Что такое фильтр напряжения нулевой последовательности

Фильтры нулевой последовательности

Фильтры нулевой последовательности нужны для получения токов и напряжений нулевой последовательности.

А). Фильтры токов нулевой последовательности

Для сетей с изолированной нейтралью получили распространение схемы с трансформатором тока нулевой последовательности (ТТНП), представляющие собой магнитный сердечник, охватывающий кабельную воронку в ячейке присоединения (рис. 6.11). В такой конструкции фильтра уменьшается ток, возникающий из-за неодинаковой взаимоиндуктивности отдельных первичных проводников с вторичной обмоткой.

Фильтр получается высокочувствительным:

(по условиям изоляции только для U £ 10кВ).

Б). Фильтры напряжений нулевой последовательности

· первичные фильтры выполняются путем использования дополнительных обмоток трансформатора напряжения. Схема на рис. 6.12 применяется для изолированной нейтрали и для эффективно заземленной нейтрали;

· вторичный фильтр строится при отсутствии дополнительной обмотки TV и в некоторых других случаях, строится искусственная точка нейтрали за счет подключения звезды нагрузок, обычно , между точкой и N включают реле KU0.

Источник

ФИЛЬТРЫ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Для получения составляющих токов I0 возможно использование трехтрансформаторных фильтров (см. §3.5), применяемых в сетях с глухозаземленными нейтралями или специальных трансформаторов тока нулевой последовательности (рис.9.6). Как уже отмечалось, токи I3(1) очень малы, поэтому трехтрансформаторные фильтры не могут применяться.

Действительно, выполнение чувствительной селективной сигнализации с использованием обычных трансформаторов тока и электромеханических реле встречает ряд серьезных трудностей:

1) номинальный ток обычных ТТ выбирается по току нагрузки линии, и поэтому они имеют сравнительно большие коэффициенты трансформации. Вследствие этого вторичный ток замыкания на землю имеет очень малое значение. Так, например, если ток замыкания на землю составляет 18 А, а ТТ имеют коэффициент трансформации 600/5, то вторичный ток равен 0,15 А;

2) для включения на такой ток необходимо выбрать самое чувствительное токовое реле РТ-40/0,2, которое имеет сопротивление обмоток 80 Ом. Включение реле с такими большими сопротивлениями приводит к тому, что только часть тока попадает в реле, а другая часть, называемая током отсоса, бесполезно замыкается через вторичные обмотки ТТ неповрежденных фаз. Ток отсоса может достигать 40-50%.

Значительно большую чувствительность обеспечивает сигнализация при однофазных замыканиях на землю, выполняемая на специальных ТТ НП (ТНП), имеющих на выходе малые токи небаланса и позволяющие благодаря этому выполнить более чувствительные РЗ. Устройство ТНП показано на рис.9.6, а. Магнитопровод 1,собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольника, охватывающего все три фазы защищаемой кабельной ЛЭП. Провода фаз А, В, С,проходящие через отверстие ТНП, является первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2 располагается на магнитопроводе с числом витков w = 20 ÷ 30. Токи фаз IА,IВи IСсоздают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки ФА, ФB, ФC,которые, складываясь, образуют результирующий поток:

Так как сумма токов IА + IВ + IС= 3I0, то можно сказать, что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока НП:

Поток Фрез, а следовательно, вторичная ЭДС Е2 и вторичный ток I2могут возникнуть только при условии, что сумма токов фаз не равна нулю, или, иначе говоря, когда фазные токи, проходящие через ТНП, содержат составляющую I0. Поэтому ток во вторичной цепи ТНП будет появляться только при замыкании на землю. В режиме нагрузки, трехфазного и двухфазного КЗ (без замыкания на землю) сумма токов фаз IА + IВ + IС= 0, и поэтому ток в реле отсутствует (Фрез = 0).

Однако, поскольку из-за неодинакового расположения фаз A, В и С относительно вторичной обмотки ТНП коэффициенты взаимоиндукции этих фаз с вторичной обмоткой различны, несмотря на полную симметрию первичных токов, сумма их магнитных потоков в нормальном режиме не равна нулю. Появляется магнитный поток небаланса (Фрез = Фнб), вызывающий во вторичной обмотке ЭДС и токIнб. Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре. Это объясняется тем, что в последнем суммируются вторичные токи, которые искажены погрешностью трансформации (Iнам), особенно проявляющейся при насыщении стали сердечника при токах КЗ, в то время как в ТНП трансформация тока не вызывает небаланса. В ТНП суммируются магнитодвижущие силы одновитковых первичных обмоток, сумма которых при междуфазных КЗ равна нулю. Ток Iнб во вторичной обмотке ТНП зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.

Для получения наибольшей мощности от ТНП, а следовательно, и максимальной чувствительности реле, питающихся от ТНП, сопротивление обмотки реле Zpдолжно равняться сопротивлению ТНП. Пренебрегая сопротивлением вторичной обмотки Z2, согласно рис.9.6, б получаем ZТНП = Zнам; тогда условие отдачи максимальной мощности можно выразить равенством

Из эквивалентной схемы ТНП (рис.9.6, б) видно, что при выполнении условия (9.18) вторичный ток, поступающий в реле, и ток намагничивания оказываются одинаковыми:

Iнам = Ip. Отсюда следует, что погрешность ТНП достигает примерно 50%. При столь большой погрешности нельзя вычислять вторичный ток по первичному, пользуясь коэффициентом трансформации kI = w3/wl. Поэтому чувствительность защиты, включенной на ТНП, оценивается по значению первичного тока, при котором обеспечивается действие защиты. В ряде случаев она должна быть на уровне долей одного ампера. При малых значениях 3I0 ТНП работает в начальной части характеристики намагничивания, при которой МДС, созданная одновитковым ТНП, очень мала. Таким образом, для обеспечения необходимой чувствительности, кроме конструктивных улучшений ТНП, требуется применение высокочувствительных ИО.

Для защиты линий ТНП выполняются только кабельного типа (ТЗ, ТЗЛ, ТФ). При необходимости осуществления РЗ воздушных ЛЭП делается кабельная вставка, на которой устанавливается ТНП. Для кабельных ЛЭП изготовляются ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки.

При прохождении токов Iбр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле РЗ появляется ток, от которого РЗ может подействовать неправильно. Эти токи появляются при замыканиях на землю вблизи кабеля или при работе сварочных аппаратов.

Для исключения ложной работы РЗ необходимо компенсировать влияние блуждающих токов, замыкающихся по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью воронка и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП изолируются от земли (рис.9.6, в), а заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому магнитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть надежно изолирован от брони кабеля.

Источник

Фильтр тока нулевой последовательности

Фильтр напряжения нулевой последовательности.

Фильтр напряжения обратной последовательности.

Фильтр тока нулевой последовательности.

Фильтр тока обратной последовательности.

Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения

При нарушении симметричного режима трехфазной системы в полных фазных токах и напряжениях наряду с током I₁ и напряжением U₁ прямой последовательности появляются составляющие обратной последовательности I₂, U₂и нулевой последовательности I₀, U₀.

Для выделения симметричных составляющих из полных токов и напряжений применяются специальные устройства — фильтры. Фильтром тока или напряжения симметричных составляющих называется электрическая схема, состоящая из трансформаторов, активных и реактивных сопротивлений, параметры которых подобраны таким образом, чтобы пропускать в реле, включенное на выходе фильтра, только составляющие одной определенной последовательности и не пропускать других.

Фильтр тока нулевой последовательности состоит из трех трансформаторов тока, вторичные обмотки которых включены параллельно, а к точкам соединения подключить обмотку реле КА (рис. 1.8, а).

В соответствии с методом симметричных составляющих первичный ток нулевой последовательности

.

Для реальных ТТ с учетом их токов намагничивания и коэффициентов трансформации ток в реле

Ток нулевой последовательности появляется при повреждениях на землю. В других режимах, когда он отсутствует, через реле проходит только небольшой ток небаланса, который появляется за счет погрешностей в работе фильтра и наличия некоторой несимметрии подводимых токов в нагрузке фильтра.

Рассмотренная схема используется обычно в защитах элементов сетей с заземленными нейтралями (трехтрансформаторный первичный фильтр тока нулевой последовательности).

Рис. 1.8.Фильтры тока нулевой последовательности

Применяется также однотрансформаторный первичный фильтр, который представляет собой специальный измерительный трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП). Трансформатор (рис. 1.8, б) состоит из тороидального магнитопровода М, на котором располагается вторичная обмотка. Магнитопровод надевается на трехфазный кабель К, который является первичной обмоткой ТТНП.

Первичный ток ТТНП – сумма фазных токов, проходящих по проводам кабеля. В нормальном режиме и при многофазных КЗ сумма фазных токов равна нулю, поэтому магнитный поток в магнитопроводе отсутствует, а ЭДС вторичной обмотки и ток в реле КА тоже равны нулю.

Существенное отличие ТТНП от трехтрансформаторного фильтра состоит в том, что его ток небаланса определяется только несимметрией расположения проводов фаз кабеля относительно магнитопровода и вторичной обмотки. Поэтому он значительно меньше тока небаланса трехтрансформаторного фильтра и обычно не превышает I_нб = 8. 10 мА.

Область применения ТТНП – защиты от замыкания на землю в системах с изолированной и компенсированной нейтралью.

Для повышения чувствительности защиты ТТНП выполняют с подмагничиванием. Сущность подмагничивания состоит в том, что с помощью дополнительной обмотки в ТТНП создается вспомогательный магнитный поток, благодаря которому трансформатор работает в оптимальном режиме, отдавая во вторичную цепь наибольшую мощность.

ТТНП с подмагничиванием используется в защитах от замыкания на землю синхронных генераторов.

РАЗДЕЛ 2. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Источник

Что такое токовая защита нулевой последовательности?

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети. Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю. Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ, для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать. Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

• прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
• обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
• и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º. Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку. Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения. При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

• Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
• Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
• Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

• на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
• в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
• в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

Источник