Вопрос 36

. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА НА КОРПУС (НА ЗЕМЛЮ)

а) Требования к защите

Как уже отмечалось в СССР сети генераторного напряжения работают с изолированными нейтралями, а емкостные токи сети компенсируются дугогасящими катушками. При замыканиях на корпус (на землю) обмотки статора ток повреждения 1_з замыкается на землю через магнитопровод статора, вызывая при этом повреж­дения стали. Размеры повреждения зависят от величины тока и длительности его протекания.

Лаборатория высокого напряжения имени Смурова, проводившая специальные испытания, установила зависимость допустимой продолжительности прохождения тока 1_з от его величины, т. е. t= f(1_з) (р_ИС. 15-15). В частности, исследования лаборатории показали, что ток 5 А может допускаться дли­тельно. Допустимыми разрушениями считались такие, устранение которых не требует переборки стальных листов статора.

В 1950 г. ЦНИЭЛ МЭС производил опыты непосредственно на генераторе, которые также подтвердили, что ток до 5 А может допускаться длительно. Токи более 5 А вызывают повреждение стали и поддерживают электрическую дугу, вызывающую горение изоляции обмотки статора. Поэтому токи более 5 А могут допускаться лишь ограни­ченное время.

В эксплуатации имелись случаи длительной работы генератора с замы­канием на землю обмотки статора, не сопровождавшиеся опасным поврежде­нием стали при токе замыкания на землю порядка 5 А.

На основании результатов экс­периментов и опыта эксплуатации к защите от замыкания на землю генераторов в СССР предъявляют­ся два требования:

а) При токах замыкания на землю менее 5 А защита может действовать на сигнал, так как при этих токах не наблюдаетсяопасных повреждений статора.

б) При токе замыкания на землю 5 А и выше защита должна действовать на отключение генератора, поскольку при этом имеется опасность повреждения стали статора.

б) Принципы выполнения защиты

По принципу своего действия на замыкание на землю в обмотке статора генератора может реагировать дифференциальная защита, но ее использование для этой цели было бы возможным только при глухом заземлении нейтрали, при изолированной нейтрали она оказывается нечувствительной. Поэтому для защиты генера­торов от замыканий на землю применяется специальная высоко­чувствительная защита, реагирующая на ток нулевой последова­тельности.

В СССР были созданы чувствительные токовые защиты, дей­ствующие при токах 1_з = 4 ÷ 5 А. Эти защиты выполняют на естественном емкостном токе или остаточном токе компенсации, не прибегая к искусственным мерам и не предъявляя каких-либо требований к его величине, так как при появлении опасных токов (больше 5 А) действие защиты на отключение генератора обеспечено.

Токи I₀ и напряжения U₀ при замыканиях на землю обмотки статора. В § 9-1 показано, что ток замыкания на землю 1_з ра­вен 3I₀ и пропорционален напряжению нулевой последовательности U₀:

где х_C — емкостное сопротивление фазы сети генераторного на­пряжения.

При замыкании на землю в обмотке генератора (рис. 15-16, а) напряжение U₀ равно напряжению замкнувшихся на землю вит­ков w₃ обмотки фазы статора. С некоторым приближением можно считать, что напряжение распределяется равномерно по всем виткам фазы.

Тогда, выражая w₃ в процентах, от всех витков фазы, получаем:

где U_ф.Г — нормальное напряжение фазы генератора.

Подставив U₀ из (15-16а) в (15-16), найдем:

Из (15-16а) и (15-166) следует, что U₀, I₀ и 1_з, появляющиеся при замыкании на землю, пропорциональны числу замкнувшихся витков w_3, Графически эта зависимость изображена на рис. 15-16, б.

Величины U₀, I₀, 1_з имеют максимальное значение при замы­кании на землю на выводах генератора. В этом случае w₃— 100%; подставив это значение в (15-16а) и (15-166), получим U₀= U_ф.Г, а

где С — емкость одной фазы сети генераторного напряжения.

При приближении точки замыкания на землю к нейтрали гене­ратора w₃ уменьшается от 100% до 0_; вследствие этого уменьшаются и U_0, I₀, 1_з , достигая нуля при замыкании в нейтрали генератора (рис. 15-16, б).

При наличии дугогасящей катушки ток замыкания на землю 1_з из двух составляющих: тока, замыкающегося через ем­костное сопротивление сети х_С, и тока, замыкающегося через сопротивление дугогасящей катушки х_L.

Результирующий ток равен их разности:

Фильтры токов I₀. Принципиально, как и в защите линий (§ 9-4, б), возможны два способа выполнения токовых защит нулевой последовательности: с трехтрансформаторным фильтром I₀ (рис. 15-17, а) и однотрансформаторным фильтром I₀ — ТНП (рис. 15-17, б).

Первоначально защита выпол­нялась с помощью трехтрансформаторного фильтра. Такая за­щита была недостаточно чувстви­тельна, она срабатывала при то­ках замыкания на землю 15—20 А. Чувствительность этой защиты ограничивалась током небаланса, от которого защита должна быть отстроена, I_с.з > I_нб Последний определяется погрешностью транс­ форматоров тока и имеет значительную величину (см. § 9-4, б и в).

В настоящее время защита генератора от замыканий на землю выполняется только по второму способу — с ТНП. Ток небаланса в ТНП значительно меньше, вследствие чего защита получается более чувствительной. Однако ТНП обычной конструкции (см. рис. 9-8) не обеспечивают необходимой чувствительности, поэтому применяются ТНП с подмагничиванием, позволяю­щим получить требуемую чувствительность защиты (3—5 А пер­вичных).