Плавкие предохранители и расцепители автоматических выключателей включаются на полные фазные токи. Этим определяется необходимость их отстройки-; и от максимального рабочего тока защищаемой линии, который оказывается соизмеримым с током повреждения, проходящим через защиту при однофазных коротких замыканиях в конце протяженной (около 1 км) защищаемой линии.
Токи однофазного короткого замыкания меньше токов при повреждениях между фазами из-за значительного сопротивления петли фаза—нуль, а также из-за сопротивления нулевой последовательности силовых трансформаторов, особенно с соединением обмоток Y/Yо. Поэтому чувствительность предохранителей и расцепителей автоматических выключателей при однофазных коротких замыканиях часто оказывается недостаточной.
Для воздушной линии характерным повреждением является обрыв провода и падение его»на землю. Это повреждение является основной причиной поражения людей и животных, возникновения пожаров, особенно в сельское местности. Сопротивление растеканию оборванных и касающиеся земли проводов воздушных линий напряжением до 1000 В изменяется в широких пределах. Поэтому обеспечить защиту от однофазных коротких замыканий на землю в сельских сетях значительна сложнее, чем в сетях промышленных предприятий и городов.
Использование тока нулевой последовательности позволяет выполнить защиту более чувствительной, так как необходимость ее отстройки от максимального рабочего тока отпадает. Такую защиту можно включить в нулевой провод защищаемой линии или на фильтр тока нулевой последовательности. При срабатывании она должна действовать на отключение коммутационного аппарата. Им может быть автоматический и выключатель или управляемый предохранитель.
Имеется ряд предложений по выполнению такой защиты. Принципиальная схема защиты типа ФО-04 [34] показана на рис. 5.7, а. Защита содержит двухполупериодный выпрямитель VS, подключаемый к однотрансформаторному фильтру тока нулевой последовательности TAZ, элемент сравнения напряжения на конденсаторе С с постоянным напряжением, определяемым неоновой лампой HV, и исполнительный тиристор VDT. При равенстве указанных напряжений неоновая лампа открывает триодный тиристор в цепи электромагнита отключения YAT (независимого расцепителя). Коммутационный аппарат отключается. Скорость нарастания напряжения на конденсаторе С определяется током повреждения. Поэтому защита имеет зависимую от тока выдержку времени (рис. 5.7, б), определяемую сопротивлением резисторов R4, R5. Минимальные выдержки времени в независимой части уставки равны tс.з.у=0,3; 0,6 с. С помощью резисторов R 1 — R 3 можно установить три значения (уставки) тока срабатывания: I с.з.у = 30, 60, 90 А. Резистор R6 необходим для ограничения тока разряда неоновой лампы.
Недостатком защиты типа ФО-0,4 является необходимость отстройки тока срабатывания от тока максимальной рабочей несимметрии, который может достигать половины максимального рабочего тока линии. Разработана защита не требующая отстройки от токов несимметрии. Селективное действие защиты достигается за счет сравнения фаз токов, проходящих в линиях и в нейтрали трансформатора. Однако защита может подействовать неселективно, например при обрыве нулевых проводов.
Более удачным решением, обеспечивающим селективность и требуемую чувствительность при однофазных коротких замыканиях на землю, является применение отдельных защитных нулевых проводов. Но для этого требуется реконструкция существующих и проектирование новых пятипроводных сетей.
Наряду с совершенствованием защиты от повреждения на землю целесообразным следует считать улучшение защитных характеристик расцепителей автоматических выключателей для повышения их чувствительности к однофазным коротким замыканиям.
В частности для уже эксплуатируемых автоматических выключателей типа «Электрон» и А3700 Ульяновским политехническим институтом разработана защита на основе интегральных микросхем, реагирующая на входную воздействующую величину вида [35]
|A|=|I ф max |+| k 3I о |
Для выделения из фазных токов наибольшего тока Iф max использован максиселектор. Защита имеет примерно равную чувствительность к междуфазным и однофазным коротким замыканиям при
k=IK(3)/ IK(1) -1
она содержит две ступени: токовую отсечку и максимальную токовую защиту с зависимой выдержкой времени. В настоящее время освоен также выпуск автоматических выключателей серии ВА-50 с защитой, содержащей комплект от коротких замыканий на землю.