ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

10-4. Защита от однофазных замыканий на землю

а) Назначение защиты

Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надежность эксплуатации генераторов и кабельных сетей, генераторы напряжением 2 кВ и выше, как правило, работают с изолированной нулевой точкой.

При однофазном замыкании на землю на выводах генератора ток в месте замыкания равен (см. гл. 1):

Если замыкание на землю возникнет не на выводах статора, а на расстоянии витков от нулевой точки генератора, ток в месте замыкания будет равен:

где — отношение числа замкнувшихся витков к общему числу витков обмотки статора.

Таким образом, при замыкании на землю фазы статора ток в месте повреждения пропорционален числу замкнувшихся витков и величине емкости присоединенной сети.

б) Защита с трансформаторами тока нулевой последовательности, имеющими подмагничивание

Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению с токами, проходящими при многофазных коротких замыканиях, защита генератора от замыканий на землю должна иметь высокую чувствительность. Поэтому токовые реле защиты от замыканий на землю подключаются к специальным трансформаторам тока нулевой последовательности, которые обеспечивают работу защиты при малых токах замыканий на землю.

В эксплуатации используются трансформаторы тока нулевой последовательности двух типов: для защиты генераторов, имеющих кабельные выводы, — кабельного типа (ТНП) и для защиты генераторов с шинными выводами — шинного типа (ТНПШ).

По принципу действия ТНП аналогичны трансформаторам тока нулевой последовательности, которые применяются в схемах защиты от замыканий на землю кабельных линий.

Трансформатор тока нулевой последовательности кабельного типа состоит из двух прямоугольных сердечников, набранных из листов стали (рис. 10-4). На каждом сердечнике помещена специальная обмотка подмагничивания и по обеим сторонам от нее — две секции вторичной обмотки. При таком расположении вторичной обмотки уменьшается ток небаланса, появляющийся из-за несимметричного расположения кабелей в окне ТНП. Обмотка подмагничивания, расположенная на обоих сердечниках, предназначена для увеличения мощности, отдаваемой ТНП, что достигается путем подмаг-ничивания сердечников переменным током.

На рис. 10-5 приведена характеристика намагничивания ТНП, по которой можно определить величину напряжения, наводимого во вторичной обмотке при прохождении первичного тока определенной величины. Без подмагничивания ТНП работает в начальной, пологой части характеристики намагничивания. В этом случае, когда в первичной цепи проходит ток I3, во вторичной обмотке наводится э. д. с. E1 (точка А). Если сердечник ТНП подмагничивать от постороннего источника, э. д. с. на вторичной обмотке будет определяться суммой двух магнитных потоков: Ф3 создаваемого первичным током замыкания на землю I3, и , который создается током, проходящим в обмотке подмагничивания . При этом рабочая точка ТНП переходит в среднюю, крутую часть характеристики (точка Б), и ток I3, проходящий в первичной цепи, наводит во вторичной обмотке э. д. с. Е2 значительно большей величины, чем Е1. Таким образом, подмагничивание позволяет в 10—15 раз увеличить мощность, отдаваемую трансформатором тока.

Для того чтобы магнитный поток подмагничивания не создавал тока в реле и тем самым не искажал работы ТНП, обмотки подмагничивания, расположенные на разных сердечниках, соединены встречно, а вторичные обмотки согласно (рис. 10-6). При таком соединении обмоток подмагничивания создаваемые ими магнитные потоки направлены в двух сердечниках в противо--положные стороны. Наводимые этими обмотками э. д. с. во вторичных обмотках ТНП направлены навстречу друг другу, так что их сумма равна нулю. Потоки Ф3, создаваемые в сердечниках ТНП первичным током замыкания на землю, имеют одинаковое направление, поэтому э. д. с, наводимые этими потоками во вторичных обмотках, суммируются. В результате в реле проходит ток, пропорциональный току замыкания на землю.

Для правильной работы защиты с ТНП при монтаже трансформатора необходимо выполнять следующие условия:

а) Ближайшие участки ошиновки соседних ячеек в распределительном устройстве должны быть удалены от ТНП на расстояние 1,5— 2 м, чтобы устранить влияние внешних электромагнитных полей.

б) ТНП следует устанавливать возможно ближе к выводам генератора, так чтобы в зону защиты входили кабели меньшей длины, но не менее чем на расстоянии 0,7 м от концевых кабельных воронок.

в) ТНП устанавливается на металлических кронштейнах, на которые опираются немагнитные планки, стягивающие оба магнитопро-вода. Стальные детали крепящей конструкции должны быть удалены от сердечника ТНП не менее чем на 40—50 мм.

г) Для предотвращения ложной работы защиты от наведенных и блуждающих токов, проходящих по броне кабеля, каждый кабель со стороны выводов генератора изолируется от земли на всем протяжении от места установки ТНП до кабельных воронок. Воронки заземляются проводом, который пропускается через окно ТНП, так же как и в защите кабельных линий (см. гл. 8).

д) Кабели в окне ТНП должны располагаться, как показано на рис. 10-7, для уменьшения тока небаланса, возникающего из-за их несимметричного расположения.

Трансформаторы тока нулевой последовательности кабельного типа выпускаются промышленностью на 2, 4, 7, 12, 16 кабелей. В тех случаях, когда трудно объединить все кабели одним трансформатором тока из-за большого числа кабелей или по условиям их прокладки, допускается установка двух ТНП с параллельным соединением вторичных обмоток и обмоток подмагничивания.

Трансформаторы тока нулевой последовательности шинного типа ТНПШ (рис. 10-8) применяются на генераторе с шинными выводами. ТНПШ выполнены в основном так же, как и ТНП кабельного типа. Для соединения с шинными выводами генератора в окне ТНПШ вмонтированы три шины, изолированные одна от другой и от сердечника несколькими слоями компаундированной микаленты и гетииаксо-выми прокладками.

Для того чтобы ток небаланса, проходящий в реле, не превышал допустимой величины, а шины, встроенные п ТНПШ, не перегревались, при монтаже шинных трансформаторов тока нулевой последовательности необходимо соблюдать определенные требования:

а) Посторонние участки ошиновки должны быть удалены от сердечников ТНПШ не менее чем на 1—1,5 м, а стальные конструкции на 0,5 м. Профиль углового железа или швеллеров, на которых крепится трансформатор тока, не должен быть выше № 6—6,5. Они должны быть удалены от сердечников ТНПШ на 40—50 мм.

б) Пакет шин укрепляется симметрично относительно центра окна магнитопровода. Два варианта расположения шин ТНПШ показаны на рис. 10-8, б. В табл. 10-2 приведены рекомендуемые значения расстояний при которых обеспечивается минимальный ток небаланса в реле. Указанные в табл. 10-2 величины должны соблюдаться на расстоянии до 1,5—2 м от ТНПШ [Л. 65].

При правильном расположении шин и монтаже ТНПШ напряжение на зажимах обмотки реле не должно превышать величин, указанных в табл. 10-2.

Схема защиты от замыканий на землю для генератора, имеющего кабельные выводы, приведена на рис. 10-9, а. Токовое реле Т1 типа РТ-40 включено па вторичную обмотку ТНП. Чтобы предотвратить неправильное действие защиты от токов небаланса, проходящих кратковременно во время переходных процессов при замыкании на землю во внешней сети, в схему введено реле времени, создающее выдержку времени 0,5—2 с. Напряжение для подмагничи-вания ТИП, равное 100—110 В, подается от трансформатора напряжения, установленного на выводах генератора.

В схеме защиты предусмотрен вольтметр с кнопкой, с помощью которого можно примерно определить число замкнувшихся витков при замыкании на землю в обмотке статора. Чем дальше от нулевой точки генератора возникнет замыкание на землю, тем больше будут показания вольтметра. По вольтметру можно также обнаружить замыкание на землю обмотки статора до включения генератора в сеть, когда защита с ТНП работать не будет.

На рис. 10-9, а показано также токовое реле Т2, которое предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание на землю во внешней сети генераторного напряжения, а второе в обмотке статора). Реле Т2 действует без выдержки времени на выходное промежуточное реле генератора через указательное реле.

Схема защиты от замыканий на землю генератора, имеющего шинные выводы, приведена на рис. 10-9, б. Поскольку токи небаланса, проходящие во вторичной обмотке ТНПШ при внешнем коротком замыкании, значительно больше, чем в ТНП кабельного типа, в схеме защиты дополнительно установлено промежуточное реле П, выводящее из действия чувствительное токовое реле T1 при срабатывании токовых реле максимальной токовой защиты генератора. Благодаря этому предотвращается ложное срабатывание чувствительной защиты от замыканий на землю при внешнем коротком замыкании.

На мощных турбогенераторах 60—100 МВт и больше, собственный емкостный ток статора которых имеет большую величину, так же, как и в схеме, приведенной на рис. 10-9, б, предусмотрен вывод из действия чувствительной ступени защиты при внешних коротких замыканиях (рис. 10-9, в). Однако в рассматриваемом случае одного этого мероприятия оказывается недостаточно для того, чтобы предотвратить возможность ложного отключения генератора при внешнем коротком замыкании.

Это объясняется тем, что реле Т1, сработав от токов небаланса при внешнем коротком замыкании, может не вернуться из-за прохождения по его обмотке большого емкостного тока генератора. Для того чтобы обеспечить возврат токовых реле нулевой последовательности после отключения внешнего короткого замыкания, в рассматриваемой схеме защиты предусмотрено шунтирование обоих токовых реле.

Вообще говоря, достаточно было бы шунтировать обмотку только одного чувствительного реле, возврат которого после отключения короткого замыкания необходимо обеспечить. Обмотку же грубого токового реле, которое надежно отстроено от токов небаланса, проходящих при внешних коротких замыканиях, можно было бы и не шунтировать. Однако шунтирование обмотки только одного чувствительного реле приводит к резкому уменьшению сопротивления вторичной цепи ТНПШ и увеличению тока небаланса в обмотке грубого токового реле. В результате это реле также может сработать от тока небаланса.

Поэтому для обеспечения необходимой чувствительности и надежности защиты от замыканий на землю применяется схема защиты с шунтированием обмоток обоих токовых реле. Шунтирование обмоток токовых реле T1 и Т2 осуществляется замыкающим контактом промежуточного реле П1 типа РП-23. При внешних коротких замыканиях плюс на обмотку этого реле подается при срабатывании токовых реле защиты генератора от внешних коротких замыканий. Следует также иметь в виду, что неправильное срабатывание чувствительного токового реле защиты от замыканий на землю может иметь место от токов небаланса при внешнем замыкании на землю. В схеме защиты (рис. 10-9, в) предусмотрено снятие плюса с контакта чувствительного токового реле и шунтирование обмоток обоих токовых реле и в этом случае. Производится это кратковременно при замыкании проскальзывающего контакта реле времени В, которое запускается в случае срабатывания чувствительного токового реле.

Если срабатывание чувствительного токового реле защиты от замыканий на землю произойдет от токов небаланса при внешнем замыкании на землю, после того как замкнется проскальзывающий контакт реле времени, сработают промежуточные реле П2 и П1 контакт которого шунтирует обмотки токовых реле. Токовое реле T1 вернется и снимет плюс с обмотки реле времени. Однако реле времени будет удерживаться сработавшим через замыкающий контакт промежуточного реле П2 в течение времени, пока не разомкнётся проскальзывающий контакт реле времени (у реле времени типа ЭВ-133 длительность замкнутого состояния проскальзывающего контакта составляет 0,5—0,7 с). Реле П1 в рассматриваемом случае срабатывает кратковременно и затем после срабатывания реле П3 возвращается, размыкая цепь шунтирования обмоток токовых реле и подавая размыкающим контактом плюс па контакт чувствительного токового реле. Токовое реле T1, вернувшись при шунтировании его обмотки, вновь не сработает, и ложное действие защиты будет предотвращено.

Если срабатывание чувствительного токового реле произойдет при замыкании на землю в обмотке статора защищаемого генератора, после возврата промежуточного реле П1 токовое реле T1 сработает вновь, реле времени, проскальзывающий контакт которого еще не успел разомкнуться, будет продолжать работать, и защита подействует на отключение поврежденного генератора.

Для того чтобы обеспечить надежную блокировку защиты, промежуточное реле П1 имеет небольшое (0,3—0,4 с) замедление на возврат, которое обеспечивается с помощью контура RC.

Ток срабатывания чувствительного реле защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям:

а) быть не выше 5 А, чтобы обеспечить отключение генератора при токах замыкания на землю 5 А и выше:

б) быть больше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешнем двухфазном коротком замыкании.

Для определения первичного тока срабатывания защиты можно воспользоваться следующим приближенным выражением:

где I — собственный емкостный ток генератора (см. табл. 10-3 и 10-4); — коэффициент возврата, равный для реле ЭТ-521 - 0,85, РТ-40 - 0,8, ЭТД-551 — 0,5; Iнб — ток небаланса, приведенный к первичной стороне ТНП, подсчитывается по специальным формулам [Л. 73].

Упрощенно можно принимать: для ТНП кабельного типа для ТНПШ при наличии блокировки, выводящей защиту из действия при токах когда в схеме защиты установлено реле типа ЭТ-521/0,2 или ЭТД-551/60 с параллельным соединением обмоток, 1,5 А; когда в схеме защиты установлено реле ЭТД-551/60 с последовательным соединением обмоток,

При выполнении защиты по схеме на рис. 10-9, в ток срабатывания чувствительного токового реле защиты от замыканий на землю может выбираться по следующему выражению:

Первичный ток срабатывания грубого реле защиты от замыканий на землю, действующего на отключение генератора без выдержки времени, принимается порядка 100—200 А. Такая уставка может быть выполнена на реле ЭТ-521/2, если одновременно в качестве чувствительного реле используется реле ЭТД-551/60 с последовательным соединением обмоток, и ЭТ-521/6, если в качестве чувствительного реле защиты используются реле ЭТ-521/0,2 или ЭТД-551/60 с параллельным соединением обмоток.

В табл. 10-3 приведены собственные емкостные токи турбогенераторов, а в табл. 10-4 гидрогенераторов некоторых типов (без учета емкости кабелей, входящих в зону защиты).

8 Июнь, 2009              20118              ]]>Печать]]>
1 / 5 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы