Zasada działania zabezpieczenia kierunkowego składowej zerowej prądu w sieciach elektrycznych 110 kV
Kierunkowe zabezpieczenie od składowej zerowej prądu (TNZNP) stosuje się w przypadku konieczności zabezpieczenia linii elektroenergetycznych wysokiego napięcia przed skutkami zwarć jednofazowych – doziemnych na jednym z przewodów fazowych w sieci elektroenergetycznej. Zabezpieczenie to stosuje się jako zabezpieczenie rezerwowe linii elektroenergetycznych klasy napięciowej 110 kV. Poniżej podajemy zasadę działania tego zabezpieczenia, zastanówmy się, w jaki sposób i za pomocą jakich urządzeń TNZNP stosuje się w sieciach elektrycznych 110 kV.
W elektrotechnice istnieje koncepcja symetrycznych i niezrównoważonych układów prądów lub napięć fazowych. Układ symetryczny zapewnia równość prądów fazowych (napięć) sieć trójfazowa… W tym przypadku wektory prądów fazowych mogą stać względem siebie w kolejności prostej, odwrotnej, a także składowej zerowej (NP).
W kolejności zgodnej wektory prądu fazowego układają się w kolejności A, B, C, każda faza jest opóźniona o 120 g.Odwrotna sekwencja to naprzemienne fazy A, C, B, kąt przesunięcia fazowego jest taki sam - 120 stopni. W przypadku sekwencji zerowej wektory trzech faz pokrywają się w kierunku. Układ asymetryczny jest reprezentowany jako wartość bieżąca — suma geometryczna wektorów wszystkich składowych sekwencji prostej, przeciwnej i zerowej.
Podczas normalnej pracy części sieci elektrycznej układ prądów i napięć jest symetryczny, to samo dotyczy zwarć międzyfazowych. W tym przypadku zarówno napięcie, jak i prąd NP są równe zeru. W przypadku zwarcia doziemnego jednofazowego układ staje się asymetryczny — występuje prąd i napięcie NP.
W tym przypadku prąd (napięcie) jednej z faz o sekwencji zerowej jest równy odpowiednio jednej trzeciej sumy wektorów układu asymetrycznego, suma wektorów układu asymetrycznego jest trzykrotnością prądu ( napięcie) niskiego napięcia.
Wyniki obliczeń zwarciowych w sieciach elektrycznych pokazują również, że prąd zwarcia doziemnego jednofazowego w sieciach elektrycznych jest równy trzykrotnej wartości prądu NP — 3I0 i napięcia powstającego między przewodem neutralnym transformatora a zwarciem -punkt obwodu — do trzykrotnej wartości napięcia NP — 3U0.
Zasada działania zabezpieczenia nadprądowego składowej zerowej polega na kontrolowaniu wartości 3I0 linii elektroenergetycznej, a po osiągnięciu określonej wartości automatyczne wyłączanie wyłącznika linii elektroenergetycznej z określonym opóźnieniem czasowym.
W praktyce prądy asymetrii 3I0 uzyskuje się na wyjściu tzw. filtru składowej zerowej prądu.Filtr ten uzyskuje się poprzez elektryczne połączenie początku i końca uzwojeń przekładników prądowych każdej fazy linii.
Podczas normalnej pracy odcinka sieci elektrycznej na wyjściu filtra prądowego NP nie płynie prąd. W przypadku awarii — upadku jednego z przewodów fazowych linii elektroenergetycznej do ziemi, dochodzi do zachwiania równowagi — pojawia się pewna wartość prądu 3I0, której wartość jest ustalona na wyjściu filtru prądów NP.
TNZNP, z reguły ochrona wielopoziomowa. Każdy ze stopni zabezpieczenia ma swój własny czas reakcji.W celu zapewnienia selektywności działania zabezpieczeń w sąsiednich stacjach, odcinki sieci elektrycznej podzielone są na sekcje (obszary pokrycia). Tym samym zabezpieczenie zapewnia ochronę linii elektroenergetycznej zasilanej przez stację, w której zainstalowany jest dany zestaw zabezpieczeń oraz pełni funkcję zabezpieczenia rezerwowego dla sąsiednich stacji.
W systemie występuje takie zjawisko jak oscylacja. Jeżeli zabezpieczenie przeciwzwarciowe między liniami, np. ochrona odległości, może zostać fałszywie wyzwolony w przypadku wystąpienia tego zjawiska, wówczas wykluczone jest fałszywe wyzwolenie TNZNP, ponieważ zabezpieczenie to reaguje wyłącznie na występowanie prądów składowej zerowej, których występowanie nie jest charakterystyczne dla zjawiska kołysania w systemie elektroenergetycznym .
Zabezpieczenie omówione w artykule jest właściwie zabezpieczeniem od zwarć doziemnych, dlatego zabezpieczenie to ma alternatywną nazwę – zabezpieczenie doziemne (GRP).
Jakie urządzenia pełnią funkcję zabezpieczenia składowej zerowej prądu kierunkowego w sieciach elektrycznych
W celu zapewnienia ochrony linii elektroenergetycznych przed wszelkiego rodzaju zwarciami (zarówno zwarciami jednofazowymi, jak i międzyfazowymi) stosuje się zabezpieczenie składowej zerowej prądu wraz z zabezpieczeniem odległościowym. Urządzenia realizujące funkcje tych zabezpieczeń mogą być realizowane zarówno na przekaźnikach o elektromechanicznej zasadzie działania, jak i na nowoczesnych urządzeniach - zaciskach mikroprocesorowych do ochrony.
Wśród zabezpieczeń elektromechanicznych największą popularnością cieszą się zestawy typu EPZ-1636, które posiadają kilka różnych modyfikacji. W nowoczesnych warunkach priorytetem jest budowa nowych stacji rozdzielczych lub modernizacja techniczna starych obiektów urządzenia zabezpieczające mikroprocesor… Do realizacji zabezpieczeń dobezpieczeniowych linii 110 kV, w tym TNZNP, często stosuje się terminale mikroprocesorowe produkcji ABB, np. urządzenie wielofunkcyjne REL650.