Выбор установок срабатывания

Защиты от замыканий на землю в сетях 6−35 кВ. Расчет установок направленных защит.

На рис. 1 приведена схема радиальной сети, на примере которой рассмотрим некоторые особенности расчета установок направленных токовых защит в сетях с резистивным заземлением нейтрали. В сети установлен один заземляющий резистор — в нейтрали питающего трансформатора. На рис. 2.1 показано токораспределение при ОЗЗ в рассматриваемой сети. Силовой питающий трансформатор на схеме не указан.

Рисунок 2.1 Распределение токов в сети с резистивным заземлением нейтрали где C₁, C₂, C₃ — суммарные емкости относительно земли трех фаз линий Л-1, Л-2, Л-3 соответственно; R — сопротивление заземляющего резистора; R_П — переходное сопротивление в месте ОЗЗ; E_A — фазная ЭДС в месте ОЗЗ

В рассматриваемой схеме следует установить как минимум два вида защит от ОЗЗ:

• · на отходящих фидерах;
• · на вводе.

Защита отходящего фидера

В настоящее время на отечественном рынке представлено значительное количество устройств направленной защиты от ОЗЗ, которые могут быть использованы в резистивно-заземленных сетях по рисунку 1.1 Наибольшее распространение получили направленные токовые защиты, реагирующие на составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности, с фазовыми характеристиками двух типов, изображенных на рисунке 2.2. Фазовой характеристикой первого типа (рис. 2.2, а) обладает, например, защита типа УЗЛ производства НГТУ (Новосибирского государственного технического университета) [1] (похожую характеристику имеет также защита типа ЗЗН отечественного производства и ряд микропроцессорных импортных защит). Такие защиты реагируют как на активную, так и на емкостную составляющие токов ОЗЗ.

Фазовой характеристикой второго типа (рис. 2.2, б) обладают защиты, реагирующие только на активную (или только на емкостную) составляющую тока нулевой последовательности. Эти защиты также содержатся в некоторых импортных микропроцессорных терминалах.

При выборе типа защиты следует иметь в виду, что характеристика первого типа обеспечивает работоспособность защиты не только в нормальном режиме — при наличии в сети заземляющего резистора, но и при выходе последнего из строя и работе сети в режиме с изолированной нейтралью. Защита при этом будет работать хуже, но в принципе останется работоспособной.

Характеристика второго типа в большей степени соответствует самой идее использования заземляющего резистора — защита срабатывает только в том присоединении, по которому протекает активный ток этого резистора, т. е. идеально выявляет поврежденное присоединение. Однако при выходе заземляющего резистора из строя сеть остается без защиты от ОЗЗ. При применении таких защит целесообразно использовать надежные заземляющие резисторы, способные длительное время находиться под напряжением без опасности перегреться и выйти из строя. Не следует подключать резисторы через длинные кабели, которые могут часто повреждаться. Кроме того, как будет показано ниже, защиты такого рода следует применять с кабельными трансформаторами тока нулевой последовательности, не дающими значительных угловых погрешностей.

Применительно к микропроцессорным терминалам возможно одновременное использование обеих характеристик, например, переключаясь (автоматически или дистанционно по команде диспетчера) с одной характеристики на другую при изменении режима работы силовой системы.

Следует отметить, что при использовании любой из характеристик (рис. 2.2) в процессе монтажа и наладки защиты необходимо провести весьма ответственную операцию: фазировку цепей тока и напряжения. Следует убедиться в том, что полярность цепей тока и напряжения для каждого устройства защиты выдержана правильно и соответствующее устройство будет работать при ОЗЗ на защищаемом присоединении и не станет срабатывать при внешних ОЗЗ. Опыт работы показывает, что без такой проверки, сопровождающейся опытами искусственного ОЗЗ, невозможно быть полностью уверенным, что схема защиты собрана верно.

Рисунок 2.2 Фазовые характеристики направленных токовых защит от ОЗЗ, применяемых в резистивно-заземленных сетях: а — характеристика первого типа; б — характеристика второго типа

Прежде чем приступить к выбору параметров защит от ОЗЗ, рассмотрим некоторые основные положения. В разных источниках по-разному представлены векторные диаграммы токов и напряжений нулевой последовательности при ОЗЗ. На рисунке 2.3 показана векторная диаграмма, встречающаяся в некоторых источниках. Здесь полярность напряжения нулевой последовательности 3U_O на выводах вторичной обмотки трансформатора напряжения, собранной по схеме «разомкнутого треугольника», представлена обратной относительно соответствующего первичного напряжения. Вектор тока 3I_Oповр в поврежденной линии состоит из емкостной составляющей 3 U_С и активной 3 U_R и опережает вектор напряжения 3 U_O на угол _П, зависящий от отношения тока заземляющего резистора и суммарного емкостного тока сети, а также от значения емкостного тока поврежденного присоединения (подробнее см. в [9]).

Вектор тока нулевой последовательности в неповрежденной линии 3 I_Oнепотстает от напряжения 3 U_O на угол, несколько превышающий 90 электрических градусов (из-за учета тока активной утечки через изоляцию).

На рисунке 2.4 представлена характеристика реле защиты, соответствующая изображенной на рис. 2.2, а (в предположении, что вектор вторичного напряжения повернут относительно аналогичного вектора первичного напряжения в противоположную сторону). В международной практике принято говорить, что такая характеристика соответствует коду ANSI 67N/67NS.

Расчет параметров защиты начнем с выбора характеристического угла ц₀, соответствующего середине зоны срабатывания. В [9] показано, что угол ц _П тока 3 I_Oповр в поврежденной линии при I_R = I_C (где I_R — ток заземляющего резистора,.

I_C — суммарный емкостный ток сети) может лежать в пределах от -45 до 0 электрических градусов. Очевидно, что значение характеристического угла ₀ желательно установить в тех же пределах. Если I_R I_C, пределы изменения угла ц _П изменяются, тогда может быть выбрано другое значение угла ц ₀.

Рисунок 2.3 Векторная диаграмма токов и напряжений нулевой последовательности при ОЗЗ в сети