РЗА-2010

Релейная защита и автоматика энергосистем

310

УДК 621. 316.925; 621.314.22

ПОВЕРКА И МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ 110-750 кВ ДЛЯ СИСТЕМ

РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ГРЕЧУХИН В.Н.

ООО НПЦ «МИКРОН-2»

Рассмотрены методики и схемы поверки цифрового трансформатора тока (ЦТТ) токами от 1 до 120%

In для систем коммерческого учета электроэнергии и токами короткого замыкания с кратностью до

150 с апериодической составляющей для систем РЗА. Рассмотрена методика обработки серий экспе-

риментальных файлов, изложенная в приложении к стандарту IEC 60044-8. Предложена уточненная

методика обработки экспериментальных файлов, позволяющая при разложении в ряд Фурье вычислять

фактическую частоту сети в ходе эксперимента, а, следовательно, точнее определять токовую и осо-

бенно угловую погрешность ЦТТ. Рассмотрены схемы и методика поверки цифрового трансформатора

напряжения (ЦТН). Рассмотрены особенности обеспечения метрологических характеристик ЦТТН от

первичного провода на ОРУ до потребителя на щите управления. Обсуждается новый класс точности,

предложенный в рекомендациях UCA International Users Group.

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение на подстанциях микропроцессорных вторичных систем измерения, коммерческого

учета электроэнергии (АСКУЭ), релейной защиты (РЗ), противоаварийной автоматики (ПА) и управ-

ления привело к тому, что вся информация перерабатывается в цифре и управление силовым оборудо-

ванием осуществляется также в цифре. А источники информации о первичных токах и напряжениях

остались аналоговыми. Это высоковольтные измерительные электромагнитные трансформаторы тока

(ТТ) и электромагнитные или емкостные трансформаторы напряжения (ТН).

Актуальна разработка цифровых трансформаторов тока (ЦТТ) и напряжения (ЦТН) и комбини-

рованных ЦТТН 110-750 кВ, обеспечивающих лучшую точность для АСКУЭ, передачу без искажений

всего спектра тока короткого замыкания (КЗ) для РЗ и ПА в аварийных режимах работы энергосисте-

мы, включая апериодическую составляющую тока КЗ. ЦТТ и ЦТН позволяют обеспечить взрыво и

пожаробезопасность, при меньшем весе. Передача информации о мгновенных значениях первичного

тока и напряжения ведется по оптоволокну, решается проблема выноса потенциала при КЗ вблизи

ОРУ подстанции, отпадает необходимость в аналоговых вторичных цепях тока и напряжения и, соот-

ветственно, в промежуточных ТТ и ТН в каждой вторичной микропроцессорной системе. Для энер-

гетиков обслуживающих ЛЭП, ОРУ станций и подстанций, вторичные системы не столь важно на

каких физических принципах построены цифровые ТТ и ТН, измеряется ли ток встроенным ТТ без

высоковольтной изоляции и шунтом, эффектом Фарадея или нефарадеевским эффектом, измеряется

ли напряжение эффектом Керра или делителем. Важно, чтобы обеспечивалась точность, безопасность,

технико-экономические характеристики во всем температурном диапазоне и удобство эксплуатации.

Настоящий доклад посвящен метрологическим характеристикам, схемам и методикам поверки

ЦТТН, учитывающих специфику цифровой информации и обеспечивающих обоснованное при-

своение классов точности 0.2s, 0.1, 0.2s/2 для ЦТТ, 0.2, 0.1 для ЦТН.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

311

1. СХЕМЫ И МЕТОДИКИ ПОВЕРКИ ЦИФРОВЫХ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО IEC 60044-8

Отечественные ГОСТы [1, 2] нормируют классы точности и методики поверки аналоговых высоко-

вольтных ТТ и ТН, а для цифровых могут служить лишь ориентиром в части величин погрешностей.

Среди международных стандартов следует ориентироваться на IEC 60044-7/8 [3, 4], IEC 61850-9.2 [5],

и уточнение к нему [6].

1.1. Схема и методика поверки ЦТТ по IEC 60044-8

На рис. 1 приведена схема поверки цифрового (электронного) трансформатора тока, приведенная

в приложении В стандарта IEC 60044-8. В этой схеме регулировочный и разделительный трансформа-

торы используются для задания тока Ip в первичной цепи Р1, Р2 образцового ТТ и тестируемого ЦТТ.

Ток в соответствии со стандартом должен регулироваться в диапазоне от 1 до 120% номинального тока

ЦТТ (образцового ТТ). Вторичная цепь образцового ТТ нагружена на шунт R1 и добавочное сопро-

тивление R2, т. е. на номинальную нагрузку. Напряжение с шунта подается на образцовый аналого-

цифровой преобразователь (АЦП), цифровой код с него записывается в память ПК. Тестируемый

ЦТТ также преобразует мгновенные значения первичного тока в цифровой код и передает в память

ПК. Персональный компьютер обеспечивает синхронизацию и тактирование АЦП и ЦТТ. Напри-

мер. для аттестации ЦТТ при работе в нормальном режиме для коммерческого учета электроэнергии

Рис. 1

Релейная защита и автоматика энергосистем

312

необходимо брать 256 отсчетов на период промышленной частоты и синхронно записывать в файл

k (10–50) периодов, т. е. 2560–12 800 мгновенных значений тока по каждому каналу. Для РЗА нужно

брать 24, (48, 40, 80) отсчетов и аттестовать в режиме КЗ.

1.2. Формулы для определения токовой

и угловой погрешности ЦТТ по IEC 60044-8

Как ГОСТ [1] так и международный стандарт [4] требует определения токовой и угловой погреш-

ности по первой гармонике, поэтому по формуле (1) выполняется комплексное преобразование Фурье

для образцового, а по формуле (2) для тестируемого канала.

(1)

(2)

В этих формулах kT – количество периодов промышленной частоты в файле, Ts – интервал дис-

кретизации. По формуле (3) находим модуль и фазу на каждой гармонике h для образцового, а по

формуле (4) для тестируемого канала.

(3)

(4)

По формуле (5) находим токовую, а по формуле (6) угловую погрешность ЦТТ по первой гармо-

нике.

(5)

(6)

ЦТТ присваивается тот класс точности, за пределы которого не выходит ни токовая, ни угловая

погрешности.

2. УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА ПОВЕРКИ ЦИФРОВЫХ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

В стандартном преобразовании Фурье по формулам (1, 2) участвует частота первой гармоники

f и, соответственно, период T как обратная частоте величина. Предполагается, что эти величины

точно известны. Однако, частота в энергосистеме едина, отражает факт баланса выработки и по-

требления электроэнергии в текущий момент времени и является величиной флуктирующей в

заданных пределах (и период тоже). Пределы отклонения частоты в нормальном режиме работы

энергосистемы устанавливает отечественный ГОСТ в размере 1%, т. е. 0,5 Гц. В некоторых странах

требования жестче, но все равно по физике процессов в энергосистеме частота и период непрерыв-

но изменяются. Очевидно, что серия опытов при поверке ЦТТ при разных токах, в соответствии со

стандартом, в диапазоне от 1 до 120% номинального тока, принципиально не может быть проведена

при одной и той же частоте.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

313

При испытаниях номинальными токами использовались: трансформаторы тока типа ТЛЛ-35

класса 0.1 № 008, Кт = 1200/5, ГОСТ 23624-79; амперметр Э514 класса 0.5 № 51510, предел 2.5/5 А,

токовое прогрузочное устройство – регулировочный трансформатор РТТМ-250/0.5, трансформатор

понижающий типа ТСДМ-2500/6; ЦТТ; персональный компьютер; последовательный канал связи

RS-232 между микропроцессором ADSP и ПК, канал синхронизации, шунт Р321, 0,1 Ом, класс 0.01

№ 0074189, в образцовом канале использовалась плата сбора аналоговой информации L-780, встро-

енная в ПК.

2.2. Уточненная методика поверки ЦТТ

в установившемся режиме

Ниже приведена уточненная методика обработки экспериментальных файлов, позволяющая при

разложении в ряд Фурье вычислять фактическую частоту сети в ходе эксперимента, а, следовательно,

точнее определять токовую и, особенно, угловую погрешность ЦТТ. Обработка проводилась нели-

нейным функционалом (7), учитывающим наличие в токе первой и высших гармоник, возможно и

постоянной составляющей, а также неизвестное значение частоты. Система уравнений (7) содержит

также частные производные по всем определяемым параметрам, т. е. всего n+1 уравнение.

(7)

где: k0 – постоянная составляющая, k1

, k2

– амплитуды i гармоники, k3 – частота.

Таким образом, в формулах (1-6) стандарта IEC 60044-8 имеется методическая частотная погреш-

ность, максимально 1% и возможность вычисления погрешностей ЦТТ порядка 0,1%, 0,2% и при-

своения ЦТТ класса точности 0.2s, 0.1, 0.2s/2 вызывает большие сомнения.

2.1. Схема поверки ЦТТ в установившемся режиме

и переходном режиме КЗ

На рис. 2 предложена схема для поверки ЦТТ как в установившемся, так и в переходном режиме

короткого замыкания с апериодической составляющей тока КЗ. Испытания проводились в 2000 г.

номинальными токами с целью определения погрешностей преобразователя по измерительным ка-

налам, а также большими токами с целью проверки кратности преобразования ЦТТ и определения

погрешностей ЦТТ для релейного канала.

f(x,k) = k0 + Σ(k1

sin(ik3T1x) + k2

cos(ik3T1x))

i=1

RS- 232

$

+

ADSP

6

$ L- 780

L

>??

=

4

L

Рис. 2. Схема испытаний ЦТТ в испытательном центре ХК «Электрозавод»

Релейная защита и автоматика энергосистем

314

Система уравнений (7) использовалась для обработки файлов как образцового, так и тестируемого

ЦТТ. В результате решения системы уравнений (7) находились амплитудные (действующие) значения

и фазы всех гармоник, а также частота сети во время опытов. Обработка велась по выборке с избыточ-

ностью информации порядка 200, при этом получены статистически достоверно искомые величины.

Расчет погрешностей ЦТТ выполнен по методике ГОСТа [1], сравнивая действующие значения и

фазы первых гармоник тока по формулам аналогичным формулам (5, 6).

2.3. Уточненная методика поверки ЦТТ

в переходном режиме КЗ

При испытаниях большими токами также использовались: трансформатор тока типа И523 класса

0.05 № 200, Кт = 10000/5, ГОСТ 5584-70 и шунт Р321, 0,1 Ом, класс 0.01, № 0074189. ГОСТ 6864-54

в первых четырех опытах; шунт 75ШСМММЗ, 7500/75, класс 0.5 № 529628. ГОСТ 8042-61 в других

четырех опытах.

Обработка проводилась функционалом (8), учитывающим как синусоидальный характер тока

короткого замыкания, так и наличие постоянной составляющей, затухающей по экспоненте, а также

паузу до включения выключателя 10 кВ. При этом находился момент включения выключателя к0,

отсчитанный от начала осциллограммы в секундах, амплитуда установившегося значения токов ко-

роткого замыкания к1, фаза включения по отношению к синусоиде первичного тока к2, постоянная

времени затухания переходного процесса к3, частота сети во время опыта к4 и амплитуда ударного

тока короткого замыкания в амперах к5. Для нахождения этих шести величин использовался функ-

ционал и экспериментальные данные с коэффициентом избыточности информации 85.

(8)

Система уравнений (8) содержит также частные производные по всем определяемым параметрам,

т. е. всего 6 уравнений. Конечно функционал (8) может быть сложнее, если необходимо определять

дополнительные параметры, например высшие гармоники. Решение систем (7, 8) проводилось по

критерию минимального среднеквадратичного отклонения на дискретном множестве образцового и

тестируемого каналов, а также по более сложному критерию минимального уклонения.

На рис. 3 приведена осциллограмма тока короткого замыкания для образцового канала и ЦТТ по

4 опыту. Анализ осциллограммы с учетом результатов обработки показывает:

Момент включения выключателя, 0.03717 сек. Амплитуда установившегося значения тока корот-

кого замыкания, 7995.57 А. Фаза включения по отношению к синусоиде первичного тока, 180.00234

град. Постоянная времени затухания переходного процесса, 0.0297 сек. Частота сети во время опыта,

49.95329 Гц. Амплитуда ударного тока короткого замыкания – 13912.5 А. На осциллограмме видна

разница (вблизи амплитуд) между напряжением с шунта в первичной цепи образцового канала и сиг-

налом ЦТТ (испытуемый канал).

В таблице 1 приведены результаты обработки осциллограмм токов короткого замыкания по всем

восьми опытам.

Анализ экспериментальных результатов (табл. 1) [7] по изложенной методике позволяет сфор-

мулировать дополнительный критерий для включения в ГОСТ при метрологической аттестации из-

мерительных трансформаторов тока и напряжения. Это точность трансформации апериодической

составляющей тока (напряжения).

Методика поверки цифрового трансформатора напряжения (ЦТН) и его метрологической атте-

стации также должна учитывать изменение частоты во время опытов. При этом она должна базиро-

f(x,k) = if (x ≥ k0, k1sin(k4T1(x – k0) + k2 – a tan(k4k3)) +

k1e sin(k2 – a tan(k4k3)),0)

–(x – k1)T1

Москва, 1–4 июня 2010 г.

315

ваться на методике с использованием функционалов для нормального и переходного режимов работы

энергосистем, изложенной в разделе 3.

Таблица 1

Момент

включения

выключате-

ля, К0, сек

Амплитуда устано-

вившегося значе-

ния тока короткого

замыкания, к1, А

Фаза включения

по отношению к

синусоиде первич-

ного тока, к2, град.

Постоянная вре-

мени затухания

переходного про-

цесса, к3, сек

Частота сети во

время опыта,

к4, (рад), Гц

Амплитуда

ударного тока

короткого замы-

кания, А

0.03548 5.40152*10

-18.71052 0.02749 49.98605 9.0375*10

0.03868 1.38542*10

47.80686 0.02827 49.96135 2.03625*10

0.03787 2.07027*10

-0.03606 0.02063 50.29132 3.44125*10

0.03717 7.99557*10

180.00234 0.0297 49.95329 -1.39125*10

0.03802 7.13443*10

-53.29557 0.02825 49.98621 1.03594*10

0.0374 7.22847*10

-4.84511*10

-3

0.0292 49.96714 1.25938*10

0.03837 1.33595*10

15.09909 0.02804 49.97266 2.26094*10

0.03861 2.0115*10

152.49044 0.02841 49.95198 -3.30313*10



4















8.30214910

1.42457310

A81

A04

0.199805

0 jT1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

1.5 10

1 10

5000

1 10

4   

&, =

?   + , 6

Рис. 3. Осциллограмма тока короткого замыкания для образцового канала и ЦТТ по 4 опыту

Новый класс точности 0.2s/2, предложенный в рекомендациях UCA International Users Group [6]

по своей сути является классом точности 0,1 с нормированием погрешностей в область малых токов

до 1% номинального тока.

Дополнительно следует обратить внимание на следующую специфику цифровых ТТ и ТН, вы-

полненных на любом принципе.

Цифровые ТТ и ТН содержат на ОРУ в каждой фазе высоковольтную измерительную часть соеди-

ненную оптоволокном с модулем обработки, расположенном на щите управления. Следовательно, при

поверке цифровых ТТ и ТН измерительная часть и модуль обработки могут располагаться рядом, но

длина оптического кабеля должна быть строго оговорена, т. к. она влияет на угловую погрешность.

Релейная защита и автоматика энергосистем

316

ВЫВОДЫ

1. Алгоритм обработки экспериментальных файлов при поверке цифровых измерительных транс-

форматоров, изложенный в стандарте IEC 60044-8 содержит методическую частотную погрешность,

максимально 1%, поэтому возможность вычисления погрешностей ЦТТ порядка 0,1%, 0,2% и метро-

логической аттестации ЦТТ на класс точности 0.2s, 0.1, 0.2s/2 вызывает большие сомнения.

2. Необходимо разработать отечественный ГОСТ на цифровые ТТ и ТН, включающий схемы,

методики поверки и метрологической классификации, учитывающий специфику ЦТТН.

3. Метрологическую классификацию цифровых ТТ следует проводить не только по погрешности

при установившемся токе КЗ с заданной кратностью, но и по точности трансформации апериоди-

ческой составляющей тока КЗ.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. 2001.

[2] ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. 2001.

[3] INTERNATIONAL STANDARD IEC 60044-8 Instrument transformers – Part 8: Electronic current

transformers First edition 2002-07 Электронные трансформаторы тока 2002.

[4] INTERNATIONAL STANDARD IEC 60044-7 Part 7: Electronic voltage transformers Premiere edition

First edition 1999-12 Электронные трансформаторы напряжения 2003.

[5] INTERNATIONAL STANDARD IEC 61850-9-2 Communication networks and systems in substations

– Part 9-2: Specific Communication Service Mapping (SCSM) – Sampled values over ISO/IEC 8802-3

First edition 2004-04.

[6] Implementation Guideline for Digital Interface to Instrument Transformers using IEC 61850-9-2, UCA

International Users Group 10604 Candler Falls Court Raleigh, NC 27614.

[7] В.Н. Гречухин Анализ результатов испытаний цифрового трансформатора тока // Электро. № 3.

2001.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Владимир Николаевич Гречухин закончил в 1969 г. Ивановский Энергетический Институт. С 1969 по

1986 г. работал в Горьковском отделении ВГПИ и НИИ «Энергосетьпроект» от инженера до главно-

го специалиста, в 1978 г. защитил кандидатскую диссертацию в Новочеркасском Политехническом

Институте. С 1986 г. по настоящее время работает доцентом кафедры ТОЭ Ивановского Государ-

ственного Энергетического Университета. В 2008 г. назначен директором Учебно-научного центра

«Высоковольтные измерительные преобразователи и трансформаторы» (УНЦ ВИПТ) НИСа ИГЭУ.

С 1991 г. – научный руководитель, а с 2003 г. – генеральный директор Научно-производственного

цен тра «МИКРОН-2».

Москва, 1–4 июня 2010 г.

317

ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ

ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

ШУИН В.А., САРБЕЕВА О.А., ЧУГРОВА Е.С.

Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ)

ВВЕДЕНИЕ

Электрические сети среднего напряжения 6–10 кВ составляют основу распределительных сетей

в России и, по данным ОАО «ФСК ЕЭС», имеют протяженность более 1 млн км. Более 600 тыс. км

этих линий выработали свой ресурс, что приводит к увеличению числа отключений в год на 100 км

и снижению надежности электроснабжения потребителей. Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ)

являются преобладающим видом повреждений большинства элементов электрических сетей среднего

напряжения (линий, электродвигателей и др.), а также генераторов, работающих на сборные шины

генераторного напряжения. Поэтому от технического совершенства защит от этого вида повреждений

существенно зависит эффективность функционирования электрических сетей среднего напряжения

и надежность электроснабжения потребителей.

Большинство устройств защиты от ОЗЗ, применяемых в электрических сетях среднего напряжения

и на генераторах, основаны на использовании электрических величин нулевой последовательности

установившегося режима ОЗЗ (токи и напряжения промышленной частоты, естественные высшие

гармоники, «наложенные» токи непромышленной частоты). Для таких устройств защиты от ОЗЗ токи

и напряжения переходного процесса представляют собой сигналы помехи, которые могут привести к

отказам функционирования (излишним срабатываниям, отказам срабатывания). Особую опасность

для электрической сети среднего напряжения представляют дуговые перемежающиеся ОЗЗ, сопро-

вождаемые опасными перенапряжениями на неповрежденных фазах и значительным увеличением

действующего значения тока в месте повреждения [1-4 и др.]. Поэтому исследование динамических

режимов функционирования защит от ОЗЗ для решения задач, связанных с обеспечением динамиче-

ской устойчивости их функционирования при дуговых прерывистых ОЗЗ, представляет актуальную

задачу.

В рамках данной работы рассматриваются результаты исследований, выполненных в ИГЭУ, по ис-

следованию динамических режимов функционирования получивших наиболее широкое применение

в качестве защит линий и электродвигателей токовых защит нулевой последовательности (ТЗНП),

основанных на использовании промышленной составляющейся установившегося тока ОЗЗ.

1. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ОТ ОЗЗ

Для исследования динамических режимов функционирования устройств релейной защиты (УРЗ)

обычно применяется математическое или физическое имитационное моделирование. Математиче-

ское моделирование эффективно при исследовании переходных процессов в электроэнергетических

объектах и системах (ЭЭО и ЭЭС), а также комплексной системы «ЭЭО – УРЗ» в тех случаях, когда

возможно создание достаточно точной математической модели УРЗ.

Однако возможности применения математического моделирования во многих случаях ограни-

чены из-за трудностей или невозможности создания достаточно точных математических моделей

исследуемых устройств защиты. В частности, для УРЗ, выполненных на микропроцессорной базе,

создание математических моделей функций защиты, имитирующих их функционирование в усло-

Релейная защита и автоматика энергосистем

318

виях влияния электромагнитных переходных процессов, как правило, невозможно вообще, так как

методы и алгоритмы формирования и обработки входных информационных и логических величин

таких устройств являются коммерческой тайной фирм-производителей. Поэтому при исследовании

динамических режимов функционирования УРЗ на различной элементной базе, на наш взгляд, бо-

лее эффективен метод физического моделирования, при котором на входы реального исполнения

исследуемого устройства защиты подаются токи и напряжения, сформированные на физической

модели исследуемого ЭЭО.

В качестве физической модели исследуемых ЭЭО во многих случаях можно использовать про грам-

мно-технические измерительные комплексы серии РЕТОМ, предназначенные для проверки харак-

теристик и параметров настройки УРЗ, а также анализа их работы в режимах реальных повреждений.

Для исследования влияния электромагнитных переходных процессов на функционирование УРЗ

можно использовать предусмотренную в устройствах серии РЕТОМ возможность воспроизведения

любого электромагнитного процесса, записанного в COMTRADE-формате, и фиксации реакции УРЗ

на приложенное воздействие. Однако возможности встроенных функций устройств серии РЕТОМ

не во всех случаях позволяют получить тестовые сигналы, соответствующие реальным токам и на-

пряжениям переходного процесса при повреждениях в сложных ЭЭО.

Для формирования подобных тестовых сигналов целесообразно использовать математическое мо-

делирование сложного ЭЭО, например, с использованием интегрированной системы моделирования

Matlab с пакетом расширения Simulink, с последующим преобразованием специальной программой

полученных на модели токов и напряжений в COMTRADE-формат.

Таким образом, для исследования динамических режимов функционирования системы ТЗНП

электрических сетей среднего напряжения, на наш взгляд, наиболее эффективно применение метода

имитационного физико-математического моделирования с применением программно-аппаратного

комплекса типа РЕТОМ (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема системы для физико-математического

моделирования динамических

режимов функционирования ТЗНП

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ТОКОВЫХ ЗАЩИТ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

ОТ ОЗЗ В СЕТЯХ 6-10 кВ

По применяемой в настоящее время методике влияние токов электромагнитных переходных

процессов при дуговых прерывистых ОЗЗ на функционирование ТЗНП учитывается при выборе

Москва, 1–4 июня 2010 г.

319

тока срабатывания I

0 с.з

из условия отстройки от собственного емкостного тока защищаемого при-

соединения:

(1)

где К

отс

– коэффициент отстройки; I

C собс

– собственный емкостный ток ОЗЗ защищаемого присоеди-

нения; К

пер

– коэффициент, учитывающий влияние переходных процессов.

Значение К

пер

зависит от особенностей элементной базы, на которой выполнены измерительные

органов тока (ИОТ) ТЗНП, и алгоритмов обработки входных токов в измерительной и логической

части защиты. Для ИОТ, выполненных на электромеханической элементной базе, рекомендуется [5]

значение К

пер

принимать равным 4-5, что приводит к значительному уменьшению чувствительности

защиты и ограничению области ее применения. Для ТЗНП с ИОТ, выполненными на микроэлектрон-

ной и микропроцессорной базе, значения К

пер

приближенно принимаются равными 2,0-2,5 [6].

Эффективность срабатываний ТЗНП при внутренних ОЗЗ оценивается коэффициентом чувствитель-

ности при устойчивых металлических повреждениях:

(2)

где К

отс

= 1,2 – коэффициент отстройки; К

ч. мин

= 1,2 для защиты с действием на сигнал и 1,5 для за-

щиты с действием на отключение (для ТЗНП электродвигателей рекомендуется принимать К

ч. мин

= 2

[7]).

Из (1) и (2) можно получить условие применимости ТЗНП в сетях с изолированной нейтралью

(3)

Из (2) и (3) следует, что при больших значениях коэффициента К

пер

чувствительность защиты и область

ее применения значительно уменьшаются.

Исследования динамических режимов функционирования ТЗНП, обосновывающие значения ко-

эффициента К

пер

для ТЗНП, выполненных на различной элементной базе, насколько известно авторам,

не проводились. Поэтому основной задачей данной работы являлись оценка влияния электромагнит-

ных переходных процессов при ОЗЗ на функционирование ТЗНП с измерительными органами тока на

различной элементной базе в целях уточнения методики выбора тока срабатывания (т. е. значений К

пер

в (1)) и области применения данной защиты в электрических сетях среднего напряжения, работающих

с изолированной нейтралью, с резонансным заземлением нейтрали через ДГР или с высокоомным

заземлением нейтрали через резистор.

Для исследования динамических режимов функционирования ТЗНП электрических сетей среднего

напряжения, как указывалось выше, применялся метод имитационного физико-математического моде-

лирования с использованием программно-аппаратного комплекса типа РЕТОМ-51. Тестовые сигналы

для испытаний различных исполнений ТЗНП были получены с использованием математической модели

электрической сети 6-10 кВ в системе Matlab.

При исследованиях условий отстроенности ТЗНП от внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ были

приняты наиболее тяжелые расчетные условия, а именно:

• электрическая сеть 6-10 кВ содержит только кабельные линии (волновые сопротивления кабельных

линий (КЛ) значительно меньше волновых сопротивлений воздушных линий (ВЛ), поэтому амплитуды

бросков переходного тока при дуговых перемежающихся ОЗЗ в кабельных сетях больше);

• суммарный емкостный ток сети I

C Σ

≤

20 А при номинальном напряжении сети U

ном

= 10 кВ и

C Σ

≤ 30 А при U

ном

= 6 кВ;

0 с.з

≥ К

отс

пер

C собс

≤

C Σ

1 + К

отс

пер

ч. мин

C Σ

– I

C собс

C Σ

– I

C собс

≥ К

ч. мин

0 с.з

отс

пер

C собс

РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.