Lekcija_No_4

В нормальных условиях (отсутствует замыкание на землю) фазные напряжения практически равны фазным э.д.с источника питания, т.к. нагрузка отключена:

При этом векторы фазных напряжений образуют симметричную звезду, их сумма равна нулю, а напряжение нейтрали отсутствует.

Под действием фазных напряжений через ёмкости фаз относительно земли СА, СВ, СС проходят токи, опережающие напряжение на 900. При этом:

Сумма ёмкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме также равна нулю (ток замыкания на землю I0 отсутстует.

При замыканиях на землю одной фазы (например фазы А),

напряжение относительно земли этой фазы снижается до нуля U& A по

отношению к земле (между точками К и Н становится равным по величине и противоположным по направлению э.д.с. поврежденной фазы:

проводом В и точкой К повышаются до величины междуфазных напряжений:

С учётом обстоятельства, что нейтраль (точка Н) относительно земли (точка К) имеет напряжение U&Í , то:

Междуфазные напряжения между проводами фаз остаются неизменными.

В месте замыкания на землю (в точке К) проходят токи, замыкающиеся через ёмкости фаз сети.

Ток замыкания на землю в месте повреждения (точка К) равен геометрической сумме токов неповрежденных фаз В и С и противоположен им по фазе:

таким образом, ток замыкания на землю равен утроенному значению

где:

ℓ- общая протяженность одной фазы сети;

Суд. - удельная ёмкость фазы сети относительно земли.

Токи и напряжения нулевой последовательности, возникающие при замыканиях на землю (рис. 4-8):

Рис.4 8. Прохождение токов нулевой последовательности при замыканиях на землю.

Таким образом, напряжение нулевой последовательности равно и противоположно нормальному напряжению повреждённой фазы и равно напряжению нейтрали U& Í сети. Пренебрегая сопротивлением проводов

(Rïð >> XC)получаем, что во всех точках сети UO =UOK .

Токи нулевой последовательности İ0, возникающие под действием U&OK замыкаются через ёмкости фаз, при этом

I&0 = −j U&OK = −j E&A = −j U&Ô

XC XC XC

где:

При этом ток I(O)L опережает напряжение UОК на 900, а ток IO(L)

и IO(C)противоположны и ток замыкания на землю Iз в месте повреждения равен их разности:

IÇ =3(I0(L )− IO(C)

При полной компенсации когда ХС=ХL можно уменьшить ток замыкания до нуля.

В отличии от к.з. на землю (в сетях с глухо заземленной нейтралью) замыкания на землю одной фазы (в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью) не требуют немедленной ликвидации аварийного режима. Однако, отключать замыкание на землю необходимо т.к. возможен переход однофазного замыкания в междуфазное к.з. (изза перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к двойным замыканиям на землю в разных точках сети и появлению больших токов к.з.).

Как правило, защиты от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания выполняют с действием на сигнал. Эти защиты должны быть селективными и иметь высокую чувствительность, т.к. токи повреждения, на которые реагируют защиты малы (5-10 А).

Замыкания на землю на воздушных линиях электропередачи, особенно в населённых пунктах целесообразно отключать для обеспечения электробезопасности населения, поэтому защиты от замыканий на землю этих линий должны действовать на отключение.

В качестве защит от замыканий на землю наибольшее применение нашли защиты от замыканий на землю, реагирующие на: ёмкостный ток сети или на ток нулевой последовательности; напряжение нулевой последовательности.

Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности

используется в радиальных сетях. В некомпенсированной сети она реагирует на естественный ёмкостный ток, а в компенсированной – действует при появлении остаточного тока перекомпенсации.

На рис. 4-10 представлены два варианта защиты, различающиеся своей чувствительностью.

Рис.4 10. Схемы токовой защиты нулевой последовательности

а) с 3 х трансформаторным фильтром;

Реагирующий орган защиты (токовое реле 1) подключается к фильтру токов нулевой последовательности. В схеме а) используется 3-х трансформаторный фильтр, а в схеме б) применён специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

В3-х трансформаторном фильтре ток 3I0 получается суммированием вторичных токов ТТ 3-х фаз: 3I&0 = I&a + I&â + I&ñ.

Воднотрансформаторном фильтре ток 3I0 получается магнитным суммированием первичных токов 3-х фаз ТНП.

Защита с 3-х трансформаторным фильтром нулевой последовательности имеет низкую чувствительность по сравнению с ТНП, который позволяет обеспечить действие защиты при малых первичных токах порядка 3-5А, а в сочетании ТНП с высокочувствительным реле можно обеспечить ток срабатывания защиты 1-2А.

Таким образом, схема защиты с ТНП является основной для сети с малым током замыкания на землю.

Как правило, защита выполняется с выдержкой времени (с помощью реле времени 2) и действует на сигнал (через указательное реле 3).

Ток срабатывания защиты отстраивается от ёмкостного тока защищаемой линии при замыканиях на землю на других присоединениях, и от тока небаланса при к.з. в сети.

Первичный ток срабатывания защиты:

Чувствительность защиты при замыканиях на землю на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протекающих через ТНП повреждённой линии к току срабатывания защиты:

Ê× = IÒÍÏ

IÑ.Ç.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,25 для кабельных и 1,5 для воздушных линий.

Защина по напряжению нулевой последовательности (контроль изоляции)

является наиболее простой защитой от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания (рис. 4-11).

Рис.4 11. Защита по напряжению нулевой последовательности (контроль изоляции).

Контроль изоляции выполняется с помощью одного реле максимального напряжения нулевой последовательности.

При появлении «земли» появляется напряжение нулевой последовательности и срабатывает реле напряжения, которое своими контактами подаёт сигнал дежурному персоналу.

Контроль изоляции фактически представляет собой неселективную сигнализацию о появлении замыкания на землю без указания повреждённого участка. При срабатывании защиты дежурный поочерёдным отключением присоединений определяет повреждённый элемент, что является серьёзным недостатком защиты.

Как правило, неселективную сигнализацию дополняют селективной токовой защитой от замыканий на землю. В качестве селективных защит, указывающих повреждённый участок сети, применяются также направленные токовые защиты нулевой последовательности, реагирующие на токи и мощность нулевой последовательности.

Выводы:

1.В качестве защит от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания используются токовые защиты, реагирующие на полный ток нулевой последовательности, а также устройства контроля изоляции, реагирующие на появление напряжения нулевой последовательности.

2.Защиты от замыканий на землю, как правило, имеют выдержку времени и действуют на сигнал.

3.Токовая защита с использованием ТНП имеет лучшую чувствительность по сравнению с защитой, подключенной к 3-х трансформаторному фильтру нулевой последовательности.

4.Защита по напряжению нулевой последовательности представляет собой неселективное устройство контроля изоляции сети с малым током замыкания.

5.В качестве селективных защит от замыканий на землю применяются направленные токовые защиты нулевой последовательности, реагирующие на токи и мощность нулевой последовательности.