Автор: Гребченко Н. В
Источник: Журнал Релейная защита и автоматика энергосистем
№3/2006
Принципы действия защит от замыканий на землю, применяемых в настоящее время в электрических системах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям. Одним из основных недостатков защит, реагирующих на установившиеся значения параметров режима, является недостаточная чувствительность, а также неселективность действия [1]. Причинами такого положения являются: несовершенство принципов построения защит, неблагоприятное соотношение параметров защищаемой сети, низкие технические характеристики аппаратуры, используемой для реализации защит (трансформаторы тока нулевой последовательности, токовые реле типа РТЗ–50 и РТЗ–51). Кроме того, можно считать также недостатком то, что основное время защиты от замыканий на землю не выполняют никаких активных действий (как и большинство других защит).
Целью работы является разработка технических мероприятий, обеспечивающих такое качество работы защит от замыканий на землю, которое позволяет предотвращать возникновение однофазных замыканий на землю, а в ряде случаев – междуфазных к.з.
В основу рекомендаций положен способ повышения чувствительности защит от замыканий на землю за счет применения в трансформаторах тока нулевой последовательности (ТТНП) дополнительной магнитодвижущей силы (м.д.с). В отличие от подмагничивания трансформация дополнительного тока во вторичную обмотку ТТНП не предотвращается, а используется в работе защиты. В зависимости от решаемой проблемы повышение чувствительности может выполняться от незначительного повышения (на 10–20 %) до 30–60 раз (т.е. первичный минимальный ток срабатывания защиты с реле РТЗ–51 снижается с 0,6 А до 0,01–0,02 А). При высокой чувствительности в качестве основного мероприятия по обеспечению помехоустойчивости используется введение выдержки времени на срабатывание.
Около 2–х лет назад на присоединении 6 кВ, емкость которого по отношению к земле составляет почти половину суммарной емкости сети, была установлена высокочувствительная защита от замыканий на землю. В этой сети нейтраль специального трансформатора соединена с землей через дугогасящий реактор. Повышение чувствительности защиты обеспечивается за счет дополнительной м.д.с. от генератора тока с частотой, отличной от частоты сети. Высокая чувствительность защиты приводила к тому, что она срабатывала при пусках мощных электродвигателей, а также при внешних коротких замыканиях [2]. Для исключения работы защиты в этих случаях была увеличена выдержка времени на срабатывание, что вполне допустимо, т.к. защита выявляет дефекты изоляции и действует на сигнал. Однако неселективная работа защиты, т.е. срабатывание как при дефектах изоляции на контролируемом присоединении, так и при внешних дефектах изоляции, в том числе при внешних замыканиях на землю, не удовлетворяла эксплуатацию.
В результате исследований на математической модели сети было установлено, что векторы токов нулевой последовательности поврежденного и неповрежденного присоединений при изменении настройки дугогасящего реактора или конфигурации сети не выходят за пределы соответственно первого и четвертого квадрантов комплексной плоскости. Эти выводы совпадают с результатами, которые получены в [3]. В связи с этим предложено в качестве источника дополнительного тока вместо тока с пониженной частотой использовать фильтр напряжения нулевой последовательности. В этом случае дополнительная м.д.с. обеспечивает торможение
защиты на неповрежденных присоединениях и повышение чувствительности защиты к активной составляющей тока нулевой последовательности поврежденного присоединения. Недостаток заключается в том, что при удалении точки дефекта (замыкания) от начала присоединения происходит снижение тока нулевой последовательности и снижение напряжения нулевой последовательности. Поэтому в настоящее время ведется поиск оптимальной характеристики нелинейного блока, который обеспечивает требуемое значение величины дополнительной м.д.с. независимо от настройки дугогасящего реактора, а также независимо от степени и удаленности дефекта изоляции на присоединении.