28. Сравнительная характеристика схем: 3-х трансформаторный фильтр токов i0 и схема с тнп.

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 рисунке 4.13 представлены два варианта защиты, различающиеся своей чувствительностью.

Рисунок 4.13 – Схемы токовой защиты нулевой последовательности

а) с 3-х трансформаторным фильтром; б) с ТНП.

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). В 3-х трансформаторном фильтре ток 3I₀ получается суммированием вторичных токов ТТ 3-х фаз: . В ТНП ток 3I₀ получается магнитным суммированием первичных токов 3-х фаз: .

Указанное принципиальное различие в способе суммирования токов трёх фаз (вторичных в одном случае и первичных – во втором) порождает существенные различия в чувствительности защит с фильтрами токов I₀ первого и второго типов.

Защита с трёхтрансформаторным фильтром имеет ряд недостатков, снижающих её чувствительность:

1. Коэффициент трансформации трансформаторов тока фильтра, выбираемый по нагрузке линии, получается большим, вследствие чего вторичные токи при замыкании на землю имеют весьма малую величину.

2. Токовые реле, реагирующие на малые токи, имеют большое число витков и сопротивление, соизмеримое с сопротивлением намагничивания трансформаторов тока.

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.

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 равен сумме намагничивающих токов трансформаторов тока, образующих фильтр, 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 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.

Устройство ТНП приведено на рисунке 4.14. 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:

Ф_рез = Ф_А + Ф_В + Ф_С,

Если поток Ф_рез ≠ 0, то во вторичной обмотке появится э.д.с. Е₂, обуславливающая ток в реле. Каждый магнитный поток Ф связан с создающим его током I уравнением:

.

При одинаковом расположении проводов фаз относительно магнитопровода и вторичной обмотки коэффициент k можно считать одинаковым для всех фаз, поэтому

Ф_рез = Ф_А + Ф_В + Ф_С = k (I_А + I_В + I_С).

Так как сумма токов фаз I_А + I_В + I_С =3 I₀ , то можно сказать, что результирующий поток , создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока нулевой последовательности: Ф_рез = k 3I₀.

Рисунок 4.14 – Трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

а) – устройство: б) – схема замещения.

Поток Ф_рез, а следовательно и вторичная э.д.с. Е₂ и ток I₂, могут возникнуть только когда фазные токи, проходящие через ТНП, содержат составляющую I₀. Поэтому ток в реле Т, питающемся от ТНП, будет появляться только при замыканиях на землю.

В режиме нагрузки, трёхфазного и двухфазного к.з. (без земли) сумма токов I_А + I_В + I_С = 0, и ток в реле отсутствует.

Однако практически расположение проводов фаз относительно вторичной обмотки неодинаково. Коэффициент k взаимоиндукции фаз со вторичной обмоткой 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 (I_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.

Ток срабатывания защиты

Для обеспечения селективного действия защиты ее ток срабатывания необходимо отстроить: – от емкостного тока, проходящего по защищаемой линии при замыканиях на землю на других присоединениях,

– от тока не­баланса при к.з. в сети.

Если емкость фазы защищаемой линии равна С_л, то емкостный ток в защите при внешнем замыкании на землю равен утроенному току I_0(л) этой линии, т. е. I_р = 3I_0(л) = 3U_ф ω С_л.

При перемежающейся дуге в месте повреждения возможны броски емкостного тока, в 4 – 5 раз превышающие его установив­шееся значение. Исходя из этого, первичный ток срабатывания защиты принимают равным:

I_с.з. = k_н k_б 3U_ф ω С_л ,

где k_б – коэффициент , учитывающий бросок емкостного тока, равный 4 ÷ 5; при наличии выдержки времени k_б ≈ 2 ÷ 3; k_н – коэффициент надежности, равный 1,1 ÷ 1,2.

Выбранный, таким образом, ток срабатывания всегда оказы­вается надежно отстроенным и от токов небаланса, возникающих в ТНП не только при нагрузке, но и при междуфазных к.з.

Чувствительность защиты при замыканиях па землю на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протекающих через ТНП поврежденной линии I_{ТНПпов.л}, к току срабаты­вания защиты I_с.з.:

Чувствительность защиты считается достаточной, если коэффициент чувствительности не менее 1,25 для кабельных и 1,5 для воздушных линий.