Токовые защиты обратной и нулевой последовательности трансформаторов. Принцип действия и область применения.

Ответ: Принцип действия и область применения. Спе­циальная токовая защита нулевой последовательно­сти от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмот­ки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухо заземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление). Измерительным органом защиты ну­левой последовательности является одно максималь­ное реле тока Т₀, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль (рис. 34, а). В нор­мальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсут­ствии в сети НН токов высших гармоник ток в ней­трали трансформатора теоретически равен нулю. Практически ток в нейтрали, называемый током не­баланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансфор­матора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677—85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фаз­ного) для трансформаторов со схемой соединения об­моток Y/Y и не более 0,75 — для трансформаторов ∆/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой последовательности, как правило, должна быть отстроена.

Рис. 34. Схемы включения максимальных реле тока Т₀ специаль­ной токовой защиты нулевом последовательности от однофаз­ных КЗ па землю трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Y.

При однофазном КЗ на землю на шинах или в сети НН через заземленную нейтраль проходит ток Ik (рис. 4, 5 и 34, а), вызывающий срабатывание защиты нулевой последовательности. Как уже ука­зывалось, ток однофазного КЗ на землю в сети с глухозаземленной нейтралью называют утроенным током нулевой последовательности (Ik)= 3Iном, по­этому и защита от КЗ на землю называется зашито;"! нулевой последовательности. Она относится к группе так называемых фильтровых защит, реагирующих на симметричные составляющие обратной или нулевой последовательности токов (напряжений) КЗ. По срав­нению с токовыми защитами, реагирующими на наличие фазных токов (например, максимальной токовой защитой), фильтровые токовые защиты всегда имеют более высокую чувствительность к несимметричным КЗ, поскольку их не нужно отстраивать от сверхтоков при самозапусках и перегрузках, которые являются симметричными режимами и не сопровождаются появлением токов обратной и нулевой последователь­ности. Недостатком фильтровых защит является их бездействие при трехфазных симметричных КЗ.

Выполнение специальной токовой защиты нулевой последовательности требует относительно больших за­трат, особенно при необходимости прокладки длин­ного контрольного кабеля от основного щита НН до КРУ-Ю кВ для передачи импульса на отключение выключателя 10 кВ трансформатора. Поэтому раньше имелись некоторые допущения, позволявшие не вы­полнять эту защиту. Однако на практике защиту ну­левой последовательности всегда стремились устанав­ливать, главным образом, для целей дальнего резер­вирования однофазных КЗ в сети 0,4 кВ. При этом следует помнить, что для дальнего резервирования эта защита должна быть не только чувствительной по току, но и быстродействующей, поскольку весьма часто однофазные КЗ на элементах 0,4 кВ быстро переходят в трехфазные, при которых защита нуле­вой последовательности не работает.

Схемы защиты нулевой последовательности. Изме­рительный сигнал специальной токовой защиты нуле­вой последовательности от однофазных КЗ выпол­няется электромагнитным максимальным реле тока РТ-40. Применение индукционного реле РТ-80 не ре­комендуется, поскольку при малых кратностях тока это реле срабатывает со значительным замедлением (рис. 21). Реле тока TQ включается либо по схеме рис. 34, а, либо 34,6, где реле '4 включены в нулевой провод схемы соединения трех трансформаторов тока в полную звезду. Нулевой провод полной звезды яв­ляется фильтром токов нулевой последовательности, так как в нормальном симметричном режиме нагруз­ки геометрическая сумма одинаковых по значению токов трех фаз равна нулю и в нулевом проводе про­ходит лишь ток небаланса, а при однофазном КЗ на землю — полный ток однофазного КЗ: I2к. Выбор схемы включения реле То зависит от первичной схемы.Выдержка времени защиты осуществляется с по­мощью реле времени, которое срабатывает и начинает отсчитывать время после замыкания замыкающего контакта реле Т₀.

Расчет параметров срабатывания: уставок по току и по времени. Ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям, обеспечивающим:

несрабатывание (отстройку) оттоков, которые мо­гут проходить но заземленной нейтрали обмотки НН трансформатора при несимметрии нагрузки в нор­мальном режиме (допустимые значения токов неба­ланса указаны выше);

согласование по току и по времени с за­щитами элементов, отходящих от сборки НН (на рис. 34, а показаны автоматический выключатель АВ со встроенной защитой и плавкий предохрани­тель Пр);

необходимые [1] значения коэффициента чувстви­тельности при однофазном КЗ в основной зоне дейст­вия (на сборке НН) и в зоне резервирования (на элементах сети НН при отказе их собственной за­щиты).

Согласование чувствительности рассматриваемой защиты трансформатора и защит элементов, отходя­щих от сборки на стороне НН (рис. 34, а), по «Пра­вилам» [1] не считается обязательным. Это объяс­няется тем, что выполнение условия согласования с защитными характеристиками автоматов и предо­хранителей относительно мощных элементов 0,4 кВ приводит к увеличению тока срабатывания защиты нулевой последовательности трансформатора. Однако отсутствие согласования по чувствительности между последующей защитой трансформатора и предыдущи­ми защитами отходящих элементов достаточно часто вызывает неселективное отключение питающего транс­форматора при таких КЗ, когда защита предыдущего элемента оказывается недостаточно чувствительной (например, КЗ в обмотке электродвигателя или на удаленной сборке). Наилучшие условия для согласо­вания обеспечиваются в тех случаях, когда на отно­сительно мощных элементах 0,4 кВ устанавливается дополнительная токовая защита нулевой последова­тельности без выдержки времени, действующая на отключение автоматического выключателя (автомата) данного элемента (защита 1 на рис. 34,6), При токе срабатывания, выбранном только по первому условию, рассматриваемая защита всегда имеет достаточный коэффициент чувствительности при одно­фазных КЗ на сборке НН и, как правило, в зоне ре­зервирования, если, разумеется, первичная схема сети НН создана с учетом требований дальнего ре­зервирования. Расчеты токов КЗ в сетях 0,4 кВ рас­сматриваются в работе [7].

Время срабатывания защиты нулевой последова­тельности выбирается минимальным. Если на элемен­тах сети 0,4 кВ имеется дополнительная защита ну­левой последовательности без выдержки времени (реле 1 на рис, 34,6), то защиты нулевой последова­тельности на вводах 0,4 кВ трансформатора могут иметь U. з = 0,3-7-0,4 с, а в нейтрали —на ступень се­лективности выше, т. е. 0,6—0,7 с (соответственно защиты 2 и 3 на рис. 34, б). Рекомендуется приме­нять наиболее точные — электронные реле времени.

Зашита от внешних несимметричных КЗ - токовая защита обратной последовательности. Защита предназначена для резервирования отключения внешних несимметричных КЗ и для резервирования основных защит AT. Защита устанавливается на стороне ВН и выполняется направленной в сторону сети ВН и ненаправленной в сторону сети СН. Такое выполнение предполагает наличие меньших, чем в сети СН, выдержек времени у защит линий в сети ВН. Защита присоединяется к ТТ, встроенным во вводы ВН, и к ТН на этой же стороне. Направленная защита выполняется фильтр-реле тока и направления мощности типа РМОП-2, а ненаправленная - фильтр-реле тока типа РТФ-1М. Защита выполняется с тремя выдержками времени и действует аналогично токовой защите нулевой последовательности. В этих условиях - более чувствительной оказываетсятоковая защита обратной последовательности с блокировкой от тока или напряжения нулевой последовательности. Для защиты таких генераторов от сверхтоков применяетсятоковая защита обратной последовательности, которая реагирует на токи, появляющиеся при несимметричных коротких замыканиях и на несимметричные режимы нагрузки.