/
Теги: электротехника
Текст
s
iё
а
е
::r
а
10
В. А. Шуин
А. В. ryceHKoB
ЗАЩИТЫ
ОТ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЯХ 6 10 КВ
прппОЖЕltпЕ к ЖУРltAпу
iЭJ r2Т
6п6ппотечка зпектоотехнпка
приложение к журналу "Энерrетик"
План выпусков
Первая половина 2001 '".
Курбанrалиев У. К. Самозапуск двиraтелай собственных
нужд электростанций.
Овчинников В. В. Автоматическое повторноа включениа.
Кузнецов А. П., Лукоянов в. Ю. и др. CoBpeMeHНble испытатель
ные устройства для релейной защиты и автоматики.
Шабад М. А. Защита ,"енераторов малой и средней мощ
ности.
Иноземцев Е. К. Ремонт высоковольтных электродвиrате
лай электростанций (две части).
Вторвя половин в 2001 '".
Шкарин Ю. П. Высокочастотные тракты каналов свяэи по
линиям электропередачи (две части).
Овчаренко н. И. Аналоrовые элеманты микропроцессор
ных комплексов релейной защиты и автоматики.
Безчастнов r. А., Красильников А. М. и др. Контроль состоя
ния изоляции электрических машин.
Шуин в. А., ryceHKoB А. В. Защиты от замыканий на землю
в элактрических сетях 6 1 О кВ.
Конюхова Е. А., Киреева Э.А. Надежность элактроснабже
ния промышленных предприятий.
Подписку можно оформить в любом почтовом отделении связи по
06ьединенному каталоry "ПРЕССА России". Том 1. Российскиа
и зарубежные raзеты и журналы.
Индексы "Библиотечки электротехника"
приложения к журналу "Энерrетик"
88983 для предприятий и орrанизаций;
88982 для индивидуальных подписчиков.
6n6nnотечка эnектротеХlinка
прuложенuе к Ж:УР1ШЛУ "Энер2етuк"
Основана в июне 1998 r.
Выпуск 11(35)
В. А. Шуин
А. В. ryceHKoB
ЗАЩИТЫ
ОТ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЯХ б 10 КВ
Москва
НТФ "Энерrопроrpесс", "Энерrетик"
2001
УДК 621.316.925
ББК ЗI.27 05
Ш95
fланный редактор журнала "Энерreтик" А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
"Библиотечки электротехника"
В. А. Семенов (председlIтель), И. И. Батюк (зам. председателя),
Б. А Алексеев, К. М. Днтипов, [. А Безчастнов, А Н. Жулев,
В. А Забеraлов, В. Х. Ишкин, Ф. Л. KoraH, В. И. Кочкзрев,
Н. В. Лисицын, Л. [. Мамиконянц,Л. Ф. Плетнев. В. И. Пуляев.
Ю. В. Усачев, М. А Шабад
Шуии В. А., I'ycCНJ{OB А. В.
Ш95 Защиты от замыканий на землю в электрических сетях
6 10 кВ. М.: НТФ "Энерrопроrресс" 104 с.; ил. [Биб
лиотечка электротехника; Вып. 11(35})
Приведены сведениЯ об электрических величинах, используемых для
действия защит от замыканий на землю. Рассмотрены прющипы ВЫПОЛ
неиня устройств зашИТЫ и сиrнализации замыканий на землю (033).
Приведены структурные и принципиальные схемы устройств заЩИТЫ и
сиrнализации 033. ДанЫ рекомеJЩ3UИИ по применению этих устройств
в сетях с различными режимами заземления нейтрали. по выбору их па
раметров срабатывания.
Для специалистов служб релейной защиты и автоматики энерrocис
тем и промпредприяТИЙ. занимающихея эксплуатаuией кабельных и
воздушных электричесКИХ сетей 6 ]0 кВ. а также студентов высших и
средних учебных заведений.
ISSN ОО13 7278 @ нтФ"Энерrопроrресс", "Энерrетик", 2001
Предисловие
Повышение надежности работы электрических сетей 6 10 кВ
является одной из важных задач, поскольку это непосредственным
образом связано с увеличением надежности электроснабжения по
требителей. Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) являются
основным видом электрических повреждений в этих сетях. rлавной
причиной аварий, связанных с ОЗЗ, как правило, являются перехо
ды последних в мноroфазные короткие замыкания (КЗ).
Уменьшение вероятности переходов ОЗЗ в мноrофазные КЗ и
соответственно повышение надежности работы сетей 6 10 кВ
связано, прежде Bcero, с проблемой совершенствования режимов
заземления их нейтрали. В свою очередь, режим заземления ней
трали сети определяет принципы выполнения защиты от ОЗЗ и
способы ее действия (на сиrнал или на отключение). Учитывая дo
стиrнyrые в настоящее время в России уровни резервирования и
автоматизации электрических сетей 6 10 кВ и технолошческих
процессов на предприятиях, следует ожидать, что требование co
хранения в работе (в течение оrpаниченноrо времени) элемента,
имеющеrо ОЗЗ в ближайшей перспективе для большинства сетей
6 1 О кВ, не потеряет своей актуальности как эффективный и эко
номически наиболее дешевый способ обеспечения требуемой Ha
дежности электроснабжения.
Возможность работы сети с ОЗЗ в течение оrpаниченноro вpeMe
ни, достаточноrо для ликвидации повреждения без отключения по
требителей, в принципе обеспечивают несколько вариантов режима
заземления нейтрали (изолированная нейтраль, резонансное зазем
ление нейтрали, высокоомное заземление нейтрали через резистор),
каждый из которых имеет свою область применения. В некоторых
случаях более эффективное решение проблемы повышения надеж
ности работы сети 6 10 кВ может быть обеспечено применением
режима заземления нейтрали, не допускаюшеrо длительную работу
сети с ОЗЗ (низкоомное заземление нейтрали через резистор) и BЫ
полнением зашиты от ОЗЗ с действием на отключение.
3
Таким образом, вопросы выполнения защиты от 033 в сетях
6 I О кВ необходимо рассматривать во взаимосвязи с выбором оп
тимальноro режима заземления нейтрали.
В брошюре рассмотрены основные характеристики различных
режимов заземления нейтрали электрических сетей 6 10 кВ, даны
обоснования области их применения, приведены соотношения
электрических величин установившеrося режима и переходноro
процесса при 033, используемые ДЛЯ выполнения защит от этоro
вида повреЖдений, рассмотрены принuипы выполнения устройств
защиты и сиrнализации 033, применяемых в рассматриваемых ce
тях и методы расчета их уставок.
Замечания и пожелания по данной брошюре
просим нanpallJUПЪ по адресу:
109280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала "Энерremк".
Авторы
4
rЛАВА ПЕРВАЯ
Режимы заземления нейтрали
электрических сетей 6 1 О кВ
1.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОДНОФАЗНЫХ
ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
Однофазные замыкания на землю являются преобладающим ви
дом повреждений в электрических сетях среднею напряжения
6 10 кВ (75 90 % общею числа электрических повреждений) и
часто являются первопричиной аварий, сопровождающихся значи
тельным экономическим ущербом.
В отличие от разновидностей коротких замыканий (трехфазное,
двухфазное и т-д.) разновидности 033 существенно отличаются по
форме и значениям электрических величин, подводимых к измери
тельным opraнaM защиты от этою вида повреждений и, следователь
но, условиям функционирования последней. Все разновидности
033 можно разделить на две rpуппы: устойчивые инеустойчивые.
Устойчивые 033, имеющие место при наличии надежной rальвани
ческой связи поврежденной фазы с землей (металлическая связь,
переходное сопротивление, устойчиво юрящая дyra), характеризу
ются наличием в токах и напряжениях только принужденных co
ставляющих промыщленной частоты и высших rармоник
(рис. 1.I, а, б).
Неустойчивые дуrовые замыкания основной вид 033 [1 8)
характеризуются прерывистой формой тока, в котором преобладают
свободные составляюшие переходноrо процесса с амплитудами. дo
стиrающими в зависимости от: суммарною eMKocTHoro тока сети
'й, удаленности точки 033 от шин. напряжения на поврежденной
фазе в момент пробоя изоляции, параметров линий электрической
сети и др.
Все неустойчивые 033 условно можно разделить на две разно
ВИдности: однократные самоустраняющuеся пробои изоляции
5
1'"
yn
Время, МС
0.00 КШ 16.10 24.10 32.10 40.10 4S.20 5620 64.20
Время, МС
000 11.03 16.111 24.1О 32.10 40.10 48.10 5Ь.20 64.20
а)
б)
'Ш
j
1\
Время. МС
l'
0.00
0.04
0.08
Время, МС
0.11 0.00 KOJ 16.10 24.10 ]2,10 40.10
в)
)
Рис. /./. Разиовидности ОЗЗ в эле"Ч'нческнх сетях 6 10 кВ:
а устойчивое ОЗЗ в сети с изолированной нейтралъю; б устойчивое ОЗЗ
в компенсированной сети; в кратковременный самоустраНИБШИЙСЯ про---
бой изоляции; z дyrOBoe прерывистое ОЗЗ
"клевки земли" и дуювые nреРЫ6uстые замыкания последователь
ность, в общем случае непериодическая, самоустраняющихся про
боев изоляции (рис. 1.1, б, в ). Если повторные зажиraния дуrи про
ИСХОдЯт через небольшие интервалы времени (не превышающие
примерно 0,1 с), азз сопровождается накоплением зарядов на фа
зах и дополнительным смещением нейтрали сети. Такую разновид
ность азз называют дуroвым перемежающимся замыканием на
землю. В сетях с изолированной нейтралью при дутовых перемежа
ющихся азз минимальные бестоковые паузы между повторными
пробоями изоляции обычно не превышают 40 50 мс, В некоторых
случаях поrасания и зажиrания дуrи MOryт повторяться каждый пе
риод или даже полупериод [3 6). Длительность roрениядуrи между
бестоковыми паузами обычно не превыщает 20 40 мс [1, 2, 5, 6). В
компенсированных сетях с резонансной или близкой к ней настрой
кой дутоrасящих реакторов (Дrр) паузы между повторными пробо
ями увеличиваются до 5 10 периодов (4). При таких условиях по
вторные зажиrания дуrи не сопровождаются накоплением зарядов
на фазах сети, и дута приобретает прерывистый, но не перемежаю
щийся характер.
6
Прерывистый дуroвой характер MOryr иметь ОЗЗ и в сетях с "BЫ
сокоомным" заземлением нейтрали 141. При однократных caMOYCТ
раняющихся пробоях изоляции длительность roрения дуrи может
лежать в пределах от единиц до нескольких десятков миллисекунд
131, при этом в токах и напряжениях, подводимых К защите от 033,
содержатся практически только свободные составляющие. КpaTKO
временные 033, как правило 11. 3, 6, 81, предществуют полным про
боям изоляции и, возникнув, неуклонно развиваются, переходя в
дуroвые прерывистые и устойчивые ОЗЗ. По данным 15, 61 боль
щинство ОЗЗ В кабелях и электрических машинах в начальной cтa
дии развития повреЖдения изоляции, продолжаюшейся, как мини
мум несколько минут, имеют дyrовой прерывистый характер, при
котором существенно снижается эффективность срабатываний за
шит от этоrо вида повреЖдений, основанных на использовании раз
личных составляюших установившеrocя тока 033.
1.2. РЕЖИМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ нЕйТРАЛИ И СПОСОБ
ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Режимы заземления нейтрали определяют характер происходя
ших при 033 электромarnитных процессов, степень опасности раз
НОВидНостей 033, ущербы от их последствий (внезапное или преду
смотренное отключение), условия безопасности людей и животных,
находящихся вблизи места замыкания на землю, требования к за
щите от ОЗ3. принципы ВЫполнения защиты и способы ее действия
(на сиrнал или на отключение).
В соответствии с принятыми в России нормами 191 предусматри
вается работа рассматриваемых сетей с изолированной нейтралыо
или с компенсацией емкостных токов 033. В сетях 6 кВ собствен
ных нУЖд блочных электростанций допускается режим работы с за
землением нейтрали через резистор 1101. в последние roды на раз
личных совещаниях и в печати Iнапример, 11 16] неоднократно
подверrались обсУЖдению различные аспекты проблемы повыше
ния надежности электроснабжения и безопасности людей и ЖИВОТ
ных, связанные с режимами заземления нейтрали сетей 6 10 кВ,
появились критические оценки существующих положений Правил
устройства электроустановок 191 в части выбора режимов заземле
ния нейтрали и предложения по их совершенствованию. Во мноrих
из указанных выше публикаций авторы отдают предпочтение систе
мам с "высокоомным" ИЛИ "низкоомиым" резистивным заземлени
ем нейтрали. Без оценки предлaraемых ПОдХодов к совершенствова
7
нию режимов заземления нейтрали рассматриваемых сетей сформу
лировать обшие требования к зашите от ОЗЗ нельзя.
Все разнообразие возможных режимов заземления нейтрали
электрических сетей среднеrо напряжения 6 10 кВ можно разде
лить на две rpуппы.
К первои zpyппe относятся режимы, допускаюшие работу сети с
озз. Этот подход к заземлению нейтрали исходит из OCHOBHoro по
ложения, что замыкание одной фазы на землю не влияет на тpeyro
льник меЖдУфазных напряжений, определяюший работу потреби
телей, поэтому нет необходимости в немедленном отключении. За
шита от ОЗЗ в сетях с такими режимами заземления нейтрали
выполняется, как правило, с действием на сиrнал. Основным требо
ванием к режиму заземления нейтрали в этом случае является СОЗда
ние условий, обеспечиваюших надежность функционирования сети
с ОЗЗ на время, достаточное для отыскания повреЖденноrо элемен
та и ею отключения вручную без нарушения электроснабжения по
требителей. Такой подход к режиму заземления нейтрали и способу
действия зашиты от ОЗЗ позволяет предотвратить внезапность Hapy
шения электроснабжения потребителей, которая в большинстве OT
раслей промышленности является основной причиной ушерба, обу
словленноrо отключением повреЖденноrо элемента [17 20).
Ко второй zруппеотносятся режимы, не допускаюшие работу сети
с ОЗЗ. Этот подход основан на предположении, что обеспечить до-
статочно надежную работу сети с замыканием одной фазы на землю
очень трудно, так как ОЗЗ представляет опасность не только для по
вреЖденноrо элемента, но и ШIЯ всей электрической сети в целом,
т.е. является дефектом в электроустановке, требуюшим немедлен
Horo отключения повреЖденноrо элемента и возврашения электри
ческой сети в нормальное, без смешения нейтрали, состояние.
Основными требованиями к режиму заземления нейтрали в этом
случае являются обеспечение высокой устойчивости функциониро
вания наиболее простых и надежных токовых зашит от ОЗЗ и надеж
ности функционирования электрической сети в интервале времени
от момента возникновения ОЗЗ до ero отключения зашитой отэтоrо
вида повреЖдениЙ. Основным недостатком данноrо подхода к BЫ
бору режима нейтрали и способа действия зашиты от ОЗЗ является
увеличение числа внезапных отключений повреЖденноrо элемента
и нарушений электроснабжения потребителей.
При выборе подхода к режиму заземления нейтрали сетей
6 1 О кВ необходимо учитывать следуюшие соображения.
1. Увеличение степени резервирования и автоматизации распре
делительных электрических сетей, систем электроснабжения и TeX
8
нолоrических процессов потребителей во мноrих случаях снизили
остроту требования сохранения в работе (на оrраниченное время)
поврежденных при 033 элементов (линий, электродвиraтелей и
др.). В связи с этим может быть существенно расщирена область
применения в сетях 6 10 кВ защит 01 033 с действием на
отключение.
Действие защиты от 033 на отключение представляется необхо
димым или целесообразным при любом режиме заземления нейтра
ли в следующих случаях:
на всех элементах, внезапное отключение которых не приводит к
нарущению электроснабжения и технолоrическоro процесса у по
требителей (например. при наличии резерва);
в электроустановках, rдe отключение 033 необходимо по требо
ваниям электробезопасности;
на reHepaтopax, мощных электродвиraтелях и в друrих случаях,
Korдa ожидаемый ущерб от внезапноro отключения поврежденноro
элемента меньще, чем ущерб от последствий длительноro протека
ниятока 033 или перехода замыкания в К3 (например, пожары в Ka
бельных тоннелях вследствие дyroBЫX перемежающихся 033, по
вреждения reHepaтopOB и электродвиraтелей. ПРИВОдЯщие кдлите
льному ремонту и простою технолоrическоro оборудования и др.).
Во всех остальных случаях предпочтительнее действие защиты от
033 на сиrнал (селективная сиrнaлизация 033), позволяющее при
определенных условиях выявить поврежденный элемент и отклю
чить ero без нарущения электроснабжения потребителей.
2. Расщирение области применения защитыI от 033 с действием
на отключение СОЗдает возможности для применения режимов за
земления нейтрали. не допускающих длительную работу сети с 033.
но более эффективных в плане оrpаничения перенапряжений в пе
реХОдНых режимах 033, исключения феррорезонансных процессов
и Т-П. (например, низкоомное заземление нейтрали вместо режима
изоли)Юванной нейтрали или режима компенсации емкостных тo
ков 033).
3. Полный отказ или значительное оrpаничение области приме
нения в сетях 6 10 кВ режимов заземления нейтрали, обеспечива
ющих возможность работы сети с 033 в течение оrpаниченноro Bpe
мени, и соответственно. защиты от 033 с действием на сиrнал (сиr
нализации 033) в настоящее время и в ближайщей перспективе
вряд ли возможны по следующим причинам:
на уровне распределительных сетей отключение от защиты линий
может приводить к нарущению электроснабжения предприятий и
отдельных районов; возможности избирательноro отключения по
9
требителей на этом уровне в большинстве случаев довольно оrpани
чены, поэтому фактор внезапности нарушения электроснабжения
иrpает наиболее сушественную роль в величине обусловленноro OT
ключением ушерба;
на уровне систем электроснабжения промышленных предприя
тий отключение от зашиты элементов (линий, трансформаторов,
электродвиrателей) может приводить к необходимости отключения
цехов, установок и вследствие этоro останову или нарушению Tex
нолоrическоrо процесса; внезапность отключения в большинстве
отраслей промышленности является основным фактором, влияю
шим на величину и характер ушерба.
Таким образом. действие зашиты от 033 на отключение прино
сит положительный эффект только при достаточно высокой степе
ни автоматизации и резервирования как электрической сети, так и
технолоrических процессов у потребителей. Учитывая это, можно
полаrать, что в ближайшей перспективе при расширении области
применения режимов заземления нейтрали, недопускаюшихдлите
льную работу сети с 033 (например, низкоомноro заземления ней
трали через резистор), в качестве основных режимов заземления
нейтрали сетей 6 10 кВ сохранятся режимы, обеспечивающие воз
можность работы сети с замыканием на землю в течение оrpаничен
HOro времени и, соответственно, действия защить! от 033 на сиrнал.
К таким режимам заземления нейтрали относятся:
изолированная нейтраль (при оrpаниченных значениях CYМMap
HOro eMKocTHoro тока сети [9]);
резонансное заземление нейтрали (компенсация емКОСТНОro
тока 033);
высокоомное заземление нейтрали через резистор (при оrpани
ченных значениях полноro активно емкостноrо тока 033).
В [12] предлаraется также комбинированный режим заземления
нейтрали, представляюший собой сочетание резонансноro и BЫCO
KOOMHOro заземления нейтрали, сочетающий основные достоинства
указанных режимов нейтрали.
Выбор KOHKpeTHOro режима заземления нейтрали является резу
льтатом учета большоro числа мноrообразных факторов. Важней
шими их них являются: надежность работы электрической сети с
033 в течение заданноro времени. эффективность Функционирова
ния зашить! от 033, безопасность 033 для людей и животных, Haxo
дяшихся вблизи места повреЖдения, воздействие тока в месте по
вреЖдения наЛЭП.
Основными факторами, влияюшими на надежность работы элек
трической сети при 033, являются значение тока в месте повреЖде
10
ния, возможность возникновения феррорезонансных и резонанс
ных процессов, перенапряжения на HenoBpeJlQ\eHHЫX фазах и ней
трали сети при неустойчивых дyrOBЫX замыканиях.
При оrpаниченныхзначениях (см. ниже) ток ОЗЗ непосредствен
ной опасности lUIя элементов электрической сети не представляет.
Феррорезонансные процессы, приводящие к повреJlQ\ениям обмо
ток трансформаторов напряжения (ТН), переходящим в К3 на ши
нах, практически MOIyr возникать только в сетях с изолированной
нейтралью и только при определенных соотношениях MeJlQ\Y eMKO
стью фаз сети и нелинейной индуктивностью ТН (4). Применение
специальных антирезонансных ТН типа НАМИ 6, НАМИ 10 в ce
тях 6 10 кВ полностью исключает возможность возникновения
феррорезонансных процессов при любых емкостях фаз сети на зем
лю. В таких условиях rлавными причинами аварий, возникающих
вследствие 033, являются в большинстве случаев переходы послед
них в двойные и мноroместные замыкания из за перенапряжений
на неповреJlQ\енныхфазах в переходных режимах замыкания на зем
лю. Поэтому и вопрос о режимах заземления нейтрали электриче
ских сетей среднеrо напряжения исторически возник в связи с пере
напряжениями при неустойчивых дyroBЫX 033.
Максимальные значения перенanряжений зависят от условий
протекания электромаrнитных переходных процессов при замыка
нии на землю, т.е. связаны с разНОВИдностями 033. При первом
пробое изоляции в момент наличия на повреJlQ\енной фазе макси
мальноrо напряжения в сети с любым режимом заземления нейтра
ли перенапряжения на HenoвpeJlQ\eHHbIX фазах не превышают значе
ния 2,5 U ф тох" При дyrOBbIX прерывистых ОЗЗ повторные зажиraния
дyrи происходят через большие интервалы времени (более 0,1 с),
коща напряжение на повреJlQ\енной фазе приближается к ином' По--
этому перенапряжения на HenoBpeJlQ\eHHbIX фазах при повторных
пробоях лишь незначительно отличаются or значения 2,5 U ф тох"
Наиболее опасными для сети являются дyroBыe перемежающие
ся замыкания, при которых перенапряжения на неповреJlQ\енных
фазах в пределе MOryт достиraть значений (3,5 з,6)U тах (3, 21).
Хотя перенапряжения при дyroBЫX перемежающихся 033 и не столь
велики, но так как эти перенапряжения охватывают всю электриче
ски связанную сеть независимо от места замыкания на землю, вeCb
ма вероятны вторичные пробои в элементах с ослабленной изоля
цией (чаще Bcero в электродвиraтелях) и переход замыкания на зем
лю в двойные или MHoroMeCТHble повреJlQ\СНИЯ, отключаемые
релейной защитой от междУфазньIX КЗ. Кроме тoro, придyroвых Пе
ремежающихся 033 действующее значение тока в месте nOBpeJlQ\e
11
ния может увеличиваться в несколько раз за счет влияния свобод
ных составляющих переходноrо тока [22).
Таким образом, при оrpаниченных значениях тока 033 в месте
повреждения и обеспечении устойчивости электрической сети к
феррорезонансам повышение надежности ее работы с замкнувшей
ся на землю фазой связано преЖllе Bcero с оrpаничением максималь
ных перенапряжений при дуroвых 033, уменьшением вероятности
или полным исключением возможности их возникновения.
1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ РЕЖИМОВ
ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ
Изолированная иеЙ1'раль в соответствии с принятыми В России
нормами применяется [9):
в сетях 3 20 кВ, имеющих железобетонные и металлические
опоры на воздушныхлиниях (ВЛ), и во всех сетях 35 кВ при cyммap
ном емкостном токе сети [СЕ < 10 А;
в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на
ВЛ: при номинальном напряжении сети ином 3 6 кВ при
[сЕ';; 30 А; при ином 1 О кВ при [сЕ';; 20 А; при ином 15 20 кВ
при [сЕ';; 15 А
Основные характеристики данноrо режима заземления нейтрали
приведены в табл. 1.1.
Эффективность режима заземления нейтрали сетей 6 1 О кВ
принято оценивать отношением числа 033, не перешедших в двой
ные замыкания (Д33) или междуфазные К3 (МК3), отключаемые
релейной защитой, к общему числу 033 [3):
э 1 N дзз + N мкз / N озз
N дзз + Nмкз/(Nдзз + N мкз + N кзз + N узз ), (1.1)
ще N дзз число 033, перешедших в Д33; N мкз число 033, пе
решедших в МК3; N озз общее число 033; N кзз число KpaTKO
временных самоустранившихся 033; N узз число устойчивых 033
(включая дуroвые прерывистые).
При больших значениях N озз отношение (N дзз + NмкЗ>/Nозз
характеризует вероятность перехода 033 в МК3, сопровождаемое
автоматическим (от защиты) отключением поврежденноrо элемен
та. Поэтому показатель эффективности режима заземления нейтра
ли Э можно рассматривать как частный показатель, характеризую
щий надежность функционирования электрической сети с замкнув
шейся на землю фазой.
12
Т а б л и II а 1. 1. Характеристики режима изолированной иеЙ1]Jали
Достоинства
1. ВОЗМОЖfЮСТЬ работы сети с азз в
течение оrраннченноrо времени до
принятия мер по безаварийному
отключению поврежденноrо эле
мента.
2. Не требуются дополнительная ап
паратура и затраты на заземление
нейтрали.
3. Возможность самоrашения дуrи и
самоликвидаuии части озз (при
оrраниченных указанными выше
значениямн токах JaJ-
4. БезопаСНОСТЬШIИтельноrо воздей
ствня перенапряжений. возникаю
щих В переходных режимах озз. ШIЯ
элементов с нормальной изоляпией.
5. Простое (о большинстве случаев)
решение проблемы защиты и селек
тивной сиrналнзаиии устойчивых
озз.
Недостатки
1. Высокая вероятность возникновения наиболее
опасных nyrOВbIx перемежающихся 033
2. Высокая вероятность вторичных пробоев изоля
пии и перехода озз в двойные и MHoroMecTHbIe за
мыкания за счет перснапряжений до 3.5U ф тах при
дyrOВbIx замыканиях.
З. Значительное (В несколько раз) увеличение дей
ствующеrо значения тока в месте повреждения при
дуroвых перемежающихся 033 за счет свободных
составляющих nepexoflHoro пропесса.
4. Возможность существенных повреждений элект
рических машин током в месте повреждения, преж
де вcero. при дyroBЫX перемежающихся 033.
5. Возможность возникновения феррорезонансных
проиессов в сети и повреждений ТН.
6. Высокая степень опаснос1И мя человека и жи
вотных. находящихся вблизи места озз.
7. Оrpаничения по велнчине Jc:r. на развитие сети.
8. Высокая степень помех поЛЭП при дуroвых 033.
Показатель эффективности режима заземления нейтрали Э элек
трических сетей 6 10 кВ, работающих с изолированной нейтра
лью, в большинстве случаев не превыщает 0,7. Опыт эксплуатации
кабельных сетей 6 10 кВ различноrо назначения, работающих с
изолированной нейтралью, показывает, что эффективность режима
заземления нейтрали, как правило, существенно меньще указанно--
ro уровня:
в сетях, имеющих IC"L '" 5 10 А;
в сетях, содержащих электродвиrатели (имеющие меньшие изо
ляционные запасы по сравнению с дрyrими элементами);
в сетях, имеющих пониженный уровень изоляции вследствие
плохой эксплуатации, изнощенности изоляции элементов сети,
влияния условий окружающей среды, тяжелых условий работы
электрооборудования и др.
Следует отметить, что указанные выше предельные значения IC"L,
при которых допускается работа сети с изолированной нейтралью,
определенные из условий самоrащения дyrи тока 033, приняты еще
в тридцатых rодах.
Из изложенноrо следует, что изолированная нейтраль наИме
нее эффективный по совокупности показателей режим работы ней
трали. Режим изолированной нейтрали может обеспечивать прием
лемые показатели эффективности в основном в воздушных сетях
13
6 10 кВ, имеющих большие запасы прочности по изоляции, при
соответствующей эксплуатации и принятии мер )J)IЯ исключения
феррорезонансных процессов. Большинство специалистов преШIa
rают уменьшить предельные значения /е);)J)IЯ сетей, работающих с
изолированной нейтралью, или Полностью отказаться от ИСПользо
вания режима изолированной нейтрали, прежде Bcero в кабельных
сетях 6 10 кВ.
Резонансное заземление нейтралн через дyrоrасящий реактор
(компенсация емкостноrотока 033) в соответствии с требованиями
[9] должна применяться во всех случаях, Korдa суммарный емкост
ный ток /ст. электрической сети превышает указанные выше преде
льные )J)IЯ режима изолированной нейтрали значения.
Основные характеристики резонансноrо заземления нейтрали
через дyrоrасящий реактор (дrр) приведены в табл. 1.2.
т а б л и u а 1. 2. Характеристики режима резоН3НСНОro заземлении нейтpaJlи
Достоинства
1. Возможность работы сети с озз до принятия
мер по безаварийному отключению поврежден
HOro элемента.
2. Уменьшение тока в месте повреждения (при
резонансной настройке дrр остаточный ТОК co
держит ТОЛЬКО некомпенсируемые активную co
СТ3ВJ1яюшую и высшие rарМОllИКИ).
3. Значительное снижение скорости BOCCTaHOB
ления напряжения на поврежденной фазе после
обрыва дуrи тока 033.
4. Высокая вероЯТНОСТЬ (с учетом пп. 2 и 3) caMO
rашения дуrи и самоликвидаuии большей части
ОЗЗ (при офаниченных значениях остаточноro
тока в месте повреждения).
5. Практически исключается возможность воз
никновения дyroBblx перемежаюшихся 033.
6. Уменьшение кратности перенапряжений на
неповрежденных фазах по сравнению с ИЗОЛИро
ванной нейтралью (ДО значений 2.SU ф . НОМ при
первом пробое изоляции или nyroBblx Прерыви
стых 033).
7. Безопасность ДJlительноro воздействия пере
напряжений в установнвшемся и переходном pe
жимах 033 для элементов с нормальной изоля
uией.
8. Исключается возможность возникновения
феррорезонвисных проиессов в сети.
9. Уменьшение влияния дyroBblX ОЗЗ на линии
связи.
Недостатки
1. Дополнительные затраты на заземле
ние нейтрали через дrр и устройства
для автоматическоro управления Ha
стройкой компенсации.
2. Трудности с решением проблемы за
шиты и селективной сиrнализзuии
оз3.
3. ВОЗМОЖНОСТi? возникновения Преры
вистых дyroBblX 033, сопровождаю
шихся перенапражениями на непо
врежденных фазах до 2.SU ф mar
4. Увеличение вероятности возникно
вения дyroBblx прерывистых 033 и MaK
симальных перенапряжений на непо
врежденных фазах до (2,6 3)U ф тах
при расстройках компенсации.
5. Возможность (с учетом пп. 3 и4) втo
ричных пробоев в точках сети с ослаб
ленной изоляцией.
6. Невозмо:ж:ность скомпенсировать (без
использования специальных устройств)
в месте повреждения активную cocтaB
ляющую и высшие rармоники.
7. Увеличение (с учетом П 6) остаточ
Horo тока в месте повреждения с poc
том суммариоrо емкостнoro тока сети
lcr..
8. Оrpаничения (с учетом п. 7) на раз
виrnе сети.
14
По мнению мноrих специалистов резонансное заземление ней
трали сети является одним из самых эффективных средств борьбы с
неrативными последствиями ОЗЗ без немедленноm отключения
поврежденноm элемента (3). Применение резонансноm заземления
неЙ1рали в принципе позволяет повысить эффективность режима
заземления нейтрали Э до значений 0,8 0,9 и более [3,4, 23). Oд
нако, несмотря на, казалось бы, очевидные преимущества резонанс
нот заземления нейтрали, опыт эксплуатации показывает, что Ha
ряду с сетями, имеющими высокие показатели эффективности Э,
большое число компенсированных сетей имеет показатели эффек
тивности, сопоставимые или даже худшие, чем сети с изолирован
ной нейтралью. ОСНОВНЫМИ причинами такот положения в KOM
пенсированных сетях, как правило, являются следующие:
отсутствие в компенсированных сетях устройств автоматической
настройки компенсации или их недостаточное техническое COBep
шенство, в результате настройка ДrP может существенно отличать
ся от резонансной;
недостаточное техническое совершенство ДrP, выпускаемых
промышленностью (например, большая разность токов смежных
ответвлений, отсутствие дrр на малые токи и т.п.);
несимметрия сетей (rлавным Образом, воздушных) по фазным
проводимостям на землю;
большие значения остаточноm тока в месте ОЗЗ при больших
(сотни ампер) значениях I с }; из за влияния некомпенсируемых дrр
активной составляющей и высших rармоник;
недостаточное техническое совершенство устройств защиты и ce
лективной сиrнализации ОЗЗ, приводящее к необходимости искус
ственнот увеличения остаточноm тока в месте повреждения для
обеспечения требуемой устойчивости их функционирования или к
увеличению времени поиска поврежденноm элемента.
При резонансной настройке дrр остаточный ток ОЗЗ в месте по
вреждения содержит только некомпенсируемые активную COCTaB
ляющую и высшие raрмоники.
Активная составляющая в компенсированных сетях обычно coc
тавляет 5 7 % I с }; (3). Доля высших raрмонических составляющих в
остаточном токе ОЗЗ может составлять от единиц до 10 и более про
центов Iс};. При суммарном емкостном токе сети I с }; 200 .,. 300 А и
более остаточный ток ОЗЗ даже при резонансной настройке дrр
может достиrать 20 30 А и более, что превышает предельные по
условиям самоraшениядуrи тока замыкания значения. Поэтому при
больших значениях I с }; (сотни ампер) компенсация емкостнот тока
ОЗЗ не вcerдaдaeт эффект. В подобных случаях необходимо либо дe
15
ление сети на электрически не связаННblе части, либо переход KДPY
[ому режиму заземления нейтрали
Таким образом, основной причиной недостаточной эффектив
ности режима заземления нейтрали сетей, работающих с компенса
цией eMKocTHoro тока 033, как правило, является отсутствие комп
лексноrо подхода к решению возникающих при ее применении
проблем или ее применение в условиях, при KOТOpblX она заведомо
не может дать ожидаемоrо эффекта.
Заземление неЙ'fpали через резистор в электрических сетях cpeДHe
[о напряжения достаточно широко применяется во Франции, [ep
мании и HeKoтopblx друтих странах [24, 25J Принято различать два
варианта заземления нейтрали через резистор: BblCOKooMHoe и низ
коомное. При высокоомном заземлении нeiiтралисопротивление Rза
земляющеrо резистора Вblбирается из условия
R (17 2)Х ф
(1.2)
rдe X CL U ф . ном/ /CL суммарное емкостное сопротивление сети.
При Вblборе сопротивления заземляющеrо резистора из условия
(1.2) эффект накопления зарЯдов на фазах сети при дyroBoM переме
Таблица 1.3. характернстики режима ВЫСОКООМНОro заземления неЙУрали
через резистор
Достоинства
1. Возможность работы сети с озз до принятия
мер по безаварийному отключению поврежден
"oro элемента (при оrpаниченных значениях
тока замыкания в месте повреждения).
2. Возможность самоrашения пуrи и самоликви
даиии .,асти ОЗЗ (при оrpаниченных ЗН8<Jениях
тока озз в месте повреждения).
3. ПраКТИ<Jески исключается ВОЗМОЖНОСТЬ 8Оз
никновения пуroных перемежающихся 033.
4. Уменьшение кратности перенапряжений на
неповрежденных фазах по сравнению с ИЗОЛИро
ванной нейтралью (до значений 2.5 U ф . НОМ при
перВОМ пробое изоляции или пуroвых прерыви
стых 033).
5. Безопасность Шlительноro воздействия пере
напряжений в переходных режимах 033 ДЛЯ эле
ментов с нормальной изоляцией.
6. ПраКТИ'Jески исключ.ается возможность 8Оз
никновения феррорезонансных процессов в
сети.
7. Простое решение проблемы защиты и сисна
лизации УСТОЙ'Jивых 033.
16
Недостатки
1. Дополнительные затраты на зазем
ление нейтрали сети 'Jерез резистор.
2. УвеЛИ'Jение тока в месте поврежде
ния.
3. Возможность возникновения пре
рывистых дусовых 033, сопровожцаю
щихся перенапряжениями на непо
врежденных фазах до 2.5 U ф . НОМ'
4. Возможность (с учетом п. 3) вторич
ных пробоев в TO'JKax сети с ОСЛаблен
ной изоляцией.
5. Оrраничения на развитие сети по вe
личине /су..
6. Утяжеление условий rашения пуrи в
месте повреЖдения по сравнению с ce
тями. работающими с изолированной
нейтралью или с компенсацией eMKO
стноro тока 033.
7. Большая мощность заземляюшеrо
резистора (десятки киловатт) и проб
лемы с обеспечением есо термической
устойчивости при устойчивых 033.
жающемся ОЗЗ сводится к минимуму. и перенапряжения на непо
врежденных фазах при повторных зажиrаниях дуrи не превыщают
значений (2,4 2,5)U ф . НОМ'
Основные характеристики BbICoKOOMHoro заземления нейтрали
приведены в табл. 1.3.
Если принять, что при высокоомном заземлении нейтрали ток
замыкания на землю не должен превыщать предельных значений,
принятыхдля сети с изолированной нейтралью. то при R X CL CYM
марный емкостный ток сети I CL должен быть B.fi раз меньще, чем
для сети с изолированной нейтралью. Поэтому область применения
BbICoKOOMHoro режима заземления нейтрали будет еще более orpa
ничена (по значению I CL )' чем режима изолированной нейтрали. По
мнению мноrих специалистов применение BbICoKOOMHoro режима
заземления нейтрали целесообразно прежде Bcero в сетях с
ином 6 10 кВ при I CL не более 5 10 А [12]. К таким сетям OTHO
сятся, в частности, больщинство воздущных сетей 6 10 кВ, непро
тяженные кабельные щахтные, карьерные сети. сети торфоразрабо
ток и др.
При нuзкоо.мном заземлении нейтрали через резистор минимальное
значение тока 033 в месте повреждения оrpаничивается двумя
условиями:
обеспечение устойчивости функционирования простых токовых
защит нулевой последовательности от ОЗЗ во всех режимах работы
сети;
полное исключение возможности возникновения наиболее опас
ных дyroBЫX перемежающихся ОЗЗ.
В зависимости от naраметров электрической сети и линий усло
вия устойчивости функционирования токовых защит нулевой по
следовательности обеспечиваются при значениях тока 033 от десят
ков до сотен ампер [10, 24]. Для исключения возможности возник
новения дуrовых перемежающихся ОЗЗ минимальное значение
тока замыкания по данным [25] должно быть не менее 100 А При
указанных значениях тока ОЗЗ защита от этоrо вида повреждений
должна действовать только на отключение.
Максимально допустимое значение тока ОЗЗ оrpаничивается
условием недопущения серьезных повреждений элементов сети за
время действия защиты.
Основные характеристики низкоомноrо заземления нейтрали
приведены в табл. 1 А.
Основным недостатком низкоомноro заземления нейтрали явля
ется возможность существенноrо увеличсния числа отключений
элементов сети из за переходов кратковременных самоустраняю
17
Табл и иа 1.4. Характеристики режима низкоомноro заземления нейтрали че
рез резистор
Достоинства
1. Практически исключается ВОЗМОЖНОСТЬ
лальнейшет разнития повреждения, Ha
Ilример, перехода 033 в двойное замыка
ние на землю или междуфазное К3 (при
быстром отключении повреЖденноrо эле
мента).
2. Простое решение проблемы зашиты от
033.
3. Полностью исключается IЮЗМОЖНОСТЬ
возникновения дуroвых прерывистых 033
(при достаточном для их подавления зна
tlении наКЛal1ываемоrо активноrо тока).
4. Уменьшается длительность воздействия
на изоляцию элементов сети перенапря
жений на неповрежденных фазах в пере
холных режимах 033.
5. Исключается IЮЗМОЖНОСТЬ возникнове
ния феррорезонансных процессов в сети.
6. Уменьшается вероятность поражения
людей или животных током озз в месте
повреЖдения.
Недостатки
1. Дополнительные затраты на заземление
нейтра.:ш сети через резистор.
2. Нев03МОЖНОСТЬ работы сети с 013.
3. Увеличение числа отключений оборудова
ния и линий из за переходов KpaTKOBpeMeH
ных самоустраняюшихся (при пруl"НХ режи
мах заземления нейтрали) пробоев изоляuии в
полные (завершенные) пробои.
4. Возможность увеличения в некоторых слу
чаях объема повреждения оборудования
(из за увеличения тока 033).
5. Возможность возникновения дуrовых Пре
рывистых 033 при недостаточно больших
значениях наКЛal1ываемоrо активноrо тока.
6. Возможность вторичных пробоев в точках с
ослабленной изоляцией за счет перенаl1ряже
t{ий на неповрежденных фазах (при первом
пробое ИЗОЛЯЦИи до 2.5 U ф . НОМ)' ДО отк.люче
ния зашитой поврежденноrо элемента.
7. Увеличение числа отключений ВЫКJIючате
лей элементов сети.
щихся (при црyrиx режимах заземления нейтрали) пробоев изоля
ции В устойчивые повреждения.
Опыт применения низкоомноrо заземления нейтрали в сети 6 кВ
собственных нужд Рефтинской fРЭС, показал, что число отключе
ний электродвиraтелей на секциях с низкоомным заземлением ней
трали оказалось больше, чем на секциях, работающих с изолирован
ной нейтралью или с компенсацией eMKocTHoro тока [26). Увеличе
ние числа отключений элементов сети при недостаточной степени
автоматизации и резервирования электрической сети и технолоrи
ческих процессов потребителей может привести к увеличению
ущербов от 033, т.е. к снижению надежности.
Уменьшить число излишних отклюqений элементов в сетях, pa
ботающих с низкоомным заземлением нейтрали, можно при испо
льзовании быстродействующеrо автоматическоrо KpaTKOBpeMeHHO
ro заземления (А3Ф) поврежденной фазы, обеспечивающеrо эф
фективное самоrашение дуrи в большинстве случаев пробоев
изоляции на землю [24]. Однако в России, несмотря на наличие co
ответствующих разработок [6], необходимая Д)lЯ реализации быст
родействующеro АЗФ аппаратура промышленностью не
выпускается.
18
С учетом сказанноrо, низкоомное заземление нейтрали целеСIr
образно применять только в тех сетях, rдe доnyстимо (с учетом усло
вий электрическоrо и технолоrическоrо резервирования, степени
автоматизации распределительных сетей. систем электроснабже
ния, технолоrических процессов) отключение любоrо элемента
сети.
Сочетание резонансноrо и BbICOKooMHoro режима заземления
нейтрали, предложенное В 112], предполаrает шунтирование дrр
резистором, выбранным из условия:
RN UфiМ З '
(1.3)
rдe fl.l з II дrр Icl ток расстройки компенсации.
Применение BbICoKOOMHoro резистора, шунтирующеrодrр, при
водит к прекращению биений напряжения на фазах после noraca
ния дуrи даже при достаточно больших расстройках компенсации и
уменьшает кратности перенапряжений на неповрежденных фазах
до значений 2,5. К достоинствам данноrо режима заземления ней
трали следует отнести также улучшение режима работы сети с боль
шой несимметрией емкостей фаз на землю. Недостатком является
некоторое увеличение тока в месте повреждения и увеличение Bepo
ятности повторных зажиraний дyrи.
1.4. ФИКСАЦИЯ КРАТКОВРЕМЕННЫХ
САМОУСТРАНЯЮЩИХСЯ ПРОБОЕВ ИЗОЛЯЦИИ
КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
РЕЖИМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ
Исследования различных авторов показывают, что доля кpaткo
временных 033 в общем Числе 033 составляет 70 90 %. Как изве
стно, селективную и устойчивую фиксацию кратковременных caMO
устраняющихся пробоев изоляции в сетях с любым режимом зазем
ления нейтрали позволяют осуществить только устройства защиты
от 033, основаННЫе на использовании электрических величин Пе
реходноrо "роцесса. Использование переходных процессов, возни
каюших в момент пробоя изоляции фазы на землю, для выполнения
защиты от 033 впервые бьшо предложено еще в 1936 r. Н. Neuge
bauerc основной целью фиксации кратковременных самоустраняю
щихся повреждений [27]. Фиксация кратковременныхсамоустраня
ющихся пробоев изоляции представляется целесообразной прежде
вcero в элементах с твердой или комбинированной изоляцией (кабе
ли, электродвиrатели, reHepaTopbI). В такой изоляции повреждение,
как правило, не является npeходящим. и возникнув, впоследствии
19
неуклонно развивается. Меньший эффект от фиксации KpaTKOBpe
менных самоустраняющихся пробоев изоляции следует ожидать на
ВЛ, rдe значительная часть пробоев изоляции носит преходящий
характер.
Оценим влияние фиксации кратковременных самоустраняю
щихся пробоев изоляции и использования информации о них для
целей диаrностики изоляции элементов электрической сети на эф
фективность режима заземления нейтрали.
Уравнению (1.1) можно поставить в соответствие модель функ
ционирования электрической сети при 033, приведенную на
рис. 1.2.
Вероятности нахождения сети в i M состоянии связаны между co
бой и с эффективностью режима заземления нейтрали Эследующи
ми соотношениями:
Р. + Р2 + Рз + Р4 1;
Р. + Р2 Э;
Рз + Р4 1 Э.
Приведенная на рис. 1.2 модель не учитывает возможности испо
льзования информации о кратковременных самоустраняющихся
пробояхдля профилактики изоляции. Для построения такой модели
примем, что при действии защиты от 033 на сиrнал к внезапным oт
казам (автоматическому отключению от защиты) приводит переход
пробоя изоляции в К3 (двойное или междуфазное К3). При постро
ении модели принять! также следующие условия:
модель должна отражать установленные на основе опыта эксnлу
атации электрических сетей статистические закономерности. xa
рактеризующие эффективность режима заземления нейтрали и co
Рис. 1.2. Диаrpамма СОСТОЯНИЙ элек
трической сети при возникновении
033:
НР О нормальный режим работы
сети (без 033); ПИ пробой изоля
ции фазы сети на землю; К3З
кратковременное самоустранивше
сся 033; УЗЗ устойчивое 033;
дзз ДБойное (или MHorOMecrnoe)
замыкание; МКЗ междуфазное К3
в месте повреждения; АО aBTOMa
тическое отключение поврежденно
['о элемента от защиты; РО ручное
отключение повреж.аенноrо эле
мента при УСТОЙЧИВОМ повреждении
20
Рис. 1.3. Диаrpамма Состояннii :шектрическoii сети врн В03IIИЮIOвеннн озз Н не-
нOJIЬЗOваинн ннформацин О кpIП1<ОIlpeМeННЫХ самоустранающнхея нробоах изо-
JUIЦIIИ ДIUI профилзктики изоляции и действии заllUlТЫ от 033 на СИПlЗЛ:
НР О , ид КЗЗ,ДЗЗ, МКЗ, УЗЗ,АО, РО, Р" P . Р з . Р. ТQжесамое, что и иа
рис. ].2; HPI НР2 состояние электрическои сети с ослабленной изоляцией
в точке пробоя; ПИИ) профилaкrические испытания и восстановление
изоляции
отношения между различными исходами пробоя изоляции на
землю;
после профилактических испытаний и восстаНОRJJения изоляции
поврежденноrо элемента сеть возвращается в исходное состояние
(нормальный режим);
параметры модели должны определяться на основе известных
статистических данных о повреждаемости в электрических сетях.
Диаrpaмма состояний электрической сети при возникновении
пробоев изоляции, построенная с учетом изложенных выше усло
вий, приведена на рис. 1.3.
Определяя полную вероятность внезапноrо отключения от защи
ты поврежденноrо элемента, отнесенную к одному случаю пробоя
изоляции, из рис. 1.3 получим:
1 1 aп+)(1 К УН)
Р ( I Э) кр нсп
АО п пр 1 a ( 1 K )
кр нсп
(1.4)
rдe акр N кзз / N озз доля кратковременных самоустраняющихся
пробоев изоляции в общем числе 033; Кисл N проф / N кзз Ps
коэффициент использования информации о кратковременных пр<r
боях для профилактики изоляции; N проф число кратковременных
пробоев изоляции, после которых ПРОJ!(Щились профилактические
21
испытания изоляции; Ps + Р 6 1, п число кратковременных про
боев изоляции, предшествуюших полному пробою.
Значение Э лр определяется из условия равенства эффективности
режима заземления нейтрали для модели на рис. 1.3 и для реальной
электрической сети при Кисл о:
I O:KP
Э пр I п(1 Э) I o:п+1 . (1.5)
кр
Из (1.4) с учетом (1.5) получим:
Э кр 1 Р I (1 Э) (1 O:кp)[1 O: p(l КИСП)п] (1.6)
АО (1 O: p)[1 О:кр(1 К ИСП )] ,
rде Экр эффективность режима заземления нейтрали, определен
ная с учетом фиксации кратковременных самоустраняющихся Про
боев и использования информации о них для профилактики
изоляции.
Из (1.6) можно видеть, что возможность получения положитель
Horo эффекта от фиксации кратковременных самоустраняющихся
азз определяется, в основном, возможностью практическоrо испо
льзования информации о кратковременных пробоях для профилак
тики изоляции коэффициентом использования КИСЛ' значение
Koтoporo зависит от Toro, достаточен ли интервал времени меЖдУ
появлением первоrо KpaTKoBpeMeHHoro пробоя и устойчивым по
вреждением для производства работ по отключению поврежденноro
элемента без нарушения электроснабжения потребителей.
Для кабельных линий 6 10 кВ исследования TaKoro рода впер
вые бьши проведены в 60 x rодах в мкс (r. м. Шалыт, А. Н. Фо
тий, П. И. rexT [8]). Результаты этих исследований показали, что
устойчивым повреждениям и выходам кабельных линий из работы
(вследствие перехода азз в кз) в подавляюшем большинстве случа
ев предшествуют кратковременные самоустраняюшиеся пробои
изоляции, при этом интервалы времени от появления первой
"мrновенной земли" до полноrо пробоя в 2/3 случаев составляют от
1 ч до 10 сут и более. По данным [6] в кабельных сетях систем элект
роснабжения промышленных предприятий каждому устойчивому
азз предшествуют, как правило, два три кратковременных пробоя
изоляции, а интервалы времени от появления первоrо KpaTKOBpe
MeHHoro пробоя изоляции до полноrо (устойчивоrо) пробоя cocтaB
ляют 40 50 мин и более. Исследования, проведенные иrэу на
Костромской rРэс и на ИвТЭЦ 2, показали. что в электродвиraте
22
лях 6 кВ устойчивому повреждению, как правило, предшествуют
один два кратковременных пробоя изоляции, при этом интервал от
первоrо кpaTKoBpeMeHHoro пробоя до полноrо пробоя изоляции
примерно в 30 % случаев ОЗЗ составляет от нескольких часов до He
скольких суток
С учетом результатов указанных выше исследований можно при
нять, что В кабельных сетях 6 10 кв более, чем в 50 % случаев ин
тервал времени, равный интервалу от первоrо KpaTKoBpeMeHHoro
пробоя до полноrо пробоя изоляции достаточен для профилактиче
ских испытаний изоляции поврежденноrо элемента (К исп '" 0.5).
Для пробоев изоляции в электродвиraтeлях К исп приближенно мож
но принять равным 0.3. Расчеты по выражению (5) при Кисл 0,5;
акр 0,7; п 2... 3 показывают, что фиксацией кратковременных
самоустраняющихся пробоев изоляции и использованием инфор
мации о них для профилактики изоляции можно повысить эффек
тивность режима заземления нейтрали кабельных сетей 6 1 О кв
при Э 0,7 ... 0,9 до значений 0,85 0,95, Т.е. предотвратить до 50 %
внезапных отключений кабельных линий от переходов ОЗЗ в КЗ.
Для электрических сетей с электродвиraтелями фиксацией KpaTKO
временных пробоев изоляции можно предотвратить в среднем до
30 % внезапных отключений электродвиrателей. эти расчетные
значения достаточно хорошо совпадают с практическими oцeHKa
ми, полученными по результатам исследований в Московских Ka
бельных сетях 6 10 кВ [8J, а также оценками, полученными в
иrэу по результатам исследований в кабельных сетях 6 кВ с
электродвиrателями.
Используя полученную модель функционирования электриче
ской сети в условиях возникшеro пробоя изоляции фазы на землю,
можно оценить также ОЖИдаемую кратность кратковременных ОЗЗ
до полноro пробоя. Сопоставление расчетных и реальных данных [8]
и в этом случае дает хорошее совпадение. Таким образом, модель
функционирования электрической сети с ОЗЗ, приведенная на
рис. 1.3, достаточно хорошо отражает основные статистические за
кономерности, характеризующие ОЗЗ и их последствия.
23
rЛАВА ВТОРАЯ
Электрические величины,
используемые для действия защит
от замыканий на землю
2.1. ТОКИ И НАПPSlЖЕНИЕ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В УСТАНОВИВШЕМСSl
РЕЖИМЕ ЗАМЫКАНИSI НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ
С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
Защиты от ОЗЗ выплнякyrcяя реаrируюшими на токи и напряже
ние нулевой последовательности (НП). Целесообразность исполь
зования составляющих НП для действия защит от ОЗЗ определяется
тем, что в симметричной системе они отсутствуют в рабочих режи
мах и при междуфазных КЗ и ПОЯВЛЯКYrCя только при замыканиях
фаз на землю. Такое выполнение защит от ОЗЗ обеспечивает значи
тельное повышение их чувствительности.
В трехфазной сети переменноro тока (рис. 2.1) при нормальной
работе по фазам протекают токи наrpузки, а также токи, обуслов
ленные емкостями фаз на землю С ОА . С ОВ> Сое Токи, обусловленные
l,.
l,.
l,.
А
llc.
в
11,....
1I'
11
lc. .. Ia
М С Ее 1d Мв Lв
11.
Рис. 2.1. Векторные ДИ31р3.ММЫ напряжений и eMKOC'I1IЫX токов в нормальном
рабочем режиме сети с изолированной неЙ1'ралью
24
активными проводимостями фаз сети на землю G OA G OB Gос(актив
ные проводимости yrечек и потери в изоляции, пРоводимости ТН
контроля изоляции и др.), не превышают в сети с изолированной
нейтралью 2 6 % емкостныХ токов [3, 21, 28) и при анализе YCTa
новившихся режимов без ОЗЗ и с озз ими, как правило. можно пре
небречь. Емкости и активные проводимости между фазами сети не
мияют на установившиеся значения электрических величин НП и в
схеме рис. 2.1 не учтены.
Если пренебречь падением напряжения в продольных сопротив
лениях ЛЭП и источника питания от токов наrpузки и емкостных
токов, то напряжения во всех точках сети по отношению к нейтрали
N можно считать ОдИнаковыми и равными фазным ЭДС источника
питания. Напряжения фаз по отношению к земле равны:
A N+ A; !
B N+ B;
N+ C'
(2.1)
rдe JlN напряжение на нейтрали по отношеНИЮ к земле (напряже
ние смещения нейтрали сети).
Смещение нейтрали сети JlNопределяется по формуле
и A!:A + B!:B+ crc (2.2)
N !:А +!:в+!:с '
rдe !А l/jroC OA ' ХВ l/jroC OIP XC l/jroC oc .
в симметричной трехфазной сети С ОА Сов Сос Со смеще
ние нейтрали сети JlN О и JlA. '" Ь, Jl B '" lllP Jlc'" llc-
При металлическом замыкании на землю какой либо фазы, Ha
пример, фазы А, напряжение на нейтрали становится равным по вe
личине и противоположным по фазе напряжению повреЖденной
фазы по отношению к нейтрали:
llN llА EA'
(2.3)
Напряжения фаз по отношению к земле при ОЗЗ находятся из
выражений (2.1) с учетом (2.3):
) A + A o;
<JJ A+ B BA BA; (2.4)
2) A + c CA CA-
25
11. \j_ J"
LШl' j RN
, f_ i _ , jj
'. ...
L
А В С
Л,
Рис.2.2. Распределение емкОС1НЫХ ТОКОВ при BнyrpeннeM (Т. К-Зt1l СПJlОUПIая ли
но) и внешнем (Т. , пуиктирнзя линия) озз в сети с изолированной неЙ'rpалью
Из выражения (2.3) можно видеть, что при металлическом азз на
фазе А напряжения на неповрежденных фазах Ни Спо отношению к
земле повышаются до междуфазных. Т.е. B.Jj раз.
При металлическом азз на фазе А напряжение НП (сумма на-
пряжений трех фаз по отношению к земле) с учетом (2.4)'равно:
3u и(l)+и(I)+и(l) 3E ш .
o A B >ц: A N
(2.5)
Так как падения напряжения от токов ню-рузки И емкостных то-
ков в продольных сопротивлениях ЛЭП и источника питания, как
отмечалось выше, ничтожно малы по сравнению с падениями на-
пряжения на емкостных сопротивлениях, напряжение 3 МJ в устано-
вившемся режиме азз практически одинаково влюбой точке элект-
рически связанной сети и не зависит от положения места поврежде-
26
ния В сети (за исключением повреждений в обмотках электрических
машин и трансформаторов). Появление напряжения 3Уо и измене
ние фазных напряжений по отношению к земле используется для
выполнения общей (неселективной) ситШlUзации ОЗЗи контроля uзо
ляции фаз сети по отношению к земле или общей неселективной защи
ты от ОЗЗ (с действием на отключение).
Иа рис. 2.2 показано распределение емкостных токов при BHYТ
рен нем и при внешнем дЛЯ ЛЭП Л 1 033. В схеме на рис. 2.2 линии
л. и Л 2 представлены сосредоточенными емкостями фаз по отноше
нию к земле со. и С 02 , вся остальная часть электрически связанной
сети представлена эквивалентным присоединением с емкостью фаз
на землю С оэк .
При внешнем (ДЛЯ Р3линииЛ.) металлическом озз (т. КЗ2нали
нии Л 2 ) ток ИП в начале линии Л 1 (сумма ТОКОв трех фаз в месте
включения защиты) определяется емкостными токами на землю He
поврежденных фаз l lв и 1. С ):
3Lo. L]в + L\с jroC OI (llY! +1l<P)
jЗroСOI А jЗroСOI1l0 Lс.,
(2.6)
rдe ro 21t. 50", 314 l/с; 1Сl собственный емкостный ток ли
нии Л].
Из выражения (2.6) следует, что при внешнем 033 в фазах непо
врежденной линии л. проходят токи ИП, определяемые собствен
ными емкостями С О \ этой линии (собственный емкостный ток IСl ).
3начение обычно определяют, принимая!i4 '" U ф . НОМ:
1Сl 11\ В + 1, cl 3roc o ,E A 3roC 01 U ф . НОМ. (2.7)
При внутреннем 033 (т. К Зl налинии Л]) ток 310] в месте включе
ния защиты равен (рис. 2.2):
3. H
(1]B+ 11С+ 1 2в + 1 2с + l.жВ+ lэкС) + 1]в+ 1\c
и2B + 1 2с + LкB + lэкС ) jЗro( С 02 + С оэк )Е А
jЗro( С О 1: С О \ )Е А jЗro( С О 1: С О1 )1.4J k1: + 1 C1 ' (2.8)
rдe С О 1: С О1 + С 02 + С оэк суммарная емкость фазы сети на зем
лю; lc1: 1С1 + 10 + 1еэк суммарный емкостный ток всей элект
рически связанной сети.
27
'"
'"
Ic
Ic
а)
6)
Рис. 2.3. Векторные диаrpаммы ТОКОВ и нанряжений при внешнем (а) и B eH
нем (6) ОЗЗ в сети с изолнрованной неЙ1]lалью
Значение lc:Е.определяется при ., U ф . ном п.о выражению
п
1,;"1:. ЗroСО:Е А ЗroС о "1:. U ф. НОМ LJCi'
;==1
(2.9)
rдe / ci с.обственный емк.остный ток i ro присоединения; п чис
по присоединений, п.одключенных к шинам защищаем.оro .объекта.
т .ок в месте п.оврежпения при азз вт. К З1
L l 3L031 (LIB + L1c + L 2в + L2С + L.. в + Lэкс)
= j3roС ш li А j3roCor.[Lo Lc:E'
(2.10)
На измерении и сравнении значений тока 3kJ в защищаем.ом при
с.оединении с заданн.ой п.ост.оянн.ой величин.ой (ток.ом срабатыва
ния защиты) при внутренних и при внешних азз .осн.ован принцип
действия селективной токовой защиты НЛ (принцип "абсOllютНО20
замера" тока З/J. ИЗ (2.6) и (2.8) м.ожн.о ВИдеть, что принцип абсо--
пютн.оro замера тока 3/0 для вып.олнения селективн.ой защиты от
азз применим, если (ь IC! ) > /С!- для объектов с достаточн.о
б.ольшим числ.ом прис.оединений, как правил.о. вып.олняется co.oT
н.ошение lc:E > /а для таких объект.ов ток 3/0 в п.оврежпенн.ом при
с.оединении Bcerдa б.ольше, чем в любом из неп.оврежпенных. CpaB
нивая значения ток.ов 3kJ в.о всех присоединениях защищаем.оrо
.объекта между собой, м.ожн.о .определить п.оврежпенн.ое прис.оеди
28
нение. Эroтспособ определения присоединения с 033 используется
в централизованной токовой защите "относителЬНОi?О замера ':
Фазовые соотношения элеКlJlических величин НЛ при устойчи
вом металлическом 033 иллюстрируются векторной диаrpаммой на
рис. 2.3. Из рис. 2.3, а и б можно видеть, что при выбранных услов
ных положительных направлениях токов НП в линиях от шин ток
3hJ в поврежденном присоединении отстает, а внеповрежденном
присоединении опережает напряжение 3Qo на yrол 11/2.
Измеряя фазу тока 310 по отношению к напряжению 3.!!о (Т.е.
определяя знак и соответственно направление передачи мощности
НП в защищаемом присоединении при выбранных положительных
направлениях тока 310 в линиях). можно определить направление с
033. Этот способ определения поврежденноrо присоединения ис
ПОЛьзуется в токовой направленной защите (абсолютНОi?О замера) от
033. Следует отметить, что в сети с изолированной нейтралью пол
ная мощность Н П, передаваемая при ОЗ3 по линиям. практически
равна реактивной составляюшей мошности. Для действия токовой
направленной зашиты в принципе можно использовать и активную
составляюшую мошности НП. Однако, учитывая малое значение
активной составляюшей токов 3hJ (несколько процентов OTeMKOCT
ной составляюшей), в сети с изолированной нейтралью направлен
ную зашиту целесообразно выполнять, как правило, реаrируюшей
на полную мощность НП.
Фазы токов 3hJ в поврежденном и неповрежденном присоедине
ниях вcerдa противоположны (например, токов 3hJ) и 3102 на
рис. 2.3). Сравнивая фазы токов 3hJ во всех присоединениях заши
шаемоro объекта между собой, можно определить поврежденное
присоединение. Эroтспособ используется в централизованной тOKO
вой направленной защите относительною замера.
Практическое применение в сетях, работаюших с изолированной
нейтралью, получили обшая неселективная сиrнализация 033 (за
шита от 033) по напряжению3Qо, токовая защита НП (абсолютноrо
Рис. 2.4. Схема замещения для расчета тока н напряжения нулевой последовате
льности при 033 в обмотке элеК1рической машины или трансформатора
29
замера) и токовая направленная защита, реarирующая на направле
ние мощности НП в защищаемой линии при ОЗЗ.
Приведенные выше соотношения получены дЛя случая металли
ческоm ОЗЗ на линии или на выводах источника питания. Замыка
ния на землю обычно происходят через переходные активные co
противления R п (сопротивление растеканию тока ОЗЗ, тлеющей
изоляции, дуrи, опоры ЛЭП и др.). Наряду с рассмотренными MOryr
также иметь место ОЗЗ в ol;)MOTKe трансформатора или электриче
ской машины (например, т. К ЗЗ на рис. 2.2). Используя метод сим
метричных составляющих и метод наложения, схему сети на рис. 2.2
при ОЗЗ в т. К ЗЗ через переходное сопротивление можно преоб
разовать в вид, показанный на рис. 2.4.
В контуре НП в режиме с ОЗЗ действует ЭДС, равная напряже
нию в месте замыкания в момент, предшествующий возникнове
нию повреЖдения, взятому с обратным знаком: УЗА aКA, rдe а
относительное число витков обмотки меЖдУ нейтралью и местом
повреЖдения в обмотке. Из схемы на рис. 2.4 для тока 310 и напряже
ния 3 МJ в месте 033 получим:
r(l) a!f.. A
З Rп+l/jroСor.;
(2.11)
3Qо jroСor.Lоз
3roCor.a!f..A
R п + 1/ jroCor.
(2.12)
При ОЗЗ через переходное сопротивление налинии или на BЫBO
дах источника питания (например, т. К32 на рис. 2.2) в выражениях
(2.11) и (2.12) следует принять а 1.
Уменьшение напряжения 3МJ и токов НП в присоединениях и
месте повреЖдения при ОЗЗ через переходное сопротивление при
нято характеризовать коэффициентом полноты замыкания
ь 1k/Uф. "ОМ 1111 + jroCOE I:5 1.
(2.13)
При ОЗЗ через переходное сопротивление фазные соотношения
меЖдУ напряжением 3МJ и токами 310 в повреЖденном и неповреж
денных присоединениях, как можно видеть из схемы замещения
рис. 2.4 не меняются.
30
2.2. ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЕ НП В УСТАНОВИВШЕМСЯ
РЕЖИМЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ
С ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ ЧЕРЕЗ РЕЗИСТОР
Распределение токов при азз в сети с заземлением нейтрали Че
рез резистор показано на рис. 2.2 KOHтyp протекания тока заземля
юшеrо резистора 1R при внутреннем и внешнем азз показан
штрих пунктирной линией). Из рис. 2.2 можно видеть, что ток 1 R
протекает только в месте азз и в повреЖденной линии. Позтому
при внешнем азз (т. к,2) ток 3/01 в неповреЖденнойлинии Л., как и
в сети с изолированной нейтралью, определяется выражением (2.6)
и равен собственному емкостному току неповреЖденнойлинии /0.
При внутреннем азз (т. к,.) ток 310. в повреЖденной линии Л]
равен:
3 H (1] в + 1.с+ 1 2в + 12С+ 1 экв + 1 экс ) +
+ 1. в + 1.c 1 R .
(2.14)
Если пренебречь падением напряжения от тока 1RHa продольных
сопротивлениях повреЖденной линии и источника питания, как и в
сети с изолированной нейтралью можно принять, что
м> '" JlN'" &. с учетом зтоro допушения выражение (2.14) для
тока 3Ьн при внутреннем азз примет вид:
3 H jЗro( С 02 + Соэк)Е А Jl N ! R
jЗro(СOI: СOl)Е А + ЕА!Я
jЗro(СОI: C Ol )1LQ 1LQ!R leI: + 10 1 R .
(2.15)
Ток в месте повреЖдения при азз в любой точке сети при приня
том выше допушении равен:
1Ш 3 JЗI
a.B+ 1.с + 1 2в + 1 2с + lэкв+ 1 экс ) 1 R
jЗroСОI:Е А + Е А ! R jЗroСОI:1LQ 1LOI R
leI: 1 R .
(2.16)
Фазовые соотношения электрических величин при внутреннем и
внешнем азз для сети с высокоомным заземлением нейтрали
(Я", х.:Е) показаны на рис. 2.5.
Из выражений (2.14) (2.16) и векторных диаrpамм можно ви
деть, что заземление нейтрали сети через резистор, не изменяя зна
чения тока 3hJ внеповрежденных присоединениях, увеличивает ток
3l
l.
а)
k
,
l.
Рис. 2.5. Векторные диarpаммы ТОКОВ н нanpяжeиий ПРJl внешнем (а) и BнyrpeH
нем (6) ОЗЗ в сети с ВhlСОКООМИhlМ заземлением неЙ1'рали
б)
нп в поврежденном присоединении, что обеспечивает увеличение
устойчивости функционирования токовых защит абсолютноrо и OT
носительноrо замера по сравнению с сетями с изолированной
нейтралью.
Заземление нейтрали сети через резистор не изменяет также и
yroл сдвиrа по фазе между напряжением 31[0 и токами 310 в НеПО
врежденных присоединениях ( n/2, на рис. 2.5). Уrол сдвиra по
фазе между напряжением 31[0 и током 310 в поврежденном присое
динении при высокоомном заземлении нейтрали сети увеличивает
ся примерно до значения 3n/4 в сети с высокоомным заземлением
нейтрали (при R '" x.: ). За счет этоrо уменьшается примерно до зна
чений 3n/4 yrол сдвиrа по фазе между токами 310 в поврежденном и
неповрежденных присоединениях (в сети с изолированной нейтра
лью он равен n, рис. 2.3).
При низкоомном заземлении нейтрали сети / R > lC и ток 310 в
поврежденной линии, а также ток 1 ]) в месте ОЗЗ примерно равны
1 R. Уrол сдвиrа по фазе между напряжением и о и указанными тoкa
ми примерно равен n.
Из приведенных соотношений для электрических величин НП и
векторных диаrpамм можно видеть, что в сетях с высокоомным за
землением нейтрали в принципе применимы все способы выполне
ния защиты от ОЗЗ, используемые в сетях с изолированной нейтра
32
лью. Увеличение тока 310 в поврежденном присоединении за счет
активной составляющей [R обеспечивает повышение чувствитель
ности токовых защит при внутренних 033. Токовые направленные
защиты в сетях с высокоомным заземлением ней1рали можно BЫ
полнять как с КОН1ролем реактивной. так и активной мощности ИП
влиниях. В сетях с низкоомным заземлением нейтрали [R'" [з» [с;.
и наиболее простое и достаточно эффективное рещение дает испо
льзование токовых защит ИП (абсолютноrо замера).
3начения и фазные соотнощения электрических величин ИП
при 033 в сети с рассматриваемым режимом заземления ней1рали
через переходное сопротивление или в обмотке электрической Ma
щины или трансформатора MOryт быть найдены из схемы замеще
ния на рис. 2.4. При заземлении нейтрали сети через резистор в cxe
ме замещения параллельно емкости С ОI подключается заземляю
щий резистор R.
2.3. ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЕ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В УСТАНОВИВШЕМСЯ
РЕЖИМЕ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
В КОМПЕНСИРОВАННОЙ СЕТИ
Распределение токов при 033 в сети с компенсацией емкостных
токов показано на рис. 2.2 (контур протекания токадrр lL при BНYТ
реннем и внещнем 033 аналоrичен контуру протекания тока lR)'
Как и ток заземляющеrо резистора lR' ток дrр lL протекает только в
месте 033 и в поврежденной линии. Поэтому при внещнем 033
(т. К з2 ) ток 3101 в неповрежденной линии Л 1 ' как и в сети с изолиро
ванной нейтралью равен:
3101 1 1в + 11c 1С1'
(2.17)
Ток в месте повреждения при 033 в любой точке сети равен:
lSl 31031
(l lв + 11 с + 1 2в + 1 2с + lэкв + 1 экс ) 1 L
lc1. 1 L .
(2.18)
При резонансной (оптимальной) наС1ройке индуктивное сопро
тивление дrр равно емкостному сопротивлению сети по отноще
нию к земле
33
1;.
1;.
L,
б)
Рис. 2.6. Векторные диаrраммы ТОКОВ и напряжений при внешнем (о) и BнyrpeH
нем (6) ОЗЗ в сети с резонансным заземлением неАтрапи
1
ХL=шL=Хй.=
шсо!:
(2.19)
При ЭТОМ индуктивный токдrр 1L lcL' и ток в месте повреж
дения равен нулю.
При внутреннем (т. К зJ ) озз ток в повреЖденной линии Л 1 COOT
вететвенно равен:
310.
(1'8+ 11С+ 128 + 12С + 1 эк8 + Iэкс) +
+ 118+ 11C 1L lcL + 1С! 1L 1cl.
(2.20)
Из выражений (2.17) и (2.19) можно видеть, что при резонансной
(оптимальной) настройке дrр токи 3101 как при внешнем, таки при
внутреннем ОЗЗ равны собственному емкостному току 1СI защища
емой линии Л" т.е. одинаковы по значению и по фазе.
Фазовые соотношения электрических величин при внутреннем и
внешнем ОЗЗ дЛЯ сети с резонансным заземлением нейтрали Пока
заны на рис. 2.6.
Поэтому соотношения значений токов 310 в присоелинениях за
щишаемоrо объекта (т.е. способы абсолютною и относительноюзаме
ра палных токов 310), а также фазные соотношения полных токов 310
и напряжения 3 м> (т.е. способы абсалютнош и относительною замера
направления полной Шlи реактивноймощности НП в присоедuненuяxза
щищаемош объекта) в сети с резонансной настройкой компенсации
в общем случае не мосут быть использованы для выполнения селек
тивной сиrнализации или защиты от озз.
34
Компенсированные сети обычно должны работать с резонансной
настройкой илн, с учетом возможноro в эксnлyатации уменьшення
значения I cL ' с небольшой перекомпенсацией (1 L > I cL ) и результи
рующим индуктивным током [ ). в режиме перекомпенсации Ha
праnления (фазы) токов в поврежденной и неповрежденныхлиниях
также одинаковы, поэтому для действия направленной защиты в KOМ
пенсированной сети можно использовать талько активный ток, KOТO
рый не превышает нескольких процентов от I cL - Поэтому токовая
напраnленная защита в компенснрованной сети должна обладать
высокой чувствительностью по yrЛУ, а филыры тока и напряжения
Н П иметь малые yrловые ПOlрешности.
Кроме активной состаR1lЯющей, остаточный ток L I) содержит
также нечетные высшие raрмоники, не компенсируемые дrр. Так
как индуктивное сопротиnленне ДrP ДIIЯ высших raрмоник значи
тельно больше eMKocrnoro сопротиnления сети на землю т. (при
резонансной настройке для 3 й rapмоники В 9 раз, для 5 й raрмони
ки в 25 раз и т.д.), то по отношенню к высшнм raрмоникам элеК1]>И
ческую сеть с заземлением нейтрали через дrр можно рассма1]>И
вать с достаточной точностью как сеТЬ с изолированной нейтралью.
Поэтому ДIIЯ каждой ИЗ высших raрмониктока3[0 и напряжения 3Qo
при внешних и при ВНУ1]>енних ОЗЗ выполняклся соотношения,
аналоrичные соотношениям емкостных состаR1lЯющих в сети С изо
лированной неЙ1]>алью. Например, для линии Л 1 (см. рис. 2.2) при
внешнем ОЗЗ (т. 1(,.2)
310.1 300C ol l4!. 1.:.1
(2.2\)
и при BHYlJ>eHHeM (Т. 1(,.])
31оУl 300(Coт. C O \)l4!v 1.:ут. + lcv]'
(2.22)
Из выражений (2.19) и (2.20) следует, что в компенсированной
сети селективную сиrнализацию или защиту от озз можно выnoл
нить с использованием способов абсолютною и относительнOi!OЗаме
ра yp(){JIOl высшuxzармоник в токе 3[0 и способов абсолютною и oтHOCU
тельнozоза.мера направления реактивной мощности высшuxzармоник в
присоединениях защищаемоro объекта.
35
2.4. ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЕ НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ПЕРЕХОДНЫХ
РЕЖИМАХ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Схема замещения для расчета переходных процессов прн 033. В
переходном проuессе при ОЗЗ условно различают две стадии, свя
занные соответственно с разрядом емкостей поврежденной фазы на
землю, сопровождающимся перезарядом межлуфазных емкостей, и
зарядом емкостей неповрежденных фаз [29]. Анализ ощиллоrpамм,
полученных при 033 в реальных электрических сетях и на физиче
ских моделях, учитывающих распределенный характер параметров
линий [22], показывает, что в разрядных и зарядных состаRЛЯЮЩИХ
тока и напряжения переходноro проuесса при ОЗЗ преобладает по
одной частотной составляющей, определяющей их форму и ампли
туду. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показыва
ет, что частота и амплитуда указанных частотных составляющих
определяется практически только суммарной емкостью фаз сети на
землю и суммарными межлуфазными емкостями неповрежденной
части сети, параметрами поврежденной линии на участке от шин ДО
точки озз и переходным сопротивлением в месте повреждения
(рис. 2.7). Поэтому сложный волновой переходныЙ проuесс при
ОЗЗ в электрических сетях 3 35 кВ допустимо приближенно pac
сматривать как переходный проuесс в схеме с сосредоточенными
параметрами (исключение состаRЛЯЮТ ОЗЗ на шинах или в непо
средственной близости от шин, Korдa необходимо учитывать явно
выраженный волновой характер разрядных составляющих [22]).
С учетом этих замечаний схему замещения для анализа переход
ноro проuесса при ОЗЗ в сетях 6 1 О кВ радиальной конфиryраuии
можно представить в ВИде, показанном на рис. 2.8.
......
/7
-'
., ,-
,,- ....... . '../
У
, ........., ..."
...,,
" " ....и np
L........
"".
..'п....
.0
1:'1 Время, МКС
36
Рис. 2. 7. Кривые переходиых
токов н напряжений при ОЗЗ в
электрической кабельной сети с
ином == 6 кВ и '!. 1 Лори yдa
леиности ТОЧКИ повреждения от
IIlИИ 13::= 70 м (показаны pac
четные кривые и кривые, по
лученные на физической MO
дели, учиrывающей распреде
ленный характер парамеТРО8
линий [ЗО])
N
l ".s'"
U!>i .. LJ1IP
:.
...
РиС. 2.8. Двухчастотная схема замещения электрической сети радиальной KOH
фиrypации ДЛЯ анализа переходных процессов при 033
а)
б)
Рис. 2.9. Комплексные схемы замещения ДЛЯ расчета переходноro процесса при
033:
a при нулевых начальных условиях [uЛ«О) О, iдrр(О) О]; б для опреде
пения составляющих, обусловленных ненулевыми начальными условиями в
момент пробоя изоляuии [uЛ«О) " О, iдrp(O)" О]
Используя метод симметричных составляющих, из схемы
рис. 2.8 можно получить комплексные схемы замещения дЛЯ расче
та переходноro тока и напряжения ИП при озз (рис. 2.9).
Переходные проиессы в схемах на рис. 2.9 описываются диффе
ренuиальными уравнениями 4 ro (в сети с Изолированной нейтра
37
лью или с заземлением нейтрали через резистор) и 5 ro (в компенси
рованной сети) порядков. В общем случае точное аналитическое pe
шение таких уравнений весьма rpомоздко, однако оно значительно
упрощается ДЛЯ случая малых потерь в контуре НП. Такие условия
практически MOryт иметь место при металличесКИХ 033 (Rn О).
Для выполнения зашит от 033, основанных на использовании nepe
ходных процессов, в основном используются начальные фазные co
отношения nepeXOHHoro тока и напряжения НП, на которые потери
в контуре НП при соответствующем выборе входных информаllИОН
ных величин влияния не оказывает. Поэтому оrpаничимся paCCMOT
рением соотношений электрических величин nepeXOHHoro процесса
ДЛЯ случая "малых потерь" при 033 в сети с изолированной нейтра
лью и компенсированной сети.
Уравнения переходноro процесса при ОЗЗ в сети с изолированной
нейтралью. Используя метод наложеНИЯ (для учета смещения ней
трали сети и!,/О» для сети с изолированной нейтралью при
u(t) U",sin«(j)t + <р) в операторной форме получим [30]:
U (Р) U (j)2 ({j)cos<jJ + psin<jJ)(p2 + (j)2)
О т I "'(р)(р2 + (j)2)
и (0)ю2 (р2 + (j)2) (2.23)
N I ptJ.(p) ,
ше "'(р) р4 + ар3 + (kc(j)"f +(j) )r +(j)lw ; а RI/Lt; (j)"f I/LtC t ;
(j) I/L 2 C 2 ; kc I + С\/С 2 ; LI 3L л + L з ; С ! С ОЭК + СОл;
2L и ; С 2 0,5[С оэк + Сол + 3(С мэк + С мл )]; Rt 3R л + R, + 3Rn;
и т амплитуда фазноrо напряжения; <jJ начальная фаза пробоя
изоляции.
Частоты и постоянные затухания разрядной и зарядной составля
ющих определяются из решения биквадратноrо уравнения "'( р ) О
при а О (случай м алых потерь в контуре НП).
(j)р,з kc(j)"f+(j) i kJrot +(j)i + (2k c 4)юlw ; (2.24)
(j) ,з (j)
Ор,з а 2(2(j)2 (j)2 k (j)2) '
р,з 2 с I
(2.25)
(j)
Частота разрядной составляющей fp в зависимости от типа
2"
линий электрической сети (воздушные или кабельные), их длин и
38
удаленности точки ОЗЗ от шин защищаемоro объекта обычно co
ставляет от нескольких до сотен килоrepц (например, в кабельных
сетях с линиями малой протяженности). Разрядные составляющие
затухают в течение нескольких сотен микросекунд. Частота заряд
нойfз ro, составляющей зависит в основном от cYМMapHoro eMKO
2"
стноrо тока сети lcY. и индуктивности источника питания L и и лежит
обычно в пределах от нескольких сотен repu до нескольких кило
repu. Зарядная составляющая затухает в течение 3 5 мс.
Используя теорему разложения операторноrо исчисления при
ro » ro 2 , ro » ro 2 , что практически Bcerдa обеспечивается, и боль
ших ушах пробоя изоляции '1' ,,/2 из (2.23) получим:
иои '" U т sin(rol+<p) U та)е б,l [ l U N O) ] sin<p cosropl
UmSln<p
и та2е б! [ 1 U N O) ] sin<p cosro/, (2.26)
UmSln<p
ro? ro . ro? ro
шеа, ,a2 '
(ор Ы З (0з (ор
При начальной фазе пробоя изоляции '1' О
U 0(1) '" U т sin(rol+<p) U та) !'!....е б,l cos'I' sinro р l+
ro р
+и N(O)a)e ,1 соsroрl Uта2 е б! cos<psinro,t+
ro,
+и N(О)а б!сosro,t.
(2.27)
Ток НП в поврежденном инеповрежденных присоединениях в
обоих случаях определяется из выражений:
. dU o dU o
'000.(1) (Cj Сол) Coc ;
(2.28)
. ( ) с dU o
'Онеп t == Онеп .
(2.29)
ше СО неп емкость фазы на землю неповрежденноro
присоединения.
39
Наnряжснне,Б
100 200 э00400 500600 700 800 900
Брсмя,МkС
0100 200 300 400 500 600 700 000 900
8рем..,мКС
а)
б)
Рис. 2.10. Начальные фазные соотношения электрических величин переходноro
пров.сса при ОЗЗ (расчет ШIЯ сети с ином 6 кВ. I", зо А. 1, 100 м. кабель
ААБ 6 3 х 120):
a ер ,,/2; б ер О
Амплитуда зарядной составляющей может достиrать значений до
тысяч ампер (например, в кабельных сетях при близких к шинам
033). Амплитуда зарядной составляющей пропорциональна oтнo
щению Iст.roз /ro и также может достиrать значений до сотен и тысяч
ампер (например, в кабельных сетях с большими значениями /ст.).
Начальные фазные соотношения переходноrо тока ;0 и напряже
ния ио НП, их разрядной, зарядной и ПРИНУЖденной составляющих
иллюстрируются рис. 2.10.
Из рис. 2.10 можно видеть, что при u,/О) О начальный знак ио
Bcerдa противоположен начальному знаку переходноrо тока ;0 пов В
повреЖденном присоединении и совпадает с начальным знаком пе
реходных токов внеповреЖденных присоединениях ;0 неп. На испо
льзовании начальных фазных соотношений меЖдУ переходным TO
ком ;0 и напряжением ио основано большинство известных исполне
ний напраШlенных импульсных защuт от ОЗЗ (например,
[27,29,31,32 и др.). На этом принuипе MOryт быть получены как
40
Н3ЛРЮКI'ИИI'.Б
Ток. А
Рис. 2. J J. Нарушение начальных
фазных соотношений между nepe
ходным напряжением "о н нepexoд
ным током ;0 008 под влнянием CMe
щення нейтрвлн сети "N<0) в MO
мент пробоя изоляции:
а знак uN<0) противоположен
знаку и т siПq:l; 6 знак uN<0) COB
падает со знаком и т siПq:l. но
lu,lo)1 > IUmsin'l'
400 Бремя.мкс
uндuвuдуальные, так и централuзованные исполнения направленных
защит от 033.
Смещение нейтрали uлАО) о в момент возникновения пробоя
изоляции (из за несимметрии емкостей фаз сети на землю или Ha
копления избыточноrо заряда на фазах сети при перемежающемся
дуroвом 033) может привести к нарущениям указаl!ных выще нача
льных фазных соотнощений между переходным напряжением ио и
переходными токами ;0 в присоединениях защищаемоrо обьекта
при следующих условиях:
знак uлАО) противоположен знаку и т siшр (этот случай иллюстри
руется рис. 2.11);
знак uлАО) совпадает со знаком и т siшр, но 'и лАО)1 > I и т sin'l'l.
Поэтому использование начальных фазных соотношений между
ио и ;0 в некоторых условиях моrло бы приводить к излишним сраба
тываниям направленных импульсных зашит ОТ 033.
Из (2.26) (2.29) следует, что смещение нейтрали не вызывает
искажений начальных фазных соотношений между свободными co
ставляющими тока и напряжения переходноrо процесса ио р и ;Ор'
иОр + Uо з и ;Ор + ;0з. Учитывая это, для действия направленных импу
льсных защит от 033 в принципе можно бьшо бы использовать толь
ко составляющие ио р , Uо з , ;Ор' ;0з. Однако выделение указанных co
ставляющих из ио и ;0 с помощью частотных фильтров в интервале
времени срабатывания измерительных opraHoB направленных им
пульсных зашит от 033 (как правило, не превышаюших нескольких
десятков микросекунд) возможно не Bcerдa, поэтому для действия
зашит данноrо типа приходится использовать полные токи ;0 и Ha
пряжение и о переходноrо процесса или оrpаниченную, как
"сверху", так и "снизу" часть спектра ЭТИХ величин.
В этих условиях некритичность импульсных направленных
устройств зашиты от 033 к искажениям начальных фазных cooтнo
41
""
БреМJI,МКС
а)
б)
Рис. 2. J 2. К использованию производной duo/ dt в качестве жшяризующей вели
чины (расчет для сети с ином 6 кВ. !:!. == 30 А, <р == 175"', l з == 0,1 км, кабель
ААБ 6 3 х 120):
а R п == О (случай "малых потерь"); б R.I == 5 Ом
шений между ио и ;0 за счет влияния u ZV<0) можно обеспечить. как это
следует из выражений (2.28) и (2.29), используя в качестве поляризу
юшей величины не "о. а производную напряжения НП dUoldt
(рис. 2.12).
К преимушествам использования duoldt в качестве поляризую
шей величины следует отнести также возможность (при постаточ
ной чувствительности по первичному току) обеспечить правильную
фиксацию начальных фазных соотношений электрических величин
переходноrо процесса даже при пробое изоляции в момент прохож
дения напряжения поврежденной фазы через нулевое значение.
Из (2.28) и (2.29) можно видеть, что для объектов с достаточно
большим числом присоединений, rде, как правило, выполняется
соотношение Сос> С ол амплитуда переходноro тока ;0008 в по
врежденном присоединеiши всеrдабольше, чем ;0 Hen в любом из He
поврежденных. Сравнивая амплитуды переходных токов ;0 во всех
присоединениях зашищаемоrо объекта между собой, можно
определить поврежденное присоепинение. Этот способ определе
ния присоединения с 033 используется в центрш/Uзованных тOKO
вых защитах относuтельно<о замера аммитуд переходных токов
[33,34 и др.].
Недостатком централизованных устройств защить! от 033, OCHO
ванных на принципе относительноro замера амплитуд переходных
токов, является значительное влияние на устойчивость их функцио
нирования поrpешностей трансформаторов тока НП [35], что суще
ственно оrpаничивает область их применения. Поэтому на этом
42
принципе защиты от 033 в последние ronbI в России и друrих cтpa
нах не разрабатывались.
Начальные знаки переходных токов io в поврежденном и непо
врежденном при соединениях, как следует из (2:28) и (2.29), всета
противоположны. Соотнощения начальных знаков переходных TO
ков в присоединениях защищаемоrо объекта используются дЛя
ОПРf:Деления поврежденноrо присоединения при 033 в централuзо
вонных импульсных нопровленныхзощuтах относuтелЬНО20замера, oд
нако щирокоrо практическоrо применения этот способ не получил.
Уравнения переходноro процесса при ОЗЗ В сети с компепсацией
емкOCП\blX ТОКОВ. Наличие дrр обуславливает появление в токах и
напряжениях переХОдНоrо процесса еще одной свободной составля
ющей апериодической с постоянной затухания Оа R\/3L д П'. 3а
счет этоrо общее рещение дЛя ио(1) и io(t) более rpoмоЗдКО, чем в
случае изолированной нейтрали сети. Наибольщихзначений апери
одическая составляющая напряжения и тока достиraет при <р 4 О,
однако и в этом случае она не оказывает влияния на начальные фаз
ные соотнощения между напряжением и током НП из за больщой
индуктивности ДrP (3L дrр » L(, ). Учитывая это, оrpаничимся
рассмотрением случая, кота начальная фаза пробоя изоляции
<Р 4 ,,/2.
Используя изложенный выще подход. дЛя ио(1) и duо(l)/dtможно
получить следующие уравнения:
Uо(t)"'UтSiп(rot+<р) u (е " [ 1 UN O) ] cosropt
UmSIll<p
iдrp(O) e " Siпroрt UтОj! / [ 1 U N O) ] cosro,t
С;ro р U т SlП <Р
; (О) е /siпro (. (2.30)
дrp Cjro з 1 '
dU o (t) '" mrocOs(rol+<p)+U (roре " [ 1 U N O) ] Siпroрl
dt U т SlП<р
inrp(O) e " с оsroрt+U "f'J,е Ч [ 1 U N O) ] SiПro,t
С; U т slП<р
inrp(O) 02 e 1 cosro,t. (2.31)
С;
те ro р ' ro" Ор' 0,,0(.02' <Рр' <Р, то же. что и в (2.26).
43
Токи i o , как и Д/lЯ сети с изолированной неЙIРалью, в начальной
стадии переходноrо процесса приближенно определяются выраже
ниями (2.28) и (2.29).
Из уравнений (2.30) и (2.31) можно видеть, что при и"/,,О) О и
iдrр(О) О начальные соотношения электрических величин пере
ходното процесса (фазные, аМПЛИ'I)'дные) идентичны соотношени
ям электрических величин для сети с изолированной нейтралью.
Поэтому Д/lЯ выполнения селективных зашит от ОЗЗ, основанных
на использовании электрических величин переходноrо процесса, в
компенсированных сетях MOryт быть использованы те же способы,
что и в сетях с изолированной нейтралью: а именно, способы абсо
лютНОi!О и относителЬНОi!О замера направления м<новенной мощности
нп в момент пробоя изоляции и способ относительноi!O замера ампли
туд переходных токовв присоединенuяx защищае.мОi!О обоекта в присо
единениях защищаемоrо объекта. как и в сетях с изолированной
нейтралью, технически более совершенное решение дает первый из
указанных способов, однако ето реализация в компенсированных
сетях имеет некоторые особенности.
Из уравнений (2.30) и (2.31) можно видеть, что причиной искаже
ний начальных фазных соотношений между ио и io может быть не TO
лько и"/,,О), но и iдrр(О). Условия возникновения указанных искаже
ний имеIOТ более сложный, чем в сети с изолированной нейтралью,
характер, и зависят, как можно видеть из уравнений (2.30), (2.31), от
целоrо ряда факторов: и ,./..0), iдrр(О), начальной фазы '1', частот и пlr-
стоянных заryxaния свободных составляющих. Как и в сети с изоли
рованной нейтралью, некритичны к влиянию искажающих факто
ров начальные фазные соотношения между ио р и iOp' ио р + ио з и
iOp + i оз , однако использование их в качестве входных информаци
онных величин Д/lЯ действия защит от ОЗЗ по причинам, указанным
выше, возможно не Bcerдa.
Из уравнения (2.31) можно видеть, что наличие iдrp(О) '" О в
принципе может обусловить искажения начальных фазовых COOT
ношений не только между ио и 'О' но и между duol dt и io. Однако, как
показывает более точный анализ, выполненный в [36] на математи
ческой и физической моделях, импульсные направленные защиты
от ОЗЗ достаточно просто MOryт быть отстроены от влияния
iдrр(О) "= О на начальные фазные соотношения между duoldt и io по
току срабатывания и по времени срабатывания измерительных op
танок Следовательно. использование в импульсных направленных
защитах от ОЗЗ в качестве поляризующей величины duol dt вместо ио
предпочтительно не только в сетях, работающих с изолированной
нейтралью, но и с компенсацией емкостното тока.
44
Влиянне активных потерь в котуре нулевой последовательнOC11I на
переходный процесса прн 033. При большом расстоянии от шин ис
точника питания до места 033 или замыканиях через большое пере
ходное СОПРОТИRJIение необходимо учитывать RJIияние потерь в KOH
туре Н П на соотношения электрических величин nepexonHoro про
цесса. Анализ RJIИЯНИЯ больших потерь на переходный процесс при
033 бьш ВЫполнен по общим, полученным для схем замещения сети
(рис. 2.9), уравнениям на ЭВМ. Как показали расчеты, при увеличе
нии потерь в контуре НП ио и i o , разрядные состаRIIЯющие и()р и i op ' а
также суммарные свободные состаRIIЯющие ио р + Uо з и iOp + i03 co
храняют начальные соотношения знаков такими же, как и в случае
малых потерь, а начальный знак зарядной состаRIIЯющей тока i03 MO
жет изменяться на противоположный при неизменности начально
ro знака состаRIIЯющей напряжения Uо з (например, рис. 2.13, а).
Увеличение потерь в цепи тока 033 не искажает начальные фазные
соотношения между производной duoId1 и током io (например,
рис. 2.1 З, б), но может существенно изменить соотношение ампли
туд разрядных и зарядных составляющих напряжения и тока.
При увеличении потерь отношение амплитуд состаRIIЯЮЩИХ Ha
пряжения UоmrlUотз возрастает, а отношение амплитуд состаRIIЯЮ
щих токов /оmrl1отз уменьшается, но остается существенно больше
1. Таким образом, разрядная составляющая определяет амплитуду и
начальный знак nepexOДHoro тока io не только в случае малых потерь
в контуре НП, но и при 033 через большое переходное СОПроТИRJIе
ние. 3арядные состаRIIЯющие напряжения Uо з и тока i03 MOryr coxpa
нять колебательный характер паже при значениях , равных десят
кам ом, однако амплиТ)!да их в напряжении ио и токе io с ростом co
ПРОТИRJIения резко уменьшается. Частота зарядных колебаний в
этих условиях возрастает и стремится к пределу "'зтих 1 / .JL2C2'
определяющему частоту собственных колебаний сети в режиме без
033. При определенных параметрах (1С1;' , упаленность точки 033
от шин и др.) частота разрядных колебаний "'р может быть паже Me
ньше, чем частота зарядных колебаний "'З' в связи с чем частотное
разделение указанных состаRJIЯЮЩИХ тока и напряжения переход
Horo процесса в общем случае невозможно.
В компенсированных сетях при 033 через большое переходное
СОПРОТИRJIение (десятки ом и более) возможно возникновение низ
кочастотных колебаний в контуре, образованном индуктивностью
ДfР и емкостью фаз на землю. При резонансной настройке частоты
этих колебаний, как показывают расчетыl' MOryr лежать в пределах
20 50 [ц. Амплитуда указанных низкочастотных колебаний в Ha
45
.i..
'.
'.
'"
:t
и.
..
t: '.
'"
..
...
}:= .
..
"1
160 180
Вре",я.мкс
400
ВреМ>I.МКС
а)
б)
Рис. 2. /з. Влияние потерь в контуре НО на сoontошения разрЯДНЫХ и зарядных
составляющих тока переходноro процесса при 033 в сети 6 кВ с изолироваННОЙ
иейтралью:
а J й 30 А, <р 90', 1, О,] км, R л 5 Ом, имО) О; б J, 100 А,
<p 90',I, O,1 км,Rл 200м
пряжении иО и токе ;0 может быть значительно бол' ше, чем ампли
'I)'ды друrих свободных составляющих. Из этоro, в частности, следу
ет, что оrpаничение "снизу" рабочеro спектра частот устройств за
щиты от ОЗЗ, основанных на использовании переходноro процесса,
в некоторых случаях может привести к существенному снижению их
чувствительности по току и напряжению.
Уравнения переходноro процесса при включении линии под иапря
жение. При включении линий под напряжение за счет HeOДHOBpe
менности замыкания контактов выключателя возникает переХОk
ный процесс, при котором в токах и напряжениях фаз, как и при
ОЗЗ, содержатся составляющие НП. С точки зрения влияния на
функционирование защит от ОЗЗ интерес представляет переходный
процесс при включении первой фазы линии, Korдa броски переХОk
ных ио и ;0 достиraют наибольших значений. Комплексная схема за
мещения для расчета переходноro процесса при включении первой
фазы линии под напряжение в сети с изолированной нейтралью
приведена на рис. 2.14.
В токе ;0 напряжении ио переходноro процесса при включении
линии под напряжение, как и при ОЗЗ, условно можно вьщелитьдве
основные частотные составляющие; разрядную и зарядную. Из cxe
мы замещения (рис. 2.14) можно видеть, что частоты указанных co
ставляющих будут Bcerдa выше, чем при ОЗЗ из за последовательно
включенных с емкостью сети СОС емкостей включаемой линии
С ол + 3 С ол и С ол - Учитывая это, влиянием дrр на начальную стадию
переходноro процесса при включении линии можно пренебречь. Из
46
схемы на рис. 2.14 пля напряжения ио(1) в операторной форме
получим:
С
иo(p)= x
СОс + С з
[и 2 (ш cos '1>+ р siп <р )(р2 + ш ) 2 р2 + (o ]
ro и ш
т I lJ.(p)(p2+ro2) N(I» I plJ.(p) ,
(2.32)
rдe С] СЗG.ЛСз + СОс); с2 О,5(С Ос + 3С мс );
сз Сол(С ол + 3С мл )/3(С ол + 3Смл);rol,ro , а, tJ.(p) тоже, что и в
(2.23).
Сравнивая выражения (2.23) и (2.32), можно видеть, что переход
ные процессы при включении первой фазы линии и при 033 описы
ваются аналоrичными уравнениями, отличающимися только нали
чием в (2.32) коэффициента СзI( С з + СОс) и значениями rol, ш , т.е.
частот и постоянных затухания свободных составляющих напряже
ния ио(1). Переходные токи ;000в(1) и ;0 нео(п определяются по BЫ
ражениям (2.28) и (2.29). Обычно С. « СОс и, следовательно, амnли
1Уды принужденной и свободных составляющих напряжения и ТОJ(З
ИП в СОс / С. раз меньше, чем при 033. Однако при включении при
соединений с относительно большой собственной емкостью С/СОс
амnли1УДЫ бросков переходноro тока ;0 и напряжения ио МOIут дo
стиraть значений, соизмеримых и даже превышающих амnли1УДЫ
К L. R
I f СIk+З С т
'''''''\''''' l
:
t 3LЛfP CQ; Т 1"0 L. RС(}Л Т
ш.ш..ш
Рис. 2.14. Комплексная схема замещении: ДJUI расчета переходноro процесса при
включении первой фазы ЛИНИИ ПОД напряжение
47
соответствующих величин при
033. Поэтому отстроить за
щиты от 033, основанные на
использовании электрических
величин переходноrо процес
са, от данноrо режима по амп
литуде броска переходноrо
тока ;0(1) или напряжения
Uo(t) в общем случае нельзя.
Наиболее простым средством
обеспечения несрабатываний
защит от 033, реаrирующих
на переходные токи и напря
жение НП, является примене
ние специальноrо пусковоrо
opraHa по напряжению зu о .
Пусковой opraH должен быть
отстроен по пороry срабатыв
НИЯ от напряжения смещения
нейтрали в нормальном режи
ме и при внещних К3 на землю
в сетях с rлухозаземленной
нейтралью и по времени cpa
батыанияя от разновремен
ности замыкания контактов
Рис. 2.15. ПереходllЫЙ процесс при выключателя.
включении линии ПОД напРJIЖение Начальные фазные cooтнo
шения электрических величин
переходноrо процесса при включении линии аналоrичны послед
ним при 033 (рис. 2.15). Эrо позволяет использовать переходный
процесс, возникающий при включении линии под напряжение, для
проверки полярности включения вторичных цепей тока и напряже
ния защит от 033, реarирующих на переходный процесс.
О выборе рабочею спектра чаcroт устройств защиты от 033, осп(}-
ванных на ИСПOJlЬЗовапнн переходпых процессов. Частоты токов пере
ходноrо процесса при 033 MOryr лежать, как бьulO показано выше, в
пределах от десятков repu до сотен килоrерц. Обеспечить высокую
устойчивость функционирования устройств защиты от 033. осно--
ванных на использовании электрических величин переходноrо про
цесса в таком широком диапазоне частот, очень трудно, поэтому
приходится оrpаничивать "верхнИЙ" предел рабочеrо спектра час
тот, в котором должна обеспечиваться устойчивость Функциониро
и().в
40
80
'60
U
600
800 1000
Время. МКС
dU(). BjMKC
110
80
80
120
U
100
600
800 1000
Время, МКС
3J o .A
320
240
160
80
U
O
I60
240
З20
U
600
800 1000
Время, МКС
100
48
вания защит от 033, использующих ДJlя действия переходный про
иесс, при внутренних повреждениях. ЭтО1 предел можно опреде
лить, анализируя распределение энерrии между rармоническими
составляющими в "текущем спектре" переходноrо тока ;o(t).
Распределение энерrии в "текущем спектре" неперИОдИческоrо
колебания определяется равенством Парсеваля [37]:
t
1
Э J1 (w)12 dl,
"
О
(2.33)
те Э энерrия колебания (при наrpузке в 1 Ом); (ы) спектр KO
лебания S(/).
Анализируя распределение (ы)1 S( ы) тока в интервале времени
наблюдения переходноrо проuесса измерительными орraнами за
щиты от 033, обычно не превышающем нескольких десятков мик
росекунд, можно определить полосу частот, в которой соередоточе
на основная часть энерrии входноrо сиrнала. Анализ, выполненный
по уравнениям переходноrо проuесса ДJlя сети с изолированной
нейтралью и с компенсацией eMKocTHoro тока по рис. 2.11 при вapь
ируемых параметрах электрической сети и условий возникновения
пробоя изоляuии (!с'Е 1 ... 100 А, <р О... 900, удаленность точки
033 от шин /з 0,1... 10 км, О... 100 ом и др.), показал, что
80 90 % энерrии ВХОдНоrо сиrнала ;0(1) сосредоточено в полосе ча
стот до 2 3 Kru. Поэтому при выполнении устройств защить! от
033, основанных на использовании переходноrо процесса, "Bepx
няя" рабочая частота измерителЫIЫХ opraHoB, как правило, может
быть оrpаничена значением 2 3 KrU.
49
rЛАВА ТРЕТЬЯ
Принципы выполнения устройств
защиты и си....нализации
замыканий на землю
З.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИSI К ЗАЩИТЕ
от ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Общие требования к защите от 033, сформулированные в Пра
вилах устройств электроустановок [9, пп. 3.2.96,3.2.97], не учитыва
ют рассмотренные выше изменения подходов к режимам заземле
ния нейтрали электрических сетей 6 10 кВ, способам действия за
щит от 033, а также увеличение техническоrо совершенства защит
от этоro вида повреждений, разработанных в последнее десятилетие
в различных орrанизациях рф и выполненных на современной мик
роэлектронной или микропроцессорной элементной базе. С учетом
этих факторов при выполнении защит от 033 рассматриваемых
электрических сетей, на наш взrляд, должны учитываться следую
щие основные требования.
1. Устройства защиты от 033 должны обеспечивать фиксацию
как устойчивых, так и nyroBbIx прерывистых повреждений, включая
перемежающиеся замыкания.
2. В сетях. работающих с изолированной нейтралью, с компенса
цией eMKocTHoro тока и с высокоомным заземлением нейтрали,
устройства защиты должны обеспечивать также фиксацию Kpaткo
временных самоустраняющихся пробоев изоляции.
3. Устройства защиты должны действовать на отключение или на
сиrнал.
4. Устройства защиты, действующие на сиrнал, должны селек
тивно определять поврежденное направление.
5. Устройства защиты' действующие на отключение, должны ce
лективно определять поврежденный элемент.
50
6. Устройства защиты должны действовать на отключение с ми
нимально возможной выдержкой времени:
1) на всех присоединениях в сетях, работающих с низкоомным за
землением нейтрали;
2) в сетях, работающих с изолированной нейтралью, с резонанс
ным заземлением нейтрали (с компенсацией ем.костноrо тока 033)
или с высокоомным заземлением неЙlpали:
в электроуcraновках, rде отключение 033 необходимо по тpe
бованиям техники безопасности;
на reHepaтopax, мощных электродвиraтелях и в друтих случаях,
Korдa ожидаемый ущерб от внезапноrо отключения поврежденноrо
элемента меньше, чем ушерб от последствий длительноrо протека
ния тока 033 или перехода замыкания в К3 (например, при пожарах
в кабельных тоннелях вследствие дутовых перемежающихся 033,
повреждениях электродвиraтелей, приводящих к длительному про
стою технолоrическоrо оборудования и др.);
во всех случаях, Korдa внезапное отключение поврежденноrо эле
мента не наносит ушерба (например, при наличии резерва).
7. Устройства защиты должны действовать на отключение с BЫ
держкой времени:
в случаях. Korдa это необходимо по условиям селективности;
в случаях, Korдa необходимо отключение, но внезапное отклю
чение недопустимо или наносит большой ущерб (например, по тex
нолоrическим причинам, условиям безопасности и др.).
8. Устройства защиты, действующие на отключение, должны об
ладать непрерывностью действия в установившемся режиме 033.
9. Устройства защитыолжныы действовать на сиrнал во всех слу
чая}(. кроме перечисленных в пп. 6 и 7.
10. Работа устройств защиты от 033 не должна зависеть от эксп
луатационных режимов работь! сети.
11. Устройствами защить! должны быть оснащены все присоеди
нения защищаемоrо объекта для исключения отыкания повреж
денноrо присоединения методом поочередных отключений.
3.2. ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
принципы выполнения и облаcn. применения. Устройства защиты
и сиrнализации 033, основанные на использовании токов и напря
жения НП промышленной частотыI' получили наиболее широкое
51
применение в электрических сетях 6 10 кВ. К ним относятся об
щая неселективная защита напряжения НП, Токовая защита НП
(абсолютноrо замера) и направленная защита Н П.
Общая неселекти6Ная защита напряжения Н П с действием на сиr
нал (без выдержки или с выдержкой времени) применяется в качест
ве устройства контроля изоляции на землю во всех сетях 6 10 кВ,
работаюших с изолированной нейтралью, с резонансным заземле
нием нейтрали или с высокоомным заземлением нейтрали через pe
зистор. В электрических сетях 6 10 кВ с повышенными требова
ниями к электробезопасности (шахтных, карьерных, сетях торфо
разработок и передвижных механизмов), а также в сетях с
низкоомным заземлением нейтрали через резистор указанная защи
та может применяться в качестве резервной с действием на отключе
ние с выдержкой времени.
Токовая защита НП применяется в качестве селективной зашиты
от 033 с действием на отключение или селективной сиrнализации
033 в сетях, работающих с изолированной нейтралью, с BЫCOKOOM
ным ИЛИ низкоомным заземлением нейтрали через резистор.
Токовая направленная защита НП при меняется в тех случаях, Kor
да не может быть обеспечена устойчивость функционирования TO
ковой защиты НП. При некоторых условиях (расстройке компенса
ции, достаточно больших значениях активной состаRЛЯющей или
высших raрмоник остаточною тока 033) устойчивость функциони
рования указанных защит может быть обеспечена также в компен
сированных сетях.
ОСНОВНЫМ недостатком токовой и направленной защит, OCHO
ванных на использовании электрических величин промышленной
частоты, является возможность отказов функционирования (из
лишних срабатываний при внешних 033, отказов срабатывания при
внутренних 033) при дyrOBЫX прерьшистых замыканиях.
Общая неселективнзя защита напряжения нулевой ПOCJlедователь
ности (контроль нзoляnнн Сеп\ на землю). Устройство контроля изо
ляции фиксирует возникновение 033 в контролируемой сети по по
явлению напряжения 3 и о . Для выполнения устройства контроля
изоляции в качестве фильтра иапряжения НП (ФННП), как прави
ло, используются трехфазные пятистержневые трансформаторы Ha
пряжения TV с двумя вторичными обмотками, одна из которых coe
динена по схеме зве:щы, а вторая по схеме разомкнутоютреуrольни
ка (рис. 3.1). Вторичная обмотка, соединенная по схеме
разомкнутою треyroльника, ОБРазует ФНН П. Устройство контроля
изоляции включает также три вольтметра PVl РVЗ включенные
на фазные напряжения (в некоторых случаях при меняется один
52
3 35KB
А
В
С
... ..I: сиrnал
I
KТl С':-':-]
.....; ..
КV/
а А
t
СА
О
Рис. 3.1. Прииципиальная схема устройства коиrpoли изоляции сети 3 35 кВ
вольтметр с переключателем), и максимальное реле напряжения
KVl, включенное на напряжение зи о . Часто контроль изоляции BЫ
полняется с вьщержкой времени (реле времени KTl), но в этом слу
чае контроль изоляции не фиксирует кратковременные caмoycтpa
няющиеся ОЗ3.
В нормальном симметричном режиме показания вольтметров
100
PVl PV3 одинаковы и равны .Jj '" 57,7 В. При металлическом
ОЗЗ показания вольтметра на поврежденной фазе снижаются до
нуля, а на неповрежденных фазах возрастают в.Jз раз, т.е. примерно
до 100 В. При ОЗЗ через переходное сопротивление показания
100
вольтметра на поврежденной фазе О < U < .Jj В, а на неповрежден
100
ных фазах .Jj < U < 100 В. При появлении напряжения 3 и о в сети
срабатывает реле напряжения KVl, обеспечивая подачу звуковоrо и
cBeтoвoro сиrналов. При отсутствии на присоединениях защищае
MOro объекта селективных защит от 033 или отказах их срабатыва
ния поиск поврежденноro элемента осуществляется методом пооче
редных отключений или оперативных переключений в сети (без Ha
рушения электроснабжения потребителей).
Токовая защита нулевой последовательности. Принципиальные
схемЬ! защиты приведены на рис. 3.2.
53
3 35 кВ на сиrнал
L/......... ИЛ !
отключеl ие
7)f КА
а)
10KB Насиrнал
1:....,....".......... или
отключение
ТА КА
б)
Рис. 3.2. Схемы токовой защиты нулевой последовательности от 033:
а стрехтрансформаторным ФТН П; б с кабельным ТТН П
На рис. 3.3 приведены схемы защиты для параллельных кабелей.
Измерительный орrаи защиты от ОЗЗ реле тока КА подключа
ется к фильтру тока НN (ФТНЛ). Недостатком трехтрансформатор
ною ФТНn (рис. 3.2, а) является больщой ток небаланса в режимах
без ОЗЗ (рабочих, пуска и самозапуска электродвиrателей, внещних
междуфазных КЗ и т .д.), обусловленный неидентичностью xapaктe
ристик намаrничивания фазных трансформаторов тока, что не Bce
rдa позволяет получить необходимые для обеспечения требуемой
чувствительности токовой защиты от ОЗЗ малые значения первич
HOro тока срабатывания /0 с.з' Особенно большие токи небаланса
возникают при переходных проиессах В первичной цепи. Поэтому
трехтрансформаторный ФТН n для защиты от ОЗЗ практически MO
жет применяться только В сетях 6 10 кВ, работающих с низкоом
ным заземлением нейтрали.
Второй способ получения тока НN (рис. 3.2, б) основан на при
менении специальноro трехфазноro трансформатора тока нn
(ТТНn), представляющеro собой замкнутый маrнитопровод с Ha
мотанной на Hero вторичной обмоткой. nервичной обмоткой
ТТН n являются три фазы одноro или нескольких кабелей, проходя
щих через окно маrнитопровода. В защитах от ОЗЗ В основном при
меняются однокабельные ТТНn типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ. ТЗР, ТЗРЛ.
На ВЛ 6 1 О кВ для установки ТТН n предусматривается кабельная
встаВка. Мноroкабельные ТТНn с подмаrничиванием сердечника
переменным током (типа ТНn), получившие В основном примене
ние В защитах от азз В обмотке статора reHepaтopoB, работающих на
сборные шины, и мощных электродвиrателей, В настоящее время
промыщленностью не выпускаются.
Если защищаемая ЛЭN выполнена из нескольких параллельных
ниток кабеля, на каждой из них устанавливается однокабельный
ТТНn, втор чныеобмотки которых соединяются параллельно, по
следовательн или по смешанной (параллельно последовательной)
54
схемам (рис. 3.3). Оптимальной яв
ляется, как правИJlО, схема соедине
ния вторичных обмоток и реле тока
КА, обеспечивающая минимальный
первичный ток срабатывания защи
ты JОсзтiп. Значение JОсзтiпопреде
ляется техническими характеристи
ками реле тока и ЛИП и схемой coe
динения их пroричных обмоток.
Особенностью однокабельноrо
ЛИП является небольшое значение
тока небаланса в режимах без ОЗЗ.
Это обусловлено практически сим
метричным расположением ТOKOBe
дущих жил кабеля по отношению ко
вторичной обмотке ЛИП. Кроме
тoro, при установке ЛИП на кабель
с металлической оболочкой послед
няя выполняет функции выравнива
ющеrо экрана. Поэтому основной
причиной возникновения тока неба
ланса в однокабельном ЛИП явля
ется различие взаимоиндукции меж
ду фазными проводами, располо
женными выше кабельной воронки,
и вторичной обмоткой ЛИП (38).
Для уменьшения влияния электро
мarnитных полей фазных токов и co
ответственно тока небаланса ЛИП
рекомендуется устанавливать на pac
стоянии не менее, чем 0,5 I м от
кабельной воронки (39). Однако в серийных кру такое расположе
ние ЛИ П по отнощению к кабельной воронке не всеща возможно.
При ОЗЗ в сети токи повреждения MOryт возвращаться как через
землю, так и по проводящей оболочке и броне кабелей. Для предот
вращения возможности ложных срабатываний защит на неповреж
денных присоединениях от блуждающих токов в земле и снижения
чувствительности защиты поврежденноro присоединения при BНYТ
ренних ОЗЗ защитное заземление оболочки и брони кабелей выпол
няется проводом, пропущенным через окно ЛИП и изолирован
ным or заземленных конструкций на участке от кабельной "BOpOH
ки" до трансформатора тока.
пi ] IU'. .
..... ... ......
-.-..-
ТА/ ТА ТА.. КА
_ ] IO'. .
'''' 00 '.' ......
/ КА
ТА :4 ТА"
т .
!1iJ HO. . ... .
ТА} ТА / КА
,
Рис. 3.3. Схем.. токовой 3аЩИ'l1ol
нулевой IIOCJII:дOIIa'IОСТИ от
ОЗЗ ДIUI паралл...ных кабелей:
а параллельное включение
ПИЛ; б последовательное
включение ТТНЛ; в смешан
ное (параллельно последовате
льное) включение ТТНN
55
Учитывая, что во мноrих случаях (на ВЛ и кл небольшой протя
женности) значения тока ОЗЗ MOryr составлять единицы и даже
доли ампера, в токовых защитах НП, как правило, применяются
реле тока с малыми значениями /с.р min' например, электромаrнит
ные типа РТ 40/0,2, или специальные реле для защиты от ОЗЗ: элек
тронное типа РТЗ 50 (в настоящее время снято с производства) и
микроэлектронное типа РТЗ 51.
Электронное реле тока типа РТЗ 50[40 43] разработано ЧЭАЗ в
конце 60 x rодов для замены электромаrнитноrо реле тока типа
ЭТД 551/60 с малым током срабатывания (/с.р min 0,01 А), исполь
зовавщеrося в схемах защиты от ОЗЗ. Принципиальная схеМа реле
РТЗ 50 приведена на рис. 3.4.
Реле включает вторичный преобразователь тока, состоящий из
соrласующеrо трансформатора Т и выпрямителя VC /, ДByxкacкaд
ный усилитель постоянноrо тока УПт, исполнительный opraH (BЫ
ходное промежуточное реле К) и блок питания ЬП Реле имеет три
диапазоиа срабатывания по току: 0.01 0,02; 0,015 0.03 и
0,03 0,06 А
Входное сопротивление реле Zp зависит от входноrо тока и при
мерно равно в первом диапазоне уставок 50 100 Ом, во втором
диапазоне 30 50 Ом, в третьем диапазоне 9 11 Ом. Переключе
ние диапазона уставок тока срабатывания осуществляется с помо
щью отпаек на соrласующем трансформаторе. Плавное изменение
уставок в пределах каждоrо диапазона осуществляется изменением
коэффициента усиления УПТрезистором RZ Разрядник FVпред
назначен для защиты элементов схемы от перенапряжений при
двойных замыканиях на землю. Резистор R/, включенный последо
rB; T ,
I RЗ ' Rб1
I VCt R4 I
I ..."
I
I FV
I С5
I Iупт
I Tr
: I/КЗ
J;: .!.1L t "t:::T
Рис. 3.4. Лринципиальиая схема электропноro реле тока типа РТЗ 50
56
вательно С первичной обмоткой сошасуюшеro трансформатора т,
обеспечивает термическую устойчивость входных цепей тока при
двойных замыканиях на землю. Конденсатор С1 сшаживает пульса
ции напряжения на выходе выпрямительноro моста VC1. Диод VD1
служит для оrраничения уровня входноrо сиrнала упт. Питание
реле может осушествляться ur источников как постоянноrо
:!: 110 .. 220 В, так и nepeMeHHoro 100 В оперативноrо токов. Реле
выполнено на электронной элементной базе.
Применение реле PТ3 50 ПОЗВQJlЯет получить зашиту от ОЗЗ с
первичным током срабатывания порядка 1<.з min ;>: 3,5 А
Высокочувствительное реле тока типа РТЗ 51 [41,42, 44) пред
назначено rлавным образом для применения в схемах токовых за
ШИТ от ОЗ3 совместно с кабельными 1ТНП. Прннципиальная схема
реле приведена на рис. 3.5.
Реле РТ3 Я имеет то же назначение, что и реле PT3 50, но отли
чается от Hero более высокой чувствительностью и лучшей <лстро
енностью от влияния свободных составляюших переходноrо про
цесса при дyI'OBЫX перемежаюшихся 033.
Реле включает в себя вторичный преобразователь тока, активный
фильтр, настроенный на частоту 50 [Ц, схему сравнения и исполни
тельный opraH. Вторичный преобразователь тока состоит из проме
жуточноrо трансформатора тока TAL, наrpуженнorо на резисторы
R9
SВ5
Сl
14 KL 16
..................
R8
== 220 В
к7
R6
R5
R4
Ю
R2
VD/ VD2
vm VD4
7itL Rl
3/0
РиС. 3.5. Прннципиальная схема микроэлеКТрОИИQro реле тока РТЗ 51
57
R2 R7, которые в сочетании с переключателями SB 1 SB5 служат
для дискретноrо реryлирования тока срабатывания. Резистор Rl
обеспечивает термическую устойчивость TAL при двойных замыка
нивх на землю, диоды VD 1 VD4 обеспечивают оrpаничение амп
литуды входноrо сиrнала при токах, превышаюших ток срабатыва
ния. Активный фильтр выполнен на операционном усилителе Аl с
мноrоконтурной обратной связью (R8 RlO, Сl, С2), обеспечивает
отстройку реле от высших rармоничесIO.lХсоставляюшихво входном
токе реле в переходных и установившихся Режимах озз.
Схема сравнения значения входноrо тока с заданной уставкой
включает пороrовый элемент на операционном усилителе А2, эле
мент задержки на срабатывание и на возврат (VD5, R15, R16 и С7) и
триrrер Шмитта, выполненный на операционном усилителе АЗ. П(}--
por срабатывания задается резисторами Rll R14. Резистором Rll
обеспечивается настройка реле на МИНИМальной уставке. Исполни
тельный opraH реле препстаRЛяет собой усилительный каскад на
транзисторе VТl, в коллекторную цепь Koтoporo включено BЫXOД
ное промежуточное реле KL. Питание реле, как и реле РТЗ 50, MO
жет осушествляться от источников постоянноrо :t 11 О, :t 220 В и пе
peMeHHoro 100 В оперативноrо токов.
В отличие от реле РТЗ 50 реле РТЗ 51 выполнено с малым BXOД
ным СОПРОТИRЛением (z;,- '" 1 ом), что обеспечивает уменьшение по
rpешностей lТНП, но увеличивает RЛияние электромаrнитных Ha
волок от токовелуших цепей и тока небаланса lТНП. Применение
реле РТЗ 51 позволяет получить защиту от озз с первичным током
срабатывания порядка [с.. т;п 2: 0,6 А.
НапраВJJенная защита от озз состоит из одноrо реле направления
мощности KW, которое включается на ток и напряжение НП
(рис. 3.6).
для выполнения направленнОй -защиТbI ЧЭАЗ по разработке
ВНИИЭ выпускает реле типа ЗЗП IМ, выполненное на электрон
ной элементной базе [40 43)_ Принципиальная схема этоrо реле
приведена на рис. 3.7.
Устройство защиты типа ЗЗП lМ состоит из соrласующеrо
устройства СУ, усилителя nepeMeHHoro тока УПТи Фазочувствите
льноrо усилителя ФЧУ. Соrласующее устройство обеспечивает фор
мирование напряжения, пропорциональноrо току 310 и сдвинутоrо
по фазе по отношению к нему примерно на 900, термическую стой
кость и защиту от перенапряжений цепей тока при двойных замыка
нивх на землю, а также соrласование (по условию отдачи максима-
льной мощиости в наrpузку) с lТНП различных типов. На выходе
УПТвключен контур С2 ТЗ, настроенный на частоту 50 [ц. При-
58
Рис. 3.6. Схема подключения направ
ленной зашиты от озз к пип н ти
З 10 кВ 1v ......,. :нснrнал
Q..,. KW отключение
ТА
менение двухкаскадноrо усилителя УПТв цепи тока 310 и резонас
Horo контура С2 ТЗпозволяет получить минимальный первичный
ток срабатывания защиты на частоте 50 [ц [о с.з тin (0,05 :t 0,02) А.
Для защиты элементов ФЧУ от перенапряжений напряжение 3!!о на
вход 33П IМ подается от ТН через вспомоraтельное устройство
ВУ 1, представляющее собой последовательный LС фильтр с резо
нансной частотой 50 [ц. Применение ВУ 1 позволяет также yмeHЬ
щить вероятность излищних срабатываний защить] при внещних
дyrDBЫX прерывистыIx 033. Фоточувствительный усилитель обеспе
чивает появление максимальноro тока в выходном промежуточном
реле К при утле сдвиrа фаз между напряжением 3!!о и напряжением
на выходе УПТ <р ,,00, что соответствует BнyrpeHHeмy 033. При
внешних 033 утол сдвиrа фаз между указанными напряжениями
<Р" 180", и ток в выходном реле К отсутствует. Таким образом,
устройство типа 33П IМ представляет собой реле направления
6 4 2 5 3 / lYт ...,
ЦJ hbli R2 I
ЗU О
10
Lq L J
12
4B
/4
+248
Рис. 3.7. Прннцнннальная схема устройC"l1l3 защиты от ОЗЗ 111R3 ззп 1М
59
На сиrнал
ил.
отключение
Рис. 3.8. Упрощенная cтpYKтyp
ная схема устройства напраВJIен
ной защиты тнпа ЗЗН
МОЩНОСТИ синусоидальноro типа, реаrирующее на Sp kU % sin'l'o.
Уroл максимальной чувствительности реле 'l'м.ч '" 90".
Основными недостатками реле ЗЗП IМ является возможность
излишних срабатываний при внешних дуroвых перемежающихся
ОЗЗ и ложных срабатываний при возникновении субraрмонических
колебаний после отключения поврежденноro присоединения.
В составе микроэлектронноro устройства ЯРЭ 2201 [44] преду
смотрен блок МО 11 О, принцип работы KOТOpOro и область примене
ния аналоrична последним реле ЗЗП IМ. В блоке МОIIО преду
смотрены схемные меры, предотвращающие указанные выше лож
ные срабатывания при отключении поврежденноro присоедннения.
В сетях с заземлением нейтрали через резистор сдвиr фаз между
напряжением 3.!iJ и током 310 в поврежденном присоединении cy
щественно отличается от 90" (примерно !ЗУ при высокоомном и
180" при низкоомном заземлениях нейтрали). Поэтому примене
ние реле типа ззп 1 М или блока MOIIO устройства ЯРЭ 2201 с yr
лом максимальной чувствительности 'l'м.ч '" 90" в таких сетях может
привести к отказам срабатывания защиты при внутренних озз. для
возможности выполнения направленной защиты в сетях как с изо
лированной нейтралью, так и с заземлением нейтрали через рези
стар на ЧЭАЗ с 1998 [. освоен выпуск HOBOro реле типа ЗЗН, разра
ботанноro во ВНИИЭ. Структурная схема устройства типа ЗЗН
приведена на рис. 3.8.
Устройство защиты типа ЗЗН состоит из пусковых opraнoB по
току пот и напряжению ПОН, схем формирования сравниваемых
величин СФН и СФт, Фазочувствительной схемы ФЧС и выходноro
opraнa ВО. Пусковые opraны и Фазочувствительная схема для повы
шения устойчивости несрабатывания устройства в режимах без ОЗЗ
включены по схеме И. Схема СФТобеспечивает усиление BxonHoro
сиrнала по току, сдвиr фазы тока 310 на 90", компенсацию утловых
поrpешностей ТТНП, возможность реryлирования уставки по току.
60
Схема СФН обеспечивает дополнительный сдвиr по фазе сравнива
емых величин, необходимый при использовании устройства в сетях
с низкоомным заземлением нейтрали через резистор. Схемы СФТи
СФН содержат также полосовые фильтры с одинаковыми частОТНы
ми характеристиками, повышаюшие устойчивость Функuионирова
ния защиты при дуrовых прерывистых ОЗЗ. В ФЧСприменен новый
быстродействуюший способ определения направления мощности
при ОЗЗ (45), использование Koтoporo обеспечивает неизменность
выходноrо сиrнала ФЧС в зоне срабатывания независимо от уrла
сдвиra фаз и значений сравниваемых величин (при превышении по
следними пороrовых значений). В устройстве зашиты типа ЗЗН пре
дусмотрена возможность реryлирования уставок по току 3/0 и Ha
пряжению ЗU О и уrла максимальной чувствительности ('Р м . ч 90"
при применении зашиты в сети с изолированной нейтралью,
'Р м . ч О" В сети с низкоомным заземлением нейтрали и
О" < 'Р м . ч < 90" в сети с высокоомным заземлением нейтрали).
Устройство имеет встроенные блок питания и устройство
экспресс контроля.
3.3. ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ВЫСШИХ rАРМОНИК
Принципы выполнения и область применения. Устройства защиты
и сиrнализации ОЗЗ, основанные на использовании высших rapMo
ник установившеrося тока и напряжения НП. предназначены преж
де вcero для применения в компенсированных сетях 6 10 кВ, но по
принципу действия также MOryт быть использованы в сетях с изоли
рованной нейтралью или с высокоомным заземлением нейтрали че
рез резистор. Однако в некомпенсированных сетях более простое и
надежное решение в части защиты от ОЗЗ дают рассмотренные
выше токовые или направленные зашиты. основанные на использо
вании электрических величин промьштенной частоты.
Наиболее широкое применение в компенсированных сетях
6 I О кВ получили токовая защита абсолютною замера, основанная
на измерении уровня высших raрмоник в токе 3/0 защищаемоrо
присоединения и сравнении ею с заданной уставкой, и токовая за
шита относительною замера, основанная на сравнении уровней BЫ
сших raрмоник в токах НП всех присоединений защищаемою
объекта.
61
Токовые устройства абсолютноrо замера мало эффективны в
условиях нестабильности состава и уровня ВЬЮ,lIих rармоник в токе
нп, что особенно характерно для сетей 6' 'ЮкВ систеМ,электро
снабжения промышленных предприятий. В [46] показано, что усло
вия селективности несрабатывания при внешних ОЗЗ и устойчиво
сти срабатывания при внутренних повреждениях для устройств a
солютноrо замера высших rармоник обеспечиваются в основном на
крупных подстанuиях и электростанuиях с большим числом присо
единений. Область применения uентрализованных токовых
устройств относительноrо замера значительно шире и в основном
оrpаничивается поrpешностями кабельных тrнп [35];
Наиболее универсальными являются направленные защиты, pea
rирующие на фазные соотношения высших rармоник тока и напря
жения НП. Достаточно просто MOIyr быть реализованы направлен
ные защиты, реаrируюшие на направление реактивной мошности
одной из rармоник, однако такие защиты не MOIyr обеспечить BЫCO
кую устойчивость функционирования из за нестабильности состава
высших rармоник в электрических сетях. В [47] предложен способ
выполнения направленной защиты, реаrируюшей на сумму высших
rармоник тока 310 и напряжения 31!Q, однако выполненные по этому
способу зашиты практическоrо применения не получили.
Токовая защита абсОЛI011l0ro замера. для выполнения токовой за
шиты абсолютноrо замера ЧЭАЗ выпускает устройство типа
УСЗ 2/2 [40, 41, 48, 49]. Способдействияэтоrоустройствааналоrи
чен способу действия токовой защиты Н П и основан на том, что при
внутреннем ОЗЗ содержание высших rармоник в защищаемом при
соединении 3/0v; '" I ст. Iс; должно быть больше, чем 3/0v; '" Iс; при
внешнем замыкании на землю. Способ действия устройств OTHO
сительноrо замера основан на том, что при внутреннем ОЗЗ co
держание высших rармоник в поврежденном присоединении
3/0,",08'" I ст. I СПО8 Bcerдa больше, чем 3/0VHen'" I снеп В любом из
неповрежденных присоединений.
Принuипиальная схема устройства типа УСЗ 2/2 приведена на
рис. 3.9.
Автономное устройство защиты а6солютносо замера высших i!ap
моник типа УСЗ 2/2 состоит из вторичноrо преобразователя тока
Н П TAL, измерительноrо opraHa НО, лоrической части ЛЧ и BЫXOД
Horo устройства ВУ. Преобразователь TAL предназначен для соrла
сования входноrо сопротивления устройства с выходным сопротив
лением тrНП. Измерительный bpraH содержит частотный фильтр
L С 1, подавляюший составляюшие промышленной частотыI и BЫ
сшие rармоники с частотой более 2 KrU (конденсатор О). Разряд
62
6 К 4
Рис. 3.9. ПРИНПИПИaJJЬНая схема устройства типа УСЗ 2/2
ник FV предназначен для защиты элементов устройства от перена
пряжений на вторичной обмотке 1ТНП при двойных замыканиях
на землю. Лоrическая часть обеспечивает отстройку устройства ОТ
свободных составляющих при внещних дyroBbJX прерывистых или
перемежающихся 033, аМIШитуда которых может превыщать ток
срабатывания, и усиление входноrо сиrнала. Orcтройка от свобод
ных составляющих переходноrо процесса при 033 обеспечивается
за счет задержки на срабатывание на 20 30 МС (контур RЗ С2) и
быстроrо разряда конденсатора С2 при токах, меньших тока сраба
тывания. В схему ВУВХОдЯт транзистор VТ2, выходное промежyroч
ное реле К и тиратрон с холодным катодом VL, обеспечивающий
световую индикацию срабатыlанияя устройства Основной диапазон
частот, в котором работает устройство, составляет 150 650 [ц, ми
нимальный первичный ток срабатывания (при подключении
устройства к одному 1ТНП типов Т3, Т3Л или Т3ЛМ) составляет
1,74 0,57 А.
Следует отметить также, что минимальный уровень высших rзр
моник в токе 033 в некоторых случаях может быть меньше указан
ных выше значений первичноrотокасрабатывания YC3 2/2. В част.
ности, экспериментальные исследования уровней высших rзрмо
ник в токе и напряжении НП в установившемся режиме 033,
проведенные в иrэу в действующих кабельных сетях 6 кв (на Ko
стромской ТЭЦ 2 и Ново fорьковской ТЭЦ), показали, что в поло
се частот от 150 [ц до 1 юц минимальный уровень преобладающей
raрмоники приближенно может быть принят равным O,Olvl c :E (v
номер raрмоники).
С учетом этоrо для минимальноrо тока срабатыlанияя получим:
lс.зv min 0,0 1 vlc:E/ к.. тiп'
(3.1)
rдe К ч min минимальный коэффициент чувствительности защиты.
63
Компенсация емкостных токов применяется в сетях 6 10 кВ
при минимальном токе /с); 10 А (электрические сети с металличе
скими или железобетонными опорами на ВЛ (9]). Принимая
к., min 2,5 [46], для raрмоник OCHOBHoro рабочеrо диапазона
УСЗ 2/2 (v 3 13, что соответствует f 150 650 ru) из (3.1)
получим:
/с.зv min 0,12 + 0,52 А.
в устройстве ЯРЭ 2201 [44] предусмотрен блок ТО41О, принцип
действия и область применения которою в основном соответствует
последним устройства УСЗ 2/2. Отличительной особенностью бло
ка ТО41О яМяется наличие в нем дополнительною оршна, обеспе
чивающеrо возможность срабатывнийй при душвых прерывистых
ОЗЗ с паузами между повторными пробоями до 50 мс.
Токовая защиra относиreльиоro замера. Для выполнения цeHтpa
лизованной сиrнализации ОЗЗ на принципе относительноrозамера
высших raрмоник в токе 3/0' как правило, применяются устройства
типа УСЗ 3М (рис. 3.10) и УСЗ 3, выпускаемые ЧЭАЗ
[40,41,48,49]. Устройство УСЗ 3отличаетсяотУСЗ 3Мотсутстви
ем соrласующеrо трансформатора TAL и предназначено для исполь
зования с токоизмерительными клещами типа КЭ 44.
Устройство типа УСЗ ЗМ состоит из соrласующеrо трансформа
тора TAL, фильтра, подавляющею составляющие промышленной
частоты и высшие raрмоники с частотой более 2 Kru, и реаrирующе
roopraHa микроамперметра РА на 100 мкА, включенноrо на BbIXO
де фильтра через выпрямительный мост VC Трансформатор TAL,
как и в устройстве УСЗ 2/2, предназначен для соrласования BXOДHO
ro сопротимения устройства с выходным сопротимением 1ТН П. В
СI С2 СЗ
I б L I Ю RЗ R4 R5
Ю'
Q) Ю
Рис. 3./0. Приицнпиальи3JI схема УC1lЮiiC11l3 сиmализацни ОЗЗ типа УСЗ ЗМ
64
УСЗ 3М применен фильтр, обеспечивающий значительно более
высокую степень подавления составляющих промьштенной часто
ты, чем в УСЗ 2/2, что делает возможным применениеустройства не
только в компенсированных сетях, но и в сетях, работающих с изо
лированной нейтралью. Устройство имеет плавную реl)'лировку
чувствительности (резистор R7). При максимальной чувствительно
сти показания BbIxonHoro микроамперметра достаточны для четкоrо
определения поврежденноrо присоединения (10 мкА и более) при
первичном токе в рабочем диапазоне частот (150 650 rц), пример
но равном 0,25 А [40, 41]. Чувствительность устройства УСЗ 3 с TO
коизмерительными клещами типа КЭ 44 по первичному току при
близительно в 4 раза хуже, чем устройства УСЗ 3М.
Устройство УСЗ 3М подключается вручную поочередно к ТТНП
присоединений защищаемоrо объекта. Поврежденное присоедине
ние определяется по наибольшему показанию стрелочноrо ИНдика
тора уровня высших rармоник BbIxonHoro микроамперметра. К
положительным качествам УСЗ 3М относятся простота, надеж
ность, универсальность, Т.е. приroдностьД1!Я применения практиче
ски в любых сетях 6 I О кВ, работающих с компенсацией eMKOCT
HOro тока или с изолированной нейтралью. Основными Heдocтaткa
ми устройства УСЗ 3М являются невозможность четкой фиксации
поврежденноrо присоединения придуroвых прерывистых ОЗЗ и He
обходимость участия оперативноrо персонала в работах по опреде
лению поврежденноrо присоединения, что увеличивает время поис
ка и ликвидации замыкания на землю, особенно на подстанциях без
Постояниоrо обслуживающеrо персонала.
Для устранения указанных недостатков в СКТБ ВКТ Мосэнерrо
разработаны и выпускаются централизованные устройства сиrнали
зации ОЗЗ типа КДЗС 2 (ранее выпускалось устройство типа
КДЗС). основанное на принципе относительноrо замера высших
raрмоник. В устройстве КДЗС 2 определение присоединения с MaK
симальным уровнем высших rармоник в токе НП производится aB
томатически путем последовательноrо опроса всех ТТН П защищае
Moro объекта. Недостатками устройств типа КДЗС и КДЗС 2, испо
л щих принцип последовательноrо сравнения значений
входных сиrналов, является относительно большое время поиска
присоединения с наибольшим уровнем высших rармоник (около 9 с
на 20 присоединений), а также невозможность обеспечить их устой
чивое функuионирование при дуrовых прерывистых 033.
во ВНИИЭ разработано автоматическое централизованное
устройство относительноro замера уровней высших rармоник, Ha
званное ПАУК 1501, использующее принцип параллельноrо cpaBHe
65
ния значений входных сиrналов с помошью измерительноro opraнa,
выполненноro на базе максиселектора. Лрименение принципа Па
раллельноro сравнения значений входных сиrналов в сочетании с
автоматической реryлировкой чувствительности обеспечива т воз
можность устойчивоrо функционирования устройства не только в
установившемся, но и в переходных режимах 033. Опытные образ
цы устройства ЛЛУК установлены в эксплуатацию в Ленэнерrо.
3.4. ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ
"НАЛОЖЕННЫХ" ТОКОВ
Основной областью применения зашит, основанных на исполь
зовании "наложенных" токов, являются компенсированные сети. В
60 70 e roды разработки защит, основанных на использовании
"наложенных" токов. проводились в ИЭД АН УССР, МЭИ, TOM
ском политехническом институте (ТЛИ) и дрyrих орraнизациях
[7, 51 53). Указанные разработки отличались в основном частотой
"наложенноrо" тока, способом ero наложения и принципами BЫ
полнения устройств зашиты, реаrирующих на "наложенный" ток.
Достоинством зашит, основанных на использовании искусственно
создаваемых токов непромыщленной частоты ("наложенных" то--
ков), по сравнению с защитами, реаrирующими на естественные
высщие raрмоники, является относительная стабильность во:щейст
вуюшей величины в различных режимах работы сети, что упрошает
рещение проблемы устойчивости функционирования зашиты от
033 при внутренних и при внещних повреждениях. К недостаткам
защит, использующих "наложенные" токи, следует отнести необхо
димость в специальном источнике ''-наложенноrо'' тощ усложне
ние схемы первичной коммутации из за введения вспомоraтельноrо
источника тощ некоторое увеличение тока в месте повреждения,
возможность отказов функционирования защиты при дyroвых пре--
рывистых 033.
Наиболее щирокое применение В России получили токовые за
шиты от 033 в кабельных линиях 6 10 кВ и в обмотках статора
reHepaтopoB, работающих на сборные щины, разработанные в
Томском политехническом институте под руководством
Р. Л. Вайнщтейна и основанные на использовании "наложенноrо"
(контрольноrо) тока с частотой 25 rц [7, 53).
На рис. 3.\\ приведена схема выполнения зашиты с использова
нием "наложенноrо" тока с частотой 25 rц в компенсированной
сети reHepaTopнoro напряжения.
66
В установившемся режиме ОЗЗ действие защит линий и reHepa
торов обеспечивается за счет искусственноro наложения контроль
HoroToKa с частотой 25 [ц. В качестве источника контрольноroтока
используется электромаrнитный параметрический делитель часто
ты. Выходная обмотка делителя частоты включается последователь
но С первичной обмоткой дrр. При использованиИ в сети несколь
кихдrр их выходы со стороны земли обьединяюrcя И подключают
ся к контуру заземления через выходную обмотку делителя частоты.
Защита ЛЭП выполняется с использованием специальных полу
проводниковых фильтровых реле тока с рабочим диапазоном в об
ласти низких частот, подключаемых к кабельным ПНП. для BЫ
полнения защиты reHepaTopoB используется тот же токовый прин
цип, что и для защиты лэп. Однако в отличие от последней защита
reHepaTopoB подключается к трехтрансформаторному ФТН П из ти
nOBblX трансформаторов тока 153). Различие по частоте тока неба
ланса ФТН П (50 ru и rармоники, кратные трем) и ВОЗдействующей
величины (25 [ц) ynрощаетотстройку защиты от небаланса и позво
ляет избежать заrpубления защиты по первичному току. YcтaHOВ
ленные в эксплуатацию на разнbIX обьектах защиты имеют ток cpa
батывания 0,25 0,5 А при значении "наложенноro" тока О, 7 1 А.
Исследования, провеценные в ТПИ показали также 154), что испо
льзование для действия защиты от ОЗЗ в компенсированных сетях
"наложенноro" тока с частотой 25 [ц позволяет обеспечить ее рабо
тоспособность и при дyroBЫX прерывиCТbIX замыканиях за счет Ha
личия в спектре переходноro тока 3io низкочастотных raрмоник с
Частотой менее 50 [ц.
Недостатками устройств, основанных на использовании "нало
женноro" тока с частотой 25 [ц, являюrcя влияние на устойчивость
Рис. 3.11. Включение источника КОIПpOЛhНОro тока и токовых защит от 033, pe
3l'ИРУЮЩИХ на наложенный7t ТОК с частотой 25 rn, в сети reHepaтopHoro наПрА
жения
67
функционирования защиты поrpeшностей 1ТНП, возрастающих
при уменьшении рабочей частоты; усложнение схемы первичной
коммутации из за необходимости подключения источника "нало
женноro" тока; трудности подключения источника вспомоrатель
HOro тока при использовании в сети нескольких дrр, установлен
ных на разных объектах; сложности отстройки от естественных rap
монических составляющих при внешних дyroBblX перемежающихся
033, при которых спектр тока зависит от параметров сети и режима
заземления ее нейтрали; положения точки 033 в сети и друrих
факторов.
3.5. ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ
НА ЗЕМЛЮ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
ПЕРЕХодноrо ПРОЦЕССА
Принципы ВЫПOJlНения и обласп. применения. Устройства зашиты
и сиrнализации 033, основанные на использовании электрических
величин переходноro процесса, разрабатывались в России и дрyrnх
странах прежде всеroдля решения проблемы селективной сиrнали
зации 033 в компенсированных сетях. По принuипу действия
устройства подобноro типа MOryт быть использованы также в сетях с
изолированной нейтралью или с высокоомным заземлением ней
трали через резистор.
К преимуществам использования переходноro процесса для дей
ствия зашиты от 033 относятся:
возможность фиксации всех разновидностей 033;
независимость действия от режима заземления нейтрали;
большая чувствительность к замыканиям через переходное co
противление (обуслоаленная тем, что в начальной стадии замыка
ния на землю переходное сопротивление определяется практически
только сопротивлением электрической душ);
большие значения амплитуд переходНЫХ токов, упрощающие oт
стройку оттоков небаланса ФТНП и обеспечение высокой помехо
устойчивости и чувствительности зашиты.
Исследования и опыт применения зашит оТ 033, реаrирующих
на переходный процесс, показали, что наибольшую универсаль
ность MOryт обеспечить устройства, в которых определение повреж
денноro присоединения осуществляется с использованием следую
щих двух способов:
сравнения амплитуд переходНЫХ токов в присоединениях защи
щаемоro объекта;
68
определения знака мrновенной мошности НП в начальной cтa
дии переходноrо проиесса.
На основе первоro из указанных способов выполняются иeHтpa
лизованные токовые устройства относительноro замера. По второму
способу MOryr быть получены направленные lIентрализованные и
автономные (ИНдивидуальные) устройства зашиты от ОЗЗ_
Централизованные токовые устройства относительноro замера
амплитуд переходных токов (например, "Земля", СЗВИ, "Феррит",
YUСЗ и др. 133, 34, 54, 551) разрабатывались и использовались в Ka
бельных сетях 6 10 кВ в основном в 60 80 e rоды. Область их
применения, как и дрyrих устройств зашиты ОТ ОЗ3, выполненных
на приниипе относительноro замера значений токов в присоедине
ниях зашишаемоrо объекта, оrpаничивается, rлавным образом, по
rpешностями 1ТНП. Поrpешности преобразования кабельными
трансформаторами тока НП амплитуд переходных токов в сравни
ваемые величины (как правило, напряжения) на входах измеритель
ноro орrзна иентрализованноrо устройства зашиты, выполненноro
по рассматриваемому способу, зависят ОТ множества факторов: типа
1ТНП, Числа и схемы соединения их вторичных обмоток, частоты
переходноro тока и др. для устранения влияния указанных поrpеш
ностей в некоторых случаях (например, на объектах снебольшими
кратностями емкос1НЫХ токов присоединений, при наличии на
присоединениях разнотипных 1ТНП или неодинаковом числе oд
нотипных 1ТНП) возникает необходимоС1Ъ в применении вторич
ных преобразователей входных величин с реryлируемыми коэффи
uиентами преобразования и выборе оптимальных (по условиям
устойчивости несрабатывания при внешних 03З и чувствительно
сти при внутренних повреждениях) параметров их настройки [35]_
Эro приводит к усложнению проектирования и эксплуатаиии зашит
от 033, сравнивающих амплитуды переходных токов.
Направленные импульсные защиты от ОЗ3, основанные на испо
льзовании начальных фазных соотношений электрических величин
переходноrо ПрОlIесса, не имеют указанных недостатков. Свойство
направленности позволяет применять их в сетях любой конфиrypa
иии, обеспечивает некритичность к различию характеристик тpaHC
форматоров тока НП, исключает необходимocrь в выборе парамет
ров срабатывания_ Последнее значительно упрощает проектирова
ние и эксплуатauию устройств защиты от 033.
К наиболее известным в России разработкам направленных ИМ
пульсных зашит от 03З относятся 155J:
автономные устройства направленной волновой зашиты типа
ИЗС и УЗС ОI, разработанные ЭНИН [32, 56 59];
69
централизованное напраRЛенное устройство сиrнализации озз
(uнУсз) "Импульс". разработанное и выпускаемое иrэу 160. 61);
автономное устройство напраRЛенной защиты типа кззп, разра
ботанное вДонецком политехнической институте [31, 62) и ero мик
роэлектронный аналоr устройство типа пззм. разработанное
предприятием НТБЭ (Екатеринбурr).
Указанные выше автономные и централизованные устройства за
щиты от озз реаrируют только на электрические величины пере
ходноro процесса и поэтому не обладают свойством непрерывности
действия при устойчивых замыканиях на землю. Свойство непре
рывности действия при устойчивых повреЖдениях необходимо,
преЖде всею, для защит с действием на откЛючение (например. дЛЯ
упрощения соrласования защит по времени срабатывания, учиты
вая, что напряжение 3 и о не сразу исчезает в сети после отключения
повреЖденною участка). При выполнении защиты от озз с дейст
вием на сиrнал свойство непрерывности действия упрощает поиск
поврежденною участка методом оперативных переключений в сети.
На наш взrлЯд, наиболее эффективное и универсальное решение
в части защит от озз с действием на отключение для компенсиро
ванных сетей 6 I О кВ может быть получено на основе следующих
принципов:
направленность в переходных и установившихся режимах озз;
селективность и высокая устойчивость функционирования при
всех разновидностях озз, включая дуroвые прерывистыIe и дуroвые
перемежающиеся замыкания;
возможность фиксации кратковременных самоустраняющихся
пробоев изоляции;
непрерывность действия при устойчивых озз.
Эти принципы реализованы в автономном направленном
устройстве зашиты от озз типа "Спектр", выполненном на микро
электронной элементной базе [61. 63).
Устройство I/апровлеl/I/ОЙ вОЛI/ОВОЙ защит", от 033 типа УЗС Ol
[58, 59) ЯВЛЯеТСЯ усовершенствованным аналоroм ранее разработан
ноro в ЭНИН и выпускавшихся в роз "Энерrоавтоматика" (Риra)
устройств импульсной направленной защиты дЛЯ ВЛ сетей
20 35 кВ типа ИЗС в полупроводниковом варианте и ИЗС М (на
микрозлектронной элементной базе). В УЗС ОI учтены особенно
сти электромаrнитных переходных процессов при озз в кл сетей
6 JO кВ. поэтому область ero применения, в отличие от ИЗС,
включает как ВЛ. так и кл сетей 3 35 кВ. для своеro Функциони
рования защита использует контроль направления распространения
волн переходноro процесса, ФОрмирующихся в момент пробоя изо
70
ляции фазы на ЛЭП и распространяющихся от места 033 к концам
лэп.
Структурная схема Y3C OI приведена на рис. 3.12.
Устройство состоит из схемы формирования сравниваемых вели
чин СФ, измерительной лоrики ИЛ, пусковоrо орrзна по напряже
нию 3 и о реле KV, лоrической части ЛЧ и выходных цепей ВП[59].
Схема формирования СФ включает в себя вторичные преобразова
тели тока и напряжения НП TAL и TVL; частотные фильтры
ZF/ ZFЗ. Частотные фильтры каналов тока и напряжения НП ZF/
и ZF2 подавляют составляющие с частотами выше 1 Kfu, фильтр пу
CKOBoro opraHa ZFЗвьщеляет составляющую промышленной часто
ты. Измерительная лоrика ИЛ состоит из схемы сравнения знаков
ES, элементов памяти (одновибраторов) D / DЗи элементов запре
та DN/ DN4. Измерительная лоrика обеспечивает сравнение Ha
чальных знаков тока и напряжения (схема сравнения ES) и фикса
цию начальноrо знака мощности НП в элементе памяти D/ (BНYТ
реннее 033) или D2 (внешнее 033). для исключения излишних
срабатываний защиты при развитии переходноrо процесса и изме
нении соотношений мrновенныхзначений сравниваемых величин в
ИЛ применена взаимная блокировка элементов памяти D/ и D2че
рез элементы запрета DN/ и DN2. Пусковой opraн KV обеспечивает
отстройку устройства зашиты (по пороry и по времени срабатыва
ния) от коммутационныхпереключений в сети и дрyrих режимов, не
связанных с 033. Блокировка элементов памяти D / и D2 при сраба
тывании пусковоrо opraHa через элемент запрета DNЗпредотвраща
ет возможность излишних срабатываний Y3C OI при дyroBЫX пере
1cФ-- rиЛ I лчr вц 1
I I DЗ
31,
На отключение
или
на сиrnал
Рис. 3.12. Структурная схема устройства УЗС ОI
71
межающихся 033. Лоrическую часть устроиства образуют элемент
DA (И), элемент памяти DЗ, элемент запрета DN4 и реле времени
KТl и КТ2. Выходные цепи устройства включают в себя промежу
точные реле Кl и К2, счетчик числа срабатываний В, световые инди
каторы действия устройства на срабатывание Н 1 и блокировку Н2 и
световой индикатор срабатывания пусковоrо opraHa нз.
Верхняя частота рабочеrо диапазона устройства оrpаничена зна
чением 1 кrц. Устройство выполнено на микроэлектронной эле
ментной базе. Минимальный ток срабатывания (вторичный)
Y3C O' равен 0,1 А, напряжение срабатывания 1 В. Длительность
совпадения или несовпадения начальных знаков;о и ио, достаточная
для срабатывания устройства, должна быть не менее 15 мкс. Мини
мальное время срабатывания защиты, определяемое временем cpa
батывания пусковоrо opraHa составляет примерно 60 мс. Питание
устройства осуществляется от источника переменноro оперативно
ro тока напряжением 100 или 220 В.
Автономное направленное устройство защuты тиnа КЗЗП [31, 62).
Структурная схема устройства кззп приведена на рис. 3.13.
Устройство включает в себя схему формирования сравниваемых
величин СФ, лоrическую часть ЛЧ, дуroвой opraH до и выходные
цепи ВЦ Схему формирования образуют дифференциальный дели
тель напряжения ДН в канале напряжения ио и пик трансформатор
ПТ в канале тока ;0. Использование дифференциальноrо делителя
напряжения и пик трансформатора имеет основной целью Повы
шение чувствительности устройства к высшим rармоническим со---
ставляющим в спектрах тока io и напряжения ио. Лоrическая часть
устройства защиты кззп включает в себя элементы памяти началь--
ных знаков тока + io и io и напряжения + ио и иo, лоrические cxe
мы И 1 и И2, устройства блокировки УБ и возврата УН элементов па
мяти. Выходные цепи устройства включают в себя два выходных
промежуточных реле Р 1 и Р2 и счетчик импульсов си.
В кззп в отличие arустройства защиты Y3C 0 1 ДIIя определения
направления мrновенной мощности НП используется так называе
мая раздельная фиксация начальных знаков ;0 и ио с последующим
их лоrическим сравнением. Взаимная блокировка элементов памя
ти обеспечивает четкую фиксацию начальных знаков сравниваемых
величин. Блокировка от УБ по цепи напряжения исключает излиш
ние срабатывания устройства за счет искажений начальнЫХ фазных
соотношений между ;0 и ио при дyroBЫX перемежающихся 033.
Устройство возврата УВ обеспечивает возврат элементов памяти с
заданным временем. Дyroвой opraH до реаrирует на наличие BЫCO
кочастотных составляющих в напряжении зи о . Отличительной oco
72
бенностью устройства кззп является возможность действия на oт
ключение только при наиболее опасных дyroBbIX перемежающихся
озз (реле Р2) и на сиrнал при менее опасных устойчивых замыка
ниях и кратковременных пробоях изоляции (реле Р 1 ).
Рабочий диапазон частот примерно 200 5000 ru. Первичный
ток срабатыанияя кззп с кабельным 1ТНП типа Т1Л в рабочем
диапазоне частот менее I А, напряжение срабатывнияя (вторичное)
2 3 В. Время возврата элементов памяти (после отключения или
самоустранения озз) 0,25 0,3 с. Питание устройства осуществля
ется от источника nepeMeHHoro оперативноro тока напряжением
100 В. Устройство выполнено на электронной элементной базе.
Устройство типа КЗЗП выпускалось Донецким полИтехниче
ским инститyrом.
На близком к устройству КЗЗП принципе (раздельная фиксация
начальных знаков переходноro тока и напряжения НП с последую
щим их лоrическим сравнением) выполнено выпускаемое в настоя
щее BpeMIf предприятием НТБЭ устройство типа ПЗЗМ I, выпол
ненное на микроэлектронной элементной базе. В отличие от КЗЗП
в пззм I не предусмmpeн специальный путовой opraH.
Следует отметить, что принцип раздельной фиксации начальных
знаков переходноro тока и напряжения НП с последующим их cpaB
нением менее эффективен, чем используемый в устройствах изе и
УЗС ОI принцип сравнения начальных знаков указанных величин
непосредственно в переходном процессе при озз с запоминанием
НаОilUl80'IlCtIис
На CKrHa"
Рис. 3.13. Структурн"," схема устройства КЗЗП
73
факта их совпадения или несовпадения из за возможности ИЗJIиш
них срабатываний первых при малых значениях подведенных вели
чин [70,71]_
Централизованное направленное устройство си2НШlизации ОЗЗ
(ЦНУСЗ) типа "Импульс': В основу ЦНУСЗ "Импульс" положены
следуюшие основные принципы 164, 65]:
контроль направления мrновенной мошности НП с использова
нием в качестве поляризуюшей величины производной duoldt;
использование для действия ЦНУСЗ диапазона частот, оrpани
ченноro верхней 2 3 кrц и нижней 20 rц частотами;
Синхронная фиксация начальных знаков контролируемых вели
чин dUol dt и io во всех присоединениях зашишаемоro обьекта в MO
мент возникновения ОЗЗ, фиксируемый БЫС1]Jодействующим пус
ковы м орrзном, включенным на сумму переходных токов Eliol всех
подключенных к ЦНУСЗ присоединений;
соrласование частотных характеристик и чувствительности KaHa
лов тока io и канала duof dt;
ОТC1]Jойка от возможных в компенсированных сетях нарушений
начальных фазных соотношений между dиoldt и io, обусловленных
начальным значением тока в дrр iдrр(О) в момент, предшествую
щий пробою изоляции. по току и времени срабатывания;
ОТC1]Jойка от режимов, не связанных с ОЗЗ в контролируемой
сети (коммутационных переключений, внешних междуфазных КЗ и
т_д_), С помощью пусковоro орrзна, включенноro на напряжение 3 и о
и oтcтpoeHHoro от указанных режимов по пороry и времени
срабатывания;
блокировка элементов оперативной памяти ЦНУСЗ при каждом
их срабатывании и синхронизация их возврата в исходное состояние
с моментом возврата пусковоrо opraHa по напряжению 3 и о ;
обеспечение помехоустойчивости ЦНУСЗ с использованием
комплекса мер, включающеro автоматическое стирание любой ин
формации, записанной в элементы оперативной памяти, перед каж
дой записью новой информации, при деблокировке элемеmов па
мяти после возврата пусковоro opraHa, при восстановлении напря
жения оперативноro тока после ero rлубокой посадки или полноro
исчезновения на длительное время, при квитировании показаний
индикаторов ЦНУСЗ; оrpаничение верхней рабочей частоты
УС1]JОЙСтва и др.;
возможность работы ЦНУСЗ в двух режимах: с запоминанием
всех поврежденных присоединений в интервале времени между cpa
батыванием уC1]Jойства и квитированием световых индикаторов или
74
с запоминанием только последнеrо ПОБреж,денноrо присоединения
Б указанном интервале Бремени;
БОЗМОЖНОСТЬ получения от KOHтalcrHoro Быхода устройства как
общеrо неселеКТИБноrо сиrнала о срабатывании устройства (по Ha
пряжению 3Uo), так и общеrо селеКТИБНОro сиrнала только при воз
НИКНОБении ОЗЗ Б зоне действия устройства (на подключенных к
ЦНУСЗ присоединениях).
УСТРОЙСТБО предназначено для селеКТИБНОЙ сиrнализации ОЗЗ Б
сетях 3 10 кВ, работающих с ИЗОЛИРОванной нейтралью, рези
СТИБно заземленной нейтралью или с компенсацией емкостных
ТОКОБ.
Упрощенная структурная схема устройства "Импульс" ПРИБеде
на на рис. 3.\ 4.
ТИПОБое исполнение устройства рассчитано на подключение до
16 присоединений. Централизованное устройство Бключает вторич
ный преобраЗОБатель напряжения зи о ТVL, 16 вторичных преоб---
разователей тока TALl TALI6, блок Аl.l ФОРМИРОБания сиrнала,
пропорциональноrо пронзводной dUoldt, 8 Идентичных БЛОКОБ
A2.1 01 А2.1 О8ФОРМИРОБания сиrналОБ, пропорциональных току
;0 (два канала тока;о Б кажлом блоке), ПУСКОБОЙ opraн по напряже
нию зu о А 1.2, блок формирования синхронизирующих и стираю
щих ИМПУЛЬСОБ А 1.3, блок теСТОБЫХ проверок А4.1 и блок питания
АЗ.l. Блоки тока A2.1 OI А2.1 О8.содержат фильтры ФНЧ1, orpa
Рис. 3.14. СтрУКТУРН8JI схема ЦНУСЗ "Имнуm.c"
75
ничивающие рабочий диапазон частот ЦНУСЗ "сверху", формиро
ватели знака переходноrо тока FЗ и F4, измерительную лоrику на
элементах ИЛИ 1, И 1, И2, ИЛИ4, элементы оперативной и долrовре
менной памяти на триrrерах Т2 и ТЗ и световой индикатор повреж
денноrо присоединения светодиод HL. В элементах оперативной
памяти 72 информация хранится только до срабатывания пусковоrо
орrзна по 3 и о , в элементах долroвременной памяти ТЗ до ручноro
или автоматическоrо квитирования показаний устройства. Блок
А1.1 содержит фильтр ФНЧ2, имеющий такую же частотную xapaK
теристику, как и фильтры в каналах тока ФНЧ 1, дифференциатор,
формирователи знака производной duoldt F8, F9и усилители У2,
УЗ. Чувствительность ЦНУСЗ по первичномутоку в рабочем диапа
зоне частот с 1ТНП типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ, ТЗРЛсоставляет2 4А,
чувствительность по напряжению зи о равна примерно 1 В (вторич
ное напряжение). Время срабатывания измерительных элементов
(включая время срабатывания измерительной лоrики и элементов
оперативной памяти) не более 35 45 мкс, напряжение срабатыва
ния пусковоrо орrзна по зи о равно 15 30 В, время срабатывания
8 12 мс. Блок тестовых проверок обеспечивает возможность Про
верки в режиме срабатывания или несрабатывания всех элементов
ЦНУСЗ за исключением первичных обмоток TAL и TVL. Питание
устройства осуществляется от переменноro напряжения 220 В.
Автономное комплексное направленное устройство защиты от ОЗЗ
типа "Спектр "[61, 63]. В устройстве "Спектр" фактически реализо
ваны два способа определения поврежденноro присоединения, пер.-
вый из которых предусматривает сравнение знаков производной Ha
пряжения НП duo /ш и тока ;0 переходноro процесса в заданном
спектре частот [65], а второй сравнение знаков высших raрмоник
тех же величин в установившемся режиме ОЗЗ [47]. Реализация втo
poro из указанных способов обеспечивается автоматически при pea
лизации первоrо, если рабочий спектр частот токов переходноrо
процесса устройства включает рабочий диапазон частот токов BЫ
сших raрмоник, и чувствительность по первичному току в рабочем
диапазоне частот достаточна для устойчивоrо функционирования,
как в переходном, так и в установившемся режимах ОЗЗ. Комбина
ция в одном устройстве двух способов определения поврежденноrо
присоединения обеспечивает возможность селективно определять
поврежденное присоединение при всех разновидностях ОЗЗ (устой
чивых, кратковременных самоустраняющихся, прерывистых дуrо
вых, включая дутовые перемежающиеся) и обеспечивает непрерыв
ность действия при устойчивых замыканиях на землю. В отличие от
ЦНУСЗ "Импульс" измерительный орrзн устройства "Спектр" в
76
переходных режимах 033 реаrирует не на MrHoBeHHbJe соотношения
знаков сравниваемых величин dUfldl и io в заданный момент фикса
ции, а на интеrpальную величину J J1duif! .I;oldl В интервале Bpe
мени срабатывания. ЭТОЙ же величиной определяется поведение
устройства "Спектр" в установившемся режиме 033. Такое выпол
нение измерительноrо opraHa обеспечивает непрерывность дейст
вия устройства не только в установившемся режиме 033, но и при
переходном процессе в течение времени существования тока ;0. это
обеспечивает высокую степень защищенности от влияния импуль
сных помех и значительно снижает вероятность ложных ми излиш
них срабатываний, что особенно важно для защиты с действием на
отключение.
Устройство "Спектр" предназначено для выполнения защиты от
033 с действием на отключение ми на сиrнвл, преЖде Bcero в сетях,
работающих с компенсацией емкостных токов. Однако высокая
чувствительность устройства по первичному току высших raрмоник
(до 20 мА в рабочем диапазоне частот) и высокая степень отстройки
с помощью фмьтров В каналах тока и напряжения НП от влияния
составляющих промышленной частоты обеспечивают возможность
применения ero не только в компенсированных сетях, но и в сетях,
работающих с изолированной нейтралью ми с высокоомным за
землением нейтрали через резистор.
Функционвльн структурная схема устройства "Спектр" приве
дена на рис. 3.15.
Рис. 3. /5. Функционально струхтуриая схема устройства типа ' Спектр"
77
Устройство включает в себя четыре основных функuиональ
но конструктивных блока: блок А 1.1 формирования в рабочем диа
пазоне частот сиrналов, пропорциональных току ;0 и dUr/dt; пуско
вой opraH по напряжению зи о , схему сравнения фаз и выходные
цепи устройства Аl.2; блок питания Аl.3; блок тecToBoro контроля
А 1.4.
Основная рабочая полоса частот для электрических величин пе
реходноrо процесса при ОЗЗ включает частоты от 20 ru до 3 KrU
(при подавлении составляющей 50 rц в 2000 3000 раз), основная
рабочая полоса частот установившеrося режима ОЗЗ составляет
150 1450 ru (3 29 я rармоники). Устройство сохраняет работо
способность в полосе частот высших rармоникустановившеroся pe
жима ОЗЗ до 3 Kru (при уменьшенной чувствительности по первич
номутоку). Минимальный первичный ток срабатывания устройства
в установившемся режиме ОЗЗ в основной рабочей полосе частот с
тrип типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ примерно равен 20 мА. Первичный
ток срабатывания устройства в рабочей полосе частот токов пере
ходноrо процесса не превышает 250 МА Чувствительность устрой
ства по напряжению (вторичному) зи о не превышает 60 мБ. Иапря
жение срабатьшания пусковоrо орrэна 15 30 Б, время срабатыва
ния 8 15 мс. Питание устройства осуществляется от вcтpoeHHOro
универсальноro блока питания :!: 15 Б, включаемоrо на переменное
напряжение 100 или 220 Б с частотой 50 rц, или от источника посто
янносо оперативноrо тока напряжением 110 или 220 Б. Устройство
имеет контактный выход с одним замыкающим контактом.
Устройство "Спектр" выполнено на микроэлектронной элемент
ной базе с использованием интеrpальных микросхем серий КI40 и
К5БI. Конструктивно устройство выполняется в корпусе типа
"Сура" ЧЭАЗ.
78
rЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
Расчеты защит от замыканий на землю
4.1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ ОБЩЕЙ
НЕСЕЛЕКТИВНОй ЗАЩИТЫ НАПРЯЖЕНИЯ
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
При выполнении защит без выдержки времени (например, с цe
лью фиксации кратковременных самоустраняющихся пробоев нзо
ляции) несрабатывание защиты в режимах без ОЗЗ (нормальных pa
бочих режимах. при коммyrauионных переключениях в сети, внеш
них К3 на землю со стороны сети с rлухозаземленной нейтралью)
обеспечивается выбором напряжения срабатывания реле KV и при
необходимости дополнительно выбором вьщержки времени. В об
шем случае первичное напряжение срабатывания и о С., должно BЫ
бираться из двух условий:
отстройки от максимальною напряжения небаланса и о нб тах
ФННП, обусловленною несимметрией наrpузки и дрyrих элемен
тов ТН и несимметрией емкостей фаз сети на землю:
и о С., '" и о нб тах'
(4.1)
те Коте коэффициент отстройки, учитываюший поrpeшности
расчета реле и необходимый запас (принимается равным 1,2);
отстройки от максимальною напряжения UOH(Clrпax> появляюше7
rося в сети низшею (среднею) напряжения приК3 на землю или
ОЗЗ в сети высшею (среднею) напряжения:
и о С., '" Коте ион(с) тах'
(4.2)
rne , как и в (4.1), можно принять равным 1,2.
79
Расчетное напряжение небаланса в (4.1) можно определить как
сумму двух составляющих:
и о нбтах 1110 нб тахФннпl + Il!Nтaxl,
(4.3)
rдe и о нб тах ФННП составляющая напряжения небаланса, обу
словленная поrpещностями ФННП; lfNтax смещение нейтрали
сети, обусловленное несимметрией емкостей фаз сети на землю.
Напряжение небаланса ФННП можно определить из выражения
[38):
u. U ф.номf и
ОнбтахФННП "' ,
(4.4)
rдe f и поrpещность ТН (можно принять, что во всех режимах pa
ботыI ТН поrpещность соответствует классу 3, T.e.fи 0,03).
для сети с изолированной нейтралью напряжение смещения
нейтрали l!N можно определить по выражению (2.2). Если принять
!iB Q1!i4, !ie o!iA (о еЛ20 оператор фазы), IlIAI U ф . НОМ'
lX41 l/roC OA ' I.rBI l/roC OB ' I.rel l/roC oe , из (2.2) получим
Uф.ном(СОА+О2С'ов+оСос)
UN 3Ст; а несUф.ном , (4.5)
rдe а нес определяет степень емкостной несимметрии сети.
В кабельных сетях а нес практически равно нулю, так как фазы кa
беля расположены симметрично относительно заземленной брони.
В во:щущных сетях емкости С оА , Сови Сос не равны даже при тpaHC
понировании проводов и для НИХ анес'" 0,005 + 0,02 [28, 39).
Для компенсированных сетей смещение нейтрали
а неси ф.НОМ
U N '" ,Jv2.;d2 ,
v 2 +d 2
(4.6)
rдe v = 1 сЕ 1 L степень расстройки компенсации; d = KO
ro
эффициент успокоения сети; G E суммарная активная проводи
мость фазы сети на землю.
80
С,"
А ...т:д"
в
С
С ш
а) б)
Рис. 4.1. Возникновение напряжения НП иОн в сети иизшеrо иаирижения при К3
на землю или озз в сети высшеro напряжения за счет емкOC11fОЙ связи меЖдУ об
мотками СИJIОВОro трансформатора:
а поясняюшая схема; б упрощенная схема замещения ИП
A' Efill A'
"'\.о В А Ву
... .... ... к . С, ..Ш t
L !( Rн
а)
Z;. < .. . 1
м:.. z: ._.jR .lloc
С"
... .. ..
б)
Рис. 4.2. Возникновение напряжении иОн в сети ннзшеro нанрижеиия при К3 на
зеМЛЮ или озз в сети высшеro напряжения при двухстороннем заземлении ней
тролей CНJIoвoro трансформатора:
а поясняющая схема; б упрошенная схема замещения ИП
Для компенсированных сетей в среднем d 0,05.,. 0,07 [3, 39].
При резонансной настройке дrр (v О) напряжение смещения
нейтрали сети достиrает максимальноrо значения и равно:
и ...., а неси ф.НОМ
N
d
(4.7)
81
Воздействие К3 на землю или 033 в сети высшеro напряжения на
сеть низшеrо напряжения nоказано на рис. 4.1 и 4.2. В первом случае
причиной появления напряжения ион является электростатическая
(емкостная) связь между обмотками силовоrо трансформатора. Это
имеет место, если сеть низшеrо напряжения работает с изолирован
ной нейтралью или подключена со стороны обмотки силовоrо
трансформатора, соединенной в треуrольник. Во втором случае
трансформатор заземлен с двух сторон.
Напряжение ион для nepвoro случая можно определить из ynpo
щенной схемы замещения НП на рис. 4.1, б.
При изолированной нейтрали сети иОн равно:
и kUO.C T . o
Он С Т _ О + СО!: '
(4.8)
rдe иов напряжение НП со стороны высщеrо напряжения при К3
на землю или 033; k < 1 коэффициент, учитывющийй расnреде
ление иов вдоль обмотки трансформатора с заземленной нейтралью
(при изолированной нейтрали силовоrо трансформатора k 1);
С т . о емкость между обмотками трансформатора.
Обычно С т . о « Сш, и ион не nревосходит нескольких процентов
и ф . ном стороны высщеrо напряжения.
При высокоомном заземлении нейтрали через резистор и
R N « Ij3roC 0 1: напряжение ион, определяемое выражением
и kUO.C T . o
он CIJ!:...tI '
(4.9)
будет меньще, чем в сети с изолированной нейтралью.
В сети с низкоомным заземлением нейтрали R N « 1j3roCm:, и ион
практически равно нулю.
При работе сети с компенсацией емкостных токов ион оnределя
ется из выражения:
и kUO.C T . o kUO.C T . o
он ( С т . о + VCIJ!:.)2 + (dCIJ!:.)2 CIJ!:. .Jv2 + d2 .
(4.10)
82
Из (4.10) можно видеть, что максимaJ!ьных значений напряжение
иОН достиraет в сети с компенсацией eMKoCТHblX токов при резонанс
ной настройке дrр и k 1 (нейтраль трансформатора со стороны
высшеrо напряжения изолирована) и равно:
u иовс т ""
Он тах '" dC(E
(4.11)
Второй случай возможен при заземлении трансформатора с двух
сторон (см. рис. 4.2). Практически это может иметь место, напри
мер, при питании сети 35 кВ, рабuraющей с компенсацией eMKOCT
ных токов ИЛИ С высокоомным заземлением нейтрали, от сети
110 220 кВ, работающей с rлухозаземленной нейтралью. В этом
случае rлавной причиной возникновения и Ос в сети среднеro наПрЯ
жения при К3 на землю в сети высшеro напряжения является тpaHC
формация НП. Напряжение U Ос Д1IЯ этоroслучая можно определить
из упрощенной схемы замещения НП на рис. 4.2, б. Всхемезамеще
ния все сопротивления и напряжения предполaraются приведенны
ми к одному напряжению.
При заземлении нейтрали трансформатора со стороны среднеrо
напряжения через резистор RNсопротивление пroричноro контура,
состояшеrо из Ь.с' 3R N и Со!, мноro больше, чем сопротивления об
моток трансформатора Ь.В и Ь.н. Поэтому напряжение и Ос можно
определить из выражения:
u U oU:T..1
ос I T.. + T..I.
(4.12)
При резонансном заземлении нейтрали со стороны сети среднеro
1
напряжения (roL дrр О) напряжение и Ос , как следует из
3roС(Е
выражения (4.11), может достиraть значений, значительно превы
шающих U ф . НОМ. Поэтому резонансное заземление нейтрали сети
среднеrо напряжения при rлухом заземлении нейтрали со стороны
сети высшеrо напряжения на одном и том же трансформаторе
недопустимо.
При выполнении устройства контроля изоляции с выдержкой
времени на срабатыаниеe (взюм случае не фиксируются KpaткOBpe
менные самоустраняющиеся пробои изоляции) при выборе и о с.. по
(4.2) можно учитывать только длительно существующие 033 со cтo
83
роны смежной сети с малыми токами замыкания на землю (напри
мер, со стороны сети 35 кВ), так как К3 на землю в сети с rлухозазем
ленной нейтралью отключаются защитой от данноro вида повреж
дений. В этом случае время срабатывания устройства контроля
изоляции должно быть соrласовано с временем срабатывания резер
вных зашит от К3 на землю линий со стороны Высшеrо напряжения:
lс_з tс.з рез тах + Дl,
(4.13)
rдe ы'" 0,5 с.
Практически напряжение срабатывания u Ос . з без расчетов по
(4.1) и (4.2) часто принимаютравным 0,15U ф . НОМ (что при использо
вании максимальноro реле напряжения типа PH 53/60Д COOТBeТCT
вует минимально возможному для данноro реле напряжению
и с . т;n 15 В), а выдержку времени равной 9 с.
Чувствительность устройства контроля изоляции при 033 в KOH
тролируемой сети оценивается коэффициентом чувствительности:
" иOm;n > "
"ч "чтjпдол'
Ос,
(4.14)
rдe к.. т;nдоп минимально допустимое значение коэффициента
чувствительности (принимается равным 1,25 для кабельных сетей и
1,5 для воздушных сетей (9).
При применении обшей неселективной зашиты напряжения ИП
в качестве резервной с действием на отключение значение U Ос . з BЫ
бирается из тех же условий, что идля устройства контроля изоляции.
Время срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от
основных селективных защит от 033:
l с . з l с . з оси + дf,
(4.15)
rде tс.з ОСН '" 0,1 с; "'t", 0,5 С.
4.2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Иесрабатывание защиты при внещних 033 и в режимах без 033
обеспечивается выбором тока срабатывания [Ос.з и в необходимых
84
случаях времени срабатывания Iс.з- Первичный ток срабатывания
защиты выбирается из двух условий:
отстройки от собственноrо eMKocTHoro тока защищаемоrо присо
единения / С; при дуroвых перемежающихся 033:
10с.з KOTC p/C'
(4.16)
ще c 1,2 + 1 ,3 козффиuиент отстройки, учитывающий по
rpещность реле тока, ощибки расчета / ci и запас; p коэффиuи
ент, учитывющийй увеличение действующеrо значения / с при дуro
вых перемежающихся 033 (принимается равным 4 5 при выпол
нении защитыl с реле типа РТАО, 3 4 с реле типа PТ3 50 и
2 2,5 с реле типа PТ3 51);
отстройки от максимальноrо тока небаланса ФТНП в режимах
без 033 или при внещних меЖдуфазных К3:
/Ос.з 2.': I\лс/нб тах'
(4.17)
ще 1,25 для трехтрансформаторных ФТНП и 1 ,5 2 (учиты
вая приближенный характер определения /нб тах) для кабельных
ТТНП.
Для защит от 033, действующих на сиrнал, в сетях с изолирован
ной нейтралью и с высокоомным заземлением нейтрали через рези
стар дополнительно к указанным выще расчетным условиям необ
ходимо учитывать также возможность наложения внещнеrо 033 на
режим, обуславливающий возникновение максимальноrо тока He
баланса /нб тах Расчетное условие отстройки защиты от тока неба
ланса в этом случае будет иметь следующий вид:
lос.з 2.': К'шJ с + К':лJ IIбта.Р
(4.18)
щеК;"с 1,2 ',3;K TC 1,25 для трехтрансформаторных ФТНП и
1,5 2 для кабельных ТТНП.
При выборе /ОС.3 по данному условию можно пренебречь вероят
ностью наложения режима, обуславливающеrо максимальный ток
небаланса, на режим дусовосо перемежающеrося или прерывистоrо
033( p 1).
Следует отметить также, что названные выще значения p опре
делены для условий дусовосо перемежающеrося 033 в сетях, работа
ющих с изолированной нейтралью. В сетях с высокоомным режи
мом заземления нейтрали, ще 033 MOryт носить дyrовой прерыви
85
стый, но не перемежающийся характер, значения p в (4.16) MOryr
быть уменьщены. Кроме TOro, в сетях с низкоомным заземлением
нейтрали через резистор в интервале времени срабатывания защиты
практически маловероятно возникновение и дуrовых прерывистых
033, т.е. мя сетей с данным режимом заземления нейтрали в (4.16) в
принuипе можно было бы принять p 1. Однако надежное noдaB
ление дуrовоro прерывистоrо характера 033 после первичноrо npo
боя изоляuии, как отмечалось в rл. 1, возможно только при ДOCTa
точно больщих значениях накладываемоrо активноrо тока. Приня
тые в России значения активноrо тока (например, около 35 А в сетях
6 кВ собственных нужд электростанuий [1 О]), не исключают полно
стью возможность дуrовоrо прерывистоrо характера 033 в началь
ной стадии развития повреждения. Поэтому мя сетей с низк()()м
ным заземлением нейтрали следует также принимать p > 1.
Вычисленные по выражениям (4.16) (4.18) значения IОс.з MOryr
оказаться меньще, чем минимальный первичный ток срабатывания
защиты IОс.з min' определяемый техническими характеристиками
реле тока и 1ТНП и схемой соединения их вторичных обмоток. В
этом случае ток срабатывания защиты выбирается из условия:
IОс.з ;" IОс.з min'
(4.19)
Собственный емкостный ток Iс в (4.16) и (4.18) определяется как
сумма емкостных токов всех электрически связанных участков и
элементов (КЛ или ВЛ, электродвиraтелей и т.д.), находящихся в
зоне действия защиты от 033.
Собственный емкостный ток ЛЭП (участка ЛЭП) определяется
по выражению:
I сл пСол'лWUф. НОМ'
(4.20)
или
I сл п1сол'л'
(4.21)
rдe С Ол удельная емкость фазы ЛЭП на землю, Фjкм; /л мина
ЛЭП (участка ЛЭП), км; w 2" . 50, Ijc; U ф . НОМ номинальное
фазное напряжение сети, В; п число параллельных ЛЭП в одной
uепи (мя КЛ); /СОл собственный емкостный токЛЭП на единиuу
мины, Ajкм.
86
1
а)
I
f9 IL.
z; .
_ Ж .
б)
1[.
1
1 [2
; .L. 11.,
i z:'..
&..
в)
Рис. 4.3. Схемы замещения кабельных l1ИП дЛИ расчета токов не6аланса:
а при ОДНОМ ТТНП на присоединении; б при параллельном соединении
ТТНП; в при последовательном соединении ТТНП (В схемах замещения
Бсе сопротивления и токи приведены к первичиой цепи)
laс_Зl"u, 1 1. 2 k s'
t9 1
!1, l. zй
2:.... z. , . z. .
а) б)
1' 21, .1,
1 ; р,
: j o .
в)
Рис. 4.4. Схемы замещения кабельных l1ИП дЛИ определения loc.з min:
а при ОДНОМ ТТНП на присоединении; б при параллельном соединении
вторичных обмоток ТТНП; в при последовательном соединении ВТОрИЧ
ных обмоток ТТН П (сопротивления схем замешен ия приведены к первичной
цепи)
87
Для кл С Ол (или /aJл) определяется по справочным данным
[40,67 и др.). Средние значения емкостноrо тока азз для кл
6 10 кБ приведены в приложении 1. Формулы для расчета средней
емкости фазы относительно земли С Ол и средние значения eMKOCT
ных токов азз для ВJI 6 10 кВ приведены в приложении 2.
Собственный емкостный ток электродвиrателей (ЭД) рассчиты
вается по выражению:
/Сэд СОэдffiU ф . НОМ'
(4.22)
те С Оэд емкость фазы обмотки статора ЭД на землю.
При отсутствии данных завода изrотовителя для приближенных
расчетов С Оэд (в фарадах) можно определить по формулам, приве
денным в приложении 3.
Суммарный емкостный ток сети /Ст. определяется как сумма всех
присоединений защищаемоrо объекта:
/Ст. (1,1.,. 1,2)1:10'
(4.23)
те 1,1 1,2 коэффициент, учитываюший емкость фаз на землю
шин, ошиновок. трансформаторов и др.; п число присоединений
сети.
Первичный ток небаланса в (4.17) и (4.18) для трехтрансформа
TopHoro ФТНП определяется по выражению:
lнб тах == Кнб/расч тах'
(4.24)
те /расч тах максимальное значение фазноrо тока, протекаюшеrо
в месте установки ФТН П в режимах без азз (рабочем режиме, при
пуске или самозапуске ЭД, внешнем КЗ и т.д.); к"б коэффициент
небаланса.
Значение коэффициента К нб принимается в зависимости от KpaT
ности /рзсч тах по отношению к номинальному току трансформато
ров тока. При небольших кратностях, до (2 .,. 3)/НОМ ' рекомендуется
принимать К нб 0,05, при больших кратностях к"б 0,1 (68).
Токи небаланса в однокабельных ТТНП возникают, как отмеча
лось выше, вследствие неравенства взаимоиндукции между разны
ми фазами первичной цепи и вторичной обмоткой. Схема замеще
ния ТТНП дЛЯ токов небаланса сушественно отличается от схемы
замешения для тока. В этом режиме сопротивление намаrничива
ния образуется сопротивлением взаимоиНдУКЦИИ х нб ' которое
88
Т а б л и ц а 4 _ 1_ Расчетные значения IOc.:J т;п ДЛЯ токовых защит от ОЗЗ
Число тrнп и соединение их вторичных обмоток
Тип ТИII реле ILPAllп. I 2 3 I 4 2 3 4
1Тнп тока
Параллельное Последовательное
РТ 40/0,2 0,1 7,5 12,5 17,5 22,5 10 ]2,5 15
(8,6)' (11,6)"
тзлм РТ 40/0,2 0,05 11,25 21,25 31,25 41,25 12,5 13,75 15
РТЗ 50 0,03 4,12 7,5 10,88 14,25 4,88 5,63 6,38
(3,5)' (4,0)'
ТЗЛМ РТЗ 51 0,2 0,55 0,6 0,65 0,7 1,05 1,55 2,05
(0,6)" (0,89)" (1,08)" (1,33)" (1,08)" (1,6)" (2,16)"
РТ 40/0,2 0.1 19,17 35,83 52,5 69,17 2],67 24.17 26.67
(20)' (25)'
тзрл РТ АО/0,2 0,05 34,58 67,92 101,25 134,58 35,83 37,08 38,33
РТЗ 50 0,03 ]2 23,25 34,5 45,75 12,75 13,5 14,25
РТЗ 5] 0.02 0,67 0,83 1,0 1,16 1,17 1,67 2,17
(0,81)" (1,0)" (],2)" (],52)" (1,34)" (1,95)" (2,56)"
При меча" и е. В скобках nриведенызначения J Oc зтiп' полученные по результатам не
пытаний.
. По данным [40}.
.* ПО данным [69]
определяется конструктивными размерами 1ТНП и взаимораспо
ложением ero вторичной обмотки и фаз первичной цепи. Если пре
небречь сопротивлением вторичной обмотки 1ТНП (рассеяния и
активным) и соединительных проводов, схемы замещения для pac
чета тока небаланса lиб тахДЛЯ различных схем включения измери
тельноrо реле тока (см. рис. 3.2,3.3) будут иметь ВИД, показанный на
рис. 4.3.
Следует отметить, что в схемах замещения 1ТНП для токов неба
ланса по рис. 4.3 HaM В общем случае не равно ZИаМ В схемах замеще
ниядлятоков азз (рис. 4.4). Из схем замещения на рис. 4.3, исполь
зуя метод наложения, получим следующие выражения для опреде
ления первичноrо тока небаланса lиб в симметричном режиме
(наrpузочном режиме, при трехфазном КЗ и т.п.):
при одном 1ТНП на присоединении (см. рис. 3.2,6):
1 ILJjХ нб L'Х нб .
нб IjХ"б + нaM + pl I Х"б + "aM + rI'
(4.25)
89
при параллельном соединении вторичных обмоток п 1ТНП (см.
рис. 3.3, а):
1 IL, + L 2 +...+L п IХ,ю 1 рас"Х"6
,,6 IХ"6+ "зм+п рl IX"6+ '''M+n pl'
(4.26)
при последовательном соединении вторичных обмоток п 1ТНП
(см. рис. 3.3, б):
1 IL, + L2+...+LпI X "6
,,6 1 п(Х"6 + ".M) + pl
I рас'! Х 11б
lп(Х"6 + нaM)+ Zpl'
(4.27)
Аналоrичным способом можно получить выражение для опреде
ления расчетноrо тока небаланса при смешанной схеме соединения
вторичных обмоток 1ТНП (см. рис. 3.3, в). Например, дЛя схемы из
N пт 1ТНП (те т число параллельно включенных трансфор
маторов тока в rpynne, п число последовательно включенных
rpynn) получим:
1 IL. +L2+...+L п I X H6 1 Ра "'Х Н6 (4.28)
,,6 In(X"6 + H.M)+m pl In(X H6 + нaM)+m pl'
Из выражений (4.25) (4.28) можно видеть, что ток небаланса
уменьшается при увеличении p' Поэтому схемы токовой защиты
НП, выполненные с применением реле тока типов РТ 40, ЭТД 551,
РТЗ 50 десятки Ом) менее подвержены влиянию электромаr
нитных наводок от первичных цепей тока на вторичную обмотку
1ТНП, чем схемы защиты с реле типа РТЗ 51 p '" 1 Ом).
Параметры основных типов 1ТНП (Х,,6' Z aMJ, необходимые для
определения тока небаланса 1,,6' приведены в приложении 4.
Расчетные значения первичноrо тока срабатывания 1 Ос .з т;п в BЫ
ражении (4.19) для исполнений защиты с различными 1ТНП и реле
тока приведены в табл. 4.1.
Различие расчетных и экспериментально полученных значений
'Ос.з т;п В табл. 4.1 объясняется возможными существенными отли
чиями действительных параметров 1ТНП от их расчетных значе
ний, особенно дЛя разъемных трансформаторов тока с немаrни'F
ным зазором (типа ТЗРЛ и ТЗР).
90
При отсутствии табличных панных /0<:..з min можно опрепелить по
схемам замещения 1ТНП в режиме 033, приведенным на рис. 4.4.
В схемах на рис. 4.4 k сопротивления вторичных обмоток
1ТНП (рассеяния и активное) и соединительных проводов, п чис
ло 1ТНП на присоединении. Для определения минимальноrо пер
вичноrо тока срабатывания защиты в схемах замещения по
рис. 4.4 необходимо принять /р /ср min и
31!Оl + 1т + ... + 10 п I /0<:..з min' При HaM I нaM 2 "' нaM n HaM
И k. k2 ... kn k из схем на рис. 4.4 получим:
при ОдНом 1ТНП на присоединении:
I p+ s l
/Ос.зтin lcpтiпw2тrнn 1 + ,...
нaM
( p+ s )
Z]срmiпW2ТШП 1 + ;
llaM
(4.29)
при параллельном соединении 1ТНП:
( п p+ . 1.
lОс з т;п '"'" 1 срт",W21ТНП 1 + J '
иам
(4.30)
при последовательном соединении 1ТНП:
( p+n s )
lОс.з т;п п} сртinW21ТНП I + .
п иам
(4.31)
Аналоrичным способом можно получить выражение ШIЯ опрепе
ления расчетноrо значения /0<:..з min при смешанной схеме соедине
ния1ТНП.
Например, ШIЯ схемы из N пт1ТНП (rдe т число параллель
но включенных трансформаторов тока в rpуппе, п число последо
вательно включенных rpупп) при ь'ам I HaM 2 "' HaM n HaM И
kl k2...kn k получим:
( т p +n s )
/Ос.з т;п п] cpтт W 2тrнn I + Z .
п HaM
(4.32)
91
Технические данные ТТНП ( HaM' W2 тrнп), необходимые дЛЯ
определения lос_з min' приведены в приложении 4.
Из (4.32) можно вИдеть, что при заданном числе ТТНП на присо
единении N пт сушествует оптимальная схема соединения BTO
ричных обмоток трансформаторов тока и реле, обеспечивающая
наименьшее значение первичноrо тока срабатывания. Дифферен
д/Осзтт
цируя(4.32)попсучетом, что т N: п,изусловия =Ополу
дп
чим. что оптимальной схеме соединения ТТНП соответствует:
попт ::::
N p
HaM + s
(4.33)
Полученное по (4.33) значение п ош окруrляется до ближайшеrо
целоrо значения.
Эффективность функционирования токовой зашиты НП при
внутренних 033 оценивается коэффициентом чувствительности:
v ::;;: JОповmiп > К
J['"ч J ч тiпдоп'
0,з
(4.34)
rдe 10 ПОВ min минимальное значение тока 3/0' протекающеrо через
место установки зашиты, при внутреннем металлическом 033;
к.. min ДОП минимально допустимое значение коэффициента чув
ствительности (дЛЯ кабельных сетей принимается равным 1,25, дЛЯ
во:щушных сетей 1,5 [9], дЛЯ защиты от 033 электродвиrателей с
действием на отключение необходимо иметь к.. тiпдоп 2 [69]).
3начение 3/0 ПОВ min определяется следующим образом:
дЛЯ сети с изолированной нейтралью:
/0 ПОВ тт == JCI:, тт 1 с ПОВ'
(4.35)
rдe Iс,- min минимальное (с учетом возможных эксплуатационных
режимов работы) значение CYМMapHoro eMKocTHoro тока сети;
1 с ПОВ собственный емкостный ток защищаемоro присоединения;
дЛЯ сети с заземлением нейтрали через резистор:
1 ( I 1 ) 2 + 12
Оповтт с1:тт Спов R'
(4.36)
92
rде 1 R U ф . ном / RN активная составляюшая тока азз (при низко
омном заземлении нейтрали 1 R» 1 й и 'о ПОН '" 1 R);
для компенсированной сети:
10 ПО8 min (y1c 1спо.)2 + (d1 c )2,
(4.37)
rдe v степень расстройки компенсации; d коэффициеж успо
коения сети (определяется отношением активной составляюшей
тока азз к 1 й ).
Как правило, определяюшим для выбора 'Ос.з является условие
отстройки от собственноrо eMKocTHoro тока зашишаемоrо присое
динения 1 С; при дyrOBЫX перемежаюшихся азз (4.16). С учетом это
ro из (4.16), (3.41) и (3.42) можно получить обшее условие примени
мости токовой зашиты для сети с изолированной нейтралью:
ICLт;п ICnoB>K Ii'
J ОТС"' рКч min ДОЛ.
CnOB
(4.38)
При указанных выше значениях к.лс' p и к.. min доп условие
(4.38) практически выполняется, если собственный емкостный ток
зашишаемоrо присоединения 1 с оон не npевышает 10 20 % ar 1 й .
Таким образом, токовая зашита не применима на присоединениях,
собственные емкостные токи 1 ci которых соизмеримы с суммарным
емкостным сети 1c . Условия применимости токовой зашиты НП
(4.38), как правило, не выполняются на объектах снебольшим
числом линий малой протяженности (кабельных сетях передвиж
ных установок и торфоразработок, шахтных, карьерных сетях и
дР.). В таких сетях также часто суммарный емкостный ток сети 1 с у'
не превышает 100.з min токовых зашит НП, определяемый техниче
скими возможностями ТТНП и токовых реле. В тех случаях, коrда
токовая зашита НП не применима, может быть использована TOKO
вая направленная зашита, основанная на контроле фазных COOTHO
шений между электрическими величинами промышленной частоты
3М> и 3[0'
93
4.3. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ
НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ С РЕЛЕ
ТИПА ЗЗП 1 М ИЛИ ЗЗН
Направленная защита от озз по принципу действия не требует
отстройки от собственноrо eMKOCTHoro тока защищаемоrо присое
динения. Поэтому первичный ток срабатывания защиты I Ос . а опре
деляется из условия обеспечения требуемой чувствительности:
I Ос . а рас" '" (/с}: /Спов)/ к.. min доп'
(4.39)
rHe к-ч т;n доп 2.
По полученному значению /Ос.а рас" принимают ближайщее MeHb
шее значение уставки устройства защиты типа ззп 1 М или ЗЗН по
току.
Устройство защиты типа ззп 1М имеет три уставки, которым co
ответствуют следующие значения первичноrо тока срабатывания:
1 /с.а 0,07 А, 2 lс.а 0,5 А, 3 /с.а 2 А. Устройство защиты
типа ЗЗН имеет три уставки по току (1 / с.а 0,07 А, 2 / с.а
0,25 А, 3 / с.а 2,5 А) и три уставки по напряжению (вторично
му) 1 О, 14 и 20 В. Напряжение срабатывания пусковоrо opraнa Ha
пряжения (ПОН) устройства ЗЗН выбирается из тех же условий, что
и напряжение срабатывания общей неселективной защиты по Ha
пряжению зи о .
4.4. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ АБСОЛЮТНor-о ЗАМЕРА ВЫСШИХ
rАРМОНИК С УСТРОЙСТВОМ ТИПА УСЗ 2/2
Устройство УС3---2Р реаrирует на сумму высших raрмоник рабо
чеro диапазона частот (150 650 ru) в токе 310 защищаемоro присо
единения. При озз высшие raрмоники тока 310 в месте поврежде
ния распределяются между неповрежденными присоединениями
пропорционально емкостям их фаз на землю 3С о; (т.е. собствен
ным емкостным токам присоединений lс;), ток высших тpMO
ник в поврежденном присоединении равен сумме токов высших
rармоник внеповрежденных присоединениях, т.е. пропорцио
нален (/с}: 1 с пов). Поэтому дЛя обеспечения несрабатывания при
внешних озз первичный ток срабатывания токовой защиты абсо
лютноrо замера должен выбираться по условию отстройки ОТ BЫ
94
сших rармонических составляюших в токе 3/0 зашишаемоro
присоединения:
10c.з Кслсатт/ С,
(4.40)
rдe коэффициент а тах определяет максимальное содержание BЫ
сших raрмоник рабочеro диапазона частот в токе озз.
Содержание высших raрмоник в токе ОЗЗ в зависимости от oco
бенностей электрической сети (количества и характера источников
высших raрмоник, режимов их работы, режимов работы сети и др.),
как показывают исследования различных авторов, может изменять
ся в широких пределах от единиц процентов до примерно 50 %
(а тах '" 0,0\ 0,5). Поэтому достаточно точный выбор уставок cpa
батывания и, следовательно, оценка чувствительности по первично
МУ току для устройств абсолютноro замера уровня высших raрмоник
в общем случае невозможны. Учитывая ЭТО, уставки срабатывания
защиты от ОЗЗ с устройствами УСЗ 2/2 определяют приближенно
по значению cYМMapHoro eMKocrnoroToкa сети ICL и уточняют в про--
цессе эксплуатации защиты. для предварительно выбранной ycтaB
ки I ycт '" Icт. по техническим характеристикам устройства УСЗ 2/2
определяется первичный ток срабатывания защиты на частоте 50 [ц
150 С.3 и проверяется ее отстроенность от собственноro eMKocrnoro
тока зашищаемоro присоединения:
1 50с . з l\лc/о
(4.4\)
rдe l\лc коэффициент отстройки (рекомендуется принимать paB
ным 2 3 [4\]).
В электрических сетях с соотношением Ic> О, \/c"f. выбор уставки
срабатывания производится по значению тока, paBHoro \Ol c [40].
Для зашиты, выполненной на принципе относительноrо замера
уровня высших raрмоник в токах 3/0' выбор уставок срабатывания
не требуется.
95
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Емкости фаз на землю и емкостные токи заМblкания
на землю кабеЛЬНblХ линий 6 10 кВ
т а б л и ц а n 1 . 1 . Расчетные емкости фазы Н3 землю и емкостные ТОКИ заМЫ
канни на землю ДЛИ трехжильных кабелей спояспой ИЗОЛJlЦией и секторным"
жилами
Номинальное б кВ IOKB
сечение ЖИЛ.
мм' СО Л> МКФ/КМ lcnл.А/км СОл. МКФ/КМ J(ТJIJ AjKM
25 0,137 0,447 0,109 0,593
35 0,158 0,516 0,124 0,675
50 0,183 0,597 0,142 0,773
70 0,214 0,699 0,165 0,898
95 0,247 0,806 0,192 1,045
120 0,278 0,908 0,215 1,170
150 0,311 1,015 0,238 1,295
185 0,343 1,114 0,262 1,426
240 0,383 1,250 0,292 1,589
. ПО данным [73].
т а б л и Ц а n ] . 2 . Расчетные емкости фазы на землю и емкостные токи замыка
ния на землю ДJUI ОДНОЖИ.llЬНЫХ кабелей и трехжильных кабелей с отдельно изо
лироваlПlЫМИ СВИНЦОМ ИЛИ алюминием Ж11J1зми
Номинальное 6кВ IOKB
сечение жил,
мм' С Оn . МКФ/КМ lcnл. Ajкм СО Л> МКФ/КМ /сол.Nкм
25 0,32 1,045 0,26 1,415
35 0,37 1,208 0,30 1,632
50 0,43 1,404 0,35 1,904
70 0,49 1,600 0,40 2,177
95 0,56 1,828 0,45 2,449
120 0,62 2,024 0,49 2,666
150 0,67 2,187 0,54 2,938
185 0,74 2,416 0,59 3,210
240 0,83 2,710 0,66 3,591
300 0,92 3,004 0,72 3,918
. ПО данным [731.
96
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Определение емкостей фаз относительно земли
ДЛЯ воздушных линий
Для ВЛ средняя емкость фазы относительно земли вычисляется по
следующим упрощенным формулам, Ф/км:
трехфазная одноцепная ЛЭП без троса:
СО .
., 011 +2012 9.1()6'
(Ш.l)
21 2h ep . 4h 2 h +h .hc
rдeol. п ,012 2In +I'h А В средняявысота
r п;р' ер 3
DAB+DAC+DBC
подвеса провода над землеи, м; Dep 3 среднее pac
стояние между проводами, м; r рапиус провода. M
трехфазная одноцепная ЛЭП с одним тросом:
СО .
" 011 +2012 3a, 9-1()6'
(Ш.2)
о?,. ( 4h ep h, ) . 2h,.
rдео s 2,aJs ln +l ,а ы 21n ,Dscp DAsDBsDCs среднее
а ы пщ rs
расстояние между проводом и тросом; h$ высота подвески троса; r:s
радиус троса; 011, 011, hr;p тоже, что и в (П2.1);
трехфазная двухцепная ЛЭП без тросов:
CO" ,1 , 1
011 +011 +2(012+012)' 9.\()6 '
(Ш.3)
4h 2
rдe 0;1 21n D P +\;
. , ер,
D' DAB+DBC+DCA 'D' D' п' D' D' п'
ер 3 ' АА' ВВ' СО АВ' ВС' СА расстояния меж
ду проводами различных цепей; 011, 012. h cp тоже, что и в (П2.1);
трехфазная двухцепная ЛЭП с одним тросом:
, 2 4h;p
a 1 2:: ln +];
Dep
D D'м +D B+Dcc .
ер 3 .
\ I
Со., 011 +0;. +2(012+a;2) 3a, . 9.l()6 '
(Ш.4)
rде все величины, входящие в формулу, определяются так же. как и в
предыдущих случаях.
97
Т а б л и ц а n 2 . I . Среднне значения емкости фазы относительно зеМЛИ для воз
цушиых лииий 6 10 кВ
Воздушные ЛИНИИ
Емкость фазы. мкФ/км. для ВJI
Ошюuепная ЛЭП без троса
Одноuепная ЛЭП с тросом
Двухuепная ЛЭП без троса
б кВ
0,013
10 кВ
0,0256
0,032
0,035
0,017
Б табл. П2.\ приведены средние значения eMKocTHoroToKa замыка
ния на землю для БЛ 6 I О кБ.
Б тех случаях, Korдa параметры БЛ неизвестны, удельный eMKOCТ
ный ток I со ."" AjKM, Можно приближенно определить по выражению:
I сtlл к, U Ф 'юм . \0 6,
( т.5)
rдe Кл'" 4,7 принимается равным для ЛЭП без тросов и 5,7 для ЛЭП с
тросом.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Определение емкости фаз на землю
для электродвиrателей 6 1 О кВ
Емкость фазы на землю для высоковольтных электродвиrателей
(ЭД) приближенно можно определить по фор'мулам:
для неявнополюсных синхронных и асинхронных ЭД с KOpoтKO
замкнутым ротором:
с 0,0\ 87S HOM .10---6
ОЭД \,2 .J u .юм(\ +0,08и НОМ) ,
(ПЗ.\)
rде SИОМ номинальная мощность ЭД, МБ. А; ЦIOМ номинальное
напряжение ЭД, кБ;
для остальных ЭД:
404 10 9
с...... oJ J;ОМ
ОЭД З(U ном +З,6)Vn::;'
(ПЗ.2)
rne п. юм номинальная частота вращения ЭД. об/мин.
98
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Технические данные трансформаторов
тока нулевой ПOCJ1едовательнОСП!
т а б л и u а П 4 . 1 . Параметры ттнп, используемые при расчетах защит от за
мыканий на землю
ТипТТНЛ W2П'НП 4ta.",.OM Z'иа... Ом Х нб ' ом
Т3Р 18 1
тз 25 10
тзл 25 10
тзлм 25 10 0,0015" 0,33 1,33"
Т3Л 95 25 10
тзрл 30 3,5 0,0012" 0,9 4,5"
. Поданным [71].
99
Список литературы
1. Обердорфер r. Замыкания на зем,nю и ООрьбас НИМИ. М.: Энерroиз.nат. 1932.
2. Вильreйм p_ Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.: roc
знерrонздзт, 1959.
3. Лихачев Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтра.1ЬЮ и с ко шен
саиней емкостных токов. М.: Энерrия. 1971.
4_ Режимы неitтрали электрических сетей / И. М. Сирота, С. Н. Кисnенко. А. М. Ми
хайлов. Киев: Науковз Думка, 1985.
5. Дyroewe замыкания наземлю в кабельных сетях/ Л. Е. Дударев. С И. 3апорожченко.
Н. М. Лукьянцев//Электрнческиестзнции. 1971. М 8.С 64 66_
6. 3аш"тное ШУНТИРО8зние однофазных поврежnений зnеkТрОустановоК / В. и. Шуu
кий, В. О. Жидков, Ю_ Н. Ильин. М.: Энерroатомн3дЗТ. 1988.
7. Защита от замыканий на землю в компенснровзнныхсетях 6 10 кВ / р_ А. ВаRIfШ
тейн. С. и_ rоловко, В_ с. rриrорьев и др./! Электрические станиин. 1998. М 7.
C26 30.
8_ шал....Т r. м. Повышение эффеКТИВНОСТИ профилаКТИkИ изоляции в кабельных ce
тях /!Труды ВНИИЭ. Вып. 8_ М_: rосэнерrоизлат. 1959. с. 77 97.
9_ ПраllМ2 устройства элекТроуСтановок I Минзиерrо СССР. 6 e изл_ М.; Энерrоато
миз.nат.1986.
10. ПраВILII8 теХIlИЧеской ЭКСМуатации электрическнх станций и сетей. 15--е и3д. М.:
Энерrоатомнздат. 1996.
11. CJlpon и. М. Орежимзх нейтралн сетей 6 35 кВ/! Эпектрические станции. 1988.
J'l!>6.C69 73.
12. Евдокунин f. А.. fуДКJIИИ С. В.. Корепаиов А. А. Выбор способа заземлення нейтра
лн в сетях 6 10 кВ /1 Электричество. 1998. N:! 12. С. 8 22.
13. Шабад М. А. Обзор реЖИМОВ заземления нейтрали н защиты от замыканнй на землю
в сетях 6 35 кВ России/l Энерrетик. 1999_ Nl 3. С. 11 13_
14. Лиснuыи Н. В. К обоснованню выбора режима зазе tnения неiiтралн 11 Энерrетик.
2000. J'I!> 1. С 22 25.
1 s. ДолroООЛО8 А. f. О режимах ЗЗ3емления нейтралн н зашите ОТ замыканнй на землю в
сетях 6 35 кВ /1 Энерrетик. 2000. N:! 2. С. 24_
16. rпубокое оrраничение перенапряжений при замыканиях на землю в сети 6 кВ собст
венных нуЖд ТЭС I В. Н. Подъячев. М_ А. Плессер. Н. Н. Беляков и др. /1 Энерrе
тик.1999.J'I!>2.С20 21.
17. ЛосеВ Э. А., Малеко В. А. Оценка разовых уwербов от внезапных нарушеннй элект
роснабжения в металлурrических производствах по удельным "оказателям I MeTO
дические вопросы нсследования надежности большнх систем энеруетики. Вып. 18_
ИРКУТСК: СОАН СССР. Снб. энер'-. ин т. 1980. С. 70 79.
18. ОтраслеваJl методика определення экономическоrо )'шерба от внезапных перерывов
элеК1JIOCнабжения химических производсти. М.: Союзхнмпромэнерrо, 1976_
19. Методика определения ушерба прн нарушении надежности -электроснабжения nред
приятий UБП. М.: ВНИПИЭнерrопром, 1980_
20. Старостин В. и., Мельников А. 8., Разумеев В. и. Onреде:Iение ушерба ОТ внезап
ных 11ерерывов электроснабжения нефтеперерабатывающих предприятий 1/ Про
мышленная энерrетика. 1971_ N:! 2. С. 37 42_
21. Сиротинскнй л. и. Техника высокнх напряженнй_ Волновые лроuессы н B"yrpeH
ние перенапряжения в электрических системах. М_: fосэнерrоиздат. 1959.
22. Шуми В. А. Влияние разряда емкости поврежденной фазы на IlереходныR процесс
при замыканиях на землю в кабельных сетях 3 I О кВ 1/ ЭЛСК1-ричество. 1983. N::! 12_
C4 9.
23_ Обабков 8. К.. Осипов э. р. Сравнительный анализ способов заземления неЙ7рали
n за.ааче подавления дуrовых замыканий на землю 1/ Известия вузон. rорный жур
иал. 1988. J'I!> 3. С 94 97.
24. ДВадшть ПИТЬ лет изучення энер.-осистем Франции I Обзор работ национальною
энерrетИЧеекоrо управлення. Л.: Энерrия, 1977.
25 Niederobmige Stempunkterdung (NOSPE) u"d Iшrzzeitigе "iedcJ"Ollmige Sternpunktcr
dung. Projeklierungsvorschrln. Ordnuugs Nr. 3.2/11.84 (204) BG 81/11/85.
100
26_ ЕфИМО8 ю. К- ШИЛО8 В. и.. Шишкина о. r: Опыт эксплуатации се й собствен
ных нуЖд блоков 500 МВт С заземлением нейтрали Через резистор /1 Электрические
станиии_ 1992 М5. С. 68 11.
27. Neugebauer Н. Определение места KpaTK08peMeHHoro замыкания на землю при по
МОЩИ элеkтронноrо реле 11 Энерrетическое обозрение 1938_ MII. С. 10 20_
28. Вайнштейн Р. A. rОЛО8КО с. и. о Коломнец Н. В. Режимы нейтрали в электрических
системах: Учебное lIособие. Томск: Томск. Политехн_ ин т. 1981.
29. ПОПО8 и. Н., Лачyrнн В. Ф., Соколова r. В. Релейная зашита. основанная на KOHT
роле переходных процеССО8. М.: 3нерrоатоми:uxaт, 1986.
30_ Шуии 8. А. Начальные фаЗOl'lые СОотношениЯ элеКТРИ1.Jеских величиtJ переходноrо
процесса при замыканнях на землю 8 кабельных сетях 6 10 кВ /1 Электри'.еcrво
1991. Ni! 10. С. 58 61.
31. Дударе8 л. Е., ЗуБКО8 В. 8. Комплексная защита от замыканий на землю 11 Элект
рические станции. 1981. М7. С. 59 61_
31_ Пооо. и. "-. СОКолова r_ В_. Махнев В. и. Импульсиая зашита электрических ce
"[ей от заМЫl'\аний на землю типа ИЗС 11 Электрические станции. 1978. М4.
С. 69 73.
33_ Шуии В. А., Лебеде8 о. В. О защите от замыканий на землю в компенсированных
ка6ельных сетях 6 10 кВ с использованием принципз сравнения амплитуд пере
ходныхтоков в присоединениях// Электричество_ 1973. М11. С. 12 11.
34. Борух.М8Н 8. А.. Иоэлы:он В. И. Центральное устройство селек1ИВНОЙ сиrнализаuии
замыканий на землю "[ипа "Земля" / Наладочные и экспериментальные работы
ОРI1'Эс. Выл 35. М.: Энерrия, 1968. С. 316 324.
зs. Шуми В. А., Лебеде. о. В. Параметры насlpOЙКИ устройств сиrнализации замыка
ний на землю. сравнивающих токи в присоединениях 11 Электричество. 1980. М1_
С. 21 25.
36_ rусеико. А. В_ Разработка комплекса средств селективной сиrнализации однофаз
ныхзамыканий на землю в ка6ельныхсетях 6 10 кВ: днс_ ___ каНд. "[ехн. наук. Ива
НО80, 1994.
37. rоноровскиА и. с. Радиотехнические пепи и сиrналы. М.: Советское радио, 1977_
38. Сирота и. М. Защита от замыканий на землю 8 электрических сетях. Киев: иЗд ВО
АН УССР, 1955.
39. Киекачи 8. М. Защита отоднофззных замыканиА на землю ззп 1 (описание, иалад
ка, эксплуатация). М.: Энерrия. 1972.
40. ЭnеК1'рОТСХНК"lсскиА справочник / Под обш. ред_ профессоров МЭИ. 7 e Н3tl. М_;
Энерrоатомиздат, 1988. Т. 3. Ки. 1: Производство и раСПределение электрической
энеprии.
41. С..-авоqник по наладке ВТОрИЧНыХ пепей электростанций 11 подстанций / А А AH
"[юшин, А Е_ rомберr. В. п. Караваев и др. Псдред э. С. Мусаэляна./2 е изд. М_.
Энерrозтомиз.nат, 1989.
42. Реле 38.I.Q.II'ТЫ / В. с. Алексеев, r. п. BapraHoB. Б_ И. Панфилов и др. М.: Энерrия,
1976.
43. Н)'де.л.ман r. с.. Шамме М. А. БыстродеАствующее реле тока ДЛЯ защиты от замы
каний на землю 11 Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкоrо
напряжеиия_1981_ Вып 1(91). С. 13.
44 Нудел.ман r. c. Кочкин Н. А"9 Эверсков о. Л. OpraHbl защит от замыканий на зем
J!ю 11 Электротехническая промышленность_ Сер. АлllЗрЗТЫ низкоrо напряжения.
1982, Ni! 1. с. 16 18.
45_ Па"[. М 1009591_ Способ определения направления МOUU1ости в зашишаемоi1 сети I
В. В. Кискачи // Orкрытия. Изобретения. 1994. j\(g 5.
46. Киекачн В. М_ СелеkТИВНОСТЬ сиrнализации замыканий на землю с использованием
высщих raрмоник/I Электричество. 1967, М9. С. 24 29_
47. А.с. М 199908 СССР. МКИ Н01Н 3/16. Способ направленной зашиты отоднофаз
ных замыканий на землю/ В. М Кискачи 11 Orкрытия. Изобретения. 1971. MI2
48. Киека'iН В. М., Назаро8 ю. r. УстроАства сиrнализации замыканиА иа землю в Ka
fiельиыхсетях 6 10 кВ. В кн_: Сиrналюация замыканиА на землю в компенси
рованных сетях. Под ред. В. и. Иоэльсона. М.: rосэиеprои.!tI3Т. 1961_ с. з9 66_
49. Устройства сиrнWlИзации замыканий на землю в кабельных сетях 6 10 кВ /
В. М. Кискачи, С. Е. Сурцева. Н. М. rоршенина и лр. 11 Элеkтрические станuни_
1972, Ni! 4. С. 69 72.
50. rельфаlШ я. с. Релейная защита электрнческих сетей. 2 e изд. М.: Энерrоатомиздат.
1987.
101
51. Сирота и. М. Сиrнализаuия замыканий на землю. основанная на использовании
второй rармоники. В кн. Сиrнализаuия замыкания на землю в компенсированных
сетях/ Под ред. В. И. Иоэльсона. М.: rосэнеРlоиздат. 1962. с. 67 76.
52. rриroрьев А. В. Зашита от однофазных замыканий на землю в компенсированных
сетях, реal.ируюшая на наложенный ТОК: Автореф. дис. ... канд. техн. наУК. М.: J 967.
53. Вайнштейн Р. А.. rоловко с. И.. Кобериик Е. Д. Зашита от замыканий на землю об
мотки стаТора reHepaTopoB, работаюших на сборные шины / / Электри еские CTaH
иии. 1981. N2 10. С. 54 56.
54. БУХТОJlРОВ В. Ф.. ПОЛЯКОВ В. Е., Зыряиов Л Н. Централизованное устройство ce
лективной сиrнализаuии замыканий на землю типа СЗВИ / / Электрические CTaH
иии. 1968. N, 11. С 78 80.
55. БОРУХМ8Н В. Л Об эксплуатаиии селективных зашит от замыканий на землю в сетях
6 10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию // Энерrетик. 2000. N21.
C20 22.
56. Попов И. Н., Соколова r. В. Устройство сиrнализаllИИ замыканий на землю с импу
льсным реле направления мошности / В кн.: "Сиrнализаuия замыкании на землю в
компеllсированныхсетях". М.: rосэнерrоиздат. 1962. с. 12 39.
57. Попов И. Н., Соколова r. В. Импульсные устройства зашиты от замыканий на зем
лю компенсированных сетей / в кн.: Новые устройства зашиты и противоаварий
ной автоматики. Выл. 1. М.: Информетандартэлектро. 1968. С. 34 43.
58. Лачyrин В. Ф. Направленная импульсная зашита от замыканий на землю // Энерrе
тик. 1997. N2 9. С. 21.
59. Устройство направленной ВОЛНОВОЙ зашиты от замыканий на землю воздушных и
кабельных линий 6 35 кВ типа УЗС ОI. Техническое описание и ииструкuия по
эксплуатаuии. Казань: Энерrосоюз, 1998.
60. Шуии В. А., ['усенков А. В., Дроздов А. И. Централизованное направленное устрой
СТВО сиrнализаuии однофазных замыканий на землю с ИСllОльзованием переходных
"роиессов // Электрические станиии. 1993. N2 9. С. 53 57.
61. Устройства сиrнализаиии и зашиты от однофазных замыканий на землю в компен
сированных кабельных еетях / В. А. Шуин, А. В. ryceHKOH, А. Ю. Мурзин И др. / /
Энерrетическое строительство. 1993. N2 10. С. 35 39.
62. Дударев Л. E. Зубков В. В. Устройство универсальной комплексной зашиты от за
мыканий на землю для сетей 6 35 кВ // Промышленная энерl"етикз. 1982. N24.
С 36 38.
63. Шуии В. А., rусеиков А. В., Мурзии А. Ю. Устройство типа "Спектр" для селектив
ной зашиты от однофазных замыканий на землю в кабельных сетях 6 10 кВ. Ива
НОБО, 1997. (Тр. иrэУ. Вып. 2). С 200 203.
64. Попов И. Н. О принuипах выполнения защиты от замыканий на землю, основанной
на использовании переходных проиессов // Электричество. 1962. 2. С. 14 19.
65. А.с. 1078526 CCCP МКИ Н02Н 3/16. Способ направленной импульсной зашиты от
однофазноrо замыкания на землю в сетях с компеисированной и изолированной
нейтралью / В. А. Шуин, о. В. Лебедев. А. М. Чухин // Открытия. Изобретения.
1984. N, 9.
66. Лихачев Ф. А. Выбор. установка и эксплуатаuия дуrоrасяших аппаратов. М.: roc
эиерrоиздат, 1955.
67. Справочник по электроустановкам BbIcoKoro напряжения / Под ред. И. М. Баумш
тейна и М. В. Хомякова. М.: Энерrия, 1974.
68. Руководящие указания порелейиой зашите. Вып. 12. Токовая зашита нулевой после
довательности от замыканий на землю линий 110 500 кВ. Pac eты. М.: Энерrия,
1980.
69. Короroдский В. и.. Куж:еков С. Л. Паперно Л. Б. Релейная зашита электродвиrате
лей напряжением выше 1 кВ. М.: Энерrоатомиздат, 1987.
70. Руководящие указания по релейной зашите. Вып. t 1. Pac eTЫTOKOB KopOТKoro замы
кания пли релейной зашиты и системной автоматики в сетях 110 750 кВ. М.:
Энерrии, 1979.
7 J. Сирота И. М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой лоследовате
Льности Киев: Наукова Думка. 1983.
102
Содержание
Предисловие . . . . 3
rЛАВА ПЕРВАЯ. Режимы заземления нейтрали
электрических сетей 6 10 кВ. . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1. Краткие сведения об однофазных замыканиях на землю . 5
1.2. Режимы заземления неЙ1ралИ и способ действия защиты
от замыканий на землю . . . . . . _ . . . . . . . . _ . 7
1.3. Характеристики ОСНОВНЫХ режимов заземления неЙ1ралИ. . . ]2
J.4. Фикcauия кратковременных самоустраняюшихся пробоев изоляции
как средство повышения эффективности
режима заземления неЙ1раЛИ. . . . . . . _ . . . . . . . . 19
rЛАВА ВТОРАЯ. Электрические величины, ИСlЮло.зуемые
для действия защит от замыканий на землю . . . _ . 24
2. J. Токи и напряжение нулевой последовательности в установившемся
режиме замыкания на землю в сети с изолированной неЙ1pa.llЬЮ. . . . 24
2.2. Токи и напряжение нулевой последователЬНOCПI в установившемся
режиме замыкания на землю в сети с заземлением неЙ1раЛИ
черезрезиcroр. . . . . . . . . . . . . 31
2.3. Токи и напряжение нулевой последователЬНОСТИ в установившемся
режиме замыкания на землю в компенсированной сети . . . . 33
2.4. Токи и напряжение нулевой последовательности
8 переходных режимах замыкания на землю . . . . . . . . . . 36
rЛАВА ТРЕТЬЯ. Прннцнпы ВЫНОднения устройств защиты
н снrнaлизaцин замыканиi На землю. . . . . . . . . . . 50
3.1. Общие требования к зaщкre ar замыканий на землю. . 50
3.2. Защиты от однофазных замыканий на землю, основанные
на использовании злеlClpИЧеских величин промышленной чacтmы . . 51
3.3. Защиты от однофазных замыканий на землю, основанные
на Исполь:ювании высших raрмоник . . . . . . . . . . . . . _ 61
3.4. Защиты ar Qll.Нофазных замыканий на землю. основанные
на ИСПОЛЬЗО8Знии "налож:енньvе' ТОКОВ. . . . . . . . . . . . . 66
3.5. Защиты от однофазных замыканий на землю, основанные
на использовании элекrpических величин переходноro процесса.. . 68
rЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Расчеты защит от замыканий на землю. . . . 79
4.). Выбор параМeJpOв срабатывания общей неселективной
заl.I..(ИТЫ напряжения нулевой лосл(Довательности . . . . . . . 79
4.2. Выбор параметров срабатывания токовой зашиты
нулевой лосл(Дователъности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3. Выбор параметров срабатывания иаправяенно!! зашиты
срелетипаЗЗП IМилиЗЗН. . . . . . . . . . . .94
4.4. Выбор параметров срабатывания токовой защиты
абсолюrнoro замера выCl1lИX rnрмоннк с устройством типа УСЗ 2/2 . 94
Пршюженuе J. Емкости фаз на землю и емКOCПJые токи
эамыканияназемлюкабельныхлиний6 ЮКВ . . . . . . . . . _ 96
Приложенuе 2. Определение емкостей фаз ornосиreльно земли
дItЯ ВО:щyIllНыхлиний . . . . . . . . . . . . 97
Пpuложенuе 3. Определение емкости фаз на землю
дltЯэлекrpoдвиraтелей6 10 кв . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Приложенuе 4. ТехничеСЮ1е данные трансформаТОJI08 тока
нулевой последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Спнсок литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
103
6n6nnотечка netП'POТeХНnка
ПРWlOж'енuе к пpouзвoOcтвенно массово.му :ЖУРНWlУ "Энерzетuк"
ШУИИ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ
rУСЕИКОВ АЛЕКСЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ
Защиты от замыканий на землю в электрнческнх сетях 6 10 кВ
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
109280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23
Телефоны: (095) 275 19.06, тел. 275 00 23 доб. 22 47; факс: 234 74.21
Редакторы: Л. Л. Ждано.а. И. В. Ольшанская
Худож. техн. редактор Т. Ю. Андреева
Корректор З. Б. Драновекая
Сдано в набор 19.10.2001 <. Подписано в печать 27.1 1.2001 <.
Формат 60х84 I /'6' Печать офсетная.
Печ.л.6,5. Тираж 1120 экз. Заказ БЭТ/II(35) 2001
Макет выполнен издательством "Фолиум": 127238, Москва, Дмитровское ш.. 58.
Orпечатано тнпоrpaфией издательства "Фолиум ": 127238, Москва, ДМНТРОБск.ое ш., 58.
Вниманию специалистов
в редакции журнала "Энерrетик" можно приобрести
следующие вышедшие в свет выпуски
"Бп6ппоте&lкп зпеКТDотехнпка":
Алексеев Б. А.. Борозинец Б. 8. Определение местных neperpeBoB
в турбоrенераторах по продуктам пиролиза в охлаждающем '-азе.
Бажанов с. А. Инфракрасная диаrностика электрооборудования
распределительных устройств.
УдрисА. п. Панель релейной защиты типа ЭПЗ 16З6дnя ВЛ 110
220 кВ (часть 1 устройство защиты. часть 2 обслуживание защиты).
Торопцев н. д. Трехфазный есинхронный дВиrатель в схеме oд
нофазноrо включения с конденсатором.
Курбанrалиев У. К. Самозапуск двиrателей собственных нужд
электростанций.
Овчинников В. В. Автомвтическое повторное включение.
Шабад М. А. Защита reHepaтopoB малой и срадней мощности.
Иноземцев Е. К. Ремонт высоковольтных электродвиrателей
электростанций (части 1 и 2).
Шкарин Ю. П. Высокочастотные тракты каналоВ связи по линиям
электропередачи (части 1 и 2).
ОвчареНКQ Н. И. Аналorовые эпементы микропроцессорных KOM
плексов ралейной защиты и автоматики.
Безчастное r. А. и др. Контроль СОСТОЯНИЯ изоляции злектриче
СКИХ маwин в эксплуатации.
Адрес редакции
журнала "Энерrетик":
109280. Москва, ул. Автозаводская, д. 14/23.
Телефон (095) 275 19 06
E mail: pni@mBiI.magelan.ru
0& авторах
.о
"'"
Владимир Александрович
ШУИН докюр свхн. наук,
ПРОфВССiJр, заведующий
кафf'ЛРОЙ "Автоматическое
управление
электро::тсрrетическими
процсссами" ИвановСКiJrD
'осударс IBBHHDro
ЭНf-Jрrеrическоrо университета.
Автор ряда печатных работ R облас-
ти заЩИI 01 замыканий на землю
электрических сетей 3 35 кВ, МО-
1\елирооания объеКТОD электро
знерrетики и устройств аВТОМаТИ
ческOf о Уrlравления ими.
.... .
Алексей Васильевич
Тусенков кандидат техп. наук,
доцент кафедры
"Автоматическое УllраВJ1 ние
электроэнерl етическими
прсщвсrами" Ивановскоrо
rосударственноrо
энеprети'/ескоrо упиверситета.
Автор статси по nроблемам ЭdЩИI
ОТ замыканий на землю, оnублико
ванных в журналах "Энерrетик",
"ЭJlеКlричесжие станции", IJЭнерrе
тическое Строи 1 eJ1bCTBU" , "Изве
стия ВУЗОВ. ЭЛСКТрОМСХи.l-lика".
Прав ильный выбор режима заземлеНИR нейтрали
и nринциnов выолнениRR защиты
и селективной сиrнализации однофаЗllЫХ замыканий
на землю электрических сетей 6 10 кВ
обеспечивает повышение надежности
электроснабжения nотребителри.