Защиты от ОЗЗ

Зависимость полярности обмоток от маркировки силовых трансформаторов

Фаза	Вид маркировки	Полярность обмоток
А	А − Х а − х	А, а − однополярные концы
B	B − Y в − у	В, в – однополярные концы
C	С − Z c − z	С, с − однополярные концы

Разные фазы ВЛ представляют собой одновитковые катушки, связанные взаимной индуктивностью.

Очевидно, что однополярными концами являются разные фазы, подключенные к одним шинам, т. е. все провода линии, включая и трос, с одного конца являются однополярными.

Особо рассмотрим случай, когда имеются трансформаторные связи, т. е. когда ветви с взаимоиндукцией имеют разное число витков. В этом случае решение задачи может идти двумя путями. Первый, наиболее простой путь, когда все параметры трансформатора и элементов, соединенных с ним, приведены к одной ступени напряжения и обмотки трансформатора рассматриваются как обычные ветви с взаимоиндукцией. Второй путь, когда сопротивления приведены к своей ступени напряжения. В этом случае необходимо помимо уравнений контурных токов составить уравнение равновесия намагничивающих сил:

.

Если учесть, что при расчетах током намагничивания пренебрегаем (принимаем равным нулю), получаем дополнительное уравнение

.

Для иллюстрации способа составления контурных уравнений цепей со взаимоиндукцией между ветвями составим уравнения для схемы (рис. 2.12).

В каждой из ветвей находятся индуктивно связанные катушки. Цифрой 1 обозначены начала обмоток, цифрой 2 − концы.

Для выбранного направления обхода контуров составим контурные уравнения

;

.

В рассматриваемой системе неизвестны,. Найдя токи контуров, определим токи в ветвях.

Рис. 2.12. Схема замещения

Используя матричную алгебру, можно видоизменить форму записи контурных уравнений. Вторая матрица инциденций N позволяет осуществить суммирование напряжений по контурам схемы. Запишем контурные уравнения в матричном виде

(2.1)

или

, (2.2)

где – матрица сопротивлений ветвей контура; – токи ветвей; – ЭДС в ветвях.

Если обозначить через матрицу контурных токов, то токи в ветвях можно выразить через контурные токи:

. (2.3)

Подставим значение токов в ветвях в выражение (2.2), получим

или

,

где – матрица контурных сопротивлений; – матрица контурных ЭДС.

Контурные сопротивления можно применить и в том случае, когда схема содержит в качестве активных параметров кроме ЭДС в ветвях задающие токи в узлах.

В этом случае в соответствии с [28, 60] матричное контурное уравнение имеет вид

, (2.4)

где – матрица задающих токов; – подматрица, относящаяся к дереву схемы; – матрица собственных сопротивлений дерева схемы; – матрица взаимных сопротивлений между ветвями дерева и хордами.

Если обозначить

,

, то из (2.4) получим матричное уравнение для определения контурных токов

.

Зная контурные токи, находим по (2.3) токи ветвей.

Расчет режима замыканий в ФК является наиболее предпочтительным для сетей 10−35 кВ, так как позволяет рассчитывать все виды коротких замыканий и замыканий на землю. Кроме того для случая ОЗЗ метод ФК позволяет более полно учесть параметры элементов сети, что позволяет повысить точность расчета.

Сразу следует отметить, что качественные селективные защиты от ОЗЗ по ряду причин на энергетических предприятиях отсутствуют (по статистике селективные токовые защиты от ОЗЗ отсутствуют на 80 % подстанций России), и в сетях поиск поврежденного присоединения при ОЗЗ в основном ведется поочередным отключением присоединений.

Несмотря на десятилетия эксплуатации защит от ОЗЗ, до сих пор отсутствует, например, методика расчета уставок и проверки чувствительности направленных токовых защит от ОЗЗ. Нет качественной информации относительно видов и величин некоторых составляющих небаланса, которые могут оказать существенное влияние на выбор уставок таких защит. В результате из-за неправильного выбора уставок эффективность чувствительных защит от ОЗЗ дополнительно снижается.

Как правило, даже зная уставку реле, невозможно точно рассчитать ток срабатывания защиты от ОЗЗ, установленной на кабельных линиях, особенно при наличии «пучков кабелей». На практике приходится уточнять ток срабатывания путем натурных испытаний.

Также имеются трудности с выбором уставок и проверкой чувствительности токовых защит нулевой последовательности на воздушных линиях электропередачи. В качестве источников тока нулевой последовательности здесь часто приходится использовать трехтрансформаторные фильтры, небаланс на выходе которых может быть весьма большим, что вызывает необходимость выбора большого тока срабатывания. А при ОЗЗ на ВЛ с падением провода на землю, в месте замыкания могут возникать большие, порядка 5−7 кОм и более, переходные сопротивления, что приводит к значительному уменьшению токов и напряжения нулевой последовательности и снижает чувствительность защиты поврежденного присоединения.

Как показано выше, характер процессов, протекающих в сети при ОЗЗ, в большой степени зависит от режима заземления нейтрали. Эксплуатируемые в российских сетях с изолированной и компенсированной нейтралью защиты далеки от совершенства. Требуется разработка новых, более совершенных защит от ОЗЗ и способов устранения ОЗЗ.

В настоящее время в России и за рубежом применяются следующие основные разновидности защит от ОЗЗ [99, 100, 39, 72, 71, 59, 43]:

1. Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности.

2. Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности.

3. Направленные защиты, реагирующие на составляющие промышленной частоты тока и напряжения нулевой последовательности.

4. Защиты, фиксирующие «наложенный» ток с частотой, отличной от промышленной.

5. Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности, возникающие естественным путем.

6. Защиты, реагирующие на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности в переходном процессе ОЗЗ.