Что такое ток нулевой последовательности

Напряжение прямой обратной и нулевой последовательности

что такое ток нулевой последовательности

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.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

  • Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
  • Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
  • Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

  • на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
  • в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
  • в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

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

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.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв.

Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности.

Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Источник: https://englishpromo.ru/stroitelstvo/naprjazhenie-prjamoj-obratnoj-i-nulevoj

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

что такое ток нулевой последовательности

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).

в дополнение к написанному

Источник: https://www.asutpp.ru/tokovaya-zaschita-nulevoy-posledovatelnosti.html

Что такое токовая защита нулевой последовательности — Электрика

что такое ток нулевой последовательности

Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

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:

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.

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.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое номинальная мощность

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.

Тогда:

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.

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:

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.

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.

Источник: https://radiosxemu.ru/chto-takoe-tokovaya-zashhita-nulevoj-posledovatelnosti.html

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.

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:

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: https://pue8.ru/relejnaya-zashchita/945-napryazhenie-nulevoj-posledovatelnosti-skhema-smysl.html

Что такое токовая защита нулевой последовательности — Электрик

Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

Трансформатор тока нулевой последовательности принцип работы — Все об электричестве

Для осуществления гальванической развязки схем управления и высокого напряжения, а также возможности измерения больших величин токов и напряжений применяются измерительные трансформаторы – устройства, на одну из обмоток которых подается измеряемое напряжение или ток, а со второй снимается преобразованное (чаще всего пониженное) значение напряжения или тока, пригодное для непосредственного подключения к измерительному прибору или схеме управления и защиты.

Измерительные преобразователи можно разделить на две категории – трансформаторы тока (ТТ) и напряжения . Первый тип приборов чаще всего используется для подключения магнитоэлектрических вольтметров и параллельных цепей различных приборов автоматики, второй тип – для подключения амперметров и других последовательных цепей. Из за конструктивного сходства и те и другие обычно именуют токовыми трансформаторами.

Тт для измерительных приборов

Назначение трансформатора тока заключается в преобразовании токов больших значений в токи, на которые рассчитан измерительный прибор (амперметр).

  Включаемое последовательно в измерительную цепь, устройство имеет одну первичную, включаемую в измеряемую цепь, обмотку, и одну или более вторичную,  к которой непосредственно присоединяется измерительный прибор.

Принцип работы трансформатора тока прост – протекающий по первичной обмотке ток создает в сердечнике магнитный поток, создающий во вторичной обмотке ЭДС индукции, пропорциональный количеству витков. Зная коэффициент трансформации, можно вычислить значение измеряемого тока.

Устройство и подключение

Обмотки прибора представляют собой витки изолированного провода, намотанного на сердечник, в качестве которого чаще всего выступает феррит или пермаллой.

Для измерения больших токов первичная обмотка выполняется в виде одного, максимум двух витков провода с сечением, соответствующим возможным протекающим по нему токам, но она может вообще отсутствовать, в ее качестве выступает силовой проводник, продетый через сердечник токового трансформатора.

Вторичная обмотка содержит значительно большее количество витков более тонкого диаметра, ее выходное сопротивление намного больше входного подключаемых измерителей, поэтому она как бы замыкается “накоротко”, и это нормальный режим работы токового устройства.

При переключении измерительного амперметра необходимо обязательно предварительно перемкнуть выводы “вторички” накоротко, т.к. в этот момент на ней появляется очень высокое напряжение, способное пробить изоляцию. Т.е. ток холостого хода должен отсутствовать.

  По этой же причине один из выводов должен быть обязательно заземлен.

Напряжение на выходах токового трансформатора имеет низкое значение, от одного до нескольких вольт, и зависит от сопротивления подключаемых проводников и внутреннего сопротивления измерительного прибора. Подключение трансформатора тока к счетчику, в отличие от  соединения с амперметром, имеет свою особенность – обязательно совпадение токов по фазе, с этой целью в устройствах для счетчиков выводы промаркированы (входы L1, L2 выходы I1,I2).

Параметры и маркировка изделий

Основные технические параметры:

  • Номинальное, или линейное напряжение, которое выдерживает межобмоточная и внешняя изоляция. Это значение может быть  0,66 Kv и более,
  • Номинальный ток первичной и вторичной обмоток. Первый параметр выбирается из стандартного ряда от 1 А до 40 000А, второй может быть 5 или 1 ампер,
  • Номинальная нагрузка  – полное сопротивление подключаемой ко вторичке цепи, на маркировке обозначается в виде номинальной мощности трансформатора в вольт-амперах,
  • Номинальный коэффициент трансформации – отношение I1/I2, например обозначение трансформатор тока 5 5 означает Ктр.=1, а при 200/5 – Ктр. равен 40,
  • Класс точности трансформаторов тока – может быть 0.2, 0.5, 0.5S, 1.0
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как найти q в физике

На приборе должна присутствовать табличка, либо надписи на корпусе, с указанием основных параметров в виде названия и маркировки.

Например, обозначение Трансформатор тока Т-0,66-0,5S-150/5У3 ТУ.  означает, что номинальное напряжение изделия составляет 660В, класс точности 0.5S, предназначен для трансформации тока со 150 на 5А.

Трансформаторы тока нулевой последовательности

Несколько слов о еще одном типе токовых измерительных приборов – трансформаторах нулевой последовательности. Их отличительная особенность от рассмотренных выше изделий заключается в назначении и принципе работы.

Если основная функция обычных ТТ в преобразовании величины параметра для индикаторных и регистрирующих устройств, то в основная работа этого типа приборов – регистрация тока утечки или пропадания фазы (коротком замыкании) в трехфазном кабеле. При возникновении асимметрии токов в каждой жиле трехфазного кабеля на выводах вторичной обмотки возникает сигнал небаланса, поступающий на контрольное устройство, отключающее питание на поврежденный кабель.

Их отличие от обычных – в выполнении обмоток (имеется три фазных проводника первички) и внешней конструкции, т.к. подключается не на каждую жилу, а одевается на все жилы кабеля.

Источник: https://contur-sb.com/transformator-toka-nulevoy-posledovatelnosti-printsip-raboty/

Трансформатор тока нулевой последовательности принцип работы

Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) применяется при необходимости обеспечения защиты высоковольтных линий электропередач от однофазных коротких замыканий – замыканий на землю одного из фазных проводов в электросети. Данная защита используется в роли резервной защиты линий электропередач класса напряжения 110 кВ. Ниже приведем принцип работы данной защиты, рассмотрим каким образом и при помощи каких устройств реализуется ТНЗНП в электрических сетях 110 кВ.

В электротехнике есть понятие о симметричных и несимметричных системах фазных токов или напряжений. Симметричная система предусматривает равенство фазных токов (напряжений) трехфазной сети. При этом векторы фазных токов могут стоять относительно друг к другу в прямой, обратной, а также нулевой последовательности (НП).

При прямой последовательности векторы фазных токов идут в последовательности А, В, С, каждая из фаз отстает от другой на 120 гр. Обратная последовательность – чередование фаз А, С, В, угол сдвига фаз тот же – 120 гр. При нулевой последовательности векторы трех фаз совпадают по направлению. Несимметричная система представляется как значение тока – геометрическая сумма векторов всех составляющих прямой, обратной и нулевой последовательности.

В нормальном режиме работы участка электросети система токов и напряжений является симметричной, то же самое касается межфазных коротких замыканий. В данном случае, как напряжение, так и ток НП равны нулю. В случае возникновения однофазного замыкания на землю система становится несимметричной – возникает ток и напряжение НП.

В данном случае ток (напряжение) одной из фаз нулевой последовательности равен трети суммы векторов несимметричной системы, соответственно сумма векторов несимметричной системы – это тройной ток (напряжение) НП.

Результаты расчетов коротких замыканий в электрических сетях также показывают, что ток однофазного замыкания на землю в электрических сетях равен тройному значению тока НП – 3I0, а напряжение, возникающее между нейтралью трансформатора и точки короткого замыкания – тройному значению напряжения НП – 3U0.

Принцип работы токовой защиты нулевой последовательности заключается в контроле значения 3I0 на линии электропередач и в случае достижения его определенной величины – реализации автоматического отключения выключателя линии электропередач с определенной выдержкой времени.

На практике токи небаланса 3I0 получают на выходе так называемого фильтра токов нулевой последовательности. Данный фильтр получают путем электрического соединения между собой начал и концов обмоток трансформаторов тока каждой из фаз линии.

В нормальном режиме работы участка электрической сети на выходе фильтра токов НП отсутствует ток. В случае возникновения повреждения – падения одного из фазных проводов линии электропередач на землю, возникает небаланс – появляется некоторое значение тока 3I0, значение которого фиксируется на выходе фильтра токов НП.

ТНЗНП, как правило, многоступенчатая защита. Каждая из ступеней защиты имеют свою выдержку времени срабатывания. Для обеспечения селективности работы защит на смежных подстанциях участки электрической сети разделяют на участки (зоны действия). Таким образом, защита обеспечивает защиту линии электропередач, питающейся от подстанции, где установлен данный комплект защит, и выступает в роли резервирующей защиты смежных подстанций.

Существует такое явление, как качания в системе. Если защита от междуфазных КЗ, например, дистанционная защита, может ложно срабатывать при возникновении данного явления, то ложное срабатывание ТНЗНП исключено, так как данная защита реагирует исключительно на возникновение токов нулевой последовательности, возникновение которых нехарактерно для явления качаний в энергосистеме.

Рассматриваемая в статье защита, по сути, является защитой от замыканий на землю, поэтому данная защита имеет альтернативное название – земляная защита (ЗЗ) .

Какие устройства выполняют функцию направленной токовой защиты нулевой последовательности в электрических сетях

Для обеспечения защиты линий электропередач от всех видов повреждений (как однофазных, так и междуфазных коротких замыканий) токовая защита нулевой последовательности реализуется совместно с дистанционной защитой. Устройства, выполняющие функции данных защит, могут быть выполнены, как на реле электромеханического принципа работы, так и на современных устройствах – микропроцессорных терминалах защит.

Среди электромеханических защит приобрели наибольшую популярность комплекты типа ЭПЗ-1636, которые имеют несколько различных модификаций.

В современных условиях, при строительстве новых распределительных подстанций или техническом переоснащении старых объектов, преимущество отдается микропроцессорным защитным устройствам.

Для реализации резервных защит линий 110 кВ, в том числе и ТНЗНП, часто используются микропроцессорные терминалы производства компании ABB, например, многофункциональное устройство REL650.

Трансформатор тока нулевой последовательности

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.

Что такое ток нулевой последовательности

В электрических сетях с напряжением от 6 до 35 кВ токи нулевой последовательности, как правило, связаны с однофазными замыканиями на землю. Эти токи могут возникать и при нормальных режимах работы, достигая значительной величины. Это приводит к ложным срабатываниям защитных устройств от замыканий на землю.

Трехфазные сети с переменным напряжением могут работать в различных режимах, в том числе и несимметричных. Для расчетов таких режимов используется метод симметричных составляющих, в котором фазные токи и напряжения представлены в виде суммы, включающей в себя прямую, обратную и нулевую последовательность.

В схемах автоматической и релейной защиты чаще всего используется прямая и нулевая последовательность. Прямая последовательность состоит из синусоидальных токов и напряжений, одинаковых по величине во всех трех фазах. Их угловой сдвиг составляет 120 градусов, а максимальные значения достигаются в порядке очереди – А, В и С. Компоненты нулевой последовательности также имеют одинаковую величину в каждой из трех фаз, однако у них отсутствует угловой сдвиг.

Когда установлен симметричный режим работы, в фазных токах и напряжениях должна быть только прямая последовательность. Если же зафиксировано заметное проявление элементов нулевой последовательности, это указывает на возникновение в сети аварийной ситуации, требующей обязательного отключения каких-либо участков.

В электрических сетях напряжением 6-35 киловольт настраивать защиту нулевой последовательности следует с особой осторожностью. Это связано с отсутствием глухозаземленной нейтрали, когда токи нулевой последовательности практически не превышают рабочих токов во всех подключениях.

Из-за этого настройка защиты становится очень сложной или вообще невозможной, особенно при наличии в цепях множества линий с однофазными кабелями, неудачно расположенными между собой. Токи нулевой последовательности в нормальном режиме могут появиться в жилах и экранах однофазных кабелей.

Частично влияние этих токов компенсируется подключением трансформаторов тока.

Принцип работы

Прежде чем рассматривать трансформаторы тока нулевой последовательности, нужно остановится на обычных трансформаторах. Все устройства этого типа разделяются на трансформаторы тока и напряжения. Они применяются для измерений токов и напряжений с большими величинами. На одну из обмоток подается ток или напряжение, которое требуется измерить, а на выходе второй обмотки снимаются уже преобразованные, как правило пониженные значения этих параметров.

Через трансформаторы тока наиболее часто подключаются магнитоэлектрические вольтметры и параллельные цепи, а трансформаторы напряжения соединяются с амперметрами и другими последовательными цепями.

Источник: https://electrik-ufa.ru/raznoe/transformator-toka-nulevoj-posledovatelnosti-printsip-raboty

Что такое токовая защита нулевой последовательности — Электро Помощь

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью.

В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени.

Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

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.

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

Интересное видео о работе 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.

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.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как сделать диммер своими руками

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.

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

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.

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.

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.

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: https://elektriki23.ru/rekomendatsii/chto-takoe-tokovaya-zashhita-nulevoj-posledovatelnosti.html

Что такое токовая защита нулевой последовательности

Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

Трансформатор тока нулевой последовательности

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.

Трансформаторы тока нулевой последовательности для использования в схемах релейной защиты совместно с микропроцессорными терминалами релейной защиты

В электрических системах, в особенности в сетях и установках с малым током замыкания на землю, возможные токи нулевой последовательности часто весьма невелики по сравнению с токами нормальной нагрузки. Тем более они не велики по сравнению с токами короткого замыкания между фаз.

Еще меньше должны быть расчетные токи нулевой последовательности при срабатывании различных устройств релейной защиты от замыкания на землю, защитного отключения и автоматики с учетом задаваемых коэффициентов чувствительности и запаса.

Токи нормальных нагрузок и междуфазных коротких замыканий могут создавать значительные токи небаланса в трансформаторах нулевой последовательности.

Необходимость ограничения этих небалансов, являющихся для трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) основным видом помех, представляет основную трудность, которую приходится преодолевать при разработке и применении рассматриваемых устройств.

Следует также иметь ввиду, что при небольших токах нулевой последовательности от ТТНП с приемлемыми конструктивными размерами может быть получена небольшая мощность, порядка долей В·А.

Получение заданной мощности тем труднее, чем больше номинальный рабочий ток контролируемой цепи. Это обусловлено необходимостью увеличения сечения первичных токопроводов и кабелей по условиям нагрева и соответственно – увеличения размеров окна магнитопроводов трансформаторов тока. А с увеличением окна при заданной мощности масса преобразователя резко возрастает.

Таким образом, появились определенные требования к трансформаторам тока нулевой последовательности, выполнение которых позволило бы производить точную отстройку защиты, учитывая большинство существенных паразитных явлений. Можно перечислить основные из них:

  • коэффициент трансформации и чувствительность ТТНП должны позволять измерять токи различных диапазонов, включая малые токи от 100 мА
  • максимальный ток небаланса ТТНП должен быть минимален и заранее известен
  • мощность ТТНП должна быть регламентирована и заранее известна (влияние нагрузки погрешности при заданном коэффициенте трансформации)

Существующие предложения на рынке

В настоящее время наиболее распространены два варианта конструктивного исполнения трансформаторов тока нулевой последовательности:

  • с тороидальным магнитопроводом разъемной и неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66 и ТЗЛКР-НТЗ-0,66
  • с магнитопроводом прямоугольной формы неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66-100х490

Подобные ТТНП выпускают как все отечественные, так и зарубежные производители трансформаторов тока.

Наибольшее распространение получили кабельные ТТНП с коэффициентом трансформации равным 25/1 и 30/1. Малый коэффициент трансформации, в свое время, был принят для обеспечения условия передачи во вторичную цепь максимально возможной мощности, достаточной для срабатывания электромагнитного реле, типа РТ-40, РТ-140 и РТЗ-51.

Однако при таком малом коэффициенте трансформации токовая и угловая погрешности ТТНП, даже при весьма малом сопротивлении вторичной цепи, достигают больших значений, 10, 15 и даже 20% по токовой погрешности и до 30 электрических градусов по угловой.

В настоящее время выпускаются, в том числе и российскими производителями, ТТНП с большим витковым коэффициентом трансформации (например 100/1 или 470/1). Но стоит отметить, что и такие трансформаторы тока нулевой последовательности не сопровождаются данными о гарантированных токовых и угловых погрешностях в зависимости от сопротивления во вторичной цепи.

Также у существующих трансформаторов тока нулевой последовательности максимальный ток небаланса или никак не регламентируется, или имеет значения, не позволяющие делать точную отстройку защиты.

Возможное решение проблемы. Предложение на рынок

ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» совместно с ООО НПП «ЭКРА» разработали трансформатор тока нулевой последовательности, удовлетворяющий необходимым требованиям современной электроэнергетики в схемах защит от однофазных замыканий на землю.

Расшифровка условного обозначения трансформаторов, предназначенных для работы с микропроцессорными терминалами релейной защиты

Пример записи обозначения трансформатора тока нулевой последовательности, разъемного, предназначенного для работы совместно с микропроцессорным терминалом релейной защиты, с литой изоляцией, устанавливающегося на кабель, изготовленного по ТУ 3414-006-30425794-2012, на номинальное напряжение 660 В, с диаметром окна для кабеля 100 мм, с максимальной величиной токовой погрешности не более 5 % и угловой погрешности не более 20 электрических градусов, при сопротивлении вторичной нагрузки ТТНП не более 1 Ом, изготовленного с коэффициентом трансформации 100/1, в климатическом исполнении «У» и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 при его заказе и записи в документации другого изделия:

Трансформатор тока нулевой последовательности
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100-5-1-100/1 У2 МЗ
ТУ 3414-006-30425794-2012

Основные характеристики ТТНП, предназначенных для работы в схемах микропроцессорной защиты от однофазных замыканий на землю

Номинальное напряжение, кВ 0,66
Наибольшее рабочее напряжение, кВ 0,72
Диаметр окна для установки кабеля, мм 70, 100, 125, 205
Номинальная частота, Гц 50 или 601*
Число обмоток 1
Номинальный первичный ток2*, А 100 200
Номинальный вторичный ток, А 1, 5
Предельное значение сопротивление нагрузки во вторичной цепи трансформатора, Ом 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0
Максимальная токовая и угловая погрешности трансформатора при сопротивлении вторичной нагрузки до 3 Ом в диапазоне первичного тока от 0,5 до 120% Не более 5% и
10 эл.грд
Не более 6% и
20 эл.грд
Односекундный 3* ток термической стойкости, А 140
Ток небаланса, не более см. таблицы ниже

1* Для экспортных поставок
2* Возможно изготовление трансформаторов с отличающимся номинальным первичным током
3* Допускается распространять для трехсекундного тока термической стойкости.

Преимущества разработанного ТТНП

Гарантированная максимально возможная величина тока небаланса, измеренная на заводе-изготовителе, вносится в паспорт на трансформатор.

Малая величина тока небаланса имеет первостепенное значение при малом ёмкостном токе замыкания на землю в сети, так как выбор уставки срабатывания защиты от ОЗЗ производится с учетом отстройки по току небаланса во вторичных цепях. У обычных ТТНП (даже с неразъемной конструкцией) ток небаланса достигает 0,6 А при 100% рабочего тока, что существенно затрудняет отстройку уставки срабатывания защиты от ОЗЗ.

Максимальный ток небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ, измеренный при 100% рабочего тока представлен в таблицах ниже.

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Изделие Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 100 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛК-НТЗ-0.66-70 МЗ 0,04
ТЗЛК-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-205 МЗ 0,08

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Изделие Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 200 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-70 МЗ 0,5
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-205 МЗ 0,8

ТТНП обладает гарантированной величиной токовой и угловой погрешности при вторичной нагрузке до 3 Ом. Примеры результатов измерений токовых и угловых погрешностей ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ отображены на диаграммах ниже.

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

ТТНП обладает высоким качеством изготовления продукции. Трансформаторы сохранили все массогабаритные параметры ТТНП, предназначенных для работы с электромеханическими реле, обладая при этом более широким спектром электрических и метрологических характеристик.

Массогабаритные характеристики ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Изделие Массогабаритные характеристики
Неразъемные Разъемные
Масса, кг Габариты, мм Масса, кг Габариты, мм
ТЗЛК(Р)-НТЗ-70 МЗ 3,2 155х144х80 5,3 172х212х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-100 МЗ 5,9 212х206х80 6,2 200х245х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-125 МЗ 6,3 235х230х80 7,2 267х225х76
ТЗЛК(Р)-НТЗ-205 МЗ 9,5 320х318х80 8,9 347х320х76

Выводы

  1. Предприятие ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» успешно разработало и внедрило в серийное производство трансформаторы тока нулевой последовательности кабельные с гарантированными токовыми и угловыми погрешностями, с нормированной нагрузочной характеристикой, с нормированными токами небаланса.
  2. Предприятие разработало и применяет методику приемо-сдаточных испытаний трансформаторов тока нулевой последовательности, согласованную с ведущим производителем микропроцессорных терминалов РЗиА, гарантирующую необходимые для точной отстройки терминалов защиты от ОЗЗ.
  3. Все необходимые параметры ТТНП, применяемые при отстройке защиты от ОЗЗ, указываются в паспорте на изделие.

Источник: https://intzv.ru/?p=2668

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ЭлектроМастер
Как установить точечные светильники в натяжной потолок

Закрыть