Токовая защита нулевой последовательности (далее – ТЗНП) – это защита с относительной селективностью, реагирующая на ток и мощность нулевой последовательности (при использовании направленных ступеней). ТЗНП обеспечивает защиту от коротких замыканий на землю.
ТЗНП применяется в качестве резервной защиты не только на ЛЭП, но и на автотрансформаторах (трансформаторах), генераторах, шиносоединительных и секционных выключателях и другом оборудовании.
При КЗ на землю под действием напряжения нулевой последовательности, возникающего в месте повреждения, создаются токи нулевой последовательности, которые замыкаются по контуру фаза-земля через место повреждения и заземленные нейтрали. ТЗНП работает при превышении указанных токов уставки срабатывания. Таким образом, при КЗ на землю появление токов нулевой последовательности возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями. При нескольких заземленных нейтралях ток нулевой последовательности от места повреждения разветвляется между ними обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. Если заземлена нулевая точка трансформатора только с одной стороны ЛЭП, то при КЗ на землю токи нулевой последовательности проходят только на участке между местом повреждения и заземленной нейтралью.
В соответствии со схемой замещения нулевой последовательности место повреждения является источником несимметрии (напряжения и тока нулевой последовательности). Поэтому при повреждении на защищаемой линии ток нулевой последовательности и, соответственно, мощность нулевой последовательности будут направлены из линии в шины. При внешнем повреждении – наоборот. На этом принципе основана селективная работа ТЗНП за счет использования реле направления мощности нулевой последовательности.
Основными элементами токовой защиты нулевой последовательности являются реле тока нулевой последовательности (KA), реле направления мощности нулевой последовательности (KW) и реле времени (KT).
ТЗНП выполняется ступенчатой. Ступени ТЗНП выполняют функции ближнего и дальнего резервирования. Отдельные ступени ТЗНП могут выполняться ненаправленными, если выполняется условие селективности по току.
В отличие от дистанционных защит зоны срабатывания ступеней ТЗНП могут уменьшаться в зависимости от режима работы энергосистемы (изменением сопротивления нулевой последовательности за счет, например, отключения автотрансформаторов, трансформаторов с заземленной нейтралью, заземлением/разземлением нейтралей трансформаторов и т.п.).
Для защиты ЛЭП ТЗНП чаще всего выполняется 4-х ступенчатой:
– 1-я ступень ТЗНП, как правило, действует без выдержки времени и защищает только часть ЛЭП. С выдержкой времени может использоваться на коротких ЛЭП.
– 2-я ступень ТЗНП защищает, как правило, всю ЛЭП, резервирует защиту шин противоположной подстанции, но не во всех режимах, поэтому не может считаться полноценной для защиты ЛЭП. 2-я ступень действует с выдержкой времени.
– 3-я ступень ТЗНП резервирует защиту всей ЛЭП, защиту шин противоположных энергообъектов и часть ЛЭП, отходящих от шин противоположного энергообъекта. 3-я ступень действует с выдержкой времени большей чем у 2-й ступени.
– 4-я ступень ТЗНП наиболее чувствительная. Зона ее резервирования являются смежные элементы (выполняет функции дальнего резервирования). Действует с выдержкой времени большей чем у 3-й ступени.
В качестве органа направления защиты используются реле направления мощности. Токовые реле ступеней ТЗНП и токовая обмотка реле направления мощности включаются в нулевой провод трансформаторов тока на ток нулевой последовательности. Обмотка напряжения реле направления мощности подключается к вторичной обмотке трансформатора напряжения, включенной по схеме «разомкнутый треугольник», т.е. на напряжение нулевой последовательности (также напряжение нулевой последовательности может быть рассчитано микропроцессорной ТЗНП из обмотки «звезда»). Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты. Для повышения чувствительности реле направления мощности в некоторых устройствах для ТЗНП может применяться «разрешающее», срабатывающее при КЗ на ЛЭП, или «блокирующее» реле направления мощности, срабатывающее при КЗ «за спиной». Как правило, работа с «блокирующим» реле направления мощности предусматривается для последней ступени ТЗНП.
Также для повышения чувствительности ТЗНП, в том числе для обеспечения условия согласования ступеней смежных элементов, выполняется дополнительное заземление нейтралей трансформаторов (увеличение токов нулевой последовательности).
При возникновении неполнофазного режима в сети наиболее чувствительные ступени ТЗНП (3-я или 4-я ступени) могут действовать неселективно.
На линиях, оборудованных ОАПВ – в цикле ОАПВ, т.е. после отключения поврежденной фазы, автоматически выводятся из действия ступени ТЗНП, которые могут сработать от тока неполнофазного режима. После успешного ОАПВ эти ступени автоматически вводятся в действие.
Защита имеет несколько видов реализации:
Электромеханическая (например, в панели ЭПЗ-1636 вместе с другими резервными защитами);
Микроэлектронная (например, в панели ШДЭ-2801 вместе с другими резервными защитами);
Микропроцессорная (также совместно с другими резервными защитами + бывает ещё совместно с основной защитой).
На этом про ТЗНП всё. В следующих статьях рассмотрим другие резервные защиты.