Токи нулевой последовательности и токи третьей гармоники
Для возможности создавать свои темы и отвечать в темы на форуме, необходимо зарегистрироваться или авторизоваться на портале.
10 марта 2006 г. в 12:35
Хотелось бы, чтобы кто-нибудь четко и как можно подробнее рассказал бы о различии токо указанных в теме. Сразу хотелось бы сказать, что это не одно и тоже, как думают многие электрики и научные сотрудники.
Дмитрий (гость)
3 апреля 2006 г. в 01:26
Важное замечание:
Токов нулевой последовательности в реальной жизни нет, разложение электрических величин (тока, напряжения, сопротивления) на состравляющие прямой, обратной, нулевой последовательности- это удобный математический ход описания (моделирования) реальных физических процессов возникающих (в частности если говорить про токи нулевой последовательности) при несимметричных режимах эл.цепей, в то время КАК токи третьей гармоники реально существуют.
разложение токов на последовательности пошло из теории электрических машин
вкратце:
1)Токи прямой последовательности «ответственны» за создание магнитного поля вращающегося синхронно с ротором
2)Токи обратной последовательности «ответственны» за создание обратно-синхронно магнитного поля
2)Токи нулевой последовательности «ответственны» за создание полей рассеяния обмотки якоря
Эти поля есть, и в реальности накладываясь одно на другое они создают НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ,но их как бы «рассредоточили»
Токи третей (и более высших) гармоник ничего общего с токами нулевой пос-ти не имеют
вкратце:
так как появилось НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, в состав которого входят пульсирующие поля, обратно-синхронные поля. то это приведёт к тому что привычная синусоида тока (например на выводах генератора) исказиться , говорят что имеют место высшие гармоники, т.е. искаженную из-за НЕКОТОРОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ синусоду можно разложить в ряд Эйлера-Фурье,где каждая гармоника-уже ПРИВЫЧНАЯ синусоида но меньшей амплитуды (вобще количество гармоник бесконечно, но часто ограничеваются тремя)
Александр (гость)
21 апреля 2006 г. в 10:07
Изучайте электротехнику.
Ток нулевой последовательности — по определению — это сумма токов трех фаз.
Если ток трех фаз содержат только первую гармонику, симметричны (равны по величине и имеют начальные фазы сдвинутые на 120 эл. градусов ), то их сумма равна нулю.
Если тока фаз содержат в себе кроме первой гармоники еще и третью, то при их суммировании надо учитывать, что начальные фазы третьих гармоник надо умножить на 3. В этом случае получается 120*3=360. И синусоиды третьих гармоник фаз А,В и С поэтому имеют одинаковую начальную фазу и складываясь дают утроенный ток третьей гармоники в нулевом проводе.
Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
Советы бывалого релейщика → Спрашивайте — отвечаем → Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
Страницы 1
Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться
Сообщений 14
1 Тема от dronos 2017-09-21 12:16:10
Тема: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
Коллеги, при расчете ОЗЗ у меня возникли непонятки в пониманиях терминов.
При расчете ОЗЗ отстраивается от собственного емкостного тока. А «бублики» называются трансформаторами тока нулевой последовательности.
Как соосносятся ёмкостные токи и токи нулевой последовательности. Я так минимаю это не совсем одно и тоже.
Разясните кто понимает о чем речь.
2 Ответ от retriever 2017-09-21 13:02:04 (2017-09-21 13:08:04 отредактировано retriever)
Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
dronos пишет:
Как соосносятся ёмкостные токи и токи нулевой последовательности. Я так минимаю это не совсем одно и тоже.
применительно к вашей задаче вопрос в чем состоит?
Ток нулевой последовательности равен I0=Uk0/Z0
Z0 состоит из Z0проводов и Z0емкостей. Z0проводовI0=Uk0/Z0емкостей
Uk0 в сети с изолированной нейтралью приблизительно равно фазному напряжению по модулю, т.к. U0=1/3(Ua+Ub+Uc), Ua=0, Ub и Uc линейные при ОЗЗ ф.А. Uk0=-Ua
Бублик меряет утроенный ток нулевой последовательности 3I0=Ia+Ib+Ic=3Uk0/Z0емкостей=3*jwC*(-Ua)
Z0емкости в симметричной системе (все фазные емкости одинаковы, все межфазные емкости одинаковы) равна емкости фазы на землю.
3 Ответ от dronos 2017-09-21 14:36:33
Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
На одном из форумов я нашел следующиее обяснение:
Токов нулевой последовательности в реальной жизни нет, разложение электрических величин (тока, напряжения, сопротивления) на состравляющие прямой, обратной, нулевой последовательности- это удобный математический ход описания (моделирования) реальных физических процессов возникающих (в частности если говорить про токи нулевой последовательности) при несимметричных режимах эл.цепей, в то время КАК токи третьей гармоники реально существуют.
разложение токов на последовательности пошло из теории электрических машин
вкратце:
1)Токи прямой последовательности «ответственны» за создание магнитного поля вращающегося синхронно с ротором
2)Токи обратной последовательности «ответственны» за создание обратно-синхронно магнитного поля
2)Токи нулевой последовательности «ответственны» за создание полей рассеяния обмотки якоря
Эти поля есть, и в реальности накладываясь одно на другое они создают НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ,но их как бы «рассредоточили»
Токи третей (и более высших) гармоник ничего общего с токами нулевой пос-ти не имеют
вкратце:
так как появилось НЕКОТОРОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, в состав которого входят пульсирующие поля, обратно-синхронные поля. то это приведёт к тому что привычная синусоида тока (например на выводах генератора) исказиться , говорят что имеют место высшие гармоники, т.е. искаженную из-за НЕКОТОРОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ синусоду можно разложить в ряд Эйлера-Фурье,где каждая гармоника-уже ПРИВЫЧНАЯ синусоида но меньшей амплитуды (вобще количество гармоник бесконечно, но часто ограничеваются тремя)
Ток нулевой последовательности — по определению — это сумма токов трех фаз.
Если ток трех фаз содержат только первую гармонику, симметричны (равны по величине и имеют начальные фазы сдвинутые на 120 эл. градусов ), то их сумма равна нулю.
Если тока фаз содержат в себе кроме первой гармоники еще и третью, то при их суммировании надо учитывать, что начальные фазы третьих гармоник надо умножить на 3. В этом случае получается 120*3=360. И синусоиды третьих гармоник фаз А,В и С поэтому имеют одинаковую начальную фазу и складываясь дают утроенный ток третьей гармоники в нулевом проводе.
что считаете по этому поводу?
4 Ответ от matu 2017-09-21 15:14:01
Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
В принципе все написано корректно. В чем у вас недопонимание? Понятия «емкостные токи» и «токи нулевой последовательности» частот используют как синонимы. Однако, в симметричном режиме за счет собственной емкости оборудования от источника к кабелю также текут емкостные токи, однако они (при условии симметрии ЭДС источника и сети) составляют систему прямой последовательности.
При замыкании на землю симметрия проводимостей на землю нарушается, и появляются токи нулевой последовательности. А характер этого тока уже емкостный, т.к. сопротивление, которое в основном и определяет ток ОЗЗ, носит емкостный характер.
5 Ответ от High_Voltage 2017-09-21 15:21:49
Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
dronos пишет:
в то время КАК токи третьей гармоники реально существуют.
Их тоже физически нет, есть несинусоидальный ток, который математически раскладывается на несколько синусоидальных
Добавлено: 2017-09-21 19:21:49
matu пишет:
Понятия «емкостные токи» и «токи нулевой последовательности» частот используют как синонимы
И в чем их схожесть?
Long Live Rock’n’Roll
6 Ответ от retriever 2017-09-21 15:24:48
Re: Токи нулевой последовательности и емкостные токи.
dronos пишет:
Боюсь, что с первого раза в это дело лучше не лезть.
Если вы рассчитываете уставки защиты от ОЗЗ отстройкой от емкостных токов, то про гармоники можно в первом приближении забыть, принять ток синусоидальным и все. Третьей гармоники у вас не будет. Сумма фазных токов Вашей линии не будет равна нулю, т.к. из-за ОЗЗ неповреженные фазы через свои емкости будут гнать ток в другие линии (отходящие от того же РУ) — первый закон Кирхгофа.
ток нулевой последовательности
Известно, что произвольную несимметричную систему трех векторов тока (напряжения) можно разложить на три симметричные системы:
– систему токов прямой последовательности;
– систему токов обратной последовательности;
– систему токов нулевой последовательности.
Симметричная система токов прямой (а), обратной (б) и нулевой (г) последовательностей
Симметричная система токов прямой последовательности представляет три одинаковых по величине вектора с относительным сдвигом по фазе 120 о , вращающихся против часовой стрелки. Чередование фаз А-В-С принимается по часовой стрелке. Аналогичные условия имеем для обратной последовательности с чередованием фаз А-С-В. Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой и обратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазных тока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служит земля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.
Параллельные тексты EN-RU
The function determines the zero-phase sequence current, i.e. the vectorial sum of the phase and neutral currents.
[Schneider Electric]
Данная функция определяет ток нулевой последовательности, т. е. векторную сумму токов фазных и нулевого защитного проводников.
[Перевод Интент]
Что такое токовая защита нулевой последовательности?
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.
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.
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.
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.
В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.
Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.
Правила подборки трансформаторов тока.
С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:
- Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
- Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
- Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.
К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.
Область применения
Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:
- на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
- в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
- в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.
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.
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.
Практическая реализация ТЗНП
Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.
Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.
При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.
Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.