script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Ток нулевой последовательности в генераторе

8.4. Токовая направленная защита нулевой последовательности

8.4. Токовая направленная защита нулевой последовательности

Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:

система прямой последовательности, состоящая из трех вращающихся векторов (А 1 В 1 C 1), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;

система обратной последовательности, также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В 2 опережает вектор А 2 на 120°;

система нулевой последовательности, состоящая из трех векторов А 0 = В 0 = С 0, совпадающих по фазе.

Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:

Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:

А 0 = 1/3 (А + В + С). (8.3)

В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.

Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.

На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.

Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть I р = I a + I b + I c, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ I р = 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.

При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.

Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.

Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности. Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.

Рис. 8.6. Соединение однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности:

PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки;

SB — кнопка вольтметра для контроля исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника

На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.

Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I 0.

Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U 0 подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.

При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I 0 в линиях высшего напряжения.

Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН. Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I 0 на стороне звезды.

Поскольку ток I 0 возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.

Таким образом, распределение тока I 0 в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Нулевой километр

Нулевой километр Есть предложение. Давайте еще на берегу договоримся вот о чем. Я честно обязуюсь схематично изложить базовые отличия местных технологий виноделия. Не надувая щек и не нагружая ваши уши сложной терминологией и прочими макаронными изделиями, простым

8.3. Максимальная токовая и токовая направленная защиты

8.3. Максимальная токовая и токовая направленная защиты Одним из наиболее характерных и очевидных признаков возникновения КЗ, а также многих других нарушений нормального режима работы электрической сети является резкое увеличение тока, который в таких аварийных

8.7. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

8.7. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита В соответствии с требованиями ПУЭ, для ускорения отключения повреждения, особенно при использовании токовых ступенчатых защит тока и напряжения, на линиях с двусторонним питанием можно применять

8.9. Дифференциальная токовая и другие виды дифференциальной защиты

8.9. Дифференциальная токовая и другие виды дифференциальной защиты В качестве защиты сборных шин электростанций и ПС напряжением 35 кВ и выше предусматривается дифференциальная токовая защита, охватывающая все элементы, которые присоединены к системе или секции

Запоминание последовательности новых слов

Запоминание последовательности новых слов Перевод новых слов запоминается в виде зрительных образов ВНИМАНИЕВнимание обладает свойством самопроизвольного переключения. Специалисты выделяют четыре типа людей с различной природной неустойчивостью внимания. Одни

Нулевой прибор

Нулевой прибор Нулевой прибор, или нуль-индикатор, представляет собой чувствительный прибор, используемый для нахождения неравенства рассматриваемых в сравнении физических величин в результате нулевого метода измерения.Нулевой метод является одним из возможных

Нулевой вариант

Нулевой вариант Предложение, выдвинутое федеральным канцлером (1974—1982) ФРГ (Германия) Гельмутом Шмидтом (р. 1918) в 1981 г. Оно состояло в ликвидации размещенных в Европе советских ракет среднего радиуса действия «СС-20» в случае отказа США от развертывания в Европе своих

2.2.1. Неселективная токовая отсечка с выдержкой времени

2.2.1. Неселективная токовая отсечка с выдержкой времени С целью расширения зоны, контролируемой токовой отсечкой, можно допустить возможность ее действия при КЗ на смежной линии (рис. 2.4). Селективное действие неселективной отсечки в этом случае можно обеспечить за счет

2.2.2. Неселективная токовая отсечка без выдержки времени

2.2.2. Неселективная токовая отсечка без выдержки времени Неселективная токовая отсечка без выдержки времени применяется, когда по условиям обеспечения устойчивой работы энергосистемы или обеспечения термической устойчивости защищаемого оборудования требуется

Принцип последовательности

Принцип последовательности Применяй полученные знания и развивай свои привычки каждый день. Только так можно изменить свою жизнь. Шаг за шагом. Сейчас я дам тебе инструмент, который поможет достигать цели в любое время. Даже когда ты будешь близок к поражению

Нулевой километр

Нулевой километр Эта история такая же сказочная, как и сотни других.Но в этом и вся прелесть, – наша жизнь настолько непредсказуема, что никогда не знаешь, что произойдет с тобой и на какую кривую выведет дорога судьбы.Это было тёплым, нет, для Волгограда слово «теплым» не

Источник

Что такое напряжение нулевой последовательности? Схемы, применение, физический смысл

Иногда в электроустановках может произойти разрушение изоляции, что приводит к утечкам тока. С целью контроля подобных токовых утечек было создано специальное устройство – трансформатор тока нулевой последовательности, нашедший применение также и в устройствах защитного отключения. Данные трансформаторы обнаруживают в нейтрали небаланс или токи нулевой последовательности. Если замыкается одна из фаз, происходит фиксация общих фазных токов, превышающих допустимое значение, после чего вся цепь своевременно отключается.

Читайте также:  Как выпрямляется ток в генераторе

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.


Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Принципиальная схема простейшей ТЗНП Прямая, обратная и нулевая последовательность Форма напряжения в трехфазной сети

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность направлена в линию. В других случаях, при «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.

Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Читайте также:  Укажите направление силовых линий магнитного поля соленоида задав самостоятельно направление тока

Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети. Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю.

Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ, для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать.

Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

  • прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
  • обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
  • и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º.

Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку.

Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения.

При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Источник



Электрические машины — Несимметричные режимы синхронных генераторов

Содержание материала

  • Электрические машины
  • Основные электромагнитные схемы электрических машин
  • Устройство многофазных обмоток
  • Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
  • Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
  • Асинхронные машины
  • Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
  • Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
  • Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
  • Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
  • Механическая характеристика асинхронной машины
  • Статическая устойчивость асинхронной машины
  • Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
  • Рабочие характеристики асинхронного двигателя
  • Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
  • Пуск асинхронных двигателей
  • Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
  • Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
  • Однофазные асинхронные двигатели
  • Генераторный режим асинхронной машины
  • Трансформаторный режим асинхронной машины
  • Синхронные машины
  • Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
  • Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
  • Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
  • Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
  • Уравнения напряжений и векторные диаграммы
  • Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
  • Работа на автономную нагрузку
  • Параллельная работа синхронных машин
  • Включение генератора в сеть
  • Регулирование активной мощности синхронной машины
  • Регулирование реактивной мощности синхронной машины
  • Угловая характеристика синхронной машины
  • Статическая устойчивость синхронной машины
  • U-образные характеристики
  • Синхронные двигатели
  • Синхронные компенсаторы
  • Несимметричные режимы синхронных генераторов
  • Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
  • Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
  • Машины постоянного тока
  • ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
  • Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
  • Коммутация
  • Генераторы постоянного тока
  • Характеристики генераторов с самовозбуждением
  • Параллельная работа генераторов постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока
  • Характеристики двигателя постоянного тока
  • Регулирование частоты вращения

Несимметричные режимы трехфазных синхронных генераторов возникают, когда в сеть включаются мощные однофазные потребители (тяговые подстанции железных дорог, однофазные электрические печи, осветительная нагрузка и др.). Эти режимы носят длительный характер. Возможны также кратковременные несимметричные режимы, возникающие при несимметричных коротких замыканиях.
Анализ установившихся несимметричных режимов синхронных машин выполняется методом симметричных составляющих. В общем случае, когда обмотка якоря соединена в звезду с выведенной нулевой точкой, токи в обмотке якоря содержат все три последовательности симметричных составляющих: прямую, обратную и нулевую,
(5.19)
Каждая симметричная составляющая тока якоря определяет соответствующую симметричную составляющую напряжений. Связь между ними в генераторе с неявнополюсным ротором определяется уравнениями
(5.20)
где , , — сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей синхронного генератора. Величина этих сопротивлений зависит от характера соответствующего магнитного поля.
Прямая система токов создает поле, вращающееся в направлении вращения ротора с синхронной частотой, поэтому роторные обмотки не будут реагировать на это поле и сопротивление прямой последовательности неявнополюсного генератора будет определяться, как и в симметричном режиме, величиной
.
Токи обратной последовательности создают в воздушном зазоре поле, вращающееся в обратном направлении с синхронной частотой. По отношению к ротору скольжение этого поля равно . Поэтому во всех замкнутых контурах ротора возникают токи двойной частоты, которые в соответствии с правилом Ленца будут вытеснять магнитное поле якоря из ротора. В результате индуктивное сопротивление обмотки статора для токов обратной последовательности существенно уменьшается, . Напротив, активное сопротивление токам обратной последовательности возрастает,
,
так как в входит составляющая, определяемая потерями в роторе из-за токов обратной последовательности.
В целом полное сопротивление обратной последовательности
,
как правило, значительно меньше сопротивления прямой последовательности .
Магнитный поток от токов нулевой последовательности замыкается по путям рассеяния обмотки статора, так как сумма первых гармоник фазных МДС от токов нулевой последовательности равна нулю (см. п. 3.2). Поэтому индуктивное сопротивление определяется потоком рассеяния обмотки статора
.
Активное сопротивление несколько больше активного сопротивления якоря из-за потерь от высших гармоник поля нулевой последовательности.
Полное сопротивление нулевой последовательности

Читайте также:  Как рассчитать срок окупаемости ток

имеет наименьшее значение в сравнении с и .
Однако ток нулевой последовательности генератора обычно мал, поскольку нулевую точку обмотки статора замыкают на землю через большое сопротивление. Напротив, ток обратной последовательности может быть значительным, соизмеримым с током прямой последовательности. Наличие этого тока в обмотке якоря вызывает ряд нежелательных явлений:

  • повышенные потери и нагрев демпферной обмотки или массивных частей ротора;
  • сильные вибрации, обусловленные знакопеременным моментом, возникающим в результате взаимодействия обратного поля с полем возбуждения;
  • несимметрию напряжений, обусловленную обратной составляющей напряжения ;
  • несинусоидальность токов и напряжений из-за магнитной и электрической несимметрии ротора.

Допустимая несимметрия нагрузки ограничивается, прежде всего, необходимостью предотвращения опасного нагрева и вибраций ротора. Согласно ГОСТ допускается длительная работа генераторов с несимметричной нагрузкой, если токи фаз не превышают номинальные значения и разность токов в фазах не превышает 10% номинального тока фазы.
Предельным несимметричным режимом синхронного генератора являются несимметричные установившиеся короткие замыкания. На рис. 5.54 представлена схема для анализа наиболее распространенных коротких замыканий: однофазного 1, двухфазного 2 и двухфазного на нейтраль .
При однофазном коротком замыкании , поэтому, согласно (5.19), имеем

учитывая, что
,
преобразуем систему (5.20) к виду
.
Отсюда получаем выражение для симметричных составляющих тока однофазного короткого замыкания:
.
Обычно индуктивные сопротивления много больше активных сопротивлений, поэтому, принимая , , , получим: ток однофазного короткого замыкания, также как и трехфазного, является чисто индуктивным,
.
При двухфазном коротком замыкании , , поэтому симметричные составляющие тока короткого замыкания определяются по выражениям

Выражения для симметричных составляющих напряжений получаем с учетом того, что при двухфазном коротком замыкании ;

Поскольку , то уравнения (5.20) можно записать в виде
.
Отсюда находим выражение для симметричных составляющих тока двухфазного короткого замыкания
.
Пренебрегая активными сопротивлениями и , получаем выражение для тока двухфазного короткого замыкания
.
При двухфазном коротком замыкании на нейтраль ( , ) все симметричные составляющие напряжения одинаковые:
,
а сумма симметричных составляющих токов равна нулю:

Решая систему (5.20) с учетом этих соотношений, получим

; .
; .
Тогда
.
Наибольший установившийся ток короткого замыкания имеет место при однофазном коротком замыкании (рис. 5.55),

,
так как и .
Ток двухфазного короткого замыкания также превышает ток симметричного трехфазного короткого замыкания,
.
Таким образом, соотношение токов при одно- двух- и трехфазном коротких замыканиях имеет вид
.
Это объясняется тем, что размагничивающая реакция якоря больше при симметричном коротком замыкании и наименьшая — при однофазном коротком замыкании. За счет реакции якоря в машине происходит снижение результирующего поля, а следовательно, и тока короткого замыкания.

Источник

Что такое напряжение нулевой последовательности? Схемы, применение, физический смысл

Система трехфазных напряжений в нормальном режиме работы является симметричной. Но, стоит произойти короткому замыканию, как симметрия нарушается. Для удобства распознавания видов КЗ и проведения расчетов применяется метод симметричных составляющих. Согласно ему любую трехфазную систему с момента КЗ можно, для удобства расчетов, представить в виде суммы напряжений трех симметричных систем:

  • прямой последовательности;
  • обратной последовательности;
  • нулевой последовательности.

Все они являются мнимыми величинами, не существующими на самом деле. Но с помощью некоторых ухищрений их можно сделать реально осязаемыми, и применить на практике.

Устройства, выделяющие из системы трехфазных напряжений напряжение нужной последовательности, называют фильтрами. Рассмотрим одно из таких устройств, применяемое на практике для фиксации замыканий на землю.

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.

napryg 3

В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

napryg 2

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.

napryg 4

Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Интересное видео о ТЗНП смотрите ниже:

Сигнализация о замыкании на землю

В сетях 6-10 кВ, где нейтраль изолирована, работа с «землей» возможна некоторое время. Но замыкание нужно активно искать. И чем раньше начнется поиск, тем лучше.

Для контроля изоляции используются вольтметры, подключенные к обмоткам ТН на фазные напряжения.

В сети без повреждений все они показывают одинаковую величину. Стоит случиться однофазному замыканию, как показания вольтметра поврежденной фазы снизятся. Вольтметр покажет ноль при полном устойчивом КЗ. Так определяется фаза с повреждением.

Но, чтобы взглянуть на вольтметры, нужно сгенерировать предупредительный сигнал.

Для этого используется контроль величины 3Uo с помощью реле.

При его срабатывании зажигается табло, привлекающее к себе внимание.

Величину 3Uo принято регистрировать с помощью самопишущих приборов, а также она обязательно записывается аварийными осциллографами или микропроцессорными терминалами в момент любой аварии, даже не связанной с замыканиями на землю.

Еще один пример применения сигнализации, работающей от 3Uo, связан с эксплуатацией установок компенсации емкостных токов.

Отключать разъединитель дугогасящей катушки запрещено при наличии «земли» в сети. Для этого рядом с коммутационным устройством устанавливается индикаторная лампа, либо блок-замок рукоятки блокируется при наличии 3Uo системой автоматики.

Использование 3Uo в составе защит

В сетях с изолированной нейтралью совместное использование напряжений и токов нулевой последовательности позволяет определить направление на точку короткого замыкания. Но в настоящее время существуют более эффективные методы точного определения места повреждения в этих сетях.

Гораздо большую пользу подобная схема приносит в сетях в глухозаземленной нейтралью (ЛЭП-110 кВ и выше).

Подключение напряжения 3Uo (нулевой последовательности) и тока 3Io к обмоткам реле направления мощности позволяет определить, произошло ли однофазное КЗ в линии или вне ее. Так обеспечивается селективность работы защиты от однофазных замыканий на землю.

Источник