Способ повышения эффективности функционирования адмитансной защиты от замыканий на землю в кабельных сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью
Обеспечение динамической устойчивости функционирования токовых защит в переходных режимах при дуговых прерывистых замыканиях на землю. Принцип выполнения адмитансной защиты, основанный на использовании составляющих основной частоты тока и напряжения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.12.2018 |
| Размер файла | 597,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Для обеспечения селективности несрабатываний при внешних замыканиях на землю предлагаемой максимальной защиты, реагирующей на отношение 3i0/u?0 = C0, уставка срабатывания должна выбираться из условия отстройки от собственной емкости фаз на землю защищаемого присоединения
С0 уст ? Котс 3С0 собс. (16)
При выборе уставки по (16) условие применимости предлагаемой защиты определяется выражением (9), в котором следует принять Кпер = 1. При обычно принимаемых Котс = 1,3, Кч.мин = 1,25 (для защиты от ОЗЗ с действием на сигнал) и Кпер = 1 из (9) получим, что для предлагаемой защиты условия селективности и чувствительности выполняются, если относительное значение собственной емкости фаз на землю (относительный собственный емкостный ток) защищаемого присоединения не превышает величины
что значительно больше, чем для рассмотренных выше ТЗНП и максимальной адмитансной защиты.
Доля присоединений на центрах питания распределительных кабельных сетей 6-10 кВ, для которых IC собс* ? 0,38, более 90 % от общего числа присоединений, подключенных к шинам защищаемого объекта, а на других объектах - распределительных и трансформаторных подстанциях (РП и ТП) - практически равна 100 % [4].
В кабельных сетях, работающих с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, при внешних ОЗЗ ток 3i0 в защищаемом присоединении, как и в сети с изолированной нейтралью, определяется соотношением (10). Соответственно, замер защиты при внешних ОЗЗ для мгновенных значений тока и напряжения нулевой последовательности, как и в сети с изолированной нейтралью, определяется соотношением (12), для среднеквадратичных - соотношением (14).
При внутренних ОЗЗ с учетом тока iR заземляющего резистора, протекающего только через место повреждения и в поврежденном присоединении, ток 3i0 рассчитывается как
(17)
где RN - сопротивление резистора, включенного в нейтраль сети.
Из (17) для среднеквадратичных значений электрических величин 3I0 и U?0 можно получить следующее соотношение:
(18)
Согласно (18), активная составляющая iR тока 3i0 защищаемого присоединения, обусловленная заземляющим резистором RN, при внутренних ОЗЗ увеличивает замер защиты, т.е. ее чувствительность. Однако влияние активной составляющей тока ОЗЗ на замер защиты в установившемся и переходных режимах ОЗЗ будет различным. Как известно [15], при высокоомном заземлении нейтрали оптимальным считается сопротивление резистора RN = 1/3С0. При указанном сопротивлении заземляющего резистора RN в установившемся режиме ОЗЗ реактивная (емкостная) составляющая тока замыкания равна активной, т.е. IR = IC, а полный ток ОЗЗ равен . При этом ток 3I0 пов и, соответственно, значение воздействующей величины С0пов на зажимах защиты увеличиваются в раз. В переходных режимах при дуговых ОЗЗ в токе 3i0 пов активная составляющая тока ОЗЗ и, соответственно, тока 3i0 пов значительно меньше емкостной и не оказывает существенного влияния на замер защиты, который в этих режимах определяется выражением (15).
Таким образом, заземление нейтрали сети через высокоомный резистор не влияет на условия селективности предлагаемой защиты, по сравнению с изолированной нейтралью, увеличивает замер и, соответственно, чувствительность предлагаемой защиты в установившемся режиме ОЗЗ и обеспечивает такую же чувствительность в переходных режимах ОЗЗ, как и в сети с изолированной нейтралью.
Анализ функционирования максимальной защиты на основе контроля емкости нулевой последовательности при УОЗЗ и ДПОЗЗ. Структурно-функциональная схема защиты, основанной на контроле величины емкости нулевой последовательности защищаемого присоединения, показана на рис. 3.
Рис. 3. Структурно-функциональная схема защиты на основе контроля емкости нулевой последовательности
Схема защиты (рис. 3) включает следующие основные функциональные узлы и элементы: ZF1, ZF2 - полосовые фильтры, выделяющие из тока 3i0 и напряжения u0 сумму составляющей основной частоты 50 Гц и высших гармонических составляющих в диапазоне до 1,5-2 кГц; D/DT - дифференциатор; MUL - блок деления; RMS1, RMS2 - блоки вычисления среднеквадратичного значения; CMP - блок сравнения значений двух величин; Т - элемент временной задержки на срабатывание.
Уставка С0 уст выбирается из условия отстройки от собственной емкости фаз на землю защищаемого присоединения по выражению (16). Если значение выходной величины блока деления MUL С0(t) = 3I0(t) /U?0(t) больше заданной уставки срабатывания, на выходе блока сравнения CMP появляется логический сигнал 1, означающий срабатывание защиты.
При внешних ОЗЗ замер защиты - сигнал на выходе блока CMP - в соответствии с (14), как в установившемся режиме ОЗЗ, так и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3С0 собс, что меньше уставки срабатывания, сигнал на выходе блока CMP равен 0, т.е. защита не срабатывает.
При внутренних ОЗЗ в сети, работающей с изолированной нейтралью, замер защиты - сигнал на выходе блока CMP - в соответствии с (15), и в установившемся режиме ОЗЗ, и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3(С0 - С0 собс). Если замер защиты превышает заданную уставку срабатывания, на выходе блока CMP и элемента временной задержки на срабатывание Т появляется логический сигнал 1, являющийся сигналом срабатывания защиты.
Эффективность функционирования разработанного способа защиты на основе контроля емкости нулевой последовательности исследовалась на имитационных моделях кабельных сетей 6-10 кВ в системе Matlab. На рис. 4, 5 в качестве примера приведены расчетные осциллограммы, иллюстрирующие алгоритм функционирования защиты при различных разновидностях внутренних и внешних ОЗЗ (ДПОЗЗ и УОЗЗ) в кабельной сети 6 кВ с изолированной нейтралью.
Рис. 4. Работа защиты на основе контроля емкости нулевой последовательности при внутреннем ОЗЗ в кабельной сети 6 кВ с изолированной нейтралью: а - ток 3i0(t); б - напряжение 3u0(t); в - текущее значение тока 3I0(t); г - текущее значение производной U?0(t); д - текущее значение C0(t) (сплошная линия) и уставка C0 уст по (16) (пунктирная линия); е - сигнал на выходе защиты (при задержке на срабатывание Тср = 0)
Рис. 5. Работа защиты на основе контроля емкости нулевой последовательности при внешнем ОЗЗ в кабельной сети 6 кВ с изолированной нейтралью, а-е - то же, что и на рис. 4
Результаты исследования. Анализ результатов вычислительных экспериментов, выполненных на имитационных моделях кабельных сетей 6-10 кВ с изолированной нейтралью, показал (например, осциллограммы на рис. 4, 5), что воздействующая величина защиты - емкость нулевой последовательности защищаемого присоединения - как в переходных, так и в установившемся режимах ОЗЗ остается неизменной, чем обеспечивается высокая устойчивость функционирования как при ДПОЗЗ, так и при УОЗЗ.
В сетях, работающих с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, в переходных режимах при внутренних дуговых прерывистых ОЗЗ активная составляющая тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении значительно меньше емкостной и не оказывает существенного влияния на замер защиты, который в этих режимах, как и в сети с изолированной нейтралью, определяется выражением (15). В режиме УОЗЗ за счет активного тока, создаваемого заземляющим резистором RN, замер увеличивается в раз, что повышает чувствительность защиты.
Выводы
«Классическая» максимальная адмитансная защита, основанная на контроле проводимости нулевой последовательности защищаемого присоединения, не позволяет обеспечить высокую динамическую устойчивость функционирования при дуговых ОЗЗ, что значительно уменьшает ее чувствительность при внутренних замыканиях и сужает область ее возможного применения.
Предложенный способ выполнения адмитансной защиты от ОЗЗ кабельных сетей с изолированной нейтралью и с высокоомным заземлением нейтрали, основанный на контроле емкости нулевой последовательности, позволяет обеспечить повышение селективности и чувствительности защиты и расширение области ее возможного применения, ограничиваемой величиной собственного емкостного тока защищаемого присоединения.
Список литературы
1. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - СПб.: ПЭИПК, 2003. - 350 с.
2. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2001. - 104 с.
3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.
4. Multiparameter Current Protections Against Ground Faults in 6-10 kV Cable Networks / V.A. Shuin, A.N. Golubev, O.A. Dobryagina, T.Yu. Shadrikova // Power Technology and Engineering. - January 2018. - Vol. 51, no. 5. - P. 602-610.
5. Ольшовец П. Адмитансные защиты - эффективное средство охраны сетей СН от замыканий на землю // Релейная защита и автоматизация. - Чебоксары: РИЦ «Содействие развитию релейной защиты, автоматики и управлению в электроэнергетике», 2017. - № 3(28). - С. 56-59.
6. Пат. 2491563 Российская Федерация, G01R31/08. Способ и устройство для определения замыкания на землю / Валроос Ари (FI), Алтонен Янне (FI); опубл. 27.08.2013.
7. Wahlroos A., Altonen J. Multifrequency admittance protection // Wiadomoњci Elektrotechniczne. - 2016. -12.
8. Lorenc J., et. Al. Admittance criteria for earth fault detection in substation automation systems in Polish distribution power networks. CIRED. - Birmingham, 1997.
9. Petersen W. Der aussetzende (intermittierende) Erdschluss // ETZ. - 1917. - H. 47, 48.
10. Peters J.F., Slepian J. Voltage Induced by Arсign Grounds // Tr. AIEE. - 1928, Apr. - P. 478.
11. Нудельман Г.С., Шамис М.А. Быстродействующее реле тока для защиты от замыканий на землю // Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты низкого напряжения. - 1981. - Вып. 1 (92). - С. 13.
12. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ / В.М. Кискачи, С.Е. Сурцева, Н.М. Горшенина и др. // Электрические станции. - 1972. - № 4. - С. 69-72.
13. Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. - 1967. - № 9. - С. 24-30.
14. Шуин В.А. Начальные фазовые соотношения электрических величин переходного процесса при замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электричество. - 1991. - № 10. - С. 58-61.
15. Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков В.С. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, В.С. Поляков и др.; под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 272 с.
Шуин Владимир Александрович,
ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»,
доктор технических наук, профессор кафедры автоматического управления электроэнергетическими системами,
телефон (4932) 26-99-06,
e-mail: shuin@rza.ispu.ru
Shuin Vladimir Aleksandrovich,
Ivanovo State Power Engineering University,
Doctor of Engineering Sciences (Post-doctoral degree), Professor of the Department of Electric Power Systems Automatic Control,
tel. (4932) 26-99-06,
e-mail: shuin@rza.ispu.ru
Воробьева Екатерина Андреевна,
ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»,
аспирант кафедры автоматического управления электроэнергетическими системами,
телефон (4932) 26-99-06,
e-mail: rza@rza.ispu.ru
Vorobyova Ekaterina Andreyevna,
Ivanovo State Power Engineering University,
Post-graduate Student of the Department of Electric Power Systems Automatic Control,
tel. (4932) 26-99-06,
e-mail: rza@rza.ispu.ru
Добрягина Ольга Александровна,
ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»,
кандидат технических наук, доцент кафедры автоматического управления электроэнергетическими системами,
телефон (4932) 26-99-06,
e-mail: dobryagina@eef.ispu.ru
Dobryagina Olga Aleksandrovna,
Ivanovo State Power Engineering University,
Candidate of Engineering Sciences (PhD), Associate Professor of the Department of Electric Power Systems Automatic Control,
tel. (4932) 26-99-06,
e-mail: sarbeeva_olga@mail.ru
Шадрикова Татьяна Юрьевна,
ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»,
кандидат технических наук, доцент кафедры автоматического управления электроэнергетическими системами,
телефон (4932) 26-99-06,
e-mail: stu@rza.ispu.ru
Shadrikova Tatyana Yuryevna,
Ivanovo State Power Engineering University,
Candidate of Engineering Sciences (PhD), Associate Professor of the Department of Electric Power Systems Automatic Control,
tel. (4932) 26-99-06,
e-mail: stu@rza.ispu.ru
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет параметров срабатывания дистанционных защит от коротких замыканий. Составление схемы замещения. Расчет уставок токовых отсечек. Выбор трансформаторов тока и проверка чувствительности защит. Проверка остаточного напряжения на шинах подстанций.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 04.05.2015Принцип действия защиты линии в сети с изолированной нейтралью от замыкания на землю, устройства защиты, принципиальная схема защиты и внешних связей. Сегодняшние тенденции в развитии и использовании релейной защиты. Промышленные образцы защиты.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 23.08.2012Технологические режимы работы нефтеперекачивающих станций. Расчет электрических нагрузок и токов короткого замыкания. Выбор силового трансформатора и высоковольтного оборудования. Защита от многофазных замыканий. Выбор источника оперативного тока.
курсовая работа [283,6 K], добавлен 31.03.2016Механизм и направления растекания тока в земле через полусферический заземлитель. Анализ условий опасности в трехфазных сетях. Порядок и этапы определения эффективности способов ограничения перенапряжений в сетях 6–10 кВ при замыканиях фазы на землю.
контрольная работа [576,3 K], добавлен 20.03.2011Расчет тока короткого замыкания. Защита трансформатора электродуговой печи, кабельных линий от замыканий на землю, высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей от перегрузки, низковольтных двигателей. Устройство автоматического повторного включения.
курсовая работа [514,6 K], добавлен 25.02.2015Изучение сущности и особенностей релейной защиты. Классификация реле и конструкция вторичных реле. Особенности токовой защиты, применяемой для защиты от междуфазных коротких замыканий и от однофазных замыканий на землю. Проверка, ремонт и наладка реле.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 05.11.2010Автоматическая защита воздушных кабельных линий и систем электроснабжения от многофазных и однофазных замыканий, устройства сигнализации. Расчет токов КЗ, схема электроснабжения. Дифференциальная и газовая защита трансформатора, АД от замыканий на землю.
курсовая работа [6,6 M], добавлен 23.08.2012Практический расчёт двух видов замыканий в электроэнергетической системе: трёхфазного и двухфазного на землю. Определение базисной ступени напряжения, базисных величин, схемы замещения. Расчёт периодической составляющей сверхпереходного тока КЗ.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 03.07.2011Выбор видов и места установки релейных защит для элементов схемы, расчёт параметров защиты линий при коротких замыканиях, защит трансформатора, параметров дифференциальной защиты при перегрузках (продольной и с торможением). Газовая защита и её схема.
курсовая работа [365,1 K], добавлен 21.08.2012Проект токовых защит от междуфазных коротких замыканий линий с односторонним питанием. Общая характеристика участка защищаемой сети; расчет максимальных рабочих токов; дифференциальных токовых защит. Назначение и расчет понижающих трансформаторов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 18.12.2012Выбор типа и мест установки защит. Расчет защиты синхронного двигателя, кабельной линии и специальной защиты нулевой последовательности. Автоматическое включение резерва. Определение максимального напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока.
курсовая работа [587,0 K], добавлен 20.05.2014Выбор вида защиты и автоматики для систем электроснабжения, тока срабатывания защиты и срабатывания реле. Расчёт коэффициента чувствительности выбранных защит в основной и резервируемой зоне. Проверка трансформаторов тока для проектируемых защит.
курсовая работа [317,0 K], добавлен 22.03.2014Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора синхронных генераторов как одна из важнейших видов защиты. Принцип действия устройства РЗ, расчет его уставок. Особенности защиты. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных образцов РЗ.
курсовая работа [460,4 K], добавлен 21.08.2012Расчет токов коротких замыканий, продольной и поперечной дифференциальной защиты генератора. Защита от замыканий на землю в обмотке статора, дифференциальная защита трансформатора блока. Дополнительная резервная защита на стороне высокого напряжения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.11.2012Понятие и основные функции дистанционной защиты. Расчет дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой сопротивления срабатывания реле. Определение защиты от внешних коротких замыканий и от перегрузки трансформатора, междуфазных коротких замыканий.
контрольная работа [550,7 K], добавлен 27.02.2013Расчёт токов короткого замыкания в объеме, необходимом для выбора защит. Выбор коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения, необходимых для выполнения релейной защиты и автоматики. Разработка полных принципиальных схем релейной защиты.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 14.12.2017Выбор уставок по времени срабатывания токовых защит. Расчет токов короткого замыкания с учетом возможности регулирования напряжения силовых трансформаторов. Расчетная проверка трансформаторов тока на 10%-ю погрешность по кривым предельной кратности.
курсовая работа [884,8 K], добавлен 25.02.2014Расчет дифференциальной токовой защиты без торможения. Проверка по амплитудному значению напряжения на выходах обмотки трансформатора тока. Определение чувствительности промежуточного реле, реле времени и электромагнитов включения короткозамыкателя.
курсовая работа [209,8 K], добавлен 10.01.2015Расчет релейной защиты заданных объектов, используя реле указанной серии в соответствии с расчетной схемой электроснабжения. Расчета токовой защиты и токовой отсечки асинхронного двигателя. Расчеты кабельной линии от однофазных замыканий на землю.
курсовая работа [178,6 K], добавлен 16.09.2010Выбор и расчет устройства релейной защиты и автоматики. Расчёт токов короткого замыкания. Типы защит, схема защиты кабельной линии от замыканий. Защита силовых трансформаторов. Расчетная проверка трансформаторов тока. Оперативный ток в цепях автоматики.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 08.01.2012
