Изолированные сети
Бывают ситуации, когда силовая система полностью изолирована от земли. Преимущество этого заключается в том, что однофазное замыкание на землю не приводит к протеканию тока замыкания на землю, и поэтому вся система остается работоспособной.
Защита от замыканий на землю в изолированных сетях и заземленных сетях Petersen
Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать высокие временные и устойчивые перенапряжения, поэтому ее использование обычно ограничено системами низкого и среднего напряжения.
Очень важно, чтобы было обнаружено однофазное замыкание на землю, чтобы можно было проследить и устранить неисправность. В то время как для этого состояния система не подвержена влиянию, возникновение второго замыкания на землю позволяет протекать значительные токи.
Отсутствие тока замыкания на землю для однофазного замыкания на землю явно создает определенные трудности при обнаружении неисправностей. Доступны два метода с использованием современных реле.
- Использование элемента остаточного напряжения
- Чувствительная замыкание на землю
1. Остаточное напряжение
Когда происходит одна фаза-земля, здоровые фазные напряжения увеличиваются в 3 раза, а трехфазные напряжения больше не имеют суммарной нулевой суммы. Следовательно, для обнаружения неисправности может использоваться элемент остаточного напряжения.
Однако этот метод не дает никакой дискриминации, так как небалансное напряжение возникает во всей затронутой части системы. Одно из преимуществ этого метода заключается в том, что никакие КТ не требуются, поскольку измеряется напряжение.
Сортировка - это проблема с этим методом, так как все реле в затронутой секции будут видеть ошибку. Возможно, можно использовать градуировку с определенным временем, но в целом невозможно использовать полностью дискриминационную защиту, используя эту технику.
Рисунок 1 - Распределение тока в изолированной системе с C-замыканием на землю
2. Чувствительная ошибка заземления
Этот метод в основном применяется к системам MV, поскольку он основан на обнаружении дисбаланса в фазных токах зарядки, которые происходят.
На рисунке 1 выше показана ситуация, которая возникает, когда присутствует одна фаза-земля. Реле на здоровых питателях видят дисбаланс в зарядных токах для собственных фидеров. Реле в неисправном фидере видит зарядные токи в остальной части системы, при этом ток его собственных фидеров отменяется.
На рисунке 2 показана фазовая диаграмма.
Рисунок 2 - Схема фазора для изолированной системы с C-фазой
Использование основных сердечно-сосудистых трансформаторов важно. Со ссылкой на фиг. 2 ток дисбаланса на здоровых питателях замедляет остаточное напряжение на 90 °.
Зарядные токи на этих фидерах будут в √3 раза выше нормального значения, так как напряжения фаз-земля повысятся на эту величину. Таким образом, величина остаточного тока в три раза превышает установившийся зарядный ток на фазу. Поскольку остаточные токи на здоровых и поврежденных фидерах находятся в противофазе, использование направленного реле замыкания на землю может обеспечить требуемую дискриминацию.
Используемая величина поляризации - это остаточное напряжение. Перемещая это на 90 °, остаточный ток, наблюдаемый реле на неисправном питателе, находится в области «работы» направленной характеристики, тогда как остаточные токи на здоровых питателях находятся в зоне «сдерживания».
Таким образом, требуемый номинальный угол реле (RCA) составляет 90 °. Настройка реле должна находиться в пределах от одного до трех раз от однофазного зарядного тока.
Это может быть рассчитано на этапе проектирования, но подтверждение с помощью тестов на месте является обычным. Одну фазу замыкания на землю преднамеренно применяют и, как отмечают результирующие токи, процесс облегчается в современном цифровом или цифровом реле с помощью измерительных средств.
Нанесение такой неисправности на короткий период не связано с нарушением сети или токами повреждения, но продолжительность должна быть как можно короче, чтобы защитить от второй такой неисправности.
Также возможно отказаться от направленного элемента, если реле можно установить с текущим значением, которое находится между зарядным током на подающем устройстве, которое необходимо защитить, и зарядным током остальной части системы.
Введение в заземление катушки Petersen
Petersen Заземление катушки - это особый случай заземления с высоким импедансом. Сеть заземляется через реактор, реактивное сопротивление которого номинально равно общей емкости системы на землю. При этом условии одна фаза-замыкание на землю не приводит к току замыкания на землю в стационарных условиях.
Таким образом, эффект аналогичен наличию изолированной системы. Эффективность метода зависит от точности настройки реактивного значения - изменения в емкости системы (из-за изменений конфигурации системы, например) требуют изменений реактивного сопротивления катушки.
На практике трудно достичь идеального соответствия реактивности катушки к емкости системы, так что будет протекать небольшой ток замыкания на землю.
Системы заземления Petersen Coil обычно встречаются в областях, где система состоит в основном из сельских воздушных линий и особенно полезна в местах, подверженных высокой частоте кратковременных отказов.
Рисунок 3 - Ошибка заземления в системе заземления Petersen Coil
Чтобы понять, как правильно применять защиту от замыканий на землю для таких систем, необходимо сначала понять поведение системы в условиях замыкания на землю. На рисунке 3 показана простая сеть, заземленная через катушку Петерсена. Уравнения ясно показывают, что если реактор правильно настроен, ток замыкания на землю не будет протекать.
На рисунке 4 показана система радиального распределения, заземленная с использованием катушки Петерсена. Один фидер имеет фазовое замыкание на фазе C.
Рисунок 4 - Распределение токов при C-фазе-замыкании на землю - радиальная распределительная система
На рис. 5 показаны полученные диаграммы фазора, предполагая, что сопротивление отсутствует.
На рис. 5 (а) видно, что ошибка приводит к тому, что здоровые фазные напряжения повышаются в √3, а зарядные токи приводят напряжения на 90 °.
Рисунок 5 - С-фаза замыкания на землю в сети заземления Petersen Coil: теоретический случай - сопротивление отсутствует в X L или X C
Используя CBCT, токи дисбаланса, наблюдаемые на здоровых питателях, можно рассматривать как простое векторное дополнение I a1 и I b1, и это лежит ровно на 90 °, отставая от остаточного напряжения (рис. 5 (b)). Величина остаточного тока I R1 равна три раза установившемуся зарядному току на фазу.
На поврежденном питателе остаточный ток равен I L - I H1 - I H2, как показано на рисунке 5 (c) и более четко по сети нулевой последовательности, показанной на рисунке 6.
Рисунок 6 - Сеть нулевой последовательности, показывающая остаточные токи
Однако в практических случаях сопротивление присутствует, а на рис. 7 показаны полученные диаграммы фазора.
Если в качестве поляризующего напряжения используется остаточное напряжение V res, то остаточный ток сдвигается на фазу на угол менее 90 ° на поврежденном питателе и более 90 ° на здоровых питателях.
Следовательно, может использоваться направленное реле, а с характеристическим углом ретрансляции (RCA) 0 °, остаточный ток здорового фидера будет падать в области «сдерживания» релейной характеристики, в то время как остаточный ток неисправного фидера падает в режиме «работать», площадь.
Рисунок 7 - С-фаза замыкания на землю в сети заземления Petersen Coil: практичный корпус с сопротивлением, присутствующим в XL или XC
Зачастую сопротивление преднамеренно вставляется параллельно с катушкой Петерсена, чтобы обеспечить измеримый ток замыкания на землю и увеличить угловую разницу между остаточными сигналами, чтобы помочь применению реле.
Установив, что может использоваться направленное реле, существуют две возможности для типа защищаемого элемента, который может быть применен:
- Чувствительная ошибка заземления и
- Нулевая последовательность wattmetric
1. Чувствительная защита от замыканий на землю
Для применения этой формы защиты реле должно отвечать двум требованиям:
- Текущая настройка измерения, которая может быть установлена на очень низкие значения
- Релейный характеристический угол (RCA) 0 ° и способный точно регулировать это значение
Чувствительный элемент тока требуется из-за очень низкого тока, который может протекать, поэтому могут потребоваться настройки менее 0, 5% от номинального тока. Однако, поскольку компенсация с помощью катушки Petersen может быть не идеальной, низкие уровни установившегося тока замыкания на землю будут протекать и увеличивать остаточный ток, наблюдаемый реле.
Часто используемым значением настройки является ток зарядки каждой фазы защищаемой цепи. Для настройки сопротивления катушки и фидера требуется также точная настройка реляционного характеристического угла (RCA), требуемого для настройки 0 °, и характеристик используемого КТ.
На практике эти корректировки лучше всего проводить на месте путем преднамеренного применения неисправностей и регистрации результирующих токов.
2. Чувствительная защита от ваттметрии
Как видно на рисунке 7 выше, существует небольшая угловая разница между током разлива на здоровых и поврежденных фидерах. На рисунке 8 показано, как эта угловая разница приводит к активным компонентам тока, которые находятся в противофазе друг к другу.
Рисунок 8 - Резистивные компоненты тока разлива
Следовательно, активные компоненты мощности нулевой последовательности также будут находиться в аналогичных плоскостях, и реле, способное обнаруживать активную мощность, может принять дискриминационное решение. Если ваттметрическая составляющая мощности нулевой последовательности обнаружена в прямом направлении, это указывает на ошибку на этом фидере, а мощность в обратном направлении указывает на неисправность в другом месте в системе.
Этот метод защиты более популярен, чем чувствительный метод замыкания на землю, и может обеспечить большую защиту от ложной работы из-за ложного выхода CBCT в условиях отсутствия заземления.
Ваттметрическая мощность рассчитывается на практике с использованием остаточных количеств вместо нулевой последовательности. Таким образом, результирующие значения в девять раз превышают значения нулевой последовательности, так как остаточные значения тока и напряжения кажды три раза соответствуют значениям нулевой последовательности.
Используемое уравнение:
V res × I res × cos (φ - φ c)
= 9 × V 0 × I 0 × cos (φ - φ c)
где:
- V res = остаточное напряжение
- I res = остаточный ток
- V 0 = напряжение нулевой последовательности
- I 0 = ток нулевой последовательности
- φ = угол между Vres и Ires
- С = реле установка характерного углом
Настройки тока и релейного угла (RCA) аналогичны настройкам чувствительного реле замыкания на землю.
Ссылка // Руководство по защите сети и автоматизации от Alstom Grid