Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов - Специальная токовая защита трансформаторов нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю на стороне 0,4 кВ.

Сети 0,4 кВ работают с глухо заземленной нейтралью трансформаторов со схемой соединения обмоток Д/Y и Y/У (рис. 33, 35). На ЗТП-10/0,4 кВ трансформаторы мощностью более 400 кВ-А применяются со схемой соединения обмоток Д/У- Одно из важных преимуществ трансформаторов с такой схемой соединения обмоток заключается в том, что при однофазном к. з. на землю на стороне 0,4 кВ значение тока к. з. оказывается примерно в три раза выше, чем при таком же к. з. за таким же трансформатором, но со схемой соединения обмоток у /У

Рис. 35. Схемы специальной токовой защиты нулевой последовательности от однофазных к. з. на землю в сети 0,4 кВ
Это обеспечивает более высокую чувствительность и специальной токовой защиты нулевой последовательности 0,4 кВ (4 на рис. 33), и максимальной токовой защиты 10 кВ (3 на рис. 33) трансформаторов со схемой соединения обмоток Д/у, причем не только в основной зоне действия, но и в зонах дальнего резервирования.
Специальная токовая защита нулевой последовательности может выполняться двумя способами. По первому способу в нулевой провод (нейтраль) защищаемого трансформатора включается трансформатор тока 2ТТ (рис. 35,а), к вторичной обмотке которого подключается максимальное реле тока Т0 типа РТ-40 или РТ-80 (последнее менее желательно, так как при малых значениях токов удаленных к. з., близких к току срабатывания реле, защита работает медленно, что видно по времятоковой характеристике, например, на рис. 13,а). По второму варианту (рис. 35,6) максимальное реле тока этой защиты Т0 включается в нулевой провод схемы соединения трансформаторов тока ЗТТ (4ТТ) в полную звезду. При симметричной нагрузке защищаемого трансформатора геометрическая сумма токов фаз А, В к С равна нулю, поэтому и в нейтрали защищаемого трансформатора (рис. 35,а), и в нулевом проводе схемы полной звезды трансформаторов тока ЗТТ, 4ТТ (рис. 35,6) ток практически отсутствует. При несимметричной нагрузке (например, осветительной при неравномерной загрузке фаз) или при наличии в токах нагрузки высших гармоник, кратных трем (например, токов с частотой 150 Гц), в нейтрали защищаемого трансформатора и в реле То появляются токи, называемые токами небаланса. Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Д/у допускается ток небаланса до 0,75 номинального (ГОСТ 11677—75). Для обеспечения несрабатывания при токах небаланса специальная защита нулевой последовательности должна быть надежно отстроена от максимальных значений тока небаланса, т. е. ее ток срабатывания выбирается не менее чем 1,2—1,5 номинального тока защищаемого трансформатора. Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/У допускается ток небаланса не более 0,25 номинального и специальная .защита нулевой последовательности настраивается на ток срабатывания около 0,5 номинального тока защищаемого трансформатора.
При однофазном к. з. на стороне 0,4 кВ ток к. з. /к(1) (рис. 35,а) проходит по повредившейся фазе и нейтрали
трансформатора, трансформируется через трансформатор тока 2ТТ в реле Т0 и вызывает срабатывание специальной токовой защиты нулевой последовательности на отключение выключателя 10 кВ и автоматического выключателя 0,4 кВ с небольшой выдержкой времени, необходимой для обеспечения селективности защит элементов 0,4 кВ (рис. 35,а). Эта защита обладает высокой чувствительностью к любым однофазным к. з. за трансформатором, как с металлическим, так и с переходным сопротивлением в месте повреждения. Защита обладает большими возможностями и для дальнего резервирования.
Выполнение специальной токовой защиты нулевой последовательности требует определенных затрат, поэтому «Правила» [2] предусматривают ее установку только в тех случаях, когда защиты от междуфазных к. з. (максимальная токовая защита 3 на стороне 10 кВ, электромагнитный расцепитель автомата Ав на стороне 0,4 кВ, рис.33) не имеют достаточной чувствительности к однофазным к. з. за трансформатором. Допускается также не применять специальную токовую защиту нулевой последовательности, если сборка на стороне 0,4 кВ с аппаратами защиты присоединений находится в непосредственной близости от трансформатора (до 30 м) или если соединение между трансформатором и сборкой выполнено трехфазными кабелями, где однофазные к. з. быстро переходят в междуфазные. На трансформаторах со схемой соединения обмоток Л/У максимальная токовая защита на стороне 10 кВ в большинстве случаев может оказаться достаточно чувствительной к однофазным к. з. за трансформатором и тогда по «Правилам» [2] можно не устанавливать специальную токовую защиту нулевой последовательности. Однако на практике эту защиту всегда стремятся устанавливать для целей дальнего резервирования, осуществление которого требуется теми же «Правилами». При установке специальной токовой защиты нулевой последовательности важно предусмотреть цепи отключения выключателя 10 кВ, поскольку эти выключатели считаются более надежными аппаратами, чем автоматические 0,4 кВ. В схемах линия-трансформатор (блок) допускается не прокладывать специальный контрольный кабель для обеспечения действия этой защиты на выключатель 10 кВ и выполнять ее с действием только на отключение автоматического выключателя 0,4 кВ (см. далее).
Для специальной токовой защиты нулевой последовательности практически не требуется производить расчет
уставок. Ток срабатывания (первичный) принимается равным 1,2—1,5 номинального тока трансформатора на стороне 0,4 кВ при схеме соединения обмоток трансформатора Л/ Y и около 0,5 номинального — при схеме Y/Y- Время срабатывания выбирается в пределах 0,4—0,5 с при выполнении одного комплекта защиты (рис. 35,о) и 0,4 с и 0,8 с — соответственно для первых и второго комплектов (2 и 3 на рис. 35,6). Это объясняется тем, что «Правила» [2] допускают не согласовывать уставки специальной защиты нулевой последовательности трансформатора и защит элементов, отходящих от сборки (основного щита) 0,4 кВ. Таким образом, допускается, что при некоторых однофазных к. з. через переходное сопротивление на каком-нибудь из элементов 0,4 кВ эта защита трансформатора может сработать неселективно. Однако неселективное действие защиты трансформатора может быть полезным, так как предотвратит серьезные разрушения на неотключившемся поврежденном элементе 0,4 кВ.
Чувствительность специальной токовой защиты нулевой последовательности в основной зоне, т. е. на стороне 0,4 кВ трансформатора, также не требует специальной расчетной проверки, поскольку практически всегда обеспечивается. Представляет интерес расчет чувствительности этой защиты при однофазных к. з. только в зонах резервирования, т. е. на вторичных сборках (щитах) в сети 0,4 кВ. Это важно делать при проектировании сетей 0,4 кВ для того, чтобы не предусматривать длинных линий с проводами малого сечения, однофазные к. з. на которых невозможно резервировать с помощью специальной токовой защиты нулевой последовательности питающего трансформатора.
Специальную токовую защиту нулевой последовательности рекомендуется устанавливать и на трансформаторах 10/0,4 кВ, защищаемых со стороны 110 кВ плавкими предохранителями. При этом она действует только на отключение автоматического выключателя 0,4 кВ.
Защита блоков линия-трансформатор 10 кВ. Она выполняется с помощью тех же основных устройств релейной защиты, что и защита трансформаторов 10 кВ; токовой отсечки и максимальной токовой защиты (рис. 33).
Токовая отсечка без выдержки времени настраивается таким образом, чтобы надежно не срабатывать при трехфазном к. з. на стороне 0,4 кВ трансформатора блока и надежно срабатывать при двухфазных к. з. на выводах 10 кВ этого трансформатора. Коэффициенты надежности   несрабатывания принимаются в зависимости от типа реле токовой отсечки: &„=1,6— для отсечки на реле прямого действия типа РТМ или на реле косвенного действия типа РТ-80, ku=1,3-^-1,4 — для отсечки на реле РТ-40, а также при использовании полупроводниковых реле. Минимальный коэффициент чувствительности отсечки при к. з. на выводах 10 кВ блочного трансформатора в «Правилах» [2] не указывается, но по аналогии с требуемыми коэффициентами чувствительности для других типов защиты он должен находиться в пределах 1,5—2. При использовании реле прямого действия типа РТМ коэффициент чувствительности должен определяться с учетом действительной погрешности трансформаторов тока [5, 9].
Максимальная токовая защита на блоках линия-трансформатор 10/0,4 кВ выполняется и настраивается так же, как максимальная токовая защита трансформаторов (без пуска по напряжению). Защита выполняется трехрелейной, выбор типа реле определяется требованиями «Правил» [2] к чувствительности защиты. Если максимальная токовая защита блочной линии имеет коэффициент чувствительности при металлических к. з. за трансформатором не менее 1,5 (желательно 2 с учетом возможных переходных сопротивлений) и время ее действия не превышает 1 с, то «Правила» разрешают не выполнять защиту на стороне 110 кВ трансформатора. При этом газовая защита выполняется с действием отключающего элемента только на сигнал, а специальная токовая защита нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ (рис. 35) — с действием на отключение только автоматического выключателя 0,4 кВ.