Защиты от замыкания на землю, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности установившегося режима.

Устройство общей неселективной сигнализации от замыкания на землю. Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью не является аварией. Потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают нормально работать. Это дает возможность выполнять защиту от замыкания на землю, действующей на сигнал. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неселективной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения. Схема устройства состоит из трех минимальных реле напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли (рис. 13.3, а), или из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности (рис. 13.3, б). Устройство сигнализации обычно подключается к трансформаторам напряжения, установленным на шинах.

Токовая защита нулевой последовательности. Длительная работа сети при замыкании одной фазы на землю недопустима из-за возможности нарушения междуфазной изоляции в месте повреждения и перехода однофазного замыкания в многофазное. Возможны также случаи

Рис. 13.3. Схемы устройства неселективной сигнализации при замыканиях на землю

двойных замыканий на землю вследствие повышения в  раз напряжений неповрежденных фаз относительно земли. Поэтому в протяженных сетях сложной конфигурации, когда определение поврежденного участка затруднено, наряду с общим устройством неселективной сигнализации необходимо предусматривать селективную защиту на каждом присоединении. Обычно это токовая защита.

Вероятность повреждения междуфазной изоляции определяется не только продолжительностью прохождения тока через место замыкания на землю, но и значением тока. Поэтому для предотвращения перехода однофазных замыканий в многофазные максимальный ток замыкания на землю в сетях напряжением 3—20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры, и во всех сетях 35 кВ должен быть не более I _{з max} ⁽¹⁾ <10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор при напряжении 3—6кВ,—не более I _{з max} <30 А, при напряжении 10 кВ—не более I _{з max} <20 А и при напряжении 15—20 кВ—не более I _{з max} <15 А [3]. В протяженных и разветвленных сетях токи замыкания на землю могут быть больше указанных значений. В таких случаях для их компенсации применяются дугогасящие реакторы.

Таким образом, допустимые токи замыкания на землю обычно меньше рабочих токов защищаемого элемента, поэтому токовая защита от замыкания на землю, например линии Л1 (см. рис. 23.2, г), выполняется с включением реле на фильтр тока нулевой последовательности. Она приходит в действие благодаря прохождению по поврежденному участку тока нулевой последовательности 3 I _{0 зк} ⁽¹⁾ , обусловленного емкостью всей электрически связанной сети С_{0 эк} без учета емкости C ₀₁ поврежденной линии [см. (13.5)]. Защита не должна срабатывать при повреждениях на других присоединениях сети, когда по защищаемой линии проходит ток 3 I _0л ⁽¹⁾ (3 I ₀₁ ⁽¹⁾). обусловленный емкостью линии. При этом для обеспечения недействия защиты ее ток срабатывания выбирают по усовию

I _с.з = k _отс 3 I _0л ⁽¹⁾                                 (13.6)

Коэффициент отстройки определяется броском емкостного тока в момент замыкания. На основании опытных данных для защит без выдержки времени k_OTC =4...5; для защит с выдержкой времени с учетом перемежающегося характера замыкания коэффициент k _отс =2,0...2,5. Без выдержки времени выполняются защиты, действующие на сигнал, защиты линий торфоразработок и других сетей, находящихся в подобных условиях, где при замыкании на землю линии для безопасности должны отключаться без замедления. В таких сетях токи однофазного замыкания на землю обычно не превышают I _з ⁽¹⁾ <1,0...1,5 А. При этом напряжение прикосновения ограничивается на допустимом уровне (не более 40 В) и однофазные замыкания на землю не представляют опасности для обслуживающего персонала.

Однако при возникновении второго замыкания на землю на другой фазе (двойного замыкания на землю) токи значительно возрастают, а напряжения прикосновения достигают недопустимых значений и могут явиться причиной несчастных случаев. Для уменьшения вероятности возникновения опасных двойных замыканий защита от замыканий на землю в рассматриваемых сетях выполняется с действием на отключение без выдержки времени. Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом k _ч =3 I ⁽¹⁾ _0эк / I _с.з . Ток I ⁽¹⁾ _0эк определяется по режиму с минимально возможным числом включенных линий. Чувствительность защиты считается достаточной, если для воздушных линий k _ч ≥1,5, а для кабельных k _ч ≥1,25.

Рис. 13.4. Защита от замыканий на землю с кабельным ТНП

Для выполнения защиты в качестве фильтра тока нулевой последовательности обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) TAZ (рис. 23.4). При замыкании в сети на землю токи повреждения могут замыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповрежденного, что может вызвать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через отверстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.

Чувствительность защиты характеризуется минимальным первичным током замыкания на землю. При использовании электромагнитного реле с трансформаторами тока нулевой последовательности можно выполнить защиту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на землю I _з ⁽¹⁾ =5 А, поэтому эту защиту нельзя применять, например, на линиях торфоразработок.