична, обмотки реле T гасятся. Если в одной из фаз происходит замыкание на землю, АТ реагирует на него, и в нейтральном проводнике протекает ток. Это приводит к тому, что элемент нулевой последовательности подает напряжение на обмотку реле T.
Далее следует временная задержка, определяемая параметрами реле B. После выдержки времени токовая защита подает сигнал соответствующему выключателю U на включение трехфазной сети. Более сложные варианты схем могут включать силовые реле, позволяющие направленно регулировать защиту.
В случае ошибок расширения симметрия не нарушается, меняется только размер тока. CTS также продолжает компенсировать токи, протекающие в нейтральном проводнике. Преимущество такой схемы в том, что при максимальном рабочем токе сохраняется симметрия и защита еще не срабатывает.
Однако, если магнитные параметры измерительных трансформаторов значительно отличаются, дисбаланс системы и небаланс будут проходить через нейтральный проводник. Это может привести к ложной защите мощности даже в сетях, где поддерживается номинальная выгода.
Правила выбора силового трансформатора.
Чтобы уменьшить дисбаланс, влияющий на правильное срабатывание силовой защиты, необходимо выбирать силовые трансформаторы, вторичные токи которых не вызывают повышенного кровяного давления. Для этого они должны соответствовать следующим условиям
- имеют идентичные кривые задержки, и
- Вторичные цепи с одинаковой нагрузкой, и
- Ошибки на границах сети не должны превышать 10%.
Их вторичные цепи не могут быть связаны с другими нагрузками, которые преобразуют кривую намагничивания хотя бы одного ТТ. Поэтому рекомендуется заменить все три трансформатора одновременно, а не только один или два, если возникают симметричные токи включения системы.
Область применения.
Системы защиты электропитания, способные реагировать на нулевую последовательность, нашли широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Это связано с тем, что ток ошибки самый высокий. Однако в случае линий с изолированной нейтралью выключатели нагрузки не используются, поскольку их установка невозможна. Сегодня широко используются выключатели для защиты от трансформаторов.
- на местных подстанциях для защиты силового оборудования.
- В распределительных таблицах для трансформаторов, коммутационных и комплектных подстанций имеются
- Цепи в крупных промышленных установках с трехфазным силовым оборудованием.
Выбор уставок для ТЗНП
Для обеспечения принципа масштабируемого линейного выхода защита питания, контролирующая появление нулевых последовательностей в цепи, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под избирательностью понимается последовательная активация определенных частей схемы, в зависимости от их важности, с целью выявления или изоляции ошибок. Для этого выбираются соответствующие настройки защиты по времени. См. примеры выбора уставки для таких систем.
Пример выбора
Как видите, LPCB в данном случае регулируется по тем же принципам, что и защитная защита, но с более короткой задержкой. В этом примере каждая последующая ступень защиты имеет задержку dt больше, чем предыдущая ступень. Это означает, что время простоя первой ступени по сравнению со второй рассчитывается по типу: T1 = T2+ΔT. Время второй активации по сравнению с третьей равно T2 = T3+ΔT. Таким образом, каждая последующая мощность имеет функцию резервной защиты.
Если обмотки инвертора преобразуются в системы «звезда-треугольник» и «звезда-астра», то учителя первичных и вторичных цепей не совпадают. Это связано с тем, что короткие замыкания в высоковольтных линиях не всегда проявляются в низковольтных окнах и цепях, на которых они установлены. Селективность соответствующих LVTC должна быть создана независимо, что обеспечит независимую работу на практике.
Эта ступенчатая система защиты помогает минимизировать передачу дальнейших повреждений на другие части сети и на блоки питания. Это также помогает защитить персонал, обслуживающий эти устройства, от опасностей. Основным требованием токовой защиты является предотвращение ложных срабатываний в отношении соответствующей зоны отключения.
Практическая реализация ТЗНП
Токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, в настоящее время может быть реализована с помощью микропроцессорных блоков и реле. В большинстве случаев устаревшие реле полностью заменяются современными версиями защиты. Однако дифференциальная защита и другие устройства могут также работать независимо от расстояния LPCB. Их работа основана как на симметричных элементах сети, так и на других параметрах.
Кроме того, в предыдущих версиях LMLB не может определить местоположение неисправности. Другими словами, ему не важно, в какой момент произошла ошибка. Поэтому направленная защита используется для определения направления, в котором ток течет на землю. Такие системы определяют не только ток, но и напряжение, возникающее при нулевой последовательности. Значения подаются от трансформатора, подключенного к системе с открытым треугольником.
Рабочая схема направленной защиты
При возникновении неисправности в зоне токовой защиты на одну обмотку силового реле подается напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. Пока вектор мощности направлен в сторону линии, реле мощности будет разблокировать срабатывание токовой защиты. В противном случае, если вектор мощности указывает, что неисправность произошла на другой линии, реле мощности будет продолжать препятствовать работе токовой защиты.
Практическая реализация этой защиты в настоящее время осуществляется с помощью микропроцессорных блоков REL650 или реле EPZ-1636. Каждый из них уже содержит токоограничивающий выключатель, дистанционный защитный автомат и пусковое реле для восстановления питания.
