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.
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.
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://samelectrik.ru/chto-takoe-tokovaya-zashhita-nulevoj-posledovatelnosti.html
Ложное отключение вл 500 кв анализ причины аварии
Поводом для настоящего исследования послужил случай одновременного отключения двух независимых линий 500 кВ, который произошел на одном из участков магистральных электрических сетей. Причиной отключения одной из линий стало однофазное короткое замыкание на землю (ОКЗ), причина же одновременного отключения второй линии оставалась нераскрытой.
Проведенная проверка действия релейной защиты показала, что каких-либо сбоев в ее вторичных цепях не было, микропроцессорные реле защиты работали в полном соответствии с заложенным алгоритмом. Кроме того, надежность подобного типа защиты подтверждалась накопленным опытом эксплуатации.
Невольно напрашивался вывод, что причиной ложного отключения могли стать нештатные процессы, происходившие в первичных цепях, не учтенные алгоритмом работы реле.
Проведенный впоследствии анализ аварии это подтвердил. Владимир Семенович Фишман надеется, что полученные им результаты будут способствовать решению возникшей проблемы.
| Владимир Фишман, инженер-аналитик (эксперт), г. Нижний Новгород |
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ
Защита рассматриваемых ВЛ 500 кВ осуществляется микропроцессорными терминалами Siproteс 7SA522 производства компании «Сименс» [1]. Терминал имеет основные и резервные быстродействующие защиты.
Отключение неповрежденной линии произошло под действием быстродействующей защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на сравнении направления токов (мощности) нулевой либо обратной последовательности, измеряемых в начале и в конце каждой линии.
Если реле обнаруживает повреждение в «прямом» направлении, то есть когда ток направлен в сторону линии, то на противоположный конец аналогичному реле передается разрешающий сигнал. Если с противоположного конца также приходит разрешающий сигнал, то на выходное реле подается сигнал отключения выключателя линии без выдержки времени.
Таким образом, необходимым условием для отключения является то, что на обоих концах линии ток повреждения протекает в «прямом» направлении. Время действия разрешающего сигнала специально продлено, что обеспечивает надежное отключение даже в том случае, если на передающем конце произойдет быстрое отключение (быстрее времени передачи разрешающего сигнала).
Обмен информацией между устройствами, установленными на разных концах линии, осуществляется с помощью средств телемеханики по оптоволоконным или высокочастотным каналам связи.
Важно отметить следующее. Для определения направления мощности при ОКЗ обычно используются параметры нулевой последовательности – ток и напряжение. Однако в ряде случаев чувствительность такой защиты оказывается недостаточной.
Для повышения чувствительности в указанном терминале фирма «Сименс» предусматривает дополнительное использование токов и напряжений обратной последовательности.
При этом выбор той или иной последовательности для определения направления тока повреждения происходит автоматически в зависимости от того, напряжение какой последовательности оказывается наибольшим (U0 или U2).
МЕТОД АНАЛИЗА
Для анализа симметричных составляющих токов и напряжений, возникающих в неповрежденной линии при ОКЗ на смежной линии, принята характерная схема участка сети, представленная на рис. 1. Схема включает три комплексных энергоузла 500 кВ – соответственно шины B, C и E, – содержащих как источники питания (генераторы), так и потребители электроэнергии. Энергоузлы связаны между собой воздушными линиями 500 кВ. Узел С имеет дополнительную связь с энергосистемой.
Рис. 1. Схема связи 3-х энергоузлов по ВЛ 500 кВ
Предполагается, что на линии ВЕ произошло ОКЗ. Схема замещения для такого вида повреждения показана на рис. 2. Она представляет собой последовательно соединенные схемы замещения симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Поскольку в данном случае нас интересуют параметры, действующие на срабатывание защиты, – это токи и напряжения обратной и нулевой последовательностей, то для удобства расчета несколько изменим схемы замещения этих последовательностей (рис. 3). Точка ОКЗ А разделяет поврежденную линию ВЕ на два отрезка, обозначенные сопротивлениями ХАВ и ХАЕ.
Три других сопротивления – ХBD , ХCD и ХED – это сопротивления комплексных узлов В, С и Е. Для исследования указанных токов и напряжений в смежной с поврежденной линии – линии ВС, выполним преобразование «треугольника» сопротивлений ХCD–ХED–ХСЕ в «звезду» ХCО–ХЕО–ХСО. Такое преобразование не меняет величину и направление токов в остальных элементах схемы.
Лучи «звезды» выражаются известными формулами [2]:
| ХСО = ХCD · ХCE / (ХED + ХCD + ХCE), ХDO = ХED · ХCD / (ХED + ХCD + ХCE), ХEO = ХCE · ХED / (ХED + ХCD + ХCE). | (1) |
Рис. 2. Схема замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей при ОКЗ в точке А
Рис. 3. Схема замещения обратной (нулевой) последовательности
В результате преобразования получаем фигуру «моста» (рис. 4), в диагональ которого входит интересующая нас линия ВС. Известно, что величина и направление тока в диагонали «моста» зависит от соотношения сопротивлений, входящих в его левое и правое плечи. Нулевое значение тока в диагонали имеет место при следующем соотношении сопротивлений:
| ХАВ / ХВD = ХАО / ХОD. | (2) |
Рис. 4. Преобразованная схема замещения обратной (нулевой) последовательности
Используя (1), после преобразования получим выражение для величины сопротивления отрезка АВ линии ВЕ, ОКЗ в конце которого соответствует нулевому значению токов I2 и I0 в линии ВС:
| ХАВ = (ХL + ХОЕ) ХВD / ХOD (1 + ХBD / ХOD). | (3) |
Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/2016/98/03.php
Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение
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.
в дополнение к написанному
Источник: https://www.asutpp.ru/tokovaya-zaschita-nulevoy-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
Понятия о системах прямой, обратной и нулевой последовательности
Рис. 13.3
Системапрямой последовательности состоит изтрёх векторов равных по длине и сдвинутых друготносительно друга на.Причёмотстаёт от вектора(рис. 13.3 а).
Всистеме обратной последовательностивектор опережает
(рис. 13.3 б).
Система нулевойпоследовательности состоит из трёхравных векторов
(рис. 13.3 в).
Любуюнесимметричную систему трёхфазныхнапряжений, токов, ЭДС можно представитькак результат наложения систем прямой,обратной и нулевой последовательностей(рис. 13.4).
(1)
Или
(2)
Справедливои обратное действие, – если каким-либообразом найдены симметричные составляющиепрямой, обратной и нулевой последовательностей,то по формулам (1) или (2) можно определитьисходные несимметричные напряжения итоки в трёхфазной цепи (методом наложения).
(3)
Первоначальнаязадача (действие метода) – поисксимметричных составляющих и сходныхнесимметричных(аварийных) режимов. Оносуществляется путём расчёта трёхсимметричных режимов: прямого, обратногои нулевого.
Расчёткаждого симметричного режима производитсяпо своей схеме замещения, причём схемыпрямой и обратной последовательностианалогичны (имеют одинаковую конфигурацию).
Составляютсхему произвольно с использованиемпринципа компенсации, согласно которомулюбое сопротивлениеZэлектрической цепи можно представитьэквивалентным источникам ЭДС, направленнымнавстречу току в исходной ветви (рис.13.5).
Всхемах замещения фазные сопротивлениялинии передачи трёхфазных трансформаторови трёхфазных электрических машин имеютразличные величины для токов прямой,обратной и нулевой последовательностей.
Линии передач
Втрансформаторах магнитные потокинулевой последовательности совпадают по фазе и поэтому не могутзамыкаться по сердечнику и поэтомузамыкаются по воздуху (рис. 13.6).
Магнитныепотоки прямой ()и также обратной ()последовательностей сдвинуты наи поэтому замыкаются по сердечнику.
Рис. 13.6
Посколькумагнитное сопротивление воздуха многобольше магнитного сопротивления стали, то.
Этоприводит к .
Вэлектрических машинах прямаяпоследовательность токов статорасоздаёт магнитное поле, вращающееся водном направлении с ротором, а обратнаясистема токов – в противоположном.Следовательно, частоты наведённых вроторе токов (прямых и обратных)оказываются различными. Это проводитк (сопротивление фазы электрическоймашины для токов прямой последовательностине равно обратной).
Токистатора нулевой последовательности несоздают кругового вращающегося магнитногополя, условия их протекания в машинеотличаются от условий для токов прямойи обратной последовательностей. Врезультате .
Дляперехода от исходной цепи к схемамзамещения поступают следующим образом:Место возникновения аварийного режимахарактеризуется несимметричныминапряжениями, которые на основаниипринципа компенсации представленыисточниками фиктивных, несимметричныхЭДС (напряжений)
Контрольные вопросы
1. К чему приводятповреждения и аварии в энергетическихсистемах?
2. На какие двегруппы делят несимметрию?
3. К чему позволяетпривести задачу метод симметричныхсоставляющих?
4. Из чего состоитсистема нулевой последовательности?
5.Любую ли несимметричную системутрёхфазных напряжений, токов, ЭДС можнопредставить как результат наложениясистем прямой, обратной и нулевойпоследовательностей?
6.Если каким-либо образом найденысимметричные составляющие прямой,обратной и нулевой последовательностей,можно ли определить исходные несимметричныенапряжения и токи в трёхфазной цепи?
7. В чем состоитпервоначальная задача метода наложения?
8. Какаяпоследовательность токов статорасоздает магнитное поле в электрическихмашинах?
Источник: https://studfile.net/preview/1365965/page:24/
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.
Как работает трансформатор
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.
Трансформаторы нулевой последовательности также относятся к токовым измерительным приборам. От других видов трансформаторных устройств они отличаются назначением и принципом работы. Основной функцией данных приборов является регистрация токовых утечек или отсутствия фазы при коротком замыкании в трехфазных кабелях.
Когда в жилах таких кабелей возникает асимметрия токов, это приводит к появлению на выходе вторичной обмотки сигнала небаланса. Далее этот сигнал уходит к контрольному устройству, с помощью которого отключается питание поврежденного кабеля. Подключение трансформатора тока нулевой последовательности осуществляется не к каждой фазе.
Он соединяется сразу со всеми жилами кабеля.
Расчет тороидального трансформатора
Таким образом, принцип работы этих устройств основан на выделении сигнала через трансформацию токов нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю. Они применяются в сетях с изолированной нейтралью и схемах релейной защиты. Благодаря нормированному коэффициенту трансформации, который может переключаться во вторичной обмотке, становится возможной эффективная и точная настройка релейной защиты.
Выпуск трансформаторов производителями осуществляется в различных модификациях. Основными техническими характеристиками являются номинальное напряжение и частота, коэффициент трансформации, испытательное одноминутное напряжение, односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки. Они имеют различные габариты, обеспечивающие возможность подключения сразу к нескольким одножильным кабелям, сечением до 500 мм2.
Источник: https://electric-220.ru/news/transformator_toka_nulevoj_posledovatelnosti/2017-04-12-1228
Токи нулевой обратной и прямой последовательности – Что является источником токов обратной и нулевой последовательностей?
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.
Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное илидвухфазноеКЗ).
Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю.
( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Ток обратной последовательности, как известно из [22], появляется при любом несимметричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ.
Ток нулевой последовательности используется для повышения чувствительности пуска ВЧ-передатчика при КЗ на землю, а пусковое реле фазного тока КА — при симметричных КЗ
Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:
Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 .
Зёх фазный ток — это когда фазы а,в,с отстоют друг от друга на 120градусов. Когда три фазы повёрнуты в 1 сторону — ток нулевой последовательности. Такое возникает при однофазных замыканиях на землю в сетях с заземлённой нейтралью.
Поэтому применяются ТЗНП — токовые защиты нулевой последовательности для защиты от замыканий на землю — появился ток нулевой последовательности, значит есть замыкание на землю, защита срабатывает. . Токи обратной последовательности — это когда нарушен порядок чередования фаз. Возникают при межфазных замыканиях, для зашиты применяю ТЗОП — токовые защиты обратной последовательности. В двух словах так.
Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное или двухфазное КЗ).
Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Токи нулевой последовательности по существу являются однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи.
В силу этого, путь циркуляции токов нулевой последовательности резко отличен от пути, по которому проходят токи прямой или обратной последовательности Для практической реализации метода симметричных составляющих необходимо составлять три схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Конфигурация этих схем и параметры их элементов в общем случае не одинаковы.
Схема прямой последовательности является той же, что и для расчета тока трехфазного замыкания. Из этой схемы находят результирующую ЭДС и результирующее сопротивление прямой последовательности: и .
Началом этой схемы являются точки нулевого потенциала источников питания, концом – место короткого замыкания, к которой приложено напряжение прямой последовательности .
Составляющие обратной последовательности возникают при появлении в сети любой несимметрии: однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки.
Составляющие нулевой последовательности имеют место при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания составляющие нулевой последовательности(токи и напряжения) равны нулю.
Этот метод используют многие устройства РЗиА. В частности, принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю.
В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.
Для трехфазных транспозированых ЛЭП результат этого преобразования — точная матрица собственных векторов (матрица модального преобразования)[1]. Она одинакова как для тока, так и для напряжения.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
megalektsii.ru
Понятия о системах прямой, обратной и нулевой последовательности
Рис. 13.3
Система прямой последовательности состоит из трёх векторов равных по длине и сдвинутых друг относительно друга на. Причёмотстаёт от вектора (рис. 13.3 а).
В системе обратной последовательности вектор опережает
(рис. 13.3 б).
Система нулевой последовательности состоит из трёх равных векторов
(рис. 13.3 в).
Любую несимметричную систему трёхфазных напряжений, токов, ЭДС можно представить как результат наложения систем прямой, обратной и нулевой последовательностей (рис. 13.4).
(1)
Или
(2)
Справедливо и обратное действие, – если каким-либо образом найдены симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, то по формулам (1) или (2) можно определить исходные несимметричные напряжения и токи в трёхфазной цепи (методом наложения).
(3)
Первоначальная задача (действие метода) – поиск симметричных составляющих и сходных несимметричных(аварийных) режимов. Он осуществляется путём расчёта трёх симметричных режимов: прямого, обратного и нулевого.
Расчёт каждого симметричного режима производится по своей схеме замещения, причём схемы прямой и обратной последовательности аналогичны (имеют одинаковую конфигурацию).
Составляют схему произвольно с использованием принципа компенсации, согласно которому любое сопротивлениеZ электрической цепи можно представить эквивалентным источникам ЭДС, направленным навстречу току в исходной ветви (рис. 13.5).
В схемах замещения фазные сопротивления линии передачи трёхфазных трансформаторов и трёхфазных электрических машин имеют различные величины для токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.
В трансформаторах магнитные потоки нулевой последовательности совпадают по фазе и поэтому не могут замыкаться по сердечнику и поэтому замыкаются по воздуху (рис. 13.6).
Магнитные потоки прямой () и также обратной () последовательностей сдвинуты наи поэтому замыкаются по сердечнику.
Рис. 13.6
Поскольку магнитное сопротивление воздуха много больше магнитного сопротивления стали , то.
Это приводит к .
В электрических машинах прямая последовательность токов статора создаёт магнитное поле, вращающееся в одном направлении с ротором, а обратная система токов – в противоположном. Следовательно, частоты наведённых в роторе токов (прямых и обратных) оказываются различными. Это проводит к (сопротивление фазы электрической машины для токов прямой последовательности не равно обратной).
Токи статора нулевой последовательности не создают кругового вращающегося магнитного поля, условия их протекания в машине отличаются от условий для токов прямой и обратной последовательностей. В результате .
Для перехода от исходной цепи к схемам замещения поступают следующим образом: Место возникновения аварийного режима характеризуется несимметричными напряжениями, которые на основании принципа компенсации представлены источниками фиктивных, несимметричных ЭДС (напряжений)
