Выбор параметров максимальной токовой защиты нулевой последовательности от коротких замыканий

Измерительным органом защиты является реле тока, подклю­ченное к фильтру тока нулевой последовательности. В остальном схема защиты выполняется аналогично рассмотренным выше схе­мам максимальной токовой защиты от многофазных коротких за­мыканий. Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу с нарастанием от приемного конца в сторону трансфор­маторов с заземленной нейтралью. При этом выдержка времени за­щиты нулевой последовательности обычно получается меньше вы­держки времени защиты от многофазных коротких замыканий. Это объясняется различным характером прохождения полных фаз­ных токов и токов нулевой последовательности.

На рис. 6.14 показана радиальная сеть с односторонним питани­ем. В сети—два трансформатора Т1 и Т2 с соединением обмоток Y/D. Трансформатор Т1 имеет заземленную нейтраль. При этом токи ну­левой последовательности проходят по поврежденной линии и за­мыкаются через заземленную нейтраль и точку короткого замыка­ния только при повреждении на землю на участке между обмотка­ми трансформаторов, соединенных в звезду. При замыканиях на землю вне этого участка К₄ токи нулевой последователь­ности отсутствуют, поэтому защита нулевой последовательности АОЗ, установленная на трансформаторе Т2, может выполняться без выдержки времени (t _о,з ≈ 0), а время действия защит А02 и А01 нарастает по ступенчатому принципу.

Наряду с защитой нулевой последовательности рассматриваемая   сеть защищается защитами A1—А4 от много­фазных коротких за­мыканий. На рис. 6.14 показаны характери­стики выдержек време­ни защиты нулевой по­следовательности (t ₀₃ — t ₀₁ ) и защиты от замы­каний между фазами (t₄-t₁ ). Из сопостав­ления характеристик видно, что защиту нулевой последовательно­сти можно выполнить более быстродействующей, чем защиту с включением реле на полные фазные токи.

В нормальном режиме и при многофазных повреждениях в ре­ле проходит только ток небаланса I_нб, поэтому ток срабатывания реле можно выбирать без учета рабочих токов по условию

I_ср> I_нб.рсч.                                                                                                      (6.12)

При определении расчетного тока небаланса I_нб.рсч следует иметь в виду, что он возрастает с увеличением первичного тока, до­стигая максимального значения при трехфазных коротких замыка­ниях. Поэтому в случае, когда t_оз ≤ t₄, ток срабатывания реле за­щиты нулевой последовательности должен быть больше макси­мального тока небаланса при внешних трехфазных коротких замы­каниях, для того чтобы исключить неселективное действие защиты. Расчет тока небаланса довольно сложен. С некоторыми допуще­ниями он определяется исходя из максимальной погрешности трансформаторов тока e = 10 % и с учетом коэффициента их од­нотипности k _ОДН ≥ 0,5÷1,0 по выражению

I_нб.рсч= I_нб.max= k_одн(e/100)I_{к.вн.мах}⁽³⁾/K₁                                    (6.13)

где I_{к.вн.мах}⁽³⁾—действующее значение установившегося тока внеш­него трехфазного короткого замыкания при повреждении в начале следующего участка (например, для защиты А02 в точке K ₂ ) Ток установившегося режима короткого замыкания принимается пото­му, что защита действует с выдержкой времени, достаточной для затухания апериодической составляющий.

В тех случаях, когда выдержка времени защиты не превышает t _c.з = 0,3 с, при определении тока небаланса I_{нб max}, следует учи­тывать и апериодическую составляющую тока короткого замыка­ния коэффициентом k _ап:

I_{нб max}= k _одн k _ап(e/100) I_{к.вн.мах}⁽³⁾/ K₁                         (6,14)

где k _ап = 2 при времени действия защиты до t _{c. з} = 0,1 с и К_ап=1,5 при 0,1 < t _c.з < 0,3 с.

В рассматриваемом случае при определении тока срабатывания реле коэффициент возврата k _в не учитывается, так как при внеш­них многофазных коротких замыканиях измерительный орган за­щиты не срабатывает, а при отключении внешних коротких замы­каний на землю, при возникновении которых реле может сработать, ток нулевой последовательности исчезает. Таким образом,

I_ср= k_зап I_{нб max}                                                                                        (6.15)

где k зап = 1,25—коэффициент запаса, учитывающий погрешность и необходимый запас.

Чувствительность защиты можно повысить, если принять t_оз > t4. При этом внешние многофазные короткие замыкания отклю­чаются с временем, меньшим времени действия токовой защиты нулевой последовательности. Поэтому достаточно ее ток срабаты­вания выбирать по расчетному току небаланса в нормальном ре­жиме I_{нб рсч} = I_{нб нрм}. Ток I_нб.врм значительно меньше тока I_{нб max}, поэтому при внешних многофазных коротких замыканиях измери­тельный орган защиты срабатывает. Для обеспечения возврата ре­ле после отключения внешних коротких замыканий при выборе то­ка срабатывания учитывается коэффициент возврата k_в:

I_ср= k_зап I_{нб нрб}/ k_В                                                                                   (6.16)

В выражении (6.16) коэффициенты k_зап и k_в принимаются равны­ми соответствующим коэффициентам максимальной токовой защи­ты с включением реле на полные токи фаз. Ток I_нб.нрм находят пу­тем измерения; в зависимости от класса трансформаторов тока, однотипности их характеристик и нагрузки он находится в преде­лах 0,01 < I_{нб. нрм}<0,1 А, т. е. ток срабатывания защиты значи­тельно меньше рабочих токов защищаемой линии.

Таким образом, по сравнению с защитами, включенными на полные фазные токи, защита нулевой последовательности может иметь меньшие выдержки времени и повышенную чувствительность. В связи с этим она находит широкое применение в сетях с глухо-заземленными нейтралями в качестве защиты от коротких замыка­ний на землю.