Меню

Ток нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью

Объявления

Если вы интересуетесь релейной защитой и реле, то подписывайтесь на мой канал

Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Советы бывалого релейщика → Спрашивайте — отвечаем → Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений 14

1 Тема от dronos 2017-09-21 12:16:10

  • dronos
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2017-04-18
  • Сообщений: 134
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Тема: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Коллеги, при расчете ОЗЗ у меня возникли непонятки в пониманиях терминов.
При расчете ОЗЗ отстраивается от собственного емкостного тока. А «бублики» называются трансформаторами тока нулевой последовательности.
Как соосносятся ёмкостные токи и токи нулевой последовательности. Я так минимаю это не совсем одно и тоже.
Разясните кто понимает о чем речь.

2 Ответ от retriever 2017-09-21 13:02:04 (2017-09-21 13:08:04 отредактировано retriever)

  • retriever
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2012-11-26
  • Сообщений: 2,394
  • Репутация : [ 11 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Как соосносятся ёмкостные токи и токи нулевой последовательности. Я так минимаю это не совсем одно и тоже.

применительно к вашей задаче вопрос в чем состоит?

Ток нулевой последовательности равен I0=Uk0/Z0
Z0 состоит из Z0проводов и Z0емкостей. Z0проводов 3 Ответ от dronos 2017-09-21 14:36:33

  • dronos
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2017-04-18
  • Сообщений: 134
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

На одном из форумов я нашел следующиее обяснение:

Токов нулевой последовательности в реальной жизни нет, разложение электрических величин (тока, напряжения, сопротивления) на состравляющие прямой, обратной, нулевой последовательности- это удобный математический ход описания (моделирования) реальных физических процессов возникающих (в частности если говорить про токи нулевой последовательности) при несимметричных режимах эл.цепей, в то время КАК токи третьей гармоники реально существуют.
разложение токов на последовательности пошло из теории электрических машин
вкратце:
1)Токи прямой последовательности «ответственны» за создание магнитного поля вращающегося синхронно с ротором
2)Токи обратной последовательности «ответственны» за создание обратно-синхронно магнитного поля
2)Токи нулевой последовательности «ответственны» за создание полей рассеяния обмотки якоря
Эти поля есть, и в реальности накладываясь одно на другое они создают НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ,но их как бы «рассредоточили»
Токи третей (и более высших) гармоник ничего общего с токами нулевой пос-ти не имеют
вкратце:
так как появилось НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, в состав которого входят пульсирующие поля, обратно-синхронные поля. то это приведёт к тому что привычная синусоида тока (например на выводах генератора) исказиться , говорят что имеют место высшие гармоники, т.е. искаженную из-за НЕКОТОРОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ синусоду можно разложить в ряд Эйлера-Фурье,где каждая гармоника-уже ПРИВЫЧНАЯ синусоида но меньшей амплитуды (вобще количество гармоник бесконечно, но часто ограничеваются тремя)

Ток нулевой последовательности — по определению — это сумма токов трех фаз.
Если ток трех фаз содержат только первую гармонику, симметричны (равны по величине и имеют начальные фазы сдвинутые на 120 эл. градусов ), то их сумма равна нулю.
Если тока фаз содержат в себе кроме первой гармоники еще и третью, то при их суммировании надо учитывать, что начальные фазы третьих гармоник надо умножить на 3. В этом случае получается 120*3=360. И синусоиды третьих гармоник фаз А,В и С поэтому имеют одинаковую начальную фазу и складываясь дают утроенный ток третьей гармоники в нулевом проводе.

что считаете по этому поводу?

4 Ответ от matu 2017-09-21 15:14:01

  • matu
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2013-02-21
  • Сообщений: 716
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

В принципе все написано корректно. В чем у вас недопонимание? Понятия «емкостные токи» и «токи нулевой последовательности» частот используют как синонимы. Однако, в симметричном режиме за счет собственной емкости оборудования от источника к кабелю также текут емкостные токи, однако они (при условии симметрии ЭДС источника и сети) составляют систему прямой последовательности.
При замыкании на землю симметрия проводимостей на землю нарушается, и появляются токи нулевой последовательности. А характер этого тока уже емкостный, т.к. сопротивление, которое в основном и определяет ток ОЗЗ, носит емкостный характер.

5 Ответ от High_Voltage 2017-09-21 15:21:49

  • High_Voltage
  • High_Voltage
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Откуда: ХМАО-Югра
  • Зарегистрирован: 2014-03-07
  • Сообщений: 1,250
  • Репутация : [ 1 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

в то время КАК токи третьей гармоники реально существуют.

Их тоже физически нет, есть несинусоидальный ток, который математически раскладывается на несколько синусоидальных

Добавлено: 2017-09-21 19:21:49

Понятия «емкостные токи» и «токи нулевой последовательности» частот используют как синонимы

И в чем их схожесть?

6 Ответ от retriever 2017-09-21 15:24:48

  • retriever
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2012-11-26
  • Сообщений: 2,394
  • Репутация : [ 11 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Боюсь, что с первого раза в это дело лучше не лезть.

Если вы рассчитываете уставки защиты от ОЗЗ отстройкой от емкостных токов, то про гармоники можно в первом приближении забыть, принять ток синусоидальным и все. Третьей гармоники у вас не будет. Сумма фазных токов Вашей линии не будет равна нулю, т.к. из-за ОЗЗ неповреженные фазы через свои емкости будут гнать ток в другие линии (отходящие от того же РУ) — первый закон Кирхгофа.

7 Ответ от stoyan 2017-09-21 15:27:09

  • stoyan
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2011-05-04
  • Сообщений: 1,393

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Как соосносятся ёмкостные токи и токи нулевой последовательности

При ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью, токи нулевой последовательности являются чисто емкостными. Вот такая связь. Просто для других токов нет замкнутого контура для протекания. Ключевое слово — при ОЗЗ. В нормальном режиме емкостные токи образуют трехфазную систему векторов на 120 град.

8 Ответ от matu 2017-09-21 15:47:47

  • matu
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2013-02-21
  • Сообщений: 716
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Сказать что это одно и тоже я не могу. Но в контексте повреждения изоляции на землю возникают емкостные токи, составляющие систему нулевой последовательности. Поэтому в технической литературе часто под емкостным током и током нулевой последовательности понимают одно и тоже.

9 Ответ от retriever 2017-09-21 16:14:19

  • retriever
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2012-11-26
  • Сообщений: 2,394
  • Репутация : [ 11 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Но в контексте повреждения изоляции на землю возникают емкостные токи, составляющие систему нулевой последовательности.

1) Нет принципиальной разницы между расчетом сети с изолированной и глухо заземленной нейтрали, разница только в численных данных.
Так же, как и при расчете ТКЗ в сетях 110 и выше, линии моделируются П-образной схемой, продольная ветвь (и ее Z0) индуктивная, поперечные ветви (и, соотв., их Z0) емкостные.
2) При расчете ОЗЗ нужно будет сложить последовательно одну «ногу» П-образной схемы с продольной ветвью, результат запараллелить со второй «ногой». Т.к. продольное Z0 мало по сравнению с поперечным, можно считать, что «ноги» П-схемы соединены сверху и снизу накоротко.
Из-за таких допущений и получается, что ток нулевой последовательности чисто емкостный.

10 Ответ от dronos 2017-09-22 08:24:31 (2017-09-22 10:56:12 отредактировано dronos)

  • dronos
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2017-04-18
  • Сообщений: 134
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

При ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью, токи нулевой последовательности являются чисто емкостными.

В таком случае возникает второй непонятный для меня вопрос. Все мы знаем что вектора индуктивных и емкостных токов противоположно направлены и компенсируют друг друга. Как в таком случае получается что при наличии в составе полной нагрузки достаточно большого процента индуктивной нагрузки, которую для увеличения косинуса фи приходится компенсировать подключением конденсаторной установки, емкостные токи кабельных линий не компенсируются индуктивной нагрузкой потребителя. По логике вещей если индуктивная нагрузка такой величены что ее приходиться компенсировать аккумуляторной батареей, емкостные токи кабельныйх линий должны быть скомпенсированы априори. Где я что упустил или в чем не прав?

11 Ответ от Medvedb 2017-09-22 08:51:45

  • Medvedb
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2011-12-08
  • Сообщений: 400
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

В том то и дело, в фазных токах они практически не заметны Для это и придумали применять симметричные составляющие, чтобы отлавливать несимметрию, в данном случае поперечную. Суммируя фазные токи в бублике вы сразу отлавливаете наличие утечки (емкостные токи), которые равны математически 3Io

Читайте также:  Термопаста проводит электрический ток или нет

12 Ответ от matu 2017-09-22 08:53:04

  • matu
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2013-02-21
  • Сообщений: 716
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Как в таком случае получается что при наличии в составе полной нагрузки долстаточно большого процента индуктивной нагрузки, которую для увеличения косинуса фи приходится компенсировать подключением конденсаторной установки, емкостные токи кабельных линий не компенсируются индуктивной нагрузкой потребителя.

Емкость сети невелика, и токи емкостные токи соответственно также незначительны по сравнению с током нагрузки. Они безусловно компенсируют некоторую часть реактивной мощности нагрузки и повышают косинус, но в целом их влияние ничтожно мало, чтобы быть ощутимым. В этой теме как раз возникла путаница из-за векторной диаграммы ненагруженного РП, в котором присоединение генерировало реактив http://rzia.ru/topic8783-vektornaya-dia … atsya.html

13 Ответ от dronos 2017-09-22 09:19:19 (2017-09-22 10:33:12 отредактировано dronos)

  • dronos
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2017-04-18
  • Сообщений: 134
  • Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

matu,
Если емкостный ток компенсируется индуктивной нагрузкой как же в таком случае происходит сработка ОЗЗ если ток нулевой последовательности это по сути емкостный ток? По идее емкостного тока быть не должно и соотведственно сработки ОЗЗ.

14 Ответ от retriever 2017-09-22 10:40:19 (2017-09-22 10:42:22 отредактировано retriever)

  • retriever
  • Пользователь
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2012-11-26
  • Сообщений: 2,394
  • Репутация : [ 11 | 0 ]

Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.

Если емкостный ток компенсируется индуктивной нагрузкой как же в таком случае происходит сработка ОЗЗ если ток нулевой последовательности это по сути емкостный ток? По идее емкостного тока быть не должно и соотведственно сработки ОЗЗ.

Сопротивление нулевой последовательности нагрузки стремится к бесконечности, если она соединена в треугольник или звезду без нуля.
Поэтому ток НП через нагрузку и не идет, он идет через емкости и линию. А индуктивность линии слишком мала, чтобы перебить емкость.

Вот если бы вы пытались найти емкостные токи прямой или обратной последовательности, то на фоне нагрузки их действительно увидеть невозможно.

Проще говоря, если нагрузка не имеет соединения с землей (нейтрали), то ушедший в землю ток через нагрузку не течет.

Источник

Что такое напряжение нулевой последовательности? Схемы, применение, физический смысл

Иногда в электроустановках может произойти разрушение изоляции, что приводит к утечкам тока. С целью контроля подобных токовых утечек было создано специальное устройство – трансформатор тока нулевой последовательности, нашедший применение также и в устройствах защитного отключения. Данные трансформаторы обнаруживают в нейтрали небаланс или токи нулевой последовательности. Если замыкается одна из фаз, происходит фиксация общих фазных токов, превышающих допустимое значение, после чего вся цепь своевременно отключается.

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 увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Принципиальная схема простейшей ТЗНП Прямая, обратная и нулевая последовательность Форма напряжения в трехфазной сети

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о 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.

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

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.

Читайте также:  Механический источник тока сторонние силы

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 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 направлена в линию. В других случаях, при «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

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.

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

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.

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

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.

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.

Источник

Что такое напряжение нулевой последовательности? Схемы, применение, физический смысл

Система трехфазных напряжений в нормальном режиме работы является симметричной. Но, стоит произойти короткому замыканию, как симметрия нарушается. Для удобства распознавания видов КЗ и проведения расчетов применяется метод симметричных составляющих. Согласно ему любую трехфазную систему с момента КЗ можно, для удобства расчетов, представить в виде суммы напряжений трех симметричных систем:

  • прямой последовательности;
  • обратной последовательности;
  • нулевой последовательности.

Все они являются мнимыми величинами, не существующими на самом деле. Но с помощью некоторых ухищрений их можно сделать реально осязаемыми, и применить на практике.

Устройства, выделяющие из системы трехфазных напряжений напряжение нужной последовательности, называют фильтрами. Рассмотрим одно из таких устройств, применяемое на практике для фиксации замыканий на землю.

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

Читайте также:  Все стандартные сигналы постоянного тока

napryg 3

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

napryg 2

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

napryg 4

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о ТЗНП смотрите ниже:

Сигнализация о замыкании на землю

В сетях 6-10 кВ, где нейтраль изолирована, работа с «землей» возможна некоторое время. Но замыкание нужно активно искать. И чем раньше начнется поиск, тем лучше.

Для контроля изоляции используются вольтметры, подключенные к обмоткам ТН на фазные напряжения.

В сети без повреждений все они показывают одинаковую величину. Стоит случиться однофазному замыканию, как показания вольтметра поврежденной фазы снизятся. Вольтметр покажет ноль при полном устойчивом КЗ. Так определяется фаза с повреждением.

Но, чтобы взглянуть на вольтметры, нужно сгенерировать предупредительный сигнал.

Для этого используется контроль величины 3Uo с помощью реле.

При его срабатывании зажигается табло, привлекающее к себе внимание.

Величину 3Uo принято регистрировать с помощью самопишущих приборов, а также она обязательно записывается аварийными осциллографами или микропроцессорными терминалами в момент любой аварии, даже не связанной с замыканиями на землю.

Еще один пример применения сигнализации, работающей от 3Uo, связан с эксплуатацией установок компенсации емкостных токов.

Отключать разъединитель дугогасящей катушки запрещено при наличии «земли» в сети. Для этого рядом с коммутационным устройством устанавливается индикаторная лампа, либо блок-замок рукоятки блокируется при наличии 3Uo системой автоматики.

Использование 3Uo в составе защит

В сетях с изолированной нейтралью совместное использование напряжений и токов нулевой последовательности позволяет определить направление на точку короткого замыкания. Но в настоящее время существуют более эффективные методы точного определения места повреждения в этих сетях.

Гораздо большую пользу подобная схема приносит в сетях в глухозаземленной нейтралью (ЛЭП-110 кВ и выше).

Подключение напряжения 3Uo (нулевой последовательности) и тока 3Io к обмоткам реле направления мощности позволяет определить, произошло ли однофазное КЗ в линии или вне ее. Так обеспечивается селективность работы защиты от однофазных замыканий на землю.

Источник



Что такое токовая защита нулевой последовательности

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:

Трехфазная сеть

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.

Векторная диаграмма трехфазной сети

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.

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:

Схема ТЗНП

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.

Трансформаторы тока

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!

Материалы по теме:

Источник

Adblock
detector