Принцип роботи струмового спрямованого захисту нульової послідовності в електричних мережах 110 кв
Спрямований захист нульової послідовності (ТНЗНП) застосовується при необхідності забезпечення захисту високовольтних ліній електропередач від однофазних коротких замикань - замикань на землю одного з фазних проводів в електромережі. Даний захист використовується в ролі резервного захисту ліній електропередач класу напруги 110 кВ. Нижче наведемо принцип роботи даного захисту, розглянемо яким чином і за допомогою яких пристроїв реалізується ТНЗНП в електричних мережах 110 кВ.
В електротехніці є поняття про симетричних і несиметричних системах фазних струмів або напруг. Симетрична система передбачає рівність фазних струмів (напруг) трифазної мережі. При цьому вектори фазних струмів можуть стояти відносно один до одного в прямої, зворотної, а також нульової послідовності (НП).
При прямій послідовності вектори фазних струмів йдуть в послідовності А, В, С, кожна з фаз відстає від іншої на 120 гр. Зворотній послідовність - чергування фаз А, С, В, кут зсуву фаз той же - 120 гр. При нульовій послідовності вектори трьох фаз збігаються за напрямком. Несиметрична система представляється як значення струму - геометрична сума векторів всіх складових прямої, зворотної і нульової послідовності.
У нормальному режимі роботи ділянки електромережі система струмів і напруг є симетричною, то ж саме стосується міжфазних коротких замикань. В даному випадку, як напруга, так і ток НП дорівнюють нулю. У разі виникнення однофазного замикання на землю система стає несиметричною - виникає струм і напруга НП.
В даному випадку струм (напруга) однієї з фаз нульової послідовності дорівнює третини суми векторів несиметричною системи, відповідно сума векторів несиметричною системи - це потрійний ток (напруга) НП.
Результати розрахунків коротких замикань в електричних мережах також показують, що струм однофазного замикання на землю в електричних мережах дорівнює потрійному значенню струму НП - 3I0, а напруга, що виникає між нульовим проводом трансформатора і точки короткого замикання - потрійного значенням напруги НП - 3U0.
Принцип роботи струмового захисту нульової послідовності полягає в контролі значення 3I0 на лінії електропередач і в разі досягнення його певної величини - реалізації автоматичного відключення вимикача лінії електропередач з певною витримкою часу.
На практиці струми небалансу 3I0 отримують на виході так званого фільтра струмів нульової послідовності. Даний фільтр отримують шляхом електричного з'єднання між собою початків і кінців обмоток трансформаторів струму кожної з фаз лінії.
У нормальному режимі роботи ділянки електричної мережі на виході фільтра струмів НП відсутня струм. У разі виникнення пошкодження - падіння одного з фазних проводів лінії електропередач на землю, виникає небаланс - з'являється деяке значення струму 3I0, значення якого фіксується на виході фільтра струмів НП.
ТНЗНП, як правило, багатоступенева захист. Кожна із ступенів захисту мають свою витримку часу спрацьовування. Для забезпечення селективності роботи захистів на суміжних підстанціях ділянки електричної мережі поділяють на ділянки (зони дії). Таким чином, захист забезпечує захист лінії електропередач, що живиться від підстанції, де встановлений даний комплект захистів, і виступає в ролі резервуючій захисту суміжних підстанцій.
Існує таке явище, як гойдання в системі. Якщо захист від міжфазних КЗ, наприклад, дистанційна захист. може помилково спрацьовувати при виникненні даного явища, то помилкове спрацьовування ТНЗНП виключено, так як дана захист реагує виключно на виникнення струмів нульової послідовності, виникнення яких нехарактерно для явища хитань в енергосистемі.
Вже згадана в статті захист, по суті, є захистом від замикань на землю, тому дана захист має альтернативну назву - земляна захист (ЗЗ).
Які пристрої виконують функцію спрямованої струмового захисту нульової послідовності в електричних мережах
Для забезпечення захисту ліній електропередач від всіх видів ушкоджень (як однофазних, так і міжфазних коротких замикань) струмовий захист нульової послідовності реалізується спільно з дистанційною захистом. Пристрої, що виконують функції даних захистів, можуть бути виконані, як на реле електромеханічного принципу роботи, так і на сучасних пристроях - мікропроцесорних терміналах захистів.
Серед електромеханічних захистів придбали найбільшу популярність комплекти типу ЕПЗ-1636, які мають кілька різних модифікацій. В сучасних умовах, при будівництві нових розподільчих підстанцій або технічному переоснащенні старих об'єктів, перевага віддається мікропроцесорним захисних пристроїв. Для реалізації резервних захистів ліній 110 кВ, в тому числі і ТНЗНП, часто використовуються мікропроцесорні термінали виробництва компанії ABB, наприклад, багатофункціональний пристрій REL650.