Защита от замыкания на землю – 4 Защита от замыканий на землю » СтудИзба

Ошибка 404. Страница не найдена!

Ошибка 404. Страница не найдена!

К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.

 

 

 

www.elec.ru

Защиты линий от замыканий на землю

4. 1. Защиты от замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания на землю.

Электрические сети напряжением 110 кВ и выше, как правило, выполняются с глухим заземлением нулевых точек трансформаторов. Такие сети являются сетями с большими токами замыкания на землю, так как в них к.з. на землю сопровождаются прохождением больших токов к.з., которые значительно превышают токи нагрузки и приводят к значительным разрушениям электрооборудования и понижению напряжения.

Для защиты линий от к.з. на землю (однофазных и двухфазных) применяются специальные защиты, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности. Необходимость установки на линиях специальной защиты нулевой последовательности вызвана тем, что однофазные к.з. на линиях являются преобладающими, а защита, включаемая на ток и напряжение нулевой последовательности, осуществляется наиболее просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной ранее токовой защитой, реагирующей на полные токи фаз.

Защиты нулевой последовательности выполняются в виде МТЗ и ТО.

Напомним основные положения из метода симметричных составляющих, касающихся токов и напряжений нулевой последовательности, возникающих в сети при к.з. на землю.

Сущность этого метода состоит в том, что любая 3-х фазная несимметричная система векторов токов или напряжений может быть заменена суммой 3-х симметричных систем:

Векторные диаграммы систем симметричных составляющих представлены на рис.4-1.

Рис.4-1. Векторные диаграммы систем симметричных составляющих:

а) прямой последовательности; б) обратной последовательности;

в) нулевой последовательности.

Из рис. 4-1 видно, что:

• Векторы прямой последовательности вращаются против часовой стрелки, следуют друг за другом в чередовании

  А-В-С;

• Вектора обратной последовательности вращаются в чередовании А-С-В;

• Векторы нулевой последовательности совпадают по фазе и по направлению.

В нормальном симметричном режиме, а также при симметричном 3-х фазном к.з. полные токи и напряжения равны току и напряжению прямой последовательности, составляющие обратной и нулевой последовательности равны нулю.

Составляющие обратной последовательности возникают в сети при любой несимметрии: 1 фазные к.з., 2-х фазные к.з., обрыв фазы, несимметричная нагрузка.

Из теории симметричных составляющих при замыканиях на землю необходимо выделить следующие положения:

1. Составляющие нулевой последовательности появляются только при к.з. на землю (однофазных и 2-х фазных), а также при обрыве одной или двух фаз. При междуфазных к.з. без земли (3-х и 2-х фазных) токи и напряжения нулевой последовательности отсутствуют.

Например, при к.з. на фазе А токи в месте повреждения равны:

;

и т.к.

то

(4-1)

Напряжение повреждённой фазы в месте к.з.

, т.к. эта фаза связана с землёй, поэтому напряжение нулевой последовательности:

(4-2)

При однофазном к.з. ток нулевой последовательности в месте повреждения равен 1/3 тока к.з. в той же точке и совпадает с ним по фазе, а напряжение нулевой последовательности равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.

Таким образом, в месте к.з. на землю проходит ток равный сумме токов нулевой последовательности I₀ всех трёх фаз, который и является действительным током повреждения I_K=3I₀. Этот ток направляется через землю к заземлённым нейтралям трансформаторов и возвращается в фазы сети, причем появление токов нулевой последовательности возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземлёнными нейтралями.

2. Если трансформатор имеет соединение обмоток /, то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов нулевой последовательности на стороне звезды.

3. Если сети различных напряжений связаны трансформатором, имеющим схему соединения /, с заземлёнными нулевыми точками обеих обмоток, то замыкание на землю в сети одной звезды вызывает появление токов нулевой последовательности в сети второй звезды.

4. При наличии автотрансформаторов, связывающих сети двух напряжений, замыкание на землю в сети одного напряжения вызывает появление токов нулевой последовательности в сети другого напряжения.

Распределение токов нулевой последовательности при однофазном к.з. представлены на рис. 4-2.

Рис.4-2 Распределение токов нулевой последовательности при 1ф. к.з.

а) при заземлении нейтрали с одной стороны линии;

б) при заземлении нейтралей с обеих сторон линии;

в) при заземлении нейтралей в сети ВН и НН;

г) при к.з. в сети с АТ.

МТЗ нулевой последовательности представлена на рис. 4-3.

Рис.4-3. Схема МТЗ нулевой последовательности.

Токовое реле 1 включается на фильтр токов нулевой последовательности или в нулевой провод трансформаторов тока, соединенных по схеме полной звезды.

Реле времени 2 создаёт выдержку времени, необходимую по условию селективности.

При междуфазных к.з. без земли, а также при симметричной нагрузке защита не действует, поскольку в этих режимах сумма токов

и токI₀ отсутствует.

МТЗ нулевой последовательности имеет важное преимущество по сравнению с обычной МТЗ, так как не реагирует на нагрузку и поэтому имеет высокую чувствительность.

Для исключения действия защиты нулевой последовательности от токов небаланса из‑за имеющих место погрешностей ТТ от намагничивающих токов, величину тока срабатывания пусковых токовых реле защиты необходимо выбирать больше тока небаланса.

Для ограничения тока небаланса необходимо работать в ненасыщенной части характеристик намагничивания ТТ и иметь одинаковые токи намагничивания во всех фазах. Чтобы обеспечить эти условия, ТТ питающие защиту должны:

• удовлетворять условию 10% погрешности при максимальном значении тока к.з. в начале следующего участка сети;

• иметь идентичные характеристики намагничивания во всех 3-х фазах;

• иметь одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех фазах.

Таким образом, ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности выбирается исходя из 2-х условий: по условию надёжного срабатывания защиты при к.з. в конце следующего участка цепи; по условию отстройки от токов небаланса:

Определяющим обычно является второе условие:

(4-3)

Время срабатывания МТЗ нулевой последовательности выбирается по условию селективности на ступень t больше времени срабатывания защиты предыдущего участка

Выбирая выдержку времени необходимо учитывать, что защита нулевой последовательности может не действовать при к.з. за трансформатором, если при этом в защите ток 3I₀=0.

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности:

где:
I0 мин.	—	минимальный ток нулевой последовательности при 1ф. к.з. или 2-х ф. к.з. на землю в конце второго участка.

Для ускорения отключения к.з. на землю в сетях с односторонним питанием с глухозаземленной нейтралью применяются токовые отсечки нулевой последовательности. Принцип действия их такой же, как и у отсечек реагирующих на фазный ток.

Мгновенная отсечка нулевой последовательности отстраиваются от максимального тока нулевой последовательности при к.з. на землю на шинах противоположной подстанции:

(4-4)

Отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени отстраивается по току и времени от мгновенной отсечки нулевой последовательности предыдущей линии:

Зона действия находится графически по точке пересечения кривой с прямойI_с.з. (Рис. 4-4).

Рис.4-4. Защита линии с помощью ТО нулевой последовательности.

Схема отсечки с выдержкой времени аналогична схеме МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-3). Мгновенная отсечка выполняется также, но без реле времени.

Ненаправленные ТО нулевой последовательности можно применять также в сети, имеющей заземления нейтралей с 2-х сторон защищаемой линии (для линий с 2-х сторонним питанием) (Рис. 4-5).

Рис.4-5. Расчёт I_с.з. мгновенной ТО нулевой последовательности в сети с 2-х сторонним питанием.

Большое распространение в сетях с глухозаземлённой нейтралью получила ступенчатая защита нулевой последовательности. Наиболее полноценной является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО, токовой отсечки с выдержкой времени и МТЗ нулевой последовательности (Рис. 4-6).

Рис.4-6. Принципиальная схема 3-х ступенчатой токовой защиты нулевой последовательности.

Выводы:

1. Для защиты линий от к.з. на землю в сетях с большими токами замыкания на землю применяются токовые защиты, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности (МТЗ и ТО).

2. МТЗ нулевой последовательности имеет важное преимущество по сравнению с обычной МТЗ – не реагирует на нагрузку и поэтому обладает высокой чувствительностью.

3. МТЗ и ТО нулевой последовательности нашли широкое применение в сетях с глухозаземлённой нейтралью источника в радиальных сетях с односторонним питанием.

4. Наиболее полноценной защитой от к.з. на землю является 3-х ступенчатая токовая защита нулевой последовательности, состоящая из мгновенной ТО (1 ступень), ТО с выдержкой времени (2 ступень) и МТЗ нулевой последовательности (3 ступень).

studfile.net

Защита от однофазных замыканий на землю

В сетях с глухозаземленной нейтралью (0,4 кВ) функции защиты от однофазных к.з. в питающем электродвигатель кабеле и в его обмотке статора выполняют защиты от междуфазных к.з. рассмотренные ранее (токовая отсечка или продольная диф. защита электродвигателя).

В сетях с изолированной нейтралью защита от замыкания на землю устанавливается на электродвигателях мощностью до 2 мВт если ток замыкания на землю превышает 10А, а также на электродвигателях большей мощности при токах замыкания на землю более 5А.

Защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием трансформатора тока нулевой последовательности (ТНП).

Схема защиты электродвигателя от замыканий на землю одной фазы представлена на рис. 10-6.

Рис. 10-6. Защита электродвигателей от замыканий на землю одной фазы.

Ток срабатывания защиты выбирается на основании тех же соображений, что и для аналогичной защиты генератора, т.е.

I_с.з.К_нI_с

где:
Iс	—	собственный ёмкостный ток электродвигателя;
Кн	—	коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,21,3.

Необходимо также учитывать бросок ёмкостного тока электродвигателя при внешних замыканиях на землю, поэтому для защиты действующей без выдержки времени ток срабатывания должен быть увеличен в 3-4 раза.

Выводы:

1. Защита от замыканий на землю применяется только на электродвигателях напряжением 3-10 кВ, работающих в сети с незаземлённой нейтралью.

2. Защита от замыканий на землю устанавливается на электродвигателях мощностью до 2 мВт при токе замыкания на землю более 10А, а также на электродвигателях большей мощности когда ток замыкания на землю более 5А.

3. Защита от замыканий на землю выполняется с помощью одного токового реле подключённого к трансформатору тока нулевой последовательности с действием на отключение без выдержки времени.

5. Защита от понижения напряжения

При понижении напряжения в сети часто не удаётся обеспечить самозапуск всех электродвигателей электроустановки. В этих случаях применяют защиты минимального напряжения для отключения неответственных электродвигателей с тем, чтобы обеспечить самозапуск электродвигателей ответственных механизмов. Особенно важно это для электродвигателей собственных нужд тепловых электростанций так как отключение некоторых электродвигателей может привести к снижению нагрузки или полному останову электростанции (например, электродвигатели питательных и циркуляционных насосов; электродвигатели дымососов и дутьевых вентиляторов и т.п.). Необходимо отключать также и электродвигатели, самозапуск которых недопустим по условиям технологии производства или по условиям техники безопасности. Отключение таких электродвигателей осуществляется специальными защитами минимального напряжения, которые должны обеспечивать отключение электродвигателей, как при полном исчезновении напряжения, так и при длительных к.з. в сети, вызывающих понижение напряжения и торможение электродвигателей.

Обычно защита от понижения напряжения электродвигателей выполняется с помощью одного реле минимального напряжения включаемого на линейное напряжение (рис. 10-7).

Рис. 10-7. Однорелейная схема защиты минимального напряжения электродвигателей.

Защита с одним реле минимального напряжения надёжно реагирует на 3-х фазные к.з. При 2-х фазных к.з. эта защита будет действовать только при к.з. между теми фазами, к которым включено реле, а при 2-х фазных к.з. между другими фазами напряжение на реле уменьшается не более чем на 15% номинального значения и защита в этом случае действовать не будет.

Для обеспечения работы защиты от понижения напряжения при всех случаях междуфазных к.з. применяют 3-х фазную схему защиты минимального напряжения с использованием 3-х реле минимального напряжения (рис. 10-8).

Рис. 10-8. Трёхрелейная схема защиты минимального напряжения электродвигателей.

К недостаткам защиты необходимо отнести возможность её неправильной работы в случае обрыва цепей напряжения (при перегорании предохранителей в схеме ТН), поэтому на ответственных электродвигателях применяются схемы с двумя комплектами реле напряжения включаемыми на разные трансформаторы напряжения (рис. 10-9), при этом контакты обоих реле соединяются последовательно. Поэтому при нарушении цепей напряжения одного из комплектов реле защита блокируется.

Рис. 10-9. Защита минимального напряжения электродвигателей с двумя реле, подключёнными к разным трансформаторам напряжения.

Напряжение срабатывания защиты минимального напряжения выбирается таким, чтобы обеспечивался самозапуск ответственных электродвигателей. Обычно напряжение срабатывания защиты выбирается равным порядка 60-70% U_ном.

Выдержка времени защиты на ответственных электродвигателях отстраивается от времени действия мгновенных защит электродвигателей и обычно принимается минимальной и равной 0,5 с.

Выдержка времени защиты на электродвигателях отключаемых по условиям технологии производства и техники безопасности отстраивается от длительности посадки напряжения и принимается равной порядка 610 с.

Выводы:

1. Для обеспечения самозапуска ответственных механизмов на электродвигателях неответственных механизмов устанавливается защита минимального напряжения. При этом уменьшается суммарный ток самозапуска и повышается напряжение на питающих электродвигатели шинах, благодаря чему обеспечивается самозапуск ответственных электродвигателей.

2. Защиты от понижения напряжения электродвигателей могут выполняться на одном или трёх реле минимального напряжения. В целях экономии аппаратуры часто защиту выполняют групповой, т.е. действующей на отключение сразу группы электродвигателей.

3. Для исключения неправильной работы защиту минимального напряжения выполняют при помощи 2-х комплектов реле, подключаемых к разным трансформаторам напряжения.

studfile.net

Лекция 14. Защиты от замыкания на землю

Общие сведения. Установившиеся токи замыканий на землю определяются режимом работы нейтрали электрических систем. В сетях с изолированной нейтралью установившиеся значения токов в точке повреждения при однофазных замыканиях обычно не превышают нескольких десятков ампер. Если нейтраль заземлить через дугогасящий реактор, то ток замыкания на землю при соответствующей настройке реактора можно значительно уменьшить. В связи с этим выполнение токовой защиты от однофазных замыканий на землю в таких сетях, реагирующей на установившиеся токи замыкания, вызывает определенные трудности. Это приводит к необходимости создания защит, действующих в зависимости от токов переходных процессов при замыканиях на землю, а также устройств, реагирующих на высшие гармонические, содержащиеся в токе замыкания на землю; используются также токовые направленные и другие защиты. В сетях переменного тока при нормальной работе наряду с рабочими токами нагрузки по фазам проходят токи, обусловленные равномерно распределенными по длине проводов емкостями фаз относительно земли. Если не учитывать токи нагрузки, то напряжения во всех точках сети можно считать одинаковыми, так как емкостные токи малы и падением напряжения в проводах от этих токов можно пренебречь. При этом напряжения фаз относительно земли равны соответствующим фазным напряжениям U_A, Uв, Uсотносительно нейтрали системы. При замыкании какой-либо фазы на землю в сетях с изолированными нейтралями напряжения фаз относительно земли изменяются, оставаясь неизменными относительно нейтрали системы. Замыкания на землю обычно происходят через переходные активные сопротивления. При этом напряжение поврежденной фазы относительно земли не снижается до нуля, а напряжения неповрежденных фаз относительно земли становятся больше фазного, но меньше междуфазного. В связи с этим напряжение смещения нейтрали и напряжение нулевой последовательности получаются меньше фазного напряжения. Это уменьшение характеризуется коэффициентом полноты замыкания на землю: β=U_{o к}^(I) / U_ф ≤ 1. Изменение фазных напряжений и появление напряжения нулевой последовательности можно использовать для выполнения защиты от замыкания на землю. Одновременно с изменением фазных напряжений изменяются и полные фазные токи. Токи неповрежденных фаз замыкаются через точку и поврежденную фазу. Устройство общей неселективной сигнализации от замыкания на землю. Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолирован­ной или заземленной нейтралью через дугогасящий реактор не является аварией. Потребители, включенные на междуфазные на­пряжения, продолжают нормально работать. Это дает возмож­ность выполнять защиту от замыкания на землю, действующей на сигнал. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неселективной сигнализации, контроли­рующего состояние изоляции в системе данного напряжения. Схема устройства состоит из трех минимальных реле напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли (рисунок 14.1,а) или из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности (рисунок 14.1,б). Устройство сигнализации обычно подключается к трансформаторам напряже­ния, установленным на шинах.

Рисунок 14.1 — Схемы устройства неселек-тивной сигнализации при замыканиях на землю

Токовая защита нулевой последовательности. Длительная рабо­та сети при замыкании одной фазы на землю недопустима из-за возможности нарушения междуфазной изоляции в месте повреж­дения и перехода однофазного замыкания в многофазное. Воз­можны также случаи двойных замыканий на землю вследствие повышения в раз напряжений неповрежденных фаз относи­тельно земли. Поэтому в протяженных сетях сложной конфигура­ции, когда определение поврежденного участка затруднено, наря­ду с общим устройством неселективной сигнализации необходимо предусматривать селективную защиту на каждом присоединении. Обычно это токовая защита.

Вероятность повреждения междуфазной изоляции определяется не только продолжительностью прохождения тока через место замыкания на землю, но и значением тока. Поэтому для предотвра­щения перехода однофазных замыканий в многофазные максималь­ный ток замыкания на землю в сетях напряжением 3—20 кВ, име­ющих железобетонные и металлические опоры, и во всех сетях 35 кВ должен быть не более I_MAX<10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор при напряжении 3—6кВ — не более I_MAX <30 А, при напряжении 10 кВ — не более I_MAX <20 А и при напряжении 15—20 кВ — не более I_MAX <15 A.

Таким образом, допустимые токи замыкания на землю обычно меньше рабочих токов защищаемого элемента.

Однако при возникновении второго замыкания на землю на другой фазе (двойного замыкания на землю) токи значительно возрастают, а напряжения прикосновения достигают недопусти­мых значений и могут явиться причиной несчастных случаев. Для уменьшения вероятности возникновения опасных двойных замыка­ний защита от замыканий на землю в рассматриваемых сетях выполняется с действием на отключение без выдержки времени. Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом K_Ч =3 I⁽¹⁾о эк / I_C.З. Ток I⁽¹⁾о эк определяется по режиму с минимально возможным числом включенных линий. Чувствительность защиты считается достаточной, если для воздушных линий K_Ч≥I,5, а для кабельных K_Ч≥1,25. Для выполнения защиты в качестве фильтра тока нулевой последовательно­сти обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) TAZ (рисунок 14.2).

Рисунок 14.2 — Защита от замыканий на землю с кабельным ТНП

 

При замыкании в сети на землю токи повреждения могут за­мыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том чис­ле и неповрежденного, что может вы­звать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через от­верстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, прохо­дящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.

Чувствительность защиты характеризуется минимальным пер­вичным током замыкания на землю. При использовании электро­магнитного реле с трансформаторами тока нулевой последова­тельности можно выполнить защиту, действующую при минималь­ном первичном токе замыкания на землю I₃⁽¹⁾ = 5 А, поэтому эту защиту нельзя применять, например, на линиях торфоразработок. Направленная защита нулевой последовательности, реагирующая на установившиеся токи и напряжения. В настоящее время применяется направленная защита нулевой последовательности от замыкания на землю типа ЗЗП-1 на полупроводниковой элементной базе. Защита предназ­начена для селективного отключения защищаемого присоединения при однофазных замыканиях на землю всетях торфоразработок, карьеров, шахтных сетях и тяговых сетях электрифицированного транспорта напряжением 2—10 кВ с током замыкания на землю от 0,2 до 20 А. Защита имеет малую потребляемую мощность и реаги­рует на ток замыкания, составляющий I_Л⁽¹⁾= 0,07…2А. Она состоит (рисунок 14.3,а)из вторичного измерительного преобразователя тока нулевой последовательности в виде промежуточного трансформато­ра TLA, нагруженного конденсатором С6 {называемого согласую­щим устройством), двухкаскадного избирательного усилителя пере­менного тока на транзисторах VT1 и VT2, схемы сравнения фаз на транзисторах VT3 и VT4 двух электрических величин, пропорцио­нальных току ЗIо и напряжению ЗU₀ нулевой последовательности, и реагирующего элемента ЕА.

Рисунок 14.3 — Схема направленной защиты ЗЗП-1 и векторные диаграммы

Литература1осн [326-342], 2 осн [233-240]. Контрольные вопросы: 1. Схемы устройства неселективной сигнализации.

2.Принцип действия токовой защиты нулевой последовательности. 3.Поясните схему направленной защиты нулевой последовательности, реагирующей на установившиеся токи и напряжения.

Похожие статьи:

poznayka.org

Защита двигателей от замыкания на землю

Iсз	=	kотс	Iном..	(5.7)
		kв

Время действия МТЗ от перегрузки tзп должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя tпуск , а у электродвигателей,

участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 10–15 с. Поэтому характеристика реле с зависимой характеристикой типа УЗА-АТ должна иметь при пусковом токе время, не меньшее 12–15 с. Выбирается характеристика 3 – крутая. На РЗ от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 12–20 с.

Всоответствии с ПУЭ, РЗ от замыканий на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности – при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуатации, однако, при токах замыкания на землю более 5 А, РЗ от замыканий на землю часто устанавливают на электродвигателях любой мощности, что способствует ограничению их повреждений при замыканиях на землю.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный ток сети и выполняется с помощью одного токового реле, которое подключается к ТТ нулевой последовательности (ТТНП), установленному на кабеле, питающем двигатель. Применяются ТТНП типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ и др.

Вслучае, когда питание электродвигателя осуществляется по нескольким параллельным кабелям (двум-четырём), вторичные обмотки ТТНП, надетые на каждый из них, соединяются последовательно или параллельно.

На электродвигателях большой мощности, для питания которых прокладывается больше четырёх кабелей, РЗ от замыканий на землю выполняется

с одним общим ТТНП типа ТНПШ с подмагничиванием, аналогично защите генераторов.

Ток срабатывания РЗ выбирается на основании тех же соображений, что и для аналогичной РЗ кабельных линий, реагирующих на емкостный ток (50 Гц):

Iсз = kотсkбIс,

(5.8)

где Iс – собственный емкостный ток электродвигателя; kотс – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,2–1,3; kб – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока электродвигателя при внешних перемежающихся замыканиях на землю.

Для РЗ, действующей без выдержки времени, значение этого коэффициента принимается равным 3-4. Для повышения чувствительности РЗ допускается принимать уменьшенное значение kб =1,5 ÷2 . Защита при этом выполняется с выдержкой времени 1–2 с.

Поскольку мощность ТТНП (типов ТЗ, ТЗР и др.) невелика, для обеспечения максимальной чувствительности РЗ от замыканий на землю к каждому типу ТТНП необходимо подбирать токовое реле на определённый ток срабатывания, имеющее соответствующее сопротивление обмотки (реле РТЗ-51, РТЗ-50, РТ-40/0,2 производства ЧЭАЗ). В составе защит УЗА, РС-80, имеется специальный промежуточный трансформатор для подключения ТТНП для защиты от замыканий на землю. В целях уменьшения перенапряжений при замыканиях на землю в сети собственных нужд (СН) энергоблоков ТЭС и АЭС большой мощности, а также повышения чувствительности и селективности действия РЗ электродвигателей 6 кВ и трансформаторов СН 6,3/0,1 кВ, эти сети могут работать с нейтралью, заземлённой через резистор. Для этого на каждой секции блочных СН 6,3 кВ устанавливается дополнительный заземляющий трансформатор (ДТ), например типа ТСЗК-63, со схемой соединения обмоток звезда с заземлённой нейтралью – треугольник. В нейтраль ДТ включаются параллельно два высоковольтных заземляющих резистора, по 200 Ом каждый, изготовленные из специального электротехнического бетона (бетела) (рис. 5.2, б).

Рис. 5.2. Структурная схема защиты от замыканий на землю в сети собственных нужд 6,3 кВ

а– защита двигателя от замыканий на землю;

б– схема подключения дополнительного трансформатора с заземляющими резисторами

При этом, в случае однофазного замыкания на землю в двигателе по его цепи будет протекать активный ток 3I0 =35 ÷40 А (достаточный для надёжного действия защиты и допустимый по условию ограничения повреждения в двигателе от тока замыкания на землю). Одновременно по цепям неповрежденных элементов, присоединённых к тем же шинам, будут протекать только емкостные токи нулевой последовательности, от которых защиты рассматриваемых присоединений могут быть легко отстроены. Наличие заземляющих резисторов резко снижает вероятность перехода однофазных замыканий на землю в двухфазные и двойные КЗ, так как перенапряжения на неповрежденных фазах не будут превышать при этом значения:

Uпер =1,8Uном..

(5.9)

Защита электродвигателя от замыканий на землю, как и ранее, выполняется с помощью токового реле, подключенного к ТТНП и действующего на отключение электродвигателя без выдержки времени. При отказе защиты от замыканий на землю или выключателя на поврежденном присоединении, или при замыкании Kз(1) на шинах секции имеется опасность повреждения заземляющих сопротивлений R в нейтрали дополнительного трансформатора ДТ (рис. 5.2, б). Для исключения этого на ДТ предусматривается защита нулевой

14

последовательности (КА, КТ), действующая с выдержкой времени 0,6 с на отключение трансформатора (линии), питающего секцию 6 кВ. Запрет АВР при этом не производится.

Для электродвигателей механизмов карьеров, рудников, торфоразработок и других предприятий, где требуется по условиям безопасности незамедлительное отключение замыкания на землю даже при очень малых значениях тока в месте повреждения (0,2–0,5 А) рекомендуется применять более чувствительную направленную РЗ от замыканий на землю типа ЗЗП-1 производства ЧЭАЗ. Эта защита не требует отстройки от собственного емкостного тока двигателя и, поэтому, может быть выполнена более чувствительной.

Для выполнения РЗ от двойных замыканий на землю на электродвигателях, оснащённых продольной дифференциальной РЗ в двухфазном исполнении или, в случае, если основная ступень ЗЗ выполнена с выдержкой времени, к вторичной обмотке ТТНП подключается действующее на отключение без выдержки времени второе токовое реле, имеющее Iсз =100 ÷200 А.

Защита минимального напряжения

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей, а также электродвигателей, самозапуск которых при восстановлении напряжения недопустим по условиям техники безопасности или особенностям технологического процесса.

На электростанциях к ответственным относятся такие электродвигатели, отключение которых вызывает снижение нагрузки или останов электростанции: двигатели питательных, конденсатных и циркуляционных насосов, дутьевых вентиляторов и питателей пыли. Неответственными считаются электродвигатели, отключение которых не отражается на нагрузке электростанции: мельниц при наличии промежуточных бункеров, багерных насосов и т.п.

Если мощность всех ответственных электродвигателей превышает допустимую мощность по условию самозапуска, то при понижении напряжения

необходимо отключать и некоторые ответственные электродвигатели. По истечении времени, достаточного для развертывания неотключаемых электродвигателей, отключенные ответственные электродвигатели можно включать обратно при помощи АПВ.

Отключение электродвигателей при исчезновении напряжения обеспечивается установкой одного реле минимального напряжения, включенного на линейное напряжение. Существенным недостатком такой РЗ минимального напряжения является возможность её неправильной работы в случае обрыва цепей напряжения. Поэтому РЗ с одним реле напряжения применима лишь для неответственных электродвигателей. Обычно применяется ЗМН с контролем снижения напряжения одновременно в трех фазах (схема «И»). В устройстве УЗА-АН фирмы «Энергомашвин» применяется именно такая логика выполнения ЗМН 2 (U ). Такая логика не годится, если ЗМН используется в качестве блокировки по напряжению максимальной защиты (требуется реагирование блокировки на замыкание между двумя любыми фазами, поэтому, в состав УЗА=АН входит ступень (U <) работающая по схеме «ИЛИ». Более сложное микропроцессорное устройство защиты УЗА-10В.2 имеет переключение логики: схема «И» для ЗМН и схема «ИЛИ» для блокировки по напряжению. Если применить для защиты двигателя устройство УЗА10АВ.1, в состав которого входит защита минимального напряжения, то можно оказаться от применения групповой защиты, выполнив на электродвигателе индивидуальную защиту минимального напряжения.

Напряжение срабатывания реле KV1 принимается порядка 70%Uном. .

Выдержки времени на отключение: 0,5–1,5 с – для неответственных электродвигателей, 10–15 с – для ответственных. На блочных электростанциях обычно применяется групповая защита минимального напряжения с уставками:

1 ступень – обеспечение самозапуска остающихся электродвигателей. Она действует на часть двигателей (малоответственных). Уставка выбирается по условиям обеспечения возврата при восстановлении напряжения после

studfile.net

2.4.2. Защита от однофазных коротких замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью

 

Однофазное КЗ является опасным и наиболее часто встречающимся повреждением, которое сопровождается большими токами, и требует немедленного отключения поврежденного участка. Поэтому защиты от однофазных КЗ выполняются быстродействующими с высокой чувствительностью.

Для зашиты от однофазных коротких замыканий на землю в сети с заземленной  нейтралью применяют ступенчатую токовой защиту нулевой последовательности. По сравнению с защитами, включенными на полные фазные токи, она может иметь меньшие выдержки времени и повышенную чувствительность. Поэтому токовая защита нулевой последовательности находит широкое применение в сетях с глухозаземленными нейтралями в качестве защиты от КЗ на землю.  Схема защиты приведена на рис. 42.

Пусковые органы защиты нулевой последовательности включаются на выход фильтра токов нулевой последовательности. В рабочих режимах и при КЗ без земли ток нулевой последовательности не протекает. Поэтому защита реагирует только на замыкания на землю.

I ступень защиты – токовая отсечка нулевой последовательности без выдержки времени. Ток срабатывания выбирается по условиям отстройки от максимального значения периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при КЗ на землю (К⁽¹⁾ и К^(1,1)) на шинах приемной подстанции Б (точка ).

,

где — коэффициент отстройки; принимается равным 1,3 при использовании реле РТ-40.

            

                  Рис. 42. Схема трехступенчатой защиты нулевой последовательности

 

                                                          

            Рис.43.  Определение защищаемой зоны токовых отсечек

 

Преимущества токовой отсечки нулевой последовательности перед токовой отсечкой, включенной на полные токи фаз, заключается в ее большей защитоспособности. Это связано с тем, что ток нулевой последовательности (рис.43, кривая 2) при перемещении точки КЗ вдоль линии изменяется более резко, чем ток трехфазного КЗ(рис.43, кривая 1) из-за неравенства сопротивлений линии нулевой и прямой последовательностей (z_ОЛ>z_1Л).

II ступень защиты – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени. При выборе параметров защиты необходимо осуществлять отстройку от первой ступени защит нулевой последовательности смежных элементов:

,

где =1,1.

Выдержки времени второй ступени обычно не превышают 0,5 с.

III ступень защиты – максимальная токовая защита нулевой последовательности.

В нормальных режимах и при многофазных повреждениях в реле проходит только ток небаланса , ток срабатывания защиты можно выбирать без учета рабочих токов по условию:

,

где — коэффициент надежности;=1,3…1,5;— максимальный ток небаланса:

,

где – действующее значение установившегося тока внешнего трехфазного КЗ при повреждении в начале следующего участка.

Ток установившегося режима КЗ принимается потому, что защита действует с выдержкой времени, достаточной для затухания апериодической составляющей.

Выдержка времени срабатывания максимальной токовой защиты нулевой последовательности выбирается по аналогии с выдержкой времени срабатывания максимальной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий.

Достоинства защиты: простота, надежность и экономичность. Основной недостаток — без выдержки времени защищается лишь часть линии.

Защита применяется в качестве основной в сетях напряжением 110-220 кВ, а в качестве резервной — на более высоких напряжениях.

 

studfile.net

Защита от замыкания на землю

Страница 59 из 62

Защита от однофазных замыканий на землю (земляная защита) предусматривает подачу предупреждающего сигнала или отключение участка сети при повреждении, приводящем к образованию непосредственной электрической связи между одной фазой установки и землей.
Защита в сетях напряжением 380/220 В
Четырехпроводные сети согласно ПУЭ должны выполняться с глухим заземлением нейтрали источника питания (трансформатора, генератора). Согласно тем же правилам части, подлежащие заземлению, должны иметь надежную металлическую связь с нейтралью источника питания, выполняемую нулевым проводом или посредством заземляющих проводников.
Прямая электрическая связь между одной фазой и заземленным корпусом двигателя, аппарата и пр. в такой системе приводит к возникновению однофазного тока к. э. (рис. 13-20).
Защита от замыкания на землю в четырехпроводной системе достигается посредством аппарата (автоматического выключателя, предохранителей), автоматически отключающего поврежденный участок сети под действием однофазного тока к. з.

Рис. 13-20. Схема защиты двигателя от замыкания на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью.
Номинальный ток плавких предохранителей (вставок) или расцепителя автоматов, защищающих токоприемник, выбирается в соответствии с нагрузкой последнего (см., например, § 13-5).
Гарантия срабатывания защиты обеспечивается выполнением одного из следующих условий: заземляющий и нулевой проводники должны быть выбраны так, чтобы при замыкании на корпус возникал ток к. з.:
1)  трехкратный по отношению к номинальному току плавкой вставки;

1. трехкратный по отношению к номинальному току теплового расцепителя магнитного пускателя или автомата;
2. в 1,25—1,4 раза превышающий номинальный ток электромагнитного расцепителя.

Трехпроводные сети с изолированной нейтралью в установках гидромеханизации должны быть обеспечены средствами защиты от снижения сопротивления изоляции и однофазных замыканий на землю.

Рис. 13-21. Схема защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью (а) и схема замещения участка сети (б).
В качестве примера рассмотрим одну из разновидностей аппаратов защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (рис. 13-21,а).
Через трехфазный выпрямительный мост, образованный диодами Д1, Д2 и Д3, и катушку реле Р постоянно проходит выпрямленный ток ί0. Ток ί0 замыкается на сеть через землю, а также пути утечки rA, rв, rc и емкости, образованные между фазами сети и землей, С A, Св, Сc (рис. 13-21,б). Этот ток в неповрежденной сети обычно мал и недостаточен для срабатывания реле Р.
При снижении или пробое изоляции в фазах сети через обмотку реле будет протекать дополнительный ток, достаточный для срабатывания реле, которое при этом своими контактами Р замкнет цепь катушки дистанционного отключения соответствующего аппарата.
Прочие элементы аппарата защиты имеют следующее назначение. Сопротивления служат для ограничения тока в случае пробоя одного из диодов или междуфазного к. з., а также для ограничения обратного напряжения на диодах. Переменное сопротивление вводится для регулирования сквозного тока реле, т. е. чувствительности защиты. Диод, шунтирующий катушку реле, предотвращает его вибрацию. Вторые контакты реле Р шунтируют сопротивление, что необходимо для того, чтобы якорь реле оставался надежно притянутым при перемежающихся замыканиях на землю. Кнопка К и сопротивление  служат для проверки действия защиты.
Действие аппарата обеспечивается не только при непосредственном замыкании на землю, но также при понижении изоляции и при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.
Рассмотренный принцип действия использован в аппарате высокой чувствительности типа УАКИ (новый тип АЗЛК) с двухобмоточным реле. Реле такого типа широко применяются для защиты установок гидромеханизации, на шахтах, рудниках, в карьерах и других отраслях производства, отличающихся повышенной опасностью.
Защита в электроустановках напряжением 6000 В
Сети напряжением 6000 В, как указано выше, выполняются с изолированной нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью ток заземленной фазы замыкается через участки пути, утечки тока и емкости, образованные между двумя другими, неповрежденными фазами и землей (см. рис. 13-21,б)¹.
Ток однофазного замыкания на землю зависит от емкостного сопротивления линии Хс = 1/ωС. Чем больше емкость линии по отношению к земле, тем меньше сопротивление и тем больше, следовательно, ток замыкания на землю.
Емкость кабельных линий, как известно, значительно выше емкости воздушных. Поэтому в системах электроснабжения с развитой кабельной сетью токи однофазного замыкания на землю могут достигать достаточно высоких значений. Такие обстоятельства могут иметь место, в частности, при питании установок гидромеханизации от общих трансформаторных подстанций в крупных городах.

При однофазном замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью межфазное напряжение остается прежним, поэтому режим работы установок не меняется.

¹ Электрические сети с изолированной нейтралью носят наименование сетей с малыми значениями тока замыкания на землю.

Однако__фазное напряжение остальных, неповрежденных фаз возрастает в √3 раз, чем увеличивается опасность пробоя их изоляции. Кроме того, в месте прохождения тока на землю в поврежденной фазе вследствие контактного перегрева возможно дальнейшее повреждение изоляции с последующим развитием аварии. Ввиду этого длительное прохождение тока замыкания на землю недопустимо и однофазное замыкание сети должно быть устранено.
В устройствах гидромеханизации приняты две системы защиты от однофазных замыканий на землю в сетях 6000 В: посредством кабельных трансформаторов тока с тороидальными сердечниками — разъемными типа ТЗР и неразъемными — ТЗ и с использованием пятистержневых трансформаторов напряжения типа НТМИ (см. § 3-6).

Рис. 13-22. Схема защиты от однофазных замыканий на землю с использованием пятистержневого трансформатора напряжения.
Защита с применением кабельных трансформаторов тока действует следующим образом (см. рис. 3-18). Стальной магнитопровод охватывает кабель (например, на выходе из приключательного пункта ЯКНО-6). При этом три жилы кабеля действуют в качестве первичной обмотки трансформатора тока. Вторичной обмоткой является катушка на тороидальном магнитопроводе; к ней подключено чувствительное реле максимального тока.
При отсутствии замыкания на землю ввиду симметрии токов в трех фазах кабеля суммарный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора равен нулю и по вторичной обмотке трансформатора ток не проходит. Если произойдет замыкание одной фазы на землю, то ток замыкания будет проходить по поврежденной фазе в общем направлении, а по остальным — в обратном, нарушая симметрию токов, а следовательно, магнитного потока. Результирующим потоком (в данном случае не равным нулю) в обмотке трансформатора будет наведена э. д. с., вследствие чего по катушке реле будет проходить ток и реле сработает.
В случае необходимости действия защиты на отключение поврежденной линии, в оперативную цепь дополнительно вводят промежуточное реле с целью увеличения мощности контактов, замыкающих цепь катушки отключения выключателя. Иногда возникает необходимость обеспечения защиты на нескольких ступенях сети. Селективность действия такой защиты осуществляется за счет ступенчатой выдержки времени срабатывания реле. При этом в оперативные цепи защиты вводятся реле времени.
Разъемные трансформаторы обеспечивают меньшую чувствительность защиты по сравнению с неразъемными; их преимущество сводится к удобству монтажа. Современные устройства защиты от замыкания на землю обладают чувствительностью к току около 2—3 А.

Схема защиты с трансформатором напряжения, обмотки которого соединены в открытый треугольник (рис. 13-22)
В открытый треугольник трех фаз вторичных обмоток трансформатора включена катушка реле напряжения. При симметрии фазных напряжений линии напряжение между точками а и z приблизительно
равно нулю. Однофазное замыкание на землю в сети нарушает симметрию межфазных напряжений, в магнитопроводе образуется поток, обусловленный током замыкания на землю, равнонаправленный по отношению к вторичным обмоткам всех трех фаз трансформатора. При этом напряжение, возникающее между обмотками в точках а и z, достаточно для срабатывания реле.
Недостатком схемы с трансформаторами напряжения является чувствительность защиты к току однофазного замыкания на соседних линиях.
Пример 13-1. Рассчитать и согласовать уставки максимальной токовой защиты трансформатора 35/6 кВ и линий Л1 и Л2 в трехфазной сети электроснабжения, представленной на схеме рис. 13-16.
Значение напряжений, токов нагрузки, коэффициентов трансформации трансформаторов тока и токов к. э., действующих на всех ступенях системы электропередачи, указаны на схеме.
Коэффициент схемы на всех участках rех= 1.
Для защиты линии Л1 используются встроенные максимальные токовые реле типа РТВ. Зашита трансформатора 35/6 кВ и линии Л2 выполнена с помощью реле типа РТ-80. Защита линии Л3 имеет независимую характеристику времени с уставкой тока срабатывания Iс.з=200 А и времени Iс.з=4 с.
Ступень селективности принимается А/=0,8 с.
Время срабатывания защиты при к. з. на линии Л1 принимается Iс.а3—0,8 с.
Решение. Для наглядности решения производится построение диаграммы селективности защит в первичных токах, проходящих по участкам сети.
Построение характеристик времени в общей системе координат при различных значениях напряжения на отдельных участках сети возможно лишь при условии приведения значений тока к одному общему напряжению. В рассматриваемом примере значения тока пересчитываются на напряжение 6 кВ.

leg.co.ua