Струмовий захист нульової послідовності: принцип дії і призначення

Найбільш частою несправністю в трифазній мережі є замикання на землю. Міжфазні замикання зустрічаються рідше. У мережах 110 кВ від однофазних замикань на землю використовується струмовий захист нульової послідовності, скорочено ТЗНП. У цій статті ми розглянемо її будову, принцип дії та призначення.

Що таке нульова послідовність

Для того щоб розібратися як працює ТЗНП, спочатку потрібно згадати що таке трифазна мережа. Трифазна мережа – це мережа змінного синусоїдального струму. В трифазного ланцюга фази зрушені один щодо одного на 120 градусів. Ось так це виглядає на графіку:

Цікаво! Основні ідеї та положення трифазних мереж електропостачання були розроблені Михайлом Йосиповичем Доліво-Добровольським. Він розробив трифазний асинхронний двигун з КЗ ротором типу біляча клітина, з фазним ротором і пусковим реостатом, іскрогасні грати, фазометр, стрілочний частотомер.

Якщо зобразити це на векторній діаграмі, то зображення буде нагадувати трипроменеву зірку. За умови рівності струмів і напруг між фазами така система буде називатися симетричною. Геометрична сума цих векторів дорівнює нулю.

Важливо! Розрізняють пряму і зворотну послідовність чергування фаз. Фази позначаються буквами A, B і C. Тоді послідовність A B C – пряма, C B A – зворотна. При цьому кут зсуву фаз в обох випадках становить 120 градусів. При нульовій послідовності вектора всіх фаз спрямовані в одному напрямку, відповідно результуючий вектор значно перевищує такий (в 3 рази, в порівнянні з нульовою послідовністю) в нормальному стані системи.

У разі межфазного замикання струми у всіх фазах зростуть, система все одно залишиться симетричною. А напруги і струми нульової послідовності дорівнюють нулю, як і в нормальному стані ланцюга.

В результаті однофазного замикання на землю система стане несиметричною і будуть спостерігатися струми нульової послідовності I0 і U0. Припустимо замкнула фаза C, тоді струми фаз A і B кинуться до нуля, а в фазі C до третини від Iкз.

тоді:

I0 = 1/3 (Ik + 0 + 0)

Звідси Ік = I0 * 3. Ці струми виникають під впливом напруги КЗ або Uк0 між висновком обмотки трансформатора або генератора і точкою, в якій сталося замикання.

Область застосування на практиці

Теоретична частина без попередньої підготовки сприймається досить складно, поетом перейдемо до практики і відповімо на питання, де застосовується ТЗНП.

Як вже було сказано струмовий захист нульової послідовності використовується в ВВ мережах напругою 110 кВ з заземленою нейтраллю. У мережах середньої напруги 6, 10 кВ і більше з ізольованою нейтраллю не використовується. Це пов’язано з тим, що в мережах з заземленою нейтраллю струми КЗ на землю дуже великі.

Важливо! Так як ТЗНП захищає від КЗ на землю, її іноді називають земляний захистом (ЗЗ).

Як це працює

Принцип роботи ТЗНП полягає у відключенні комутаційної апаратури в разі однофазних замикань з певною витримкою часу. Затримка часу потрібна для організації селективності захистів на різних трансформаторних підстанціях.

Приклад схеми струмового захисту нульової послідовності зображений на малюнку нижче:

У ній використовується струмове реле КА і реле потужності KW. Для контролю струму по фазах ТЗНП використовуються трансформатори струму (ТТ). Це спеціальні вимірювальні трансформатори надягають на шину або провід. На його обмотках наводиться ЕРС пропорційне току, що протікає через жилу або шину.

Одним з головних умов коректної роботи ТЗНП є те, щоб у ТТ були однакові криві намагнічування. Це означає, що вони повинні бути не просто однакові по вхідних і вихідних характеристик, але і бути однієї марки. Крім того, варто відзначити, що похибки їх вихідних параметрів не повинні бути більше 10 відсотків. Їх ви бачите на зображенні нижче.

Щоб отримати струми виведеної з балансу системи сигнал пропускають через фільтр. У реальному застосуванні з’єднують обмотки трансформаторів між собою. Це називають фільтром струмів нульової послідовності.

У нормальному стані електромережі струми нульової послідовності дорівнюють нулю, відповідно Iвиходние фільтра ТЗНП теж дорівнюють нулю. В аварійному режимі, при КЗ, вихідний струм відмінний від нуля. Решта частини ТЗПН налаштовуються таким чином, щоб виключити помилкові спрацьовування під певний струм КЗ.

Якщо раніше струмовий захист нульової послідовності представляла собою релейні схеми, то в даний час випускаються мікропроцесорні термінали для захисних ланцюгів. Тобто, сучасна ТЗНП може виконуватися на мікроконтролерних схемах.

Розглянута система використовується в якості резервного захисту. Завдяки її властивостям можна досягти селективність спрацьовування, де РЗіА кожної наступної ТП спрацьовує швидше, ніж на попередній. Захист потрібна щоб мінімізувати подальші пошкодження ЛЕП, трансформаторів, генераторів, а також, щоб убезпечити навколишнє середовище і людей, які можуть потрапити в небезпечну зону.

Наостанок рекомендуємо переглянути корисне відео по темі статті:

Тепер ви знаєте, що таке струмовий захист нульової послідовності, як вона працює і для чого потрібна. Якщо виникли питання, обов’язково задавайте їх в коментарях під статтею!

Матеріали по темі:

Ссылка на основную публикацию