ОСОБЕННОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЭЭС

При выполнении релейной защиты, действующей на отключение, в сетях с глухозаземленными нейтралями (110 кВ и выше) учитываются трехфазные К⁽³⁾, двухфазные К⁽²⁾ (между двумя фазами), двухфазные на землю К^(1,1) и однофазные К⁽¹⁾ КЗ. В этих сетях защита выполняется двумя комплектами: комплектом от междуфазных КЗ, включенным на полные токи и напряжения фаз, и комплектом от КЗ на землю, включенным на токи и напряжения нулевой последовательности.

В сетях с изолированными нейтралями или нейтралями, заземленными через дугогасящие реакторы, при выполнении релейной защиты, действующей на отключение, учитываются К⁽³⁾, К⁽²⁾ и двойные КЗ на землю К_дв⁽¹⁾. При однофазных замыканиях на землю К_з⁽¹⁾ (не КЗ!) защита, как правило, выполняется действующей на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется отключение К_з⁽¹⁾. В этих сетях выполняют защиту от всех видов КЗ, включенной на полные токи и напряжения, либо при К_дв^(1,1), переключаемой на слагающие нулевой последовательности.

На трансформаторах (автотрансформаторах) принято выполнять защиту, действующую на отключение при всех видах многофазных и однофазных КЗ на выводах и в обмотках, а также при витковых КЗ и возникновении «пожара» стали.

Работа релейной защиты определяется подводимыми токами, напряжениями и фазными соотношениями между ними. Поэтому для анализа работы релейной защиты необходимо рассчитать токи в защите, напряжения в месте установки защиты, а также построить векторные диаграммы этих величин. При построении векторных диаграмм задаются условными положительными направлениями токов к месту КЗ, напряжений – к нейтральным, а ЭДС – от нейтральных точек системы.

В целях упрощения в расчетах величин при КЗ не учитывают ток нагрузки и расчеты производят для начального момента времени без учета переходного сопротивления в месте КЗ.

МНОГОФАЗНЫЕ КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ОДНОЙ ТОЧКЕ

Трехфазные КЗ К⁽³⁾ рассматриваются для неразветвленной цепи (рис. 2.1). Исходными при построении векторной диаграммы (ВД) являются ЭДС системы Е_А, Е_В и Е_С. Ток в месте КЗ и в защите одинаков, и его модуль, например, для фазы А равен , а аргумент (угол сдвига относительно Е_А) . В месте КЗ . Модуль остаточного напряжения в месте установки защиты , а аргумент .

Рис. 2.1. Схема замещения сети (а) и векторная диаграмма токов и напряжений при К⁽³⁾ (б)

Короткое замыкание между фазами В и С К_ВС⁽²⁾. Для всех элементов (рис. 2.1) принимается равенство сопротивлений прямой и обратной последовательностей . Исходными при построении являются векторы ЭДС системы. Ток в неповрежденной фазе , а т.к. сумма трех фаз равна 0, то (рис. 2.2). Токи в неповрежденных фазах определяются эквивалентной ЭДС и суммой сопротивлений в контуре КЗ. С учетом принятого допущения () ток и сдвинут относительно Е_ВС на угол . В месте КЗ напряжение между поврежденными фазами , а фазные напряжения . Напряжение в месте установки защиты равно сумме напряжения в месте КЗ и падения напряжения в линии . Вектор междуфазного напряжения в месте установки защиты сдвинут относительно тока на угол в сторону опережения.

Рис. 2.2. Векторная диаграмма токов и напряжений при К⁽²⁾

На рис. 2.3 представлено изменение векторной диаграммы напряжений вдоль системы в зависимости от вида КЗ.

Рис. 2.3. Изменение векторной диаграммы напряжений вдоль системы, имеющий j_С=j_Л, при металлических КЗ: а – схема сети; б - замыкание между тремя фазами;

в – замыкание между фазами В и С

КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Однофазное КЗ на землю фазы А , в отличие от междуфазных повреждений, характеризуется появлением токов и напряжений нулевой последовательности. Сопротивление нулевой последовательности одноцепной линии не равно сопротивлению прямой последовательности, и всегда (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема замещения сети (а) и векторная диаграмма токов и напряжений при К⁽¹⁾ (б)

В месте КЗ напряжение поврежденной фазы . Ток в поврежденной фазе равен геометрической сумме токов прямой, обратной и нулевой последовательностей , или , и сдвинут относительно ЭДС на угол .

Напряжение поврежденной фазы в месте установки защиты (в начале линии) равно

,

и поскольку ,

.

Напряжение опережает ток на угол

.

Напряжения неповрежденных фаз в месте КЗ и не остаются неизменными и равными ЭДС Е_В и Е_С. Вследствие взаимоиндуктивной связи с поврежденной фазой в неповрежденных индуцируются ЭДС .

Двухфазное КЗ на землю в сети с глухозаземленными нейтралями К^(1,1) также характеризуется появлением слагающих нулевой последовательности. В месте металлического КЗ ток прямой, обратной и нулевой последовательностей при условии определяется как

;

;

.

При КЗ на землю защита включается на слагающие нулевой последовательности. Поэтому для выбора параметров срабатывания защиты достаточно определить значение, например, токов I₀ при К⁽¹⁾ и К^(1,1). В соответствии с приведенными соотношениями при КЗ в одной и той же точке и условии :

.

Двойные короткие замыкания на землю К_дв^(1,1) учитываются в сетях с изолированными нейтралями или нейтралями, заземленными через дугогасящие реакторы. Например, на линии (рис. 2.5, а) фаза В замкнулась в т. К_В, а фаза С – в т. К_С. Токи нулевой последовательности проходят лишь в части линии между точками К_В и К_С, т.к. вне этого участка нет контура для их замыкания. При К_дв^(1,1) между фазами В и С ток в фазе А отсутствует, в начале линии до т. К_С токи проходят в поврежденных фазах I_двB^(1,1) =- I_двС^(1,1), а сумма их равна нулю. На участке К_С - К_В ток проходит лишь в фазе В, появляется ток нулевой последовательности . На рис. 2.5, б показаны линии Л1 и Л2, отходящие от шин подстанции, на одной из которых произошло замыкание фазы В в т. К_В, а на другой – фазы С в т. К_С – К_дв^(1,1). Если при этом защита отключит Л2, то на Л1 останется однофазное замыкание на землю К_з⁽¹⁾, не являющееся КЗ. Поэтому целесообразно отключать лишь одно место повреждения при К_дв^(1,1), а оставшееся К_з⁽¹⁾ может быть ликвидировано ремонтным персоналом при получении сигнала о нем.

Рис. 2.5. Двойные замыкания на землю в сети

СООТНОШЕНИЯ ТОКОВ ПРИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ СВЯЗЯХ В СЕТЯХ

Соотношения рассматриваются для наиболее распространенной группы соединения обмоток Y/Δ-11. При анализе работы защит необходимо знать соотношения электрических величин как на стороне, где произошло повреждение, так и на других сторонах трансформатора.

На рис. 2.6, а приведена электрическая схема такого трансформатора, указаны начала (A, B, C, a, b, c) и концы (X, Y, Z, x, y, z) обмоток, а также условные положительные направления токов в подводящих проводах обмоток, соединенные треугольником (I_AΔ, I_BΔ, I_СΔ), в фазах этих же обмоток (I_α, I_β, I_γ) и в фазах обмоток, соединенных звездой (I_AY, I_BY, I_СY).

Рис. 2.6. Трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Δ-11 (а) и векторная диаграмма токов в симметричном режиме (б)

Для трансформатора с коэффициентом трансформации равным единице, числа витков обмоток соотносятся как . Из равенства намагничивающих сил обмоток следуют соотношения ; ; . Соотношения для токов I_Δ и I_Y можно получить, исходя из первого закона Кирхгофа для узлов a, b, c:

; ; ,

или

; ; .

Векторная диаграмма токов в симметричном режиме приведена на рис. 2.6, б. Определение токов на стороне звезды при известных токах на стороне треугольника может быть получено при отсутствии токов нулевой последовательности, когда . При этом

; ; .

При двухфазном КЗ, например, между фазами В и С на стороне звезды токи I_AY =0, I_α =0; I_BY =- I_СY. Следовательно, ; ; .

При двух других видах двухфазных КЗ вид векторной диаграммы остается неизменным и лишь циклически изменяются фазы (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Векторные диаграммы токов при К⁽²⁾ на стороне звезды

При двухфазном КЗ между фазами В и С на стороне треугольника также справедливо соотношение . При равных сопротивлениях каждой фазы обмотки токи ; . Уравнение токов для узла b имеет вид или . Таким образом, ; ; .

При двух других двухфазных КЗ вид векторной диаграммы остается неизменным и лишь циклически изменяются фазы.

При однофазном КЗ, например, фазы А на стороне звезды токи равны и . На стороне треугольника: ; ; . При двух других видах однофазных КЗ вид векторной диаграммы остается неизменным и лишь циклически изменяются фазы (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Векторные диаграммы токов при К⁽¹⁾ на стороне звезды треугольника

На основании приведенных соотношений и векторных диаграмм следуют общие выводы для трансформаторов со схемой соединения Y/Δ-11 при КЗ на разных сторонах трансформатора:

1. В симметричном режиме токи на стороне треугольника I_Δ сдвинутся относительно токов на стороне звезды I_Y на угол π/6 против часовой стрелки.

2. При двухфазных КЗ на стороне, где произошло повреждение, в двух поврежденных фазах проходят равные и противоположно направленные токи. На другой стороне трансформатора при этом проходят в двух фазах равные токи и в меньшие, чем на поврежденной стороне, а в третьей – вдвое больший () и противоположно направленный.

3. При однофазных КЗ на стороне звезды проходит ток в поврежденной фазе; на стороне треугольника при этом проходят в двух фазах одинаковые и в раз меньшие, чем ток на стороне звезды.

ОДНОФАЗНЫЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Однофазные замыкания на землю К_з⁽¹⁾ являются частыми в сетях с изолированными нейтралями или нейтралями, заземленными через дугогасящие реакторы. Ток замыкания при К_з⁽¹⁾ определяется достаточно большим емкостным сопротивлением фаз относительно земли, поэтому допустимо пренебрегать всеми остальными индуктивными и емкостными сопротивлениями в контуре замыкания.

Для общего анализа электрических величин распределенные емкости элементов относительно земли заменяют сосредоточенными. В нормальном режиме работы (рис. 2.9) под действием ЭДС проходят емкостные токи ; ; , опережающие соответствующие ЭДС на π/2 (рис. 2.10, а). Т.к. , то в сети отсутствуют слагающие нулевой последовательности. Ввиду сравнительно малого значения этих токов можно пренебречь падением напряжения от них в линии. Поэтому фазное напряжение . Обойдя контур одной из фаз, можно определить напряжение нейтрали относительно земли из условия . При указанных на рисунке условных положительных направлениях , т.е. .

Рис. 2.9. Токи и напряжения при замыкании на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью

При замыкании на землю в т. К_А⁽¹⁾ (рис. 2.9) напряжение замкнувшейся фазы U_А⁽¹⁾ =0, ток I_з⁽¹⁾ =3 I₀. Если пренебречь падением напряжения от емкостных токов, то напряжение в любой точке замкнувшейся фазы U_А⁽¹⁾ =0, напряжение нейтрали .

Рис. 2.10. Векторные диаграммы токов и напряжений в сети с изолированной нейтралью: а – в нормальном режиме, б – при замыкании на землю фазы А

При построении векторной диаграммы (рис. 2.10, б) целесообразно принять за исходную точку 0'. Напряжение неповрежденных фаз ; ; ; .

Сумма напряжений , напряжение последовательности .

Поскольку нейтраль источника изолирована, то . В неповрежденных фазах проходят токи, определяемые напряжения этих фаз: ; ; ; , в поврежденной фазе ; .

Поиск по сайту: