ЗАЩИТА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКЕ СТАТОРА. Короткое межфазное замыканиеЛекция 4. Короткие замыкания в энергосистемахОсновные сведения о коротких замыканиях. Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием, как по виду, так и по характеру повреждения. Короткие замыкания (КЗ) возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин. В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга, термическое действие которой приводит к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов. Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственные (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой, или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми. Основные виды КЗ показаны на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 - Основные виды коротких замыканий: а – трехфазное; б – двухфазное; в – двухфазное на землю; г – однофазное
Междуфазные КЗ — двухфазные и трехфазные — возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью. Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывания и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия изоляции испражнениями птиц, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др. Трехфазное короткое замыкание. Симметричное трехфазное КЗ — наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети: Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рисунке 4.2. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток КЗ, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол (φн), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыкания: Для линий 110 кВ этот угол равен 60—78°; 220 кВ (один провод в фазе) — 73—82°; 330 кВ (два провода в фазе) — 80—85°; 500 кВ (три провода в фазе) — 84—87°; 750 кВ (четыре провода в фазе) — 86—88° (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов). Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рисунке 4.2,б. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, их уровни незначительны. Рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки. Рисунок 4.2 - Трехфазное КЗ; а – расчетная схема; б – диаграмма токов и напряжений в месте КЗ; в – векторная диаграмма для определения напряжений в промежуточных точках сети. Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рисунок 4.3).
Рисунок 4.3 - Двухфазное КЗ между фазами В и С. а – векторная диаграмма токов и напряжений; б – схема сети
В поврежденных фазах и месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток КЗ отсутствует Междуфазное напряжение (Ubc) в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения Так же как и при трехфазном КЗ токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС Ebc или параллельного ему вектора Ubc) на угол φk, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи. Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рисунке 4.3,а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения UB, Uс и междуфазное напряжение Uac будут увеличиваться, как показано на рисунке 4.3,а штриховыми линиями для точки п. С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ. Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью. Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ. В сетях же с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рисунок 4.4). Соотношения токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид: Однофазные КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.
Литература1осн[59-77], 2 осн [30 -39]. Контрольные вопросы: 1.Назовите виды коротких замыканий. 2.Объясните однофазное короткое замыкание на землю. 3.Объясните двухфазное короткое замыкание на землю.
Лекция 5. Ненормальные режимы работы в энергосистемах Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью. В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3—35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ. При замыкании на землю одной фазы фазное напряжение поврежденной фазы (Uа на рисунке 5.1, а) относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз Uв и Uс увеличиваются в 1,73 раза и становятся равными междуфазным (Úв(1) и Úс(1) на рисунке 5.1, б) Рисунок 5.1 - Однофазное замыкание на землю фазы А в сети с малым током замыкания на землю (изолированная нейтраль) Под действием напряжений Úв и Úc через место повреждения проходит ток IзА, замыкающийся через емкости неповрежденных фаз В и С. Емкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит. Значение тока в месте замыкания на землю определяется следующим выражением: где –Х∑ суммарное сопротивление цепи замыкания на землю. Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь, тогда , C – емкость одной фазы сети относительно земли. Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжения фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60°, то В результате Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии: для линии 6 кВ для линии 10 кВ , где S– сечение кабеля, мм2; Uном– номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ. Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ — 0,015 А/км; 10 кВ — 0,025 А/км; 35 кВ — 0,1 А/км. Для сетей с изолированной нейтралью считается допустимой работа при емкостных токах замыкания на землю не превосходящих величины 20А,15А, 10А соответственно для сети 6кВ, 10кВ, 35кВ. Для линий с железобетонными опорами независимо от уровня напряжения ток замыкания на землю должен быть не более 10А. Это требуется для предотвращения повреждения железной арматуры опоры длительно протекающим током замыкания на землю. Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства — дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения. Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рисунок 5.1), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течение 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок. Пробой изоляции другой фазы может произойти в другом месте данной линии, или вообще на другой линии или шинах. Такое замыкание называется двойным замыканием на землю. Это короткое замыкание, ток проходит часть пути через места замыкания и через землю. В данном случае в принципе достаточно отключить только одно место замыкания на землю, после чего в сети останется другое. При заземлении нейтрали через активное сопротивление (чаще всего это резисторы общим сопротивлением 100 Ом), в месте КЗ протекает активный ток, величина которого определяется практически только сопротивлением этого резистора: Для сети 10кВ этот ток равняется примерно 60 А, для сети 6 кВ – 36 А. Такое замыкание необходимо отключать для предотвращения развития повреждения. В сетях с изолированной нейтралью, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала, защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение. В настоящее время рассматривается вопрос об отключении замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью на линиях, проходящих в населенной местности, так как приближение к оборванному проводу может быть опасно для людей. Другие ненормальные режимы оборудования. Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Время tд, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов, приведен на рисунке 5.2. Величина выделяемого тепла определяется квадратом тока, и поэтому нагрев резко растет с увеличением кратности тока. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению в пределах времени tд. Рисунок 5.2 - Зависимость допустимой длительности перегрузки от значения тока tд = f(I) (I ном – номинальный ток оборудования). Повышение напряжения. Обычно возникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа РПН, влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев, величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: электронных устройств, бытовых приборов, двигателей и трансформаторов. Например, для ламп накаливания повышение напряжения на 5% свыше номинального сокращает срок их службы в два раза. Действующими нормами защита от таких режимов требуется для устройств емкостной компенсации (БСК). Понижение напряжения. Оно особенно опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины момента, увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке и выходу из строя. При понижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания. Защита от понижения напряжения обычно применяется в сетях промышленного назначения, питающих электродвигатели, в особенности синхронные, а также в сетях собственных нужд электростанций. Режим работы двумя фазами. Он происходит при обрыве фазы в питающей сети. Двигатели при этом могут остаться в работе, если момента развиваемого двигателями достаточно или остановиться. В обоих случаях ток резко растет, что приводит к перегрузке двигателя и выходу его из строя. Поэтому очень часто двигатели снабжаются специальной защитой от работы двумя фазами (обрыва фазы). Для предотвращения возникшей перегрузки может быть использована и защита от перегрузки, действующая на отключение, эта защита должна быть установлена хотя бы в двух фазах, чтобы защита не оказалась подключенной к оборванной фазе. Литература1осн [77-89,101-107], 2 осн [39-41]. Контрольные вопросы: 1.Поясните однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. 2.Что такое перегрузка оборудования? 3.Объясните повышение и понижение напряжения.
Похожие статьи:poznayka.org Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновенияО таком нештатном режиме работы электрической цепи как короткое замыкание слышали практически все. Описание физики этого процесса входит в школьную программу 8-го класса. Предлагаем вспомнить, что представляет собой данное явление, какую опасность представляют токи КЗ и их вероятные причины возникновения. В статье мы рассмотрим виды короткого замыкания, а также способы защиты, позволяющие минимизировать негативные последствия. Что такое короткое замыкание?Под данным термином принято называть состояние сети, в которой имеет место непредусмотренный нормальной эксплуатацией электрический контакт между точками электроцепи с различными потенциалами. Низкое сопротивление в зоне контакта вызывает резкое увеличение силы тока, превышающее допустимое значение. Для понимания процесса приведем наглядный пример. Допустим, имеется лампа накаливания мощностью 100 Вт, подключенная к бытовой сети 220 В. Применив Закон Ома, рассчитаем величину тока для нормального режима и короткого замыкания, игнорируя сопротивление источника и электрической проводки.  Электрическая схема нормального режима работы (а) и короткого замыкания (b)При нормальном режиме работы приведенной выше цепи, электрический ток будет равен 0,45 А (I = P/U = 100/220 ≈ 0,45), а сопротивление нагрузки составит 489 Ом (R = U/A = 220/0,45 ≈ 489). Теперь рассмотрим изменение параметров цепи при возникновении КЗ. Для этого замкнем цепь между точками А и В выполним соединение при помощи провода с сопротивлением 0,01 Ом. Учитывая свойства электрического тока, он выберет путь с наименьшим сопротивлением, соответственно, Iкз увеличится до 22000 А (I=U/R). Собственно, по этой причине замыкание называется коротким. Данный пример сильно упрощен, в реальности ток замыкания не поднимется до 2,2 кА, поскольку произойдет падение напряжения на потребителе, согласно второму закону Киргофа: E = I * r + I * R , где I*r – напряжение на источнике питания, а I * R, соответственно, на потребителе. Поскольку R при замыкании стремится к нулю, то вольтметр в изображенной выше схеме покажет падение напряжения. Виды КЗСогласно ГОСТ 52735-2007, в энергосетях короткие замыкания принято разделять на несколько видов. Для наглядности ниже представлены схемы различных видов КЗ.  Различные виды КЗОбозначения с кратким описанием:
Характерно, что при К(З) наличие контакта с землей не отражается на параметрах процесса.
Мы привели только пять видов замыканий, которые чаще всего встречаются на практике. С полным списком возможных вариантов и поясняющими схемами можно ознакомиться в приложении 2 к ГОСТу 26522 85. Вероятность возникновения каждого из рассмотренных выше вариантов приведена в таблице. Как видно из нее чаще всего наблюдаются однофазные короткие замыкания. Таблица 1. Распределение, составленное по аварийной статистике.
Разобравшись с видами замыканий, рассмотрим, в каких ситуациях они могут возникнуть. Причины возникновения короткого замыканияНесмотря на случайность данного процесса, существует много причин, имеющих косвенное или прямое отношение к его происхождению. Перечислим наиболее распространенные причины, по данным аварийной статистики:
Опасность и последствияЧтобы понять, какую опасность представляет КЗ, достаточно узнать о возможных последствиях короткого замыкания. Для этого перейдем к краткому перечню, составленному по статистическим данным Ростехнадзора:
Как предотвратить КЗ и защита от него?Нельзя полностью исключить вероятность КЗ, поскольку на природу его возникновения влияет случайная составляющая. Поэтому в данном случае может идти речь только о профилактике, понижающей вероятность возникновения аварийной ситуации. К таким мерам относятся:
Не менее важным является организация защиты, она реализуется путем установки автоматических выключателей (или предохранителей) как на ввод, так и на каждую внутреннюю линию проводки. Если произойдет короткое замыкание, электромагнитная защита автоматического выключателя сработает под воздействием высокого уровня тока КЗ. Как подобрать автоматический выключатель, в зависимости от номинального тока, Вы можете прочитать на нашем сайте. Если в щитах РУ используются плавкие электрические предохранители, то после их «расплавления» (срабатывания), замена должна проводиться на однотипные устройства. Установка предохранителя с током меньше номинального приведет к ложным срабатываниям, превышение допустимого тока срабатывания может вызвать повреждение электрооборудования. Преднамеренное КЗЗавершая данную тему нельзя не упомянуть, что большие токи короткого замыкания могут успешно использоваться. Ярким примером этому являются электросварочные аппараты с ручным или автоматическим ограничением по току КЗ. Принцип работы и примеры электрических схем различных видов сварочного оборудования мы уже ранее рассматривали на нашем сайте. Помимо сварочных аппаратов особенности КЗ используются в короткозамыкателях.  Внешний вид короткозамыкателяКороткозамыкатели представляют собой специальные электромеханические устройства, вызывающие преднамеренное короткое замыкание для оперативного отключения системой защиты определенного участка цепи. Таким образом, можно констатировать, что в приведенных примерах короткое замыкание вызывается принудительно для выполнения конструктивных действий. Несколько видео по теме: www.asutpp.ru Основные сведения о коротких замыканиях.Основные сведения о коротких замыканиях. Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической сети с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения. Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственное (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми.Основные виды КЗ показаны на рис.1.17. Междуфазные КЗ – двухфазные и трехфазные – возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.  Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др. Трехфазное короткое замыкание. Симметричное трехфазное КЗ – наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети:  Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рис.1.18. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол φk, определяемый соотношением активного и реактивного сопротивления цепи короткого замыкания:  Для линий 110 кВ этот угол равен 60-78о; 220 кВ (один провод в фазе) – 73-82о; 330 кВ (два провода в фазе) – 80-85о; 500 кВ (три провода в фазе) – 84-87о; 750 кВ (четыре провода в фазе) – 86-88о (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов). Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рис.1.18, в. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, незначительны по значению, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки.  Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рис.1.19). В поврежденных фазах в месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток отсутствует  Междуфазное напряжение  в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения  Так же как и при трехфазном КЗ, токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС  или параллельного ему вектора) на угол φk, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи. Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рис.1.19, а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения  , и междуфазное напряжение будут увеличиваться, как показано на рис.1.19, а штриховыми линиями для точки n.  С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ. Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью. Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ. В сетях с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рис.1.20).  Соотношение токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид:  Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью. Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (на пост советском пространстве, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рис.1.21, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:  Однофазное КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.  Однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3-35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ.  где ХΣ – суммарное сопротивление цепи замыкания на землю. Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь. Тогда  где f – частота сети, равная 50 Гц; С – емкость одной фазы сети относительно земли. Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжение фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60о, то  В результате  Емкость сети в основном определяется длиной присоединённых линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии: Для линии 6 кВ и 10 кВ соответственно.  где S – сечение кабеля, мм2; Uном – номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ. Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ – 0,015 А/км; 10 кВ – 0,025 А/км; 30 кВ – 0,1 А/км. Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения.  Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рис.1.22), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течении 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок. В сетях, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение. releyka.blogspot.com Междуфазные КЗ в одной точкеОсобенности расчета коротких замыканий для релейной защиты Общие положения При выполнении релейной защиты, действующей на отключение, в сетях с глухозаземленными нейтралями (110 кВ и выше) учитываются трехфазные КЗ К(3), двухфазные КЗ - К(2) (между двумя фазами), двухфазные КЗ на землю - К(1,1) и однофазные КЗ - К(1). В сетях с глухозаземленными нейтралями защита выполняется двумя комплектами: - комплектом от междуфазных КЗ, включенным на полные токи и напряжения фаз; - 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 З(1+1). При однофазных замыканиях на землю З(1) защита, как правило, выполняется действующей на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется отключение З(1). В этих сетях выполняют защиту от всех видов КЗ, и включается она на полные токи и напряжения, либо при З(1+1) включается на составляющие нулевой последовательности. Работа релейной защиты определяется подводимыми токами, напряжениями и фазными углами 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. С целью упрощения расчетов при КЗ не учитывают токи нагрузки и расчеты проводят для сверхпереходного режима без учета переходного сопротивления в месте КЗ (кроме сетей напряжением до 1000В). При определении модуля тока в схемах с Uном > 35 кВ принимается Междуфазные КЗ в одной точке Трехфазные КЗрассматриваются для неразветвленной сети (рис.3.1). Исходными при построении векторной диаграммы являются фазные ЭДС системы ЕА, ЕВ и ЕС . Ток в фазах в месте КЗ и в защите одинаков и его модуль , например, для фазы А равен: где: Хс, Rc – индуктивная и активная составляющие сопротивления питающей системы; ХП, RП – индуктивная и активная составляющие сопротивления распределительной сети. Значение фазного тока КЗ можно определить по известном значении линейной (междуфазной) ЭДС:
Модуль фазного остаточного напряжения в месте установки защиты
Рис.3.1.Схема замещения сети (а) и векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ (б). Трехфазное КЗ характеризуется наибольшим током и по его значению проверяют электрооборудование электроустановки и рассчитывают уставки защит.
Рис.3.2. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ между фазами В и С: а.
Двухфазное КЗ между фазами В и С (К(2)).Для всех элементов сети принимается равенство сопротивлений прямой и обратной последовательностей Z1= Z2 =Z. Исходными при построении векторной диаграммы являются векторы ЭДС системы. Ток в неповрежденной фазе
В месте КЗ фазные напряжения поврежденных фаз Напряжение в месте установки защиты равно падению напряжения в линии, значение которого определяется током КЗ и сопротивлением петли КЗ: Двухфазное КЗ характеризуется наименьшим током из всех видов междуфазных повреждений. Поэтому по его значению оценивается чувствительность релейной защиты от междуфазных КЗ.
Похожие статьи:poznayka.org ЗАЩИТА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКЕ СТАТОРА⇐ ПредыдущаяСтр 50 из 75Следующая ⇒а) Назначение и общие принципы выполнения защиты В качестве основной защиты от междуфазных коротких замыканий в генераторе применяется быстродействующая продольная дифференциальная защита (см. § 10-2). Схема продольной дифференциальной защиты для одной фазы генератора показана на рис. 15-4, а. Полные схемы приведены на рис. 15-10 и 15-11. Принцип действия защиты (рис. 15-4, а) основан на сравнении величин и фаз токов (I1 и III) в начале и конце обмотки фазы статора. С этой целью с обеих сторон обмотки статора устанавливаются трансформаторы тока Т1 и ТII с одинаковыми коэффициентами трансформации nТ1 = nТII. Их вторичные обмотки соединяются последовательно, как показано на чертеже, разноименными полярностями. Дифференциальное реле Р включается параллельно вторичным обмоткам обоих трансформаторов тока. При к. з. вне зоны (точка К1 на рис. 15-4, а) первичные токи I1 и III равны по величине и направлены в одну сторону (к месту к. з.). Распределение вторичных токов показано на рис. 15-4,а, ток в реле Iр = IIB — IIIB, при идеальной работе трансформаторов тока IIB = IIIB и поэтому Iр = 0 — защита не работает. В действительности из-за погрешности трансформаторов тока IIB ≠ IIIB и в реле появляется ток небаланса Iр = Iнб = IIB — IIIB. Для исключения ложной работы защиты необходимо обеспечить условие
При нагрузке распределение первичных и вторичных токов соответствует условиям внешнего к. з., ток Iр = 0 и защита не действует.
При к. з., в зоне (точка К2на рис. 15-4, б) первичные токи к. з. на обеих сторонах обмотки направлены встречно (к месту к. з.). В результате этого вторичные токи в реле суммируются Iр = IIB + IIIB и реле приходит в действие, если Iр > Iс.з Для прекращения к. з. защита должна отключить генераторный выключатель и АГП. Трехфазные и двухфазные защиты. Поскольку дифференциальная защита генераторов, как это уже отмечалось, предназначена для действия при междуфазных к. з., она может выполняться по двухфазной схеме. Однако двухфазная защита не может обеспечить отключение генератора при двойных замыканиях на землю (рис. 15-5), если одно из замыканий К1возникло в сети (на фазе А или В, имеющей дифференциальную защиту), а второе — в точке К2на фазе В генератора, не имеющей защиты. Как видно из токораспределения, показанного на рис. 15-5, а, ток к. з., проходящий по фазе А к месту повреждения (к точке К1), является сквозным, поэтому в дифференциальном реле этой фазы ток Iр = О и реле Ране действует. На фазе В, где возникло повреждение генератора, защита могла бы работать, но она на этой фазе не установлена. Таким образом, в рассмотренном случае двухфазная защита не действует, хотя двойное замыкание на землю является опасным видом повреждения для генератора и требует быстрого отключения, так как возникающий при этом ток к. з. имеет большую величину и проходит в землю через сталь статора, причиняя значительные разрушения.
Для быстрого отключения такого повреждения дифференциальная защита генератора должна выполняться трехфазной. В целях экономии трансформаторов тока дифференциальные защиты генератора можно выполнять двухфазными, предусматривая при этом соответствующее исполнение защиты от замыкания на землю, позволяющее ей отключать двойные замыкания на землю (см. § 15-4). На генераторах 100 тыс. кВт и больше по соображениям повышения надежности их защиты целесообразно применять трехфазные схемы дифференциальных защит при всех условиях. Зона действия защиты ограничивается участком, расположенным между трансформаторами тока Т1 и ТII (рис. 15-4). При выполнении защиты стремятся по возможности расширить ее зону; с этой целью трансформаторы тока ТII обычно устанавливаются непосредственно у выключателя, так чтобы повреждения на всех токоведущих частях от выводов генератора до выключателя отключались мгновенно дифференциальной защитой. Обрыв соединительного провода в схеме дифференциальной защиты нарушает баланс токов в реле и вызывает неправильную работу защиты при сквозных к. з. или даже в нормальном режиме (рис. 15-5, б). Поэтому токовые цепи защиты должны выполняться с особой надежностью. Число контактных соединений в токовых цепях должно быть минимальным, а качество соединений — надежным. Вторичные обмотки трансформаторов т о к а дифференциальной защиты заземляются только у одной группы трансформаторов Т1 или ТII вторая группа трансформаторов тока электрически связана с первой и поэтому своего заземления не имеет. При заземлении обеих групп трансформаторов образуется цепь, по которой могут проходить токи, появляющиеся в контуре заземления подстанции, в результате чего возможно неправильное действие защиты (рис. 15-5, в). Обычно устанавливается одно заземление в точке з. б) Ток небаланса При внешних к. з. в дифференциальном реле Р (рис. 15-4) появляется ток небаланса, обусловленный погрешностями трансформаторов тока Т1 и ТII, как было показано в § 10-4:
Ток небаланса может вызвать неправильную работу дифференциальной защиты, поэтому принимаются меры к ограничению его величины. Для этой цели необходимо соблюдать следующие требования: а) Трансформаторы тока не должны насыщаться при токах сквозного к. з., что позволяет уменьшить токи намагничивания, а следовательно, и ток небаланса при внешних к. з. Это обеспечивается применением трансформаторов тока, насыщающихся при возможно больших значениях вторичной э. д. с. Е2, и уменьшением сопротивления плеч защиты, составляющих нагрузку трансформаторов тока при внешних к. з., от которой зависитвеличина Ег(рис. 15-6). Поставленным требованиям наилучшим образом удовлетворяют трансформаторы тока класса Р и Д, которые обычно и применяются для дифференциальных защит генераторов. Уменьшение сопротивления плеч достигается выбором сечения жил соединительного кабеля. Допустимое сопротивление соединительных проводов находится из условия 10%-ной погрешности трансформаторов тока (по кривым предельной кратности). б) Для уменьшения разности намагничивающих токов характеристики намагничивания Е2= f (Iнам) трансформаторов тока Т1 и ТII должны быть идентичными (совпадающими), а сопротивления плеч — по возможности равными. При этих условиях разность III нам — IIнам будет минимальной (рис. 15-6). Выполнение указанных требований весьма существенно ограничивает установившееся значение тока небаланса. Однако первоначальный бросок тока небаланса, обусловленный апериодической составляющей тока при внешнем к. з. или самосинхронизации генератора, может достигать значительной величины. В гл. 10 было показано, что начальный ток небаланса содержит значительную апериодическую составляющую, которая придает кривой небаланса несимметричный вид (рис. 10-7). Для исключения работы дифференциальной защиты от тока небаланса в неустановившемся и установившемся режимах кроме отмеченных выше мер по уменьшению разности намагничивающих токов (15-4) могут использоваться три способа:
1) уменьшение величины и продолжительности броска Iнб в неустановившемся режиме; 2) применение реле, отстроенных от бросков Iнб, возникающих в этом режиме; 3) применение реле с торможением от тока сквозного к. з. Уменьшение броска тока небаланса достигается с помощью активного сопротивления порядка 5 Ом, включаемого последовательно с обмотками дифференциальных реле (рис. 15-10, а). Активное сопротивление ограничивает величину Iнб и, кроме того, уменьшает постоянную времени Т2 вторичного контура трансформаторов тока (Т2= L/r). Однако включение значительного активного сопротивления (5 Ом) создает повышенную нагрузку на трансформаторы тока при к. з. в генераторе. В результате этого их погрешность увеличивается, а вторичный ток, поступающий в реле, уменьшается, что понижает чувствительность защиты и является недостатком, ограничивающим применение этого способа. В качестве второго, более совершенного способа применяется отстройка от неустановившихся токов небаланса включением дифференциального реле через быстронасыщающийся трансформатор [Л. 66]. Этот метод получил широкое распространение в СССР. Третий способ предусматривает использование в качестве дифференциальных реле — реле с торможением, автоматически загрубляющихся при внешнем к. з. одновременно сростом тока небаланса. Реле подобного типа были рассмотрены в § 10-4. в) Применение насыщающихся трансформаторов для отстройки от тока небаланса Принцип работы БНТ.Эффективным и простым способом отстройки от апериодической составляющей тока небаланса является включение дифференциальных реле через вспомогательные быстронасыщающиеся трансформаторы тока (БНТ), как показано
на рис. 15-10, б. Параметры БНТ подбираются так, что он почти не трансформирует апериодический ток, преобладающий в начальном токе небаланса, но достаточно хорошо пропускают синусоидальный ток, появляющийся в реле при к. з. в зоне защиты. Если представить, что в первичной обмотке БНТ проходит апериодический ток Iа = f(t) (рис. 15-7, а), то на зажимах разомкнутой вторичной обмотки БНТ (по закону индукции) будет наводиться
Как следует из кривой намагничивания БНТ (рис. 15-7, б), за некоторый весьма малый промежуток времени ∆t изменению тока Ia соответствует ничтожное изменение потока Ф; поэтому скорость изменения потока ∆ФаdФ/dt ≈ 0. В результате этого величина индуктируемой э. д. с. е2будет ничтожной. Следовательно, и ток во вторичной обмотке БНТ будет мал. Синусоидальный ток Iп трансформируется на вторичную сторону БНТ значительно лучше. За то же время ∆t (рис. 15-7, б) поток в магнитопроводе изменится весьма значительно — на ∆Фп. Это означает, что скорость изменения магнитного потока dФ/dt, определяющая е2, при питании БНТ синусоидальным током будет значительно больше, чем при питании его апериодическим током. Можно считать, что практически апериодическая составляющая тока небаланса не трансформируется во вторичную обмотку БНТ и полностью расходуется на подмагничивание его сердечника. Это приводит к насыщению БНТ и ухудшению трансформации также и периодической составляющей Iп тока небаланса. Таким образом, в реле попадает только периодическая составляющая тока небаланса, уменьшенная по величине за счет насыщения, обусловленного подмагничиванием сердечника апериодическим током. В установившемся режиме, когда апериодическая составляющая в токе небаланса затухает, последний трансформируется в реле без существенных искажений по величине и форме кривой. Параметры БНТвыбираются с таким расчетом, чтобы он насыщался при относительно небольших значениях апериодического тока. Подбором сталимагнитопровода БНТ с широкой петлей гистерезиса и величины индукции срабатывания Вс.р, близкой к Внас можно добиться таких условий, при которых начальный ток небаланса, смещенный асимметрично относительно оси времени (рис. 15-7, в), не будет трансформироваться через БНТ за счет наличия в нем большой апериодической составляющей. На этом и основана отстройка от асимметричных токов небаланса дифференциальных реле при включении их через БНТ. Добиваясь для отстройки от Iнб насыщения сердечника БНТ при относительно малых токах необходимо обеспечить достаточную надежность действия реле БНТ при повреждениях в зоне защиты. Чтобы обеспечить это условие, вторичный ток БНТ при к. з. в зоне должен быть на 20—30% больше тока срабатывания реле. За минимальную величину тока к. з., при котором должна обеспечиваться надежная работа реле, принимается Iк.з.мин=2Ic.р1. Характеристика БНТ I2БНТ = f (I1БНТ), удовлетворяющая этому условию, показана на рис. 15-8 (при первичном токе БНТ, равном 2Iс.р1, ток в реле равен 1,3Iс.р2). Чебоксарский электроаппаратный завод выпускает реле РНТ-565 (рис. 15-9) для дифференциальной защиты генераторов и трансформаторов [Л. 65]. Реле РНТсостоит из трехстержневого быстронасыщающегося трансформатора (БНТ) и питающегося от него реле. Трансформатор имеет три первичные обмотки: wД, w1у,w2уодну вторичную w2 и короткозамкнутую обмотку wк. Обмотки wД и w2являются основными обмотками БНТ. Первая wД включается в дифференциальную цепь защиты, вторая w2 питает реле типа РТ-40/0,2.
Вспомогательные обмотки w1уи w2у, называемые уравнительными, предназначены для компенсации неравенства вторичных токов II и IIIв плечах дифференциальных защит трансформаторов (рис. 16-3). В защите генератора они обычно не используются. Ток срабатывания реле регулируется изменением числа витков дифференциальной обмотки wД. Короткозамкнутая обмотка wК позволяет усиливать или ослаблять (регулировать) подмагничивающее действие апериодического тока, поступающего в обмотку wД[Л. 65, 68] (см. § 16-8, в). г) Разновидности схем дифференциальных защит На рис. 15-10 и 15-11 приведены три основные схемы дифференциальной защиты. Первая схема (рис. 15-10, а) выполняется с помощью простых токовых реле типа РТ или ЭТ. Последовательно с ними включается сопротивление r = 5 ÷ 10 Ом, которое служит для уменьшения небаланса. Для отстройки от тока небаланса ток срабатывания защиты при этой схеме приходится выбирать больше Iном.ген. Защита получается малочувствительной, что является недостатком схемы. Такие схемы применяются только для генераторов малой мощности. Из соображений экономии трансформаторов тока они обычно выполняются двухфазными, при этом отключение двойных замыканий производится защитой от замыкания на землю. Вторая, наиболее распространенная схема осуществляется с помощью реле РНТ-565. Она показана на рис. 15-10, б в трехфазном исполнении. В реле РНТ используется только дифференциальная обмотка wД.. Уравнительные обмотки остаются разомкнутыми и не используются. Насыщающий трансформатор БНТ, через который поступает ток в дифференциальную обмотку реле РНТ, не пропускает апериодической составляющей Iнб, и поэтому ток срабатывания защиты отстраивается только от периодической составляющей тока небаланса. Ток срабатывания защиты получается при этом равным (0,5 ÷ 0,6) Iном.ген. Защита с РНТ более чувствительна, чем с простым токовым реле. Схема с реле РНТ применяется на генераторах средней мощности 25—100 МВт. При обрыве соединительного провода в одном плече токовой цепи защиты (например, фазы А от Т1) в реле Та, как это следует из токораспределения на рис. 15-10, в,
В этой схеме (рис. 15-10, г) дифференциальная обмотка каждого реле включается, как обычно, на разность токов, а одна из уравнительных обмоток — в нулевой провод дифференциальных реле. Обмотки wД и wу в каждом реле включаются встречно. При обрыве провода в плече защиты в реле этого плеча появляется ток нагрузки Iн в обеих обмотках wДи wу. Число витков подбирается так, чтобы разность н. с, создаваемых этими обмотками при токе Iнб, Rд— Rубыла меньше н. с, необходимой для срабатывания реле. При соблюдении этого условия защита не будет действовать при обрыве соединительных проводов. При трехфазных и двухфазных к. з. в зоне и вне зоны ток в нулевом проводе отсутствует, поэтому уравнительная обмотка wу не влияет на работу защиты. При wД = 2 wу уток срабатывания защиты получается равным 0,55 Iном.ген .При двойных замыканиях на землю ток срабатывания получается больше за счет влияния уравнительной обмотки. Для сигнализации о повреждении в токовой цепи в нулевой провод дифференциальной защиты включается чувствительное токовое реле с Iс.р. ≈ 0,2 Iном.ген (рис. 15-10, в). В нормальном режиме ток в реле отсутствует; при обрыве провода в реле появляется ток оборванной фазы, и оно подает сигнал. Опыт эксплуатации показывает, что при надежном выполнении токовых цепей и хорошем уходе за ними их повреждение происходит очень редко. В связи с этим загрубление защиты или применение рассмотренной схемы, не реагирующей на обрыв токовой цепи, является излишним. Указанные мероприятия, исключающие ложное действие защиты при обрыве токовых цепей, целесообразны только на генераторах, отключение которых приводит к нарушению электроснабжения потребителей. Третьясхема наиболее совершенная, она сочетает два принципа отстройки защиты от тока небаланса: торможение, при котором ток Iс.р автоматически увеличивается с ростом тока к. з., и применение насыщающегося трансформатора БНТ для ограничения Iнб, поступающего в реле. В результате такого сочетания защита весьма надежно отстраивается от тока небаланса и обладает высокой чувствительностью — при к. з. в генераторе ток срабатывания защиты Iс.з ≈ (0,1 ÷ 0,3) Iном.ген. В качестве дифференциального реле в рассматриваемой схеме (рис. 15-11, а) применяется токовое реле с торможением от тока к. з. при внешних повреждениях. Реле имеет тормозную и рабочую обмотки. Реле Р включается по дифференциальной схеме на разность токов трансформаторов тока Т1 и ТII и через насыщающийся трансформатор (БНТ)., Насыщающийся трансформатор состоит из первичной рабочей обмотки wр и вторичной w2, питающей реле Р. По рабочей обмотке проходит ток Iр = IIB— IIIB. Ток Iр и н. с. рабочей обмотки Iрwр приводят в действие реле. Тормозная обмотка wT включается на ток одного из плеч защиты обычно на ток трансформатора тока ТII — на главных выводах генератора. Ток IТи н. с. ITwTпротиводействует срабатыванию реле. Реле может сработать при условии, что Iрwр — ITwT ≥ Fс.р преобразуя это выражение, находим, что
где kт == wT/ wр — коэффициент торможения. Характеристика срабатывания реле по уравнению (15-6) показана на рис. 15-11, в. Трехфазная схема защиты дана на рис, 15-11, б. При внешнем к. з. по обмотке wр проходит ток Iнб. Насыщающийся трансформатор БНТ не пропускает в реле апериодическую составляющую Iнб и исключает таким образом возможность сра-батывания реле от этой составляющей. В реле проходит только переменная составляющая Iнб. Срабатывание реле под действием этой составляющей предотвращается с помощью тормозной обмотки. По тормозной обмотке wTпроходит ток к. з. (IТ = IК), загрубляющий реле, как это следует из выражения (15-6) и характеристики реле на рис. 15-11, в. Подбирая витки wр и wT так, чтобы Iнбwр < IkwT, можно исключить действие реле от тока небаланса. В заграничной практике защита с торможением имеет широкое применение, но без использования БНТ. Такая защита менее надежна в отношении отстройки от тока небаланса в неустановившемся режиме. д) Выбор тока срабатывания защиты [Л. 2, б, 22] и трансформаторов тока Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты при внешних к. з. ток срабатываниия защиты должен отстраиваться от максимального значения тока небаланса, возникающего в этом режиме. Исходя из этого условия, первичный ток срабатывания определяют по выражению
где кн— коэффициент надежности.
Расчет Iнб. Согласно (15-4) ток небаланса равен разности намагничивающих токов трансформаторов тока дифференциальной защиты. Он достигает наибольшего значения при максимальном токе внешнего к. з. Ik.макс. Выражая ток намагничивания трансформаторов тока Т1 и ТII (рис. 15-6, б) через их токовую погрешность в относительных единицах fiI и fiII (см. § 3-1), получаем:
Для повышения чувствительности защиты при повреждениях в генераторе и надежности при внешних к. з. необходимо выполнить мероприятия по снижению Iнб, рассмотренные в § 15-2, б, а именно: установить трансформаторы тока класса Р или Д, обеспечить по возможности равенство сопротивлений плеч и выбрать величину сопротивления нагрузки zн для каждого трансформатора тока по кривым предельной кратности, или 10%-ным характеристикам. При соблюдении последнего условия погрешность каждого трансформатора тока не может превысить 10% (или 0,1). Если принять, что fiII = 0,1, а fiI = 0, то согласно (15-8) небаланс будет наибольшим и равным 0,1 тока к. з.:
При равномерной загрузке плеч и идентичности характеристик трансформаторов тока разница в их погрешностях будет меньше 0,1. Это учитывается в расчетной формуле Iнб (15-9) с помощью коэффициента однотипности kодн, тогда Iнб.макс=kодн·0,1 Ik.макс (15-10) При однотипности трансформаторов тока и равенстве сопротивлений плеч принимается, что kодн = 0,5. При несоблюдении этих условий kодн = 1. Выражение (15-10) определяет установившееся значение Iнб. В начальный момент к. з. в токе к. з. имеется апериодическая составляющая, которая намагничивает трансформаторы тока и увеличивает их расчетную максимальную погрешность (см. § 11-3) fi принятую в выражении (15-10) равной 0,1. Это увеличение fiпо рекомендации Руководящих указаний [Л. 2] оценивается коэффициентом kа = 1 ÷2. С учетом этого коэффициента в общем случае: Iнб.макс= ka kоднfiIk.макс; (15-11) где Ik.макс— периодическая составляющая максимального тока к. з., проходящего через трансформаторы тока защиты, при трехфазном к. з. на выводах генератора (вне зоны дифференциальной защиты) в момент времени t = 0; kодн= 0,5; fi = 0,1; kа выбирается с учетом схемы защиты. Расчетное выражение Iнб по (15-10) и (15-11) является приближенным, поэтому коэффициент кнв (15-7) следует принимать равным 1,3—1,5. Ниже приводятся некоторые особенности выбора /с.3 в зависимости от схемы защиты и типа дифференциальных реле. Выбор уставок для схемы с БНТ по рис. 15-10, б. Защита с дифференциальными реле, включенными через БНТ (реле типа РНТ-565), не реагирует на апериодическую слагающую Iнб и поэтому ее нужно отстраивать от периодической составляющей тока небаланса, т. е. от небаланса установившегося режима (когда затухают апериодические составляющие Iнб). Расчетный ток небаланса определяется по уравнению (15-11), в котором принимается ka= 1. С учетом этого ток срабатывания дифференциальной защиты с реле РНТ согласно (15-7) равен: Iс.з = kНkоднfiIk.макс- (15-12) Число витков дифференциальной обмотки РНТ определяется по величине намагничивающей силы, необходимой для срабатывания реле Fс.р. = Iс.рwД, откуда
Если защита не должна действовать при обрыве провода в токовых цепях схемы, то кроме условия (15-12) необходимо выполнить условие: Iс.з =1,3Iном.г (15-12а) В этом случае ток Iс.3 принимается равным большему из двух значений по формулам (15-12) и (15-12а), после чего находится число витков wД= Fс.р/Iс.р. Выбор уставок дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11/5, имеющим торможение типа. Уставки выбираются из условия недействия защиты от тока Iнб.макс при внешнем к. з. Поскольку дифференциальное реле включается через БНТ, то защита отстраивается от периодической составляющей Iнб. Исходным для выбора уставок являются заводские параметры реле ДЗТ-11/5. Намагничивающая сила рабочей обмотки, необходимая для срабатывания реле при отсутствии торможения, Fс.р= 100 А; число витков wр рабочей обмотки не регулируется: wр = Выбор уставок сводится к определению тока срабатывания Iс.з и числа витков тормозной обмотки wT. Ток срабатывания защиты должен быть больше Iнб.макc. Ток небаланса находится по выражению (15-11). Определив Iнб.макc, находят Iс.з = кн1нб.мако; кнпринимается равным 1,3—1,5. Затем подсчитывается н. с. срабатывания рабочей обмотки Fс.р = где I(3)к.макс— максимальный ток при внешнем к. з.,по которому рассчитывался ток Iнб.макс. Чувствительность защиты проверяется при к. з. на выводах генератора при отсутствии торможения и при наличии его. В первом случае кч= Выбор уставок для схемы с простыми токовыми реле (без БИТ и без торможения) по рис. 15-10, а. Токовые реле в этой схеме реагируют на полный ток небаланса. Поэтому защиту необходимо отстраивать от максимального значения Iнб в неустановившемся режиме по (15-11). В соответствии с этим Iс.з = кнка kодн fi Ik.макс, коэффициент ка, учитывающий увеличение тока небаланса в неустановившемся режиме, принимается равным 2. Требования к чувствительности дифференциальной защиты. Чувствительность защиты проверяется по минимальному току к. з.; в качестве такового принимается ток двухфазного к. з. на выводах генератора (в зоне защиты), когда последний отключен от сети. По ПУЭ необходимо иметь кч≥ 2. При замыкании между собой части витков фаз обмоток статора можно ожидать уменьшения тока к. з. Однако расчет токов к. з. в этом случае весьма труден — содержит много условных допущений и поэтому недостаточно точен. Ориентировачная зависимость величины тока короткого замыкания Iк от процента замкнувшихся витков обмотки статора [Л. 70] приведена на рис. 15-12. На основании этого видно, что теоретически дифференциальная защита может иметь мертвую зону вблизи нулевых выводов обмотки.
Однако повреждения изоляции возможны и вблизи нулевых выводов обмотки в результате механических повреждений, а в генераторах с охлаждением водой — вследствие увлажнения изоляции при утечке воды из-за каких-нибудь неисправностей. Поэтому чувствительность дифференциальных за щит должна быть достаточной для действия при повреждении в любой части обмоток статора. Но чувствительность защиты не должна выбираться с ущербом для надежности отстройки отIнб. Оценка дифференциальной защиты. Дифференциальная защита является быстродействующей, чувствительной и простой защитой от междуфазных коротких замыканий. На мощных генераторах 200 МВт и выше, особенно на генераторах 500—800—1200 МВт, необходимо стремиться к высокой чувствительности и быстроте действия дифференциальной защиты для уменьшения объема повреждения, учитывая высокую стоимость крупных машин. Основными условиями надежной работы защиты при внешнем к. з. и высокой чувствительности при к. з. в зоне являются: 1) выбор трансформаторов тока и их нагрузки таким образом, чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 10%; 2) применение дифференциальных реле, включаемых через БНТ и реле с торможением; 3) надежная отстройка тока срабатывания защиты от тока небаланса. Некоторым недостатком дифференциальных защит с БНТ является замедление их действия при к. з. в зоне до 0,06—0,1 с.
Читайте также: lektsia.com Защита от междуфазных коротких замыканий в обмотках и на их выводахПоиск ЛекцийПрименяемое реле ДЗТ-21 работает на времяимпульсном принципе отстройки от бросков токов намагничивания. Расчет ведется в следующей последовательности: 1) Определяются номинальные токи обмоток защищаемого силового трансформатора , , (13.1) где SТ – номинальная мощность трансформатора, кВ.А; UН1 и UН2 – соответственно номинальное высшее и низшее напряжение, кВ; 2) Выбираются трансформаторы тока, схемы их соединений и коэффициенты трансформации; 3) Определяются токи в плечах защиты , , (13.2) где nT1 и nT2 – коэффициенты трансформации трансформаторов тока соответственно на высшей и на низшей стороне напряжения; 4) Определяется номинальный ток на основной стороне с учетом регулирования напряжения трансформатора , (13.3) где DU- половина диапазона регулирования напряжения в долях, принимаем 0,12; 5) Определяется ток срабатывания защиты по условию отстройки от бросков тока намагничивания ; (13.4) 6) Определяется расчетный ток срабатывания реле , (13.5) где kсх - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока основной стороны; 7) Определяется число витков обмоток насыщающегося трансформатора тока ; (13.6) 8) Определяется число витков обмотки неосновной стороны ; (13.7) 9) определяется сумма токов небаланса без учета третьей составляющей , (13.8) где kа- коэффициент, учитывающий переходной режим; k0- коэффициент однотипности; e- относительное значение тока намагничивания; Iк мах- ток трехфазного короткого замыкания на стороне основного плеча защиты, А; 10) Вычисляется составляющая тока небаланса, обусловленная неравенством расчетного и фактического числа витков на стороне неосновной ; (13.9) 11) Определяется число витков тормозной обмотки реле ДЗТ при внешнем трехфазном КЗ в максимальном режиме , (13.10) где кн – коэффициент надежности, для реле ДЗТ кн = 1,5; tg a - угол наклона касательной к тормозной характеристики реле типа принимаем tga= 0,80; 12) Определяется фактическое значение тока срабатывания реле ; (13.11) 13) Определяется коэффициент чувствительности защиты при коротком двухфазном замыкании в зоне действия на стороне низкого напряжения и торможение отсутствует , (13.12) где IPMIN– минимальный ток в реле, А, определяемый как , (13.13) где Iк min- трехфазный ток короткого замыкания. По формулам (13.1) определим номинальные токи защищаемого трансформатора , . Поскольку силовой трансформатор имеет схему соединения обмоток звезда-треугольник, то первичные обмотки трансформаторов тока соединяем в треугольник на стороне 110 кВ, а на стороне 10 кВ ¾ в звезду. Для трансформатора тока на 110 кВ выбираем коэффициент трансформации , а на стороне 10 кВ ¾ . Тогда по выражениям (13.2) вторичные токи в плечах защиты и . Так как Iв1 > Iв2,, то в качестве основной принимаем сторону высшего напряжения. Номинальный ток стороны 110 кВ по (14.3) . Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания по (13.4) . Расчетный ток срабатывания реле по (13.5) . Тогда расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора по выражению (13.6) . Принимаем меньшее ближайшее целое число витков . Далее по (13.7) определяем обмотку неосновной стороны . Выбираем ближайшее целое число . Определяем токи небаланса, вызванные погрешностью трансформатора тока и регулированием напряжения, по (13.8) , где ток короткого трехфазного замыкания на шинах 10 кВ, приведенный к стороне основной обмотки 110 кВ. Определяем как , где Iк=35.27кА ¾ ток к.з. на шинах 10 кВ ГПП, взятый из раздела 10 пояснительной записки. Определяем по (13.9) третью составляющую тока небаланса , тогда суммарный ток небаланса будет . По (13.10) определяем число витков тормозной обмотки , тогда ближайшее большее . Фактический ток срабатывания реле по (13.11) . Теперь для проверки чувствительности защиты определим ток в реле при двухфазном к. з. на стороне 10 кВ по (13.13) . Тогда коэффициент чувствительности по выражению (13.12) будет , таким образом защита обладает необходимой чувствительностью к к. з. на стороне 10 кВ трансформатора и на этом расчет окончен. Защита от токов внешних многофазных КЗ, осуществляется МТЗ с пуском напряжения, устанавливаем на стороне ВН защищаемого трансформатора. Защита выполняется с двумя реле тока. Пуск напряжения симметричный – с тремя реле напряжения, включенными на междуфазное напряжение. Для питания напряжением пусковых органов используются шинные трансформаторы напряжения. Параметры срабатывания защиты находятся следующим образом. Напряжение срабатывание защиты UСЗ = 0,4 .UН , (13.14) где UН – номинальное напряжение трансформатора на стороне ВН, кВ. poisk-ru.ru Междуфазное короткое замыкание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4Междуфазное короткое замыканиеCтраница 4 Направленные токовые защиты кроме защиты от междуфазных коротких замыканий применяют также для защиты от замыканий на землю в сетях с глу-хозаземленными или с незаземленными нейтралями. [47] ОАПВ по принципу не действует при междуфазных коротких замыканиях. [48] Основным видом повреждений электродвигателей переменного тока являются междуфазные короткие замыкания в обмотках статора, сопровождающиеся большими токами, значительно превосходящими номинальный ток электродвигателя. Эти токи вызывают большие разрушения обмоток и стали электродвигателя, вследствие чего может потребоваться вывести его в длительный и сложный ремонт с заменой обмоток и стали сердечника. Повреждения в кабеле, соединяющем электродвигатель с выключателем, или на выводах электродвигателя вызывают значительное понижение напряжения на шинах собственных нужд, что нарушает нормальную работу других потребителей, питающихся от этих шин. [49] При развитии аварии она может перейти в междуфазное короткое замыкание. [50] На реактированных линиях собственных нужд, кроме междуфазных коротких замыканий, возможны и однофазные замыкания на землю. Сети 6 - 10 кв генераторного напряжения относятся к сетям с малыми токами замыкания н-а землю. В этих сетях при металлическом замыкании одной фазы на землю1 напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышается до линейного. Токи замыкания на землю в месте повреждения обычно малы и не превосходят 30 а. Такие токи не представляют опасности для оборудования и не нарушают нормальную работу, поскольку линейные напряжения при однофазном замыкании в сети с изолированной нейтралью не изменяются. [51] Защита обмотки статора синхронного компенсатора выполнена от междуфазных коротких замыканий дифференциальной токовой и от замыканий на землю - токовой защитой нулевой последовательности, так же как для генераторов той же мощности; кроме того, для отключения компенсатора в случае обесточения секции предусматривается защита понижения напряжения. [52] Токовая отсечка и максимальная токовая защита от междуфазных коротких замыканий выполнены с помощью реле типа РТ-82, включенного на разность токов двух фаз для каждой статорной обмотки в отдельности. Защита от однофазных замыканий на землю выполнена с помощью одного реле тока типа ЭТ-521 / 0 2, подключенного к ТНП, для каждой статорной обмотки в отдельности. [54] Токовая отсечка и максимальная токовая защита от междуфазных коротких замыканий выполнены с помощью одного реле типа РТ-84, включенного на разность токов двух фаз для каждой статорной обмотки в отдельности. Чувствительный элемент защиты дополнен реле времени типа ЭВ-144А для надежной отстройки от затяжного пуска. Защита от однофазных замыканий на землю выполнена с помощью одного реле типа ЭТ-521 / 0 2, подключенного к ТИП, для каждой статорной обмотки в отдельности. Защита минимального напряжения не предусматривается в схеме. [56] Защита блоков генератор - двухобмоточный трансформатор от внешних междуфазных коротких замыканий осуществляется общей токовой защитой, которая подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора. Для этой цели используется токовая защита обратной последовательности с приставкой для действия при трехфазных коротких замыканиях. [58] Льная защита имеет мертвую зону и при междуфазных коротких замыканиях. [60] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
, а аргумент тока определяется: 
, а аргумент (угол сдвига тока относительно ЕА):
,
(3.1)
а аргумент 
б. 
, а так как сумма токов трех фаз равна нулю, то 
(рис.3.2). Токи в поврежденных фазах определяются эквивалентной ЭДС 
и суммой сопротивлений в контуре короткого замыкания. С учетом принятого выше допущения (Z1 = Z2 =Z) ток двухфазного КЗ можно определить по току трехфазного КЗ:
(3.2)
Вектор этого напряжения сдвинут относительно вектора тока 
на угол 
в сторону опережения.
появляется ток нагрузки от трансформатора тока ТII фазы А. Под воздействием этого тока защита может сработать при отсутствии повреждения в генераторе. В случаях, когда необходимо исключить подобную ложную работу защиты можно или загрублять защиту, выбирая Iс.з > Iном.ген на 20—30%, или применять особую схему включения реле РНТ [Л. 84] с использованием уравнительной обмотки wу.
; 
= 142; здесь 0,7 — ток срабатывания Iро при Iт = 0. Характеристика срабатывания реле Fс.р= f (FT) задается заводом; она имеет вид, аналогичный характеристике 1 на рис. 15-11, в, но дается в осях координат Fр и FT.
. По характеристике реле графическим путем находится н. с. торможения FT, соответствующая расчетному Fс.р. По найденному значению FTопределяются витки
, (15-13)
, во втором — кч= 
; здесь I(3)k — полный ток к. з. в месте повреждения, он равен сумме токов, поступающих из сети I(3)k.сети и от генератора I(3)k.ген Fс.р— определяется по характеристике срабатывания реле при FT — I(3)kwT,.
Пробой изоляции фаз вблизи нулевых выводов маловероятен вследствие небольшой величины напряжений на этой части обмотки.
