09.02.2022

ТЗНП принцип действия

Что такое токовая защита нулевой последовательности?

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети. Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю. Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ, для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать. Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º. Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку. Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения. При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

Что такое токовая защита нулевой последовательности

Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

Что такое нулевая последовательность

Для того чтобы разобраться как работает ТЗНП, сначала нужно вспомнить что такое трехфазная сеть. Трехфазная сеть — это сеть переменного синусоидального тока. В трёхфазной цепи фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Вот так это выглядит на графике:

Интересно! Основные идеи и положения трехфазных сетей электроснабжения были разработаны Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Он разработал трёхфазный асинхронный двигатель с КЗ ротором типа беличья клетка, с фазным ротором и пусковым реостатом, искрогасительную решетку, фазометр, стрелочный частотомер.

Если изобразить это на векторной диаграмме, то изображение будет напоминать трехлучевую звезду. При условии равенства токов и напряжений между фазами такая система будет называться симметричной. Геометрическая сумма этих векторов равна нулю.

Важно! Различают прямую и обратную последовательность чередования фаз. Фазы обозначаются буквами A, B и C. Тогда последовательность A B C — прямая, C B A — обратная. При этом угол сдвига фаз в обоих случаях составляет 120 градусов. При нулевой последовательности вектора всех фаз направлены в одном направлении, соответственно результирующий вектор значительно превышает таковой (в 3 раза, по сравнению с нулевой последовательностью) в нормальном состоянии системы.

В случае межфазного замыкания токи во всех фазах возрастут, система все равно останется симметричной. А напряжения и токи нулевой последовательности равны нулю, как и в нормальном состоянии цепи.

В результате однофазного замыкания на землю система станет несимметричной и будут наблюдаться токи нулевой последовательности I0 и U0. Допустим замкнула фаза C, тогда токи фаз A и B устремятся к нулю, а в фазе C к трети от Iкз.

I0=1/3(Ik+0+0)

Отсюда Iк=I0*3. Эти токи возникают под воздействием напряжения КЗ или Uк0 между выводом обмотки трансформатора или генератора и точкой, в которой произошло замыкание.

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.

Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Важно! Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Как это работает

Принцип работы ТЗНП заключается в отключении коммутационной аппаратуры в случае однофазных замыканий с определенной выдержкой времени. Задержка времени нужна для организации селективности защит на разных трансформаторных подстанциях.

Пример схемы токовой защиты нулевой последовательности изображен на рисунке ниже:

В ней используется токовое реле КА и реле мощности KW. Для контроля тока по фазам в ТЗНП используются трансформаторы тока (ТТ). Это специальные измерительные трансформаторы надеваются на шину или провод. На его обмотках наводится ЭДС пропорциональное току, протекающему через жилу или шину.

Одним из главных условий корректной работы ТЗНП является то, чтобы у ТТ были одинаковые кривые намагничивания. Это значит, что они должны быть не просто одинаковы по входным и выходным характеристикам, но и быть одной марки. Кроме того, стоит отметить, что погрешности их выходных параметров не должны быть больше 10 процентов. Их вы видите на картинке ниже.

Чтобы получить токи выведенной из баланса системы сигнал пропускают через фильтр. В реальном применении соединяют обмотки трансформаторов между собой. Это называют фильтром токов нулевой последовательности.

В нормальном состоянии электросети токи нулевой последовательности равны нулю, соответственно Iвыходные фильтра ТЗНП тоже равны нулю. В аварийном режиме, при КЗ, выходной ток отличен от нуля. Остальные части ТЗПН настраиваются таким образом, чтобы исключить ложные срабатывания под определенный ток КЗ.

Если ранее токовая защита нулевой последовательности представляла собой релейные схемы, то в настоящее время выпускаются микропроцессорные терминалы для защитных цепей. То есть, современная ТЗНП может выполняться на микроконтроллерных схемах.

Рассмотренная система используется в качестве резервной защиты. Благодаря её свойствам можно достичь селективность срабатывания, где РЗиА каждой последующей ТП срабатывает быстрее, чем на предыдущей. Защита нужна чтобы минимизировать дальнейшие повреждения ЛЭП, трансформаторов, генераторов, а также, чтобы обезопасить окружающую среду и людей, которые могут попасть в опасную зону.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое токовая защита нулевой последовательности, как она работает и для чего нужна. Если возникли вопросы, обязательно задавайте их в комментариях под статьей!

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Токовая защита нулевой последовательности

Однофазные повреждения в электрических сетях являются наиболее распространенными, для их устранения применяют специальные защиты, реагирующие на токи нулевой последовательности, возникающие в сети при несимметричных коротких замыканиях (КЗ).

К таким защитам относятся максимальные токовые защиты нулевой последовательности, отсечки нулевой последовательности, направленные защиты нулевой последовательности.

В этой статье более подробно рассматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности. Для удобства будем применять сокращенное название ТЗНП (токовая защита нулевой последовательности).

Чтобы понять принцип действия защиты необходимо вспомнить, что такое токи и напряжения нулевой последовательности (н.п.) и откуда они берутся. Для любой симметричной цепи справедливо равенство:

I0=1/3(Īa+Īb+Īc); U0=1/3(Ūa+Ūb+Ūc);

Геометрическая сумма токов и напряжений нулевой последовательности равна нулю. При нарушении симметрии, например замыкание фазы А на землю, токи н.п. в фазах В и С будут равны нулю, а в фазе А равен 1/3 тока КЗ:

I0=1/3(Īк+0+0), отсюда Īк=3I0; U0=1/3(0+Ūbк+Ūcк);

То есть, при однофазном замыкании, ток нулевой последовательности равен одной трети тока КЗ. в данной точке, а напряжение нулевой последовательности равно одной трети суммы напряжений неповрежденных фаз.

Источником появления токов нулевой последовательности можно считать напряжение U0к , это напряжение между нейтралью силового питающего трансформатора и точкой в которой произошло замыкание на землю.

Ток н.п. по земле притекает к нейтрали трансформатора, разветвляется по фазам и возвращается к месту КЗ. Таким образом, токи нулевой последовательности возможны только в сетях с заземленными нейтралями трансформаторов.

Сети 110 кВ работают в режиме эффективно заземленной нейтрали, то есть часть из них заземлена, а часть нет. Этим добиваются поддержание токов I0к на необходимом для защиты уровне.

На рисунке 2 представлена простейшая схема ТЗНП. Пусковое токовое реле Т, включается на фильтр токов нулевой последовательности, в качестве которого служит нулевой провод трансформаторов тока, включенных по схеме полной звезды.

Реле времени В обеспечивает необходимую выдержку времени для селективной работы защит.

Ток срабатывания реле Т с учетом коэффициента трансформации:

Ip=Īa+Īb+Īc=3Ī0/kтт;

Очевидно, что пуск схемы возможен только при несимметричном режиме, а именно одно- или двухфазном замыкании:

Примечательно, что при качаниях или междуфазных замыканиях ТЗНП не работает, так как происходит симметричное увеличение и уменьшение токов в фазах. К преимуществам схемы можно также отнести отсутствие необходимости отстраивать защиту от максимальных токов нагрузки, так как режим тоже является симметричным.

Однако, применение трансформаторов тока, с различными кривыми намагничивания вносит дисбаланс в схему полной звезды, и тогда уже при равенстве первичных токов, появляется ток небаланса в нулевом проводе ТТ, соединенных в звезду.

Это явление может повлиять на несанкционированное срабатывание ТЗНП. Тогда выражение для нахождения тока срабатывания реле выглядит следующим образом:

Ip=3Ī0/kтт–Īнеб.

Максимальное значение тока небаланса определяют при трехфазном КЗ. в точке повреждения. Для уменьшения Īнеб придерживаются следующих правил:

1. ТТ, питающие защиту должны иметь погрешность не более 10% при максимальных токах КЗ. в начале следующего участка; 2. ТТ должны иметь одинаковые характеристики намагничивания; 3. Нагрузка вторичных цепей ТТ должна быть одинакова.

Выбор уставок для ТЗНП. На рисунке 3 представлен ступенчатый график срабатывания ТЗНП. Каждая предыдущая ступень имеет время срабатывания больше на ступень селективности, так t1=t2+Δt.

Ступень селективности выбирается по тому же условию, что и для максимальной токовой защиты. Однако если сеть разделена трансформатором Т-3, с соединением обмоток по схеме звезда-звезда или звезда-треугольник, как показано на рисунке 3, ТЗНП сети высокого напряжения не согласовывается с защитами низкой стороны.

Это объясняется тем, что однофазное повреждение сети высокого напряжения не ведет к появлению токов н.п.в сети низкого напряжения, при данной схеме соединения обмоток.

В этом случае, на шинах ПС №3 ТЗНП работает с нулевой выдержкой времени. При этом ТЗНП на ПС№1 и №2 имеют время срабатывания меньше времени срабатывания МТЗ.

При соединении обмоток Т-3 звезда-звезда с нулем, или при автотрансформаторной связи сетей разного напряжения, повреждение сети высокого напряжения ведет к появлению токов н.п. в сети низкого напряжения. ТЗНП в этом случае отстраивается от времени срабатывания защит на шинах ПС№4, аналогично МТЗ.

Ток срабатывания ТЗНП выбирается по двум условиям:

Iсз>3 I0к мин; Iсз=kн*Iнеб. макс;

Решающим условием является отстройка защиты от тока небаланса. Если время срабатывания ТЗНП больше времени срабатывания междуфазных защит t0>tмф, то Iсз отстраивается от токов небаланса в нормальном режиме.

У ТТ с вторичным номинальным током 5 А в этом случае, значение тока н.б колеблется в пределах от 0,01 до 0,2 А, поэтому ток срабатывания реле находится в пределах 0,5–1 А.

После выбора Iсз, ТЗНП проверяется по чувствительности, которая характеризуется коэффициентом чувствительности:

kч=3I0кмин/Iсз;

где 3I0кмин – минимальный ток н.п. в конце второго участка. Надежность считается удовлетворительной при kч≥1,5.

Что нужно знать о токовой защите нулевой последовательности: определения, характеристика и область применения

ТЗНП, что является сокращением для понятия «токовой защиты нулевой последовательности» — это защитная система в однофазных сетях с напряжением в 110 киловольт. Короткие замыкания нередкое явление даже в сетях с одной фазой.

Сегодня рассмотрим данный защитный элемент в электрических цепях и принципы его функционирования.

Понятие ТЗНП

Перед тем, как начать разбираться в принципах работы токового защитного элемента, нужно разобраться с работой сети с тремя фазами.

Сеть на три фазы — это та сеть, по которой проходит переменный синусоидальный ток. При этом в данной сети фазы сдвигаются на сто двадцать градусов.

Не многие знают, что принцип работы электрической сети с тремя фазами разработал Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Именно он положил основу современному асинхронному двигателю с разными видами роторов.

При составлении векторных диаграмм способ защиты напоминает собой звёздочку. Систему можно назвать симметричной, если ток и напряжение на фазах в ней уравнены. При этом при сложении значение всех токов равно нулю.

Фазы могут чередоваться как в прямой, так и не в прямой последовательности. При этом они обозначаются как A, B, C. В этом случае A, B, C будет прямой последовательностью, а C, B, A обратной последовательностью.

Как мы обговаривали выше, сдвиг будет равен ста двадцати градусам. Если последовательность у вектора нулевая, фазы будут следовать в одном направлении, вектор эффективности превысит токовый в три раза. Это нормальное состояние для системы.

Если короткое замыкание произойдёт на промежутках фаз, напряжение тока возрастёт в любых фазах, а система продолжит оставаться симметричной в процессе функционирования. Напряжение и токогового нуля не изменят своих значений.

При замыкании на одну фазу к земле симметрия потеряется. Появятся нулевые значения I и U. Если замкнута С, то токи в A и B будут стремиться к нулю. C будет стремиться к третьей части от I короткого замыкания.

Данное токовое значение возникнет из-за воздействия напряжений замыкания (оно же значение Uk0), находящимся в месте, где произошло КЗ и на обмотках трансформатора.

Где применяют

Часто теорию, касающуюся понимания токовой системы защиты, сложно правильно понять сразу. Лучше всего разбираться на практических примерах применения.

Данный вид токовой защиты часто используют в ВВ-сети, где напряжение достигает 110 киловольт, а нейтраль заземлена. Если нейтраль изолируют, а значение напряжений при этом достигает шести, десяти и больше киловольт, описанную систему защиты не применяют, поскольку в этом случае токи КЗ будут слишком большими.

Иногда описанную нами защитную систему называют земляной, поскольку она защищает сеть от коротких замыканий, воздействующих на землю.

Суть функционирования

Рабочий процесс токовой защиты основан на отключении коммутирующих устройств, если однофазную сеть замкнула с некоторой задержкой во времени. С помощью небольшой временной задержки срабатывает защитная система сразу нескольких подстанций.

Значения тока в фазах контролируется с помощью трансформаторов тока. Данные элементы одевают на шины или проводники. На обмотки направлена электродвижущая сила, протекающая сквозь жилы и шины.

Описанная в нашей статье защитная система тока будет работать эффективно, если у трансформаторов тока кривые намагничивания будут едиными.

То есть важно не только совпадение их параметров, но и то, чтобы они были одних и тех же видов и марок. Погрешности всех значений при этом не превышают 10%, иначе система не будет работать правильно.

Сигналы, проходящие через фильтр, дают на выходе ток, который вышел из баланса. Обычно в жизни обмотки элементов подстанций соединяют друг с другом. Это и считается фильтром в описанной в нашей статье защите ТЗНП.

При стандартном функционировании сети токи последовательности будут равняться нулю, тогда в процессе срабатывания защиты последовательности они тоже будут равны 0. При коротком замыкании в режиме аварии ток не будет равен нулевому значению.

Обычно в токовой защите всё устраивает так, чтобы не было ложных срабатываний кроме реакции на изменения значений при коротком замыкании.

Раньше ТНЗП была основана на релейных схемах. Сегодня выпускают специальные терминалы с микропроцессорами для защиты.

ТНЗП представляет собой резервную защиту. С помощью этого резерва защита становится более быстрой и эффективной для подстанций и линий передач энергии.

При этом линии передачи энергии получат минимальные повреждения в случае КЗ, как и генераторы, трансформаторы и другие устройства. Кроме того, такая защитная система служит дополнительной безопасностью для человека и окружающей среды.

В заключение советуем посмотреть следующее видео. В нём специалист подробнее рассматривает принцип работы токовой защиты с последовательностью, равной нулю:

Это основная информация о данном виде токовой защиты, которым сегодня снабжают многие линии передач энергии. У компании энергоснабжения Вы можете узнать, есть ли у ваших линий передач энергии подобная система защиты!

Принцип работы токовой направленной защиты нулевой последовательности в электрических сетях 110 кВ

Прежде чем рассматривать трансформаторы тока нулевой последовательности, нужно остановится на обычных трансформаторах. Все устройства этого типа разделяются на трансформаторы тока и напряжения. Они применяются для измерений токов и напряжений с большими величинами. На одну из обмоток подается ток или напряжение, которое требуется измерить, а на выходе второй обмотки снимаются уже преобразованные, как правило пониженные значения этих параметров.

Через трансформаторы тока наиболее часто подключаются магнитоэлектрические вольтметры и параллельные цепи, а трансформаторы напряжения соединяются с амперметрами и другими последовательными цепями.

Трансформаторы нулевой последовательности также относятся к токовым измерительным приборам. От других видов трансформаторных устройств они отличаются назначением и принципом работы. Основной функцией данных приборов является регистрация токовых утечек или отсутствия фазы при коротком замыкании в трехфазных кабелях. Когда в жилах таких кабелей возникает асимметрия токов, это приводит к появлению на выходе вторичной обмотки сигнала небаланса. Далее этот сигнал уходит к контрольному устройству, с помощью которого отключается питание поврежденного кабеля. Подключение трансформатора тока нулевой последовательности осуществляется не к каждой фазе. Он соединяется сразу со всеми жилами кабеля.

Таким образом, принцип работы этих устройств основан на выделении сигнала через трансформацию токов нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю. Они применяются в сетях с изолированной нейтралью и схемах релейной защиты. Благодаря нормированному коэффициенту трансформации, который может переключаться во вторичной обмотке, становится возможной эффективная и точная настройка релейной защиты.

Выпуск трансформаторов производителями осуществляется в различных модификациях. Основными техническими характеристиками являются номинальное напряжение и частота, коэффициент трансформации, испытательное одноминутное напряжение, односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки. Они имеют различные габариты, обеспечивающие возможность подключения сразу к нескольким одножильным кабелям, сечением до 500 мм2.