Что нужно знать о токовой защите нулевой последовательности: определения, характеристика и область применения
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.
Особенности конструкции и принцип работы
Принцип работы трансформаторов тока основан на использовании закона электромагнитной индукции.
Прибор состоит из следующих элементов:
- первичной и вторичной обмоток;
- замкнутого сердечника (магнитопровода).
Обмотки накручены вокруг сердечника, изолированно от него и друг от друга. Иногда первичная обмотка может заменяться медной или алюминиевой шиной. Трансформация величины электрического тока происходит за счёт разницы количества витков первичной и вторичной обмоток. В большинстве случаев устройство предназначено для снижения показателя тока, поэтому вторичная обмотка выполняется с меньшим количеством витков, нежели первичная.
Электроток подаётся на первичную обмотку при последовательном подключении. В результате на катушке формируется магнитный поток и наводится электродвижущая сила, вызывающая возникновение тока на выходной катушке.
К выходной обмотке подключают потребляющий прибор, в зависимости от целей, для которых используется устройство.
Некоторые устройства выполняются с несколькими выходными катушками, что позволяет путём переключения изменять величину трансформации электрического тока. В целях безопасности, для обеспечения защиты при пробое изоляции, выходной контур заземляется.
ПРИМЕРЫ РАСШИФРОВКИ НАИМЕНОВАНИЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТМ — 100/35 — трансформатор трёхфазный масляный с естественной циркуляцией воздуха и масла, номинальной мощностью 0,1 МВА, классом напряжения 35 кВ;
ТДНС — 10000/35 — трансформатор трёхфазный с дутьем масла, регулируемый под нагрузкой для собственных нужд электростанции, номинальной мощностью 10 МВА, классом напряжения 35 кВ;
ТРДНФ — 25000/110 — трансформатор трёхфазный, с расщеплённой обмоткой, масляный с принудительной циркуляцией воздуха, регулируемый под нагрузкой, с расширителем, номинальной мощностью 25 МВА, классом напряжения 110 кВ;
АТДЦТН — 63000/220/110 — автотрансформатор трёхфазный, масляный с дутьём и принудительной циркуляцией масла, трёхобмоточный, регулируемый под нагрузкой, номинальной мощностью 63 МВА, класс ВН — 220 кВ, класс СН — 110 кВ;
АОДЦТН — 333000/750/330 — автотрансформатор однофазный, масляный с дутьём и принудительной циркуляцией масла, трёхобмоточный, регулируемый под нагрузкой, номинальной мощностью 333 МВА, класс ВН — 750 кВ, класс СН — 500 кВ.
Газовая защита
Скажу честно, я ни разу не применял полноценную газовую защиту для трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, однако, ПЭУ допускает такую возможность.
Иногда в герметичных масляных трансформаторах (типа ТМГ) применяют простое реле давление и его контакт отправляют в терминал защиты. Назвать такую защиту газовой сложно, но по принципу действия они похожи.
В общем будьте готовы увидеть эту защиту на таких трансформаторах, но не сильно удивляйтесь, если ее не будет.
На этом закончим рассмотрение трансформатора и перейдем к защитам и автоматики ввода 6(10) кВ
4.Защита нулевой последовательности на токах высших гармоник.
Так как основной недостаток защит, использующих токи и напряжения НП промышленной частоты, в том, что они не способны работать в сетях с компенсированной нейтралью из-за отсутствия устойчивого полезного сигнала 50 Гц, то были разработаны защиты от однофазных замыканий на землю, реагирующие на высшие гармоники электрических величин. При возникновении дуговых ОЗЗ содержание высших гармонических составляющих в сети резко увеличивается, особенно в токе повреждённой линии, где их доля значительно больше, чем в токах нулевой последовательности неповреждённых линий. Эти процессы наблюдаются в сетях всех видов заземления нейтрали.
Общие недостатки устройств, выполненных с использованием высших гармоник:
— вероятность отказа в срабатывании при ОЗЗ через переходные сопротивления;
— нестабильность состава и уровня высших гармоник в токе НП.
Условия селективности несрабатывания при внешних ОЗЗ и устойчивости срабатывания при внутренних повреждениях для устройств абсолютного замера высших гармоник обеспечиваются в основном на крупных подстанциях и электростанциях с большим числом присоединений.
Особенности работы ТН в сетях с изолированной и заземленной нулевой точкой
Электрические высоковольтные сети имеют два исполнения: с изолированной нулевой шиной, либо с компенсированной и заземленной нейтралью. Первый режим подсоединения нулевой точки позволяет не отключать сеть при однофазных (ОЗ) или дуговых замыканиях (ДЗ). ПУЭ допускают работу линий с изолированной нейтралью до восьми часов при однофазном замыкании, но с оговоркой, что в это время ведутся работы по устранению неисправности.
Повреждение электрооборудования возможно из-за повышения фазного напряжения до линейного и последующего за этим появления дуги, носящей переменный характер. Независимо от причины возникновения и режима работы это наиболее опасный вид замыканий с большим коэффициентом перенапряжения. Именно в этом случае велика вероятность появления феррорезонанса в сети.
Феррорезонансный контур в силовых сетях с изолированной нейтралью представляет собой цепочку нулевой последовательности с нелинейным намагничиванием. Трехфазный не заземляемый ТН по сути – это три однофазных трансформатора, соединенные по схеме звезда-звезда. При перенапряжениях в зонах, где он установлен, индукция в его сердечнике увеличивается примерно в 1,73 раза, являясь причиной появления феррорезонанса.
Для защиты от этого явления разработаны особые методы:
- изготовление ТН и ТТ с низкой собственной индукцией;
- включение в их цепь дополнительных демпферных элементов;
- изготовление 3-хфазных трансформаторов с единой магнитной системой в 5-тистержневом исполнении;
- заземление нейтрального провода через токоограничивающий реактор;
- использование компенсационных обмоток и т.п.;
- применение релейных схем, защищающих обмотки ТН от сверхтоков.
Эти меры защищают измерительные ТН, но полностью не решают проблему безопасности. Помочь в этом могут заземляемые приборы, устанавливаемые в сетях с изолированной нейтральной шиной.
Характер работы трансформаторов пониженного напряжения в режимах с заземленной нейтралью отличается повышенной безопасностью и существенным снижением феррорезонансных явлений. Кроме того, их использование повышает чувствительность и селективность защиты при однофазном замыкании. Такой подъем становится возможным благодаря тому, что индуктивная обмотка трансформатора включается в цепь заземления и кратковременно увеличивает ток через установленное в ней устройство защиты.
В ПУЭ приводится обоснование допустимости кратковременного заземления нейтрали небольшой индуктивностью обмотки ТН. Для этого в сети используется автоматика, которая силовыми контактами при возникновении ОЗ через 0,5 секунды ненадолго подключает трансформатор к сборным шинам. Благодаря эффекту глухозаземленной нейтрали при однофазном замыкании на землю в защитной цепи начинает течь ток, ограниченный индуктивностью ТН. Вместе с тем его величина достаточна для того, чтобы сработала аппаратура защиты от ОЗ и создала условия для гашения опасного дугового разряда.
7. Ссылки и литература
1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987. – 315 с.
2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов. 2-изд. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-310 с.
3. Правила технической эксплуатации электроустановок. Утвержден приказом Минтопэнерго Украины от 25.07.2006 г.
4. ГОСТ Р 52719–2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 2007. – 45 с.
5. ГОСТ 12.2.007.0–75. Система стандартов безопасности труда. Издание электротехническое. Общие требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 12 с.
6. ГОСТ 12.2.007.2–75. Система стандартов безопасности труда. Трансформаторы силовые и реакторы электрические. Требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 5 с.
2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
2.2 Трансформатор выполняется с двумя уровнями изоляции «а» или «б» по ГОСТ 1516.3-96.
2.3 Уровень частичных разрядов изоляции первичной обмотки всех трансформаторов не превышает 20 пКл при напряжении измерения 7,62 кВ.
2.4 Класс нагревостойкости трансформатора «В» по ГОСТ 8865-93.
Таблица 1 – Основные параметры трансформатора
Наименование параметра
Значение параметра
Класс напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ
Наибольшее рабочее напряжение первичное обмотки, кВ
Номинальное напряжение первичной обмотки (А;В;С;Х), кВ
Номинальное напряжение первой основной вторичной обмотки (a1;в1;с1), В
Номинальное напряжение второй основной вторичной обмотки (a2;в2;с2;о2), В
Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки (ад;хд), В
Номинальный класс точности основных вторичных обмоток в диапазоне нагрузок 0,0 ÷ 1,0 Sном:
Номинальные междуфазные трехфазные мощности основных вторичных обмоток, ВА при их одновременной нагрузке при cos φ=0,8:
Номинальный класс точности дополнительной вторичной обмотки (ад;хд)
Номинальная мощность дополнительной вторичной обмотки (ад;хд) при однофазном замыкании на землю, ВА
Напряжение на выводах дополнительной вторичной обмотки (ад;хд), В:
— при симметричном режиме работы сети
— при замыкании одной из фаз на землю
Предельная мощность вне класса точности, ВА:
— первичной обмотки (А,В,С);
— дополнительной вторичной обмотки (ад;хд)
Номинальная частота, Гц
Группа соединения обмоток
2.5 Трансформаторы НАЛИ-НТЗ-6-01, НАЛИ-НТЗ-10-01 представляют собой трансформаторы НАЛИ-НТЗ-6, НАЛИ-НТЗ-10 с установленными предохранительными устройствами (номинальный ток предохранителей 0,63 А). Ампер-секундная характеристика приведена на рисунке 1.
2.6 Уровень частичных разрядов (ЧР) изоляции трансформаторов не превышает значений, указанных в таблице 2.
Класс напряжения, кВ
Напряжения измерения ЧР, кВ
Допускаемый уровень ЧР, пКл
2.7 Трансформаторы, предназначенные для использования в системах нормальной эксплуатации АС, относятся к классу 4 по НП-001-97 (ПНАЭГ-01-011).
Трансформаторы, предназначенные для использования в системе важной для безопасности нормальной эксплуатации АС, относятся к классу 3 и имеют классификационное обозначение 3Н по НП-001-97 (ПНАЭГ-01-011).
Трансформаторы, предназначенные для использования в системе безопасности АС, относятся к классу 2 и имеют классификационное обозначение 2О по НП-001-97 (ПНАЭГ-01-011).
3.1 Трансформатор состоит из трехфазного трехстержневого трансформатора прямой (обратной) последовательности и однофазного двухстержневого трансформатора нулевой последовательности, выполнен в виде опорной конструкции. Общий вид трансформатора, габаритные, установочные и присоединительные размеры приведены в приложении А. Корпус трансформатора выполнен из эпоксидного компаунда, который одновременно является главной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий.
3.2 Выводы первичных обмоток «А, В, С, Х» расположены на верхней поверхности трансформатора. Три вторичные обмотки: первая основная «а1; в1; с1» предназначенная только для коммерческого учета, вторая основная «а2; в2; с2; о2» предназначенная для измерений и защиты, и дополнительная обмотка «ад; хд» – расположены в нижней части трансформатора.
3.3 Принципиальная электрическая схема соединения обмоток трансформатора приведена приложении Б.
3.4 Для защиты от коррозии все соприкасающиеся с окружающим воздухом металлические поверхности трансформатора имеют защитное покрытие.
3.5 На трансформатор устанавливается прозрачная крышка с возможностью пломбирования для защиты вторичных выводов от несанкционированного доступа.
4 АНТИРЕЗОНАНСНЫЕ СВОЙСТВА
4.1 Трансформатор выдерживает однофазные металлические и дуговые замыкания сети на землю (в том числе и через прерывистую дугу) без ограничения длительности.
4.2 Трансформатор не вступает в устойчивый феррорезонанс с емкостями любой сети (в том числе и с емкостями ненагруженных шин).
4.3 Трансформатор выдерживает повышение напряжения, вызванное феррорезонансом между емкостями сети и индуктивностями намагничивания других трансформаторов, как силовых, так и измерительных (в том числе и при опрокидывании фазы напряжения сети).
ВНИМАНИЕ! При опрокидывании фазы напряжения сети на основной частоте возможно длительное повышение фазных напряжений на вторичных обмотках до 3-х кратных значений. В частности, на выводах вторичной дополнительной обмотки (ад и хд) возможно повышение напряжения до 300 В частоты 50 Гц.
4.4 Антирезонансные свойства трансформатора обеспечиваются отсутствием несимметрии фазных сопротивлений трансформаторапри любом состоянии первичной сети. Устойчивость трансформатора при опрокидывании фазы сетевого напряжения дополнительно обеспечивается двух-трехкратным снижением номинальной индукции в магнитопроводе трансформатора нулевой последовательности.
4.5 Защитное заземление вторичных цепей основных обмоток трансформаторов напряжения рекомендуется устанавливать на нейтраль звезды Y вторичных обмоток, а защитные автоматы устанавливать в фазных проводах (a, b, c). Устанавливать защитное заземление на выводах фазы b не рекомендуется, во избежание короткого замыкания обмотки фазы b при пробое изоляции нейтрального (нулевого) провода.
5 РАЗМЕЩЕНИЕ И МОНТАЖ
5.1 Трансформатор устанавливают в шкафах КРУ(Н) в соответствии с чертежами этих изделий. Крепление трансформатора на месте установки производится с помощью четырех болтов М12 к швеллерам, на которые установлен трансформатор.
5.2 Провода, присоединяемые к вторичным выводам трансформатора должны быть снабжены наконечниками или свернуты в кольцо под винт М6 и облужены.
5.3 Максимальное сечение проводов, присоединяемых к выводам трансформатора должно быть: Для «А, В, С» — не более 10 мм 2 ; для остальных выводов – не более 4 мм 2 .
5.4 Длина пути утечки внешней изоляции – не менее 230 мм.
5.5 Выбор уставок автомата, установленного во вторичной цепи, должен определяться с учетом токов короткого замыкания, приведенных в таблице 3.
5.6 При монтаже обеспечьте соответствие маркировки вводов А, В и С соответствующим фазам первичной сети и их и прямому чередованию.