Выбор трансформатора тока нулевой последовательности 10 кв

Трансформаторы нулевой последовательности, а так же трансформатор ТЗРЛ для защиты с классом точности 10Р, и трансформатор ТЗРЛ для микропроцессорной защиты с коэффициентом трансформации 470/1.

2010 ©"Свердловский завод трансформаторов тока"

Телефоны: +7 (343) 234-31-02, 234-31-03, 379-38-19

Копирование информации с сайта только с письменного разрешения администрации

Замыкания на землю – самый частый вид повреждений в сетях 6-35 кВв. Для защиты от замыканий на землю широко применяют токовые защиты нулевой последовательности, которые подключаются к трансформаторам тока нулевой последовательности.
Вячеслав Аалександрович Горюнов и Аанатолий Ииванович Щеглов, представившие свой материал на новосибирской конференции по заземляющим устройствам, считают, что зачастую к отказам и излишним срабатываниям этих видов защит приводит несоблюдение правил монтажа трансформаторов тока и вторичных цепей.

Анатолий Щеглов, к.т.н., доцент
Вячеслав Горюнов, м.н.с Новосибирский ГТУ

За время внедрения защит от замыканий на землю (ЗНЗ) в кабельных сетях 6(10) кВ накопилась довольно обширная статистика по наиболее частым ошибкам, возникающим при монтаже трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП), которые приводят к сбоям в работе токовых защит нулевой последовательности.
Рассмотрим специфику данного вопроса на примере электрической сети с резистивно-заземленной нейтралью 6(10) кВ. На рис. 1 представлено распределение составляющих тока однофазного замыкания по сети 6(10) кВ. Векторная диаграмма токов представлена на рис. 2.
Ток замыкания на землю обусловлен емкостями «фаза-земля» неповрежденных (здоровых) фаз всех элементов сети (в основном это кабельные и воздушные линии электропередачи) и резистором, включенным в нейтраль трансформатора (в схеме он обозначен как нейтралеобразующий). Эти токи по обмоткам трансформаторов сети перетекают на поврежденную фазу и в месте ЗНЗ стекают в землю (см. рис. 1).
Из рассмотрения токораспределения, показанного на рис. 1, следует, что в защиту поврежденного присоединения (то есть ТТНП) попадает емкостный ток нулевой последовательности, обусловленный емкостью всей питающей сети (кроме поврежденного элемента), а также ток резистора.
Ток, обусловленный емкостью поврежденного элемента, частично вообще не попадает в ТТНП, частично протекает через окно ТТНП дважды в разных направлениях (по поврежденной и по неповрежденным фазам). Таким образом, он не трансформируется во вторичную обмотку.
В защиту неповрежденного присоединения, наоборот, попадает только ток нулевой последовательности, обусловленный собственной емкостью фаз относительно земли. На рис. 1 это можно проследить по направлениям токов, обтекающих ТТНП присоединения, связывающего шины данной подстанции с питающей сетью.

СЕЛЕКТИВНОСТЬ ЗАЩИТ

На сравнении токов в защите при внутреннем и внешнем замыкании и основана селективность защит от ЗНЗ. В токовых защитах нулевой последовательности сравниваются токи по абсолютным значениям. Селективность обеспечивается, если емкостный ток защищаемого присоединения 3i_{0Сприсоед} значительно меньше тока внешней сети 3i_0Свнеш и тока резистора R: |3i_{0Сприсоед}| O (см. рис. 2). При наличии резистора фазы токов могут отличаться менее чем на 180 O , и это должно быть учтено при подборе фазовой характеристики защиты.

Металлическая броня силовых кабелей подлежит заземлению по обоим концам линии и, как следствие, является каналом протекания токов нулевой последовательности.
При неправильном выполнении заземления брони нарушаются рассмотренные выше принципы действия защит. Это иллюстрируется рис. 3 и 4.
На рисунках показано неверное заземление брони кабеля при монтаже ТТНП1. Кабель с металлической оболочкой проходит через окно ТТНП1 и подключен к металлической воронке концевой муфты, которая заземлена.
Рис. 3 иллюстрирует возможность неселективного действия защит
при внешнем замыкании (не на рассматриваемом кабеле). Ток 3i_0С частично (I ‘ _{C S внеш}) замыкается по броне кабеля и, проходя через окно ТТНП1, трансформируется во вторичную обмотку. Это может вызвать неселективное действие защиты.

ЗАЩИТНЫЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Для исключения подобных ситуаций при монтаже ТТНП необходимо придерживаться определенных правил заземления брони кабеля. При наличии у концевой муфты металлической воронки, соединенной с бронёй кабеля, необходимо воронку и броню изолировать от заземленных частей на участке от ТТНП до воронки, а заземляющий проводник присоединить к воронке и пропустить через отверстие магнитопровода ТТНП в обратном направлении [1], как показано на рис. 5а.
Современные концевые муфты выполняются из изоляционного материала, и если кабель с металлической бронёй не проходит через ТТНП, то заземляющий проводник не следует пропускать через окно ТТНП (рис. 5б). В соответствии с Правилами устройства электроустановок [2] присоединение металлических оболочек и брони кабеля к заземляющему устройству должно осуществляться медным проводником сечением не менее 6 мм 2 . Согласно [2], для электроустановок с изолированной нейтралью сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним наибольшего тока двухфазного КЗ температура заземляющих проводников не превысила 400 O С (кратковременный нагрев, соответствующий полному времени действия защиты и отключения выключателя). При двойных замыканиях на землю токи немногим меньше токов двухфазных КЗ, но они растекаются по земле от одной поврежденной точки до другой, при этом большая часть токов проходит по оболочкам кабелей и может вызвать перегрев и, как следствие, обрыв заземляющего проводника оболочки кабеля при неправильном выборе сечения проводника.
В цепях вторичных обмоток трансформаторов тока (ТТ) предусматривается защитное заземление для обеспечения безопасности персонала в случае повреждения ТТ при перекрытии изоляции между первичной и вторичной обмотками. Согласно [2], вторичные цепи должны заземляться в одной точке на ближайшей от ТТ сборке зажимов либо на зажимах ТТ. Для защит, объединяющих несколько ТТ, заземление цепей производится также в одной точке [3] (рис. 6), так как в этом случае ток не будет протекать по заземляющему устройству и, наоборот, токи, протекающие в ЗУ, не будут наводить помехи в сигнальном проводе.

ВЫВОД

Необходимо тщательно контролировать монтаж вторичных цепей релейной защиты, а также уделять особое внимание заземлению оболочки кабеля при использовании ТТНП.
При замене кабеля либо при подключении второго кабеля к существующему присоединению после завершения монтажа первичных цепей следует вновь проверять правильность монтажа вторичных цепей и цепей заземления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов / 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 639 с.; ил.
2. Правила устройства электроустановок. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2006. – 854 с.; ил.
3. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. / В.И. Корогодский, С.Л. Кужеков, Л.Б. Паперно. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 248 с.; ил.

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Технический портал компании

Категории

История вопроса. Обозначение проблемы

В электрических системах, в особенности в сетях и установках с малым током замыкания на землю, возможные токи нулевой последовательности часто весьма невелики по сравнению с токами нормальной нагрузки. Тем более они не велики по сравнению с токами короткого замыкания между фаз.

Еще меньше должны быть расчетные токи нулевой последовательности при срабатывании различных устройств релейной защиты от замыкания на землю, защитного отключения и автоматики с учетом задаваемых коэффициентов чувствительности и запаса.

Токи нормальных нагрузок и междуфазных коротких замыканий могут создавать значительные токи небаланса в трансформаторах нулевой последовательности. Необходимость ограничения этих небалансов, являющихся для трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) основным видом помех, представляет основную трудность, которую приходится преодолевать при разработке и применении рассматриваемых устройств. Следует также иметь ввиду, что при небольших токах нулевой последовательности от ТТНП с приемлемыми конструктивными размерами может быть получена небольшая мощность, порядка долей В·А.

Получение заданной мощности тем труднее, чем больше номинальный рабочий ток контролируемой цепи. Это обусловлено необходимостью увеличения сечения первичных токопроводов и кабелей по условиям нагрева и соответственно – увеличения размеров окна магнитопроводов трансформаторов тока. А с увеличением окна при заданной мощности масса преобразователя резко возрастает.

Таким образом, появились определенные требования к трансформаторам тока нулевой последовательности, выполнение которых позволило бы производить точную отстройку защиты, учитывая большинство существенных паразитных явлений. Можно перечислить основные из них:

• коэффициент трансформации и чувствительность ТТНП должны позволять измерять токи различных диапазонов, включая малые токи от 100 мА
• максимальный ток небаланса ТТНП должен быть минимален и заранее известен
• мощность ТТНП должна быть регламентирована и заранее известна (влияние нагрузки погрешности при заданном коэффициенте трансформации)

Существующие предложения на рынке

В настоящее время наиболее распространены два варианта конструктивного исполнения трансформаторов тока нулевой последовательности:

• с тороидальным магнитопроводом разъемной и неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66 и ТЗЛКР-НТЗ-0,66
• с магнитопроводом прямоугольной формы неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66-100х490

Подобные ТТНП выпускают как все отечественные, так и зарубежные производители трансформаторов тока.

Наибольшее распространение получили кабельные ТТНП с коэффициентом трансформации равным 25/1 и 30/1. Малый коэффициент трансформации, в свое время, был принят для обеспечения условия передачи во вторичную цепь максимально возможной мощности, достаточной для срабатывания электромагнитного реле, типа РТ-40, РТ-140 и РТЗ-51.

Однако при таком малом коэффициенте трансформации токовая и угловая погрешности ТТНП, даже при весьма малом сопротивлении вторичной цепи, достигают больших значений, 10, 15 и даже 20% по токовой погрешности и до 30 электрических градусов по угловой.

В настоящее время выпускаются, в том числе и российскими производителями, ТТНП с большим витковым коэффициентом трансформации (например 100/1 или 470/1). Но стоит отметить, что и такие трансформаторы тока нулевой последовательности не сопровождаются данными о гарантированных токовых и угловых погрешностях в зависимости от сопротивления во вторичной цепи.

Также у существующих трансформаторов тока нулевой последовательности максимальный ток небаланса или никак не регламентируется, или имеет значения, не позволяющие делать точную отстройку защиты.

Возможное решение проблемы. Предложение на рынок

ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» совместно с ООО НПП «ЭКРА» разработали трансформатор тока нулевой последовательности, удовлетворяющий необходимым требованиям современной электроэнергетики в схемах защит от однофазных замыканий на землю.

Расшифровка условного обозначения трансформаторов, предназначенных для работы с микропроцессорными терминалами релейной защиты

Пример записи обозначения трансформатора тока нулевой последовательности, разъемного, предназначенного для работы совместно с микропроцессорным терминалом релейной защиты, с литой изоляцией, устанавливающегося на кабель, изготовленного по ТУ 3414-006-30425794-2012, на номинальное напряжение 660 В, с диаметром окна для кабеля 100 мм, с максимальной величиной токовой погрешности не более 5 % и угловой погрешности не более 20 электрических градусов, при сопротивлении вторичной нагрузки ТТНП не более 1 Ом, изготовленного с коэффициентом трансформации 100/1, в климатическом исполнении «У» и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 при его заказе и записи в документации другого изделия:

Трансформатор тока нулевой последовательности
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100-5-1-100/1 У2 МЗ
ТУ 3414-006-30425794-2012

Основные характеристики ТТНП, предназначенных для работы в схемах микропроцессорной защиты от однофазных замыканий на землю

Форма окна для ввода кабеля

Круглое

По методу монтажа на кабель

Неразъемные

Разъемные

0,66 0,72 70, 100, 125, 205 50 или 60 1* 1 100 Номинальный вторичный ток, А Предельное значение сопротивление нагрузки во вторичной цепи трансформатора, Ом Максимальная токовая и угловая погрешности трансформатора при сопротивлении вторичной нагрузки до 3 Ом в диапазоне первичного тока от 0,5 до 120% Не более 6% и
20 эл.грд 140 см. таблицы ниже

1 * Для экспортных поставок
2 * Возможно изготовление трансформаторов с отличающимся номинальным первичным током
3 * Допускается распространять для трехсекундного тока термической стойкости.

Преимущества разработанного ТТНП

Гарантированная максимально возможная величина тока небаланса, измеренная на заводе-изготовителе, вносится в паспорт на трансформатор.

Малая величина тока небаланса имеет первостепенное значение при малом ёмкостном токе замыкания на землю в сети, так как выбор уставки срабатывания защиты от ОЗЗ производится с учетом отстройки по току небаланса во вторичных цепях. У обычных ТТНП (даже с неразъемной конструкцией) ток небаланса достигает 0,6 А при 100% рабочего тока, что существенно затрудняет отстройку уставки срабатывания защиты от ОЗЗ.

Максимальный ток небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ, измеренный при 100% рабочего тока представлен в таблицах ниже.

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

ТТНП обладает гарантированной величиной токовой и угловой погрешности при вторичной нагрузке до 3 Ом. Примеры результатов измерений токовых и угловых погрешностей ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ отображены на диаграммах ниже.

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

ТТНП обладает высоким качеством изготовления продукции. Трансформаторы сохранили все массогабаритные параметры ТТНП, предназначенных для работы с электромеханическими реле, обладая при этом более широким спектром электрических и метрологических характеристик.

Массогабаритные характеристики ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ

“>