- Що таке нульова послідовність?
- Вибір уставок для ТЗНП
- Практична реалізація ТЗНП
- Відео на додаток до написаного
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
У високовольтних мережах через яких-небудь пошкоджень може порушуватися нормальна робота електроустановок. Досить часте ушкодження - замикання на землю, при якому виникає загроза як людського життя за рахунок розтікання потенціалу, так і обладнання за рахунок порушення симетрії в мережі. Щоб запобігти можливі наслідки від таких пошкоджень на підстанціях і в інших пристроях застосовують струмовий захист нульової послідовності (ТЗНП).
Що таке нульова послідовність?
Переважна більшість мереж отримують харчування за трифазною системі. Яка характеризується тим, що напруга кожної фази зміщено на 120º.
Як бачите з малюнка 1 на діаграмі б) показана робота збалансованої симетричною системи. При цьому якщо виконати геометричне складання представлених векторів, то в нульовій точці результат складання дорівнюватиме нулю. Це означає, що в системах 110, 10 і 6 кВ, для яких характерне заземлення нейтралей трансформаторів, при нормальних умовах роботи, будь-якої струм в нейтралі буде відсутній. Також слід зазначити, що геометрично зміна фаз може підрозділяється на такі види:
- прямий послідовності, при якій їх чергування виглядає як A - B - C;
- зворотній послідовності, при якій чергування буде C - B - A;
- і варіант нульової послідовності, що відповідає відсутності кута зсуву.
Для перших двох варіантів кут зсуву становитиме 120º.
Подивіться на малюнок 2, тут нульова послідовність, на відміну від двох інших, показує, що вектори мають один і той же напрямок, але їх зміщення в просторі між собою одно 0º. Подібна ситуація відбувається при однофазному кз, при цьому струми двох, що залишилися фаз спрямовуються в нульову точку. Також цю ситуацію можна спостерігати і при міжфазних кз, коли дві з них, крім нахлеста, потрапляють ще й на землю, а в нулі буде протікати струм лише однієї фази.
При виникненні трифазних кз в нейтрали обмоток струм не буде протікати, не дивлячись на аварію. Тому що струми і напруги нульової послідовності, як і раніше будуть відсутні. Незважаючи на те, що фазні напруги і струми в цій ситуації можуть в рази зрости, в порівнянні з номінальними.
Принцип роботи ТЗНП
Практично всі релейні захисту, дію яких відбудовується від появи струмів нульової послідовності, мають схожий принцип. Розгляньте варіант такої схеми, яка демонструє дію захисту.
Тут представлений варіант включення реле струму Т, яке підключається до вторинних обмоток трансформаторів струму (ТС), зібраних в зірку. У даній ситуації нульовий провід від зірки обмоток трансформаторів відфільтровує складові нульової послідовності, в разі їх виникнення. За умови, що система працює симетрично, обмотки реле Т будуть знеструмленими. А за умови, що в одній з фаз відбудеться замикання на землю, ТТ відреагує на це, через що по нульовому проводу потече струм. Це і буде та сама складова нульової послідовності, через яку станеться збудження обмотки реле Т.
Після чого відбувається витримка часу, яка визначається параметрами реле В. При закінчення встановленого проміжку часу струмовий захист посилає сигнал на відповідну комутаційну установку У. Яка і виробляє відключення трифазної мережі. Більш складні варіанти схеми можуть включати і реле потужності, яке дозволяє налагоджувати роботу захисту у напрямку.
У разі міжфазних пошкоджень симетрія не порушена, а лише змінитися величина струмів. А ТТ продовжуватимуть компенсувати струми, що стікаються в нульовий провід. Перевага такої схеми полягає в тому, що при максимальних робочих токах, все одно не буде спрацьовувати захист, оскільки буде зберігатися симетрія.
Але при істотній відмінності в магнітних параметрах вимірювальних трансформаторів, відбудеться дисбаланс в системі, і по нульового провідника буде протікати струм небалансу. Що може обумовлювати помилкові спрацьовування струмового захисту навіть в тих мережах, де дотримується номінальний режим харчування.
Правила добірки трансформаторів струму.
З метою зниження небалансу, що впливає на правильність спрацьовування струмового захисту, підбирають такі ТТ, у яких вторинні струми не створять перетоків. Для чого вони повинні відповідати таким вимогам:
- Володіти ідентичними кривими гістерезису;
- Однакова навантаження вторинних ланцюгів;
- Похибка на кордоні ділянок мережі не повинна перевищувати 10%.
До їх вторинних ланцюгах заборонено підключати ще яку-небудь навантаження, що приводить до спотворення кривої намагнічування хоча б в одному ТТ. Тому на практиці при виникненні струмів спрацьовування від симетричною системи рекомендують піддавати заміні не один і не два, а все три трансформатора одночасно.
Область застосування
Струмовий захист, здатна відреагувати на появу нульової послідовності, знайшла досить широке застосування в лініях з заземленою нейтраллю. Так як в них струми коротких замикань досягають максимальних величин. А ось при ізольованій нейтралі її установка недоцільна, тому ТЗНП в них не використовують. Сьогодні установки ТЗНП знаходять широке застосування:
- на шинах районних підстанцій для захисту силового обладнання;
- в розподільних пристроях трансформаторних, перемикаючих і комплектних підстанцій;
- в струмових ланцюгах великих промислових об'єктів з трифазним силовим обладнанням.
Вибір уставок для ТЗНП
Для забезпечення ступеневої принципу виведення лінії, струмовий захист, яка контролює появу нульової послідовності в ланцюгах, повинна відповідати селективності спрацьовування. Тут під селективність розуміється послідовне відключення певних ділянок ланцюга, в залежності від їх значимості, з метою визначення місця пошкодження або виділення пошкодженого проміжку. Для цього вибираються відповідні уставки спрацьовування за часом для захисту. Розгляньте приклад вибору уставок на такій схемі.
Як бачите, ТЗНП в даному випадку відбудовується за тим же принципом, що і максимальний струмовий захист, але з меншою величиною витримки часу. У цьому прикладі кожна наступна ступінь захисту витримує тимчасову затримку на проміжок Δt більше, ніж попередня. Тобто час спрацьовування першого струмового відсічення, в порівнянні з другою буде розраховуватися за формулою: t1 = t2 + Δt. А час спрацьовування другий по відношенню до третин становитиме t2 = t3 + Δt. Таким чином кожне наступне реле виконує функцію резервного захисту.
Якщо обмотки перетворювальних пристроїв включаються по системі зірка - трикутник, а також зірка - зірка, ТЗНП первинних і вторинних ланцюгів не збігаються. Через те, що замикання в лініях високої напруги не обов'язково викличе появу складових нульової послідовності в низьких обмотках і живиться ними ланцюга. Так як селективність ТЗНП для кожної з них повинна вибудовуватися незалежно, на практиці повинна забезпечуватися їх незалежна робота.
Така система східчастих захистів дозволяє мінімізувати подальший перехід пошкодження на інші ділянки мережі і силове обладнання. А також допомагає вивести з-під загрози персонал, що обслуговує ці пристрої. Головна вимога до струмового захисту - запобігання помилкових комутацій по відношенню до відповідної зони спрацьовування.
Практична реалізація ТЗНП
Сьогодні струмовий захист, що реагує на виникнення нульової послідовності, може реалізовуватися мікропроцесорними установками і за допомогою реле. У більшості випадків застарілі реле повсюдно замінюються на більш нові версії струмового захисту. Але, крім ТЗНП налаштовуються в роботу дистанційні, диференціальні захисту та інші пристрої. Чия робота ґрунтується як на симетричних складових, так і на інших параметрах мережі.
Крім цього, в своєму класичному виконанні ТЗНП не має можливості визначати місце ушкодження. Тобто для неї не має значення, в якому місці стався обрив. Тому для визначення напрямку, в якому струм протікає у напрямку до землі, застосовують спрямовану захист. Така система відбудовується не тільки на токах, а й на напрузі, що виникає від нульової послідовності. Дані величини подаються з трансформаторів напруги, включених по системі разомкнутого трикутника.
При замиканні в зоні резервування струмового захисту до однієї з обмоток реле потужності надходить напруга, а на другу обмотку надходить струм нульової послідовності, що використовується для струмового захисту. За умови, що вектор потужності спрямований в лінію, реле потужності розблокує спрацьовування струмового захисту. В іншому випадку, коли напрямок потужності вказує, що несправність сталася на іншій ділянці, реле потужності продовжить блокувати спрацьовування струмового захисту.
Сьогодні практична реалізація такого захисту виконується за допомогою мікропроцесорних блоків REL650 або на реле ЕПЗ-1636. Кожен, з яких вже включає в себе і струмовий відсічення, і дистанційну захист, і пусковий реле для відновлення харчування.