Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора

Применяется только для генераторов, работающих на сборные шины.

В сети с незаземленной нейтралью генератор может длительное время работать с замыканием на землю, если ток не превышает 5 А. В этом случае персоналу необходимо в течении двух часов устранить повреждение, пока оно не перешло в двухфазное КЗ. Поэтому защиту выполняют с действием на сигнал при £ 5 А и с действием на отключение при >5 А.

Для выполнения защиты используют трансформаторы нулевой последовательности кабельного (ТНП) или шинного типа (ТНПШ). Трансформаторы нулевой последовательности устанавливаются непосредственно у выводов генератора, чтобы исключить работу защиты при повреждении на токопроводе (рис.74).

Принцип действия трансформаторов нулевой последовательности для защиты генераторов аналогичен трансформаторам нулевой последовательности для линий, работающих в сетях с изолированной нейтралью. Однако в данном случае значительно сложнее обеспечить симметрию отдельных фаз токопровода по отношению к магнитопроводу их охватывающему (в отличие от кабелей). Это приводит к возрастанию тока небаланса.

В связи с этим трансформатор тока нулевой последовательности, используемый в защите генераторов, имеет ряд конструктивных особенностей:

1. На магнитопроводе, кроме рабочей обмотки, есть обмотка подмагничивания, позволяющая добиться оптимального режима трансформатора нулевой последовательности с отдачей максимальной мощности. Цепь подмагничивания получает питание от основных обмоток трансформатора напряжения.

2. Вторичные обмотки, от которых питаются реле, разделены на секции и расположены в различных частях магнитопровода. Это дает возможность уменьшить ток небаланса, возникающий за счет несимметричного расположения фаз в окне магнитопровода.

3. Чтобы обмотка подмагничивания не оказывала влияния на вторичный ток, магнитопровод выполняют из двух одинаковых сердечников, расположенных один под другим (рисунок 4). Обмотку подмагничивания разбивают на две секции и располагают на обоих магнитопроводах. Соединяют их между собой последовательно встречно так, что ЭДС во вторичной обмотке трансформатора нулевой последовательности, созданные за счет потоков от токов намагничивания взаимно уравновешиваются и суммарный ток равен нулю.

Рис.74. Схема защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, реагирующая на емкостной ток

Рис.75. Конструкция трансформатора тока нулевой последовательности

Рабочие обмотки также соединены последовательно.

В цепи рабочей обмотки ТНПШ включены токовые реле KA1 (рис.74) для защиты генератора от однофазных замыканий на землю и реле KA2 для защиты от двойных замыканий на землю. Для предотвращения излишних срабатываний защиты от токов небаланса ее действие блокируется защитами от внешних симметричных (KA3) и несимметричных КЗ (KA4).

Защита от однофазных замыканий на землю имеет выдержку времени 1.5 - 2 с, предусмотренную для отстройки от переходных процессов при внешних замыканиях на землю, сопровождающихся бросками емкостного тока.

Ток срабатывания защиты от однофазных замыканий на землю выбирается по условию отстройки от токов небаланса.

Первичный ток срабатывания защиты

,

где - емкостной ток замыкания на землю генератора; - коэффициент возврата реле KA1; - коэффициент надежности для отстройки от перемежающего внешнего замыкания на землю (принимается равным 2); - коэффициент надежности, принимается равным 1,5; - первичный ток небаланса.

Первичный ток небаланса определяется по выражению

=,

где - число витков вторичной обмотки ТНПШ; - сопротивление реле KA1; - эквивалентное сопротивление намагничивания, приведенное ко вторичным цепям; - вторичный ток небаланса.

Вторичный ток небаланса состоит из двух составляющих: одна из них обусловлена несимметричным расположением первичных обмоток ТНПШ относительно вторичных и создается током внешнего KЗ, а вторая – не идентичностью двух сердечников ТНПШ и возникает из-за наличия подмагничивания:

,

где - э.д.с. небаланса во вторичной обмотке ТНПШ в номинальном режиме; - кратность тока срабатывания реле блокировки относительно номинального тока генератора; - коэффициент, учитывающий размещение ТНПШ в закрытом шиноблоке.

Ток срабатывания должен быть меньше 5А.

Ток срабатывания защиты от двойных замыканий на землю принимается 200-300 А. При этом она надежно отстроена от токов небаланса и имеет высокую чувствительность.

Для генераторов, имеющих больший емкостной ток, чем генераторы ТВФ-63, ток срабатывания защиты получается больше 5 А. В связи с этим применяется схема с компенсацией в защите установившегося емкостного тока.

Для указанной компенсации на обмотку ТНПШ, предназначенную для включения блокирующего реле, подается напряжение 3 от трансформатора напряжения через конденсаторы. В остальной части схема не отличается от рассмотренной ранее.