Защита от замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания на землю

Для защиты линий от к. з. на землю (однофазных и двухфазных) применяется защита, реагирующая на ток и мощность нулевой последовательности. Необходимость специальной защиты от к. з. на землю вызывается тем, что этот вид повреждений является преобладающим, а защита, включаемая на ток и напряжение нулевой последовательности, осуществляется более просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной выше токовой защитой, реагирующей на полные токи фаз. Защиты нулевой последовательности выполняются в виде токовых максимальных защит и отсечек как простых, так и направленных.

1. Ток и напряжение нулевой последовательности в какой-либо точке сети равны:

Из этих выражений следует, что если геометрическая сумма фазных токов или фазных напряжений равна нулю, то 1₀ и U_o также равны нулю. Поэтому в нормальном режиме при качаниях и к. з. между фазами I_Oи U_O отсутствуют и возникают только при замыканиях на землю или неполнофазных режимах, когда нарушается симметрия фазных токов и напряжений сети.

Неполнофазным режимом называется такой режим, при котором на одном из участков сети отключены или оборваны одна или две фазы.

2. Напряжение поврежденной фазы в месте к. з. (точка К) U_AK = 0, так как эта фаза связана с землей. С учетом этого получим:

3. Для анализа работы защит нулевой последовательности и расчета токов к. з. необходимо определять распределение (пути прохождения) токовой нулевой последовательности в конкретных схемах сети.

Из теории симметричных составляющих известно, что распределение токов нулевой последовательности может рассматриваться независимо от токов прямой и обратной последовательностей.

Источником появления токов нулевой последовательности можно считать напряжение U_ок появляющееся на каждой фазе в месте к. з. (точка К). Под влиянием этого напряжения в каждой фазе возникают токи I₀. Они за мыкаются по контуру фаза — земля через место повреждения и заземленные нейтрали.

Так как неповрежденные фазы не связаны с точкой повреждения непосредственно, то для образования контура циркуляции токов I₀ необходимо представить, что в месте замыкания на землю имеется условное соединение между всеми фазами . Тогда в месте замыкания на землю проходит ток, равный сумме токов нулевой последовательности I₀ всех трех фаз, который и является действительным током повреждения: I_к = 3I₀. Этот ток направляется через землю к заземленным нейтралям трансформаторов и через них возвращается в фазы сети.

Таким образом, при замыканиях на землю появление токов I₀ возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями.

При нескольких заземленных нейтралях ток нулевой последовательности, возникший в месте повреждения, разветвляется между нейтралями обратно пропорционально сопротивлениям их ветвей.