Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения. Фильтр тока нулевой последовательности, принцип действия, схема

Для получения составляющих токов I 0 возможно использование трехтрансформаторных фильтров (см. §3.5), применяемых в сетях с глухозаземленными нейтралями или специальных трансформаторов тока нулевой последовательности (рис.9.6). Как уже отмечалось, токи I 3(1) очень малы, поэтому трехтрансформаторные фильтры не могут применяться.

Действительно, выполнение чувствительной селективной сигнализации с использованием обычных трансформаторов тока и электромеханических реле встречает ряд серьезных трудностей:
1) номинальный ток обычных ТТ выбирается по току нагрузки линии, и поэтому они имеют сравнительно большие коэффициенты трансформации.
2) для включения на такой ток необходимо выбрать самое чувствительное токовое реле РТ-40/0,2, которое имеет сопротивление обмоток 80 Ом. Включение реле с такими большими сопротивлениями приводит к тому, что только часть тока попадает в реле, а другая часть, называемая током отсоса, бесполезно замыкается через вторичные обмотки ТТ неповрежденных фаз. Ток отсоса может достигать 40-50%.
Значительно большую чувствительность обеспечивает сигнализация при однофазных замыканиях на землю, выполняемая на специальных ТТ НП (ТНП), имеющих на выходе малые токи небаланса и позволяющие благодаря этому выполнить более чувствительные РЗ. Устройство ТНП показано на рис.9.6, а. Магнитопровод 1,собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольника, охватывающего все три фазы защищаемой кабельной ЛЭП. Провода фаз А, В, С,проходящие через отверстие ТНП, является первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2 располагается на магнитопроводе

с числом витков w = 20 ÷ 30. Токи фаз I А, I Ви I Ссоздают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф А, Ф B, ФC,которые, складываясь, образуют результирующий поток:
Ф рез= Ф А+ Ф B+ Ф C

Так как сумма токов I А + I В + I С= 3 I 0, то можно сказать, что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока НП: Ф рез= k 3 I 0.

Поток Ф рез, а следовательно, вторичная ЭДС Е 2 и вторичный ток I 2могут возникнуть только при условии, что сумма токов фаз не равна нулю, или, иначе говоря, когда фазные токи, проходящие через ТНП, содержат составляющую I 0. Поэтому ток во вторичной цепи ТНП будет появляться только при замыкании на землю. В режиме нагрузки, трехфазного и двухфазного КЗ (без замыкания на землю) сумма токов фаз I А + I В + I С= 0, и поэтому ток в реле отсутствует (Ф рез = 0).
Однако, поскольку из-за неодинакового расположения фаз A, В и С относительно вторичной обмотки ТНП коэффициенты взаимоиндукции этих фаз с вторичной обмоткой различны, несмотря на полную симметрию первичных токов, сумма их магнитных потоков в нормальном режиме не равна нулю. Появляется магнитный поток небаланса (Ф рез = Ф нб), вызывающий во вторичной обмотке ЭДС и ток I нб. Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре. Это объясняется тем, что в последнем суммируются вторичные токи, которые искажены погрешностью трансформации (I нам), особенно проявляющейся при насыщении стали сердечника при токах КЗ, в то время как в ТНП трансформация тока не вызывает небаланса. В ТНП суммируются магнитодвижущие силы одновитковых первичных обмоток, сумма которых при междуфазных КЗ равна нулю. Ток I нб во вторичной обмотке ТНП зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.
Для получения наибольшей мощности от ТНП, а следовательно, и максимальной чувствительности реле, питающихся от ТНП, сопротивление обмотки реле Z pдолжно равняться сопротивлению ТНП. Пренебрегая сопротивлением вторичной обмотки Z 2, согласно рис.9.6, б получаем Z ТНП = Z нам; тогда условие отдачи максимальной мощности можно выразить равенством Z p= Z нам.

Из эквивалентной схемы ТНП (рис.9.6, б) видно, что при выполнении условия (9.18) вторичный ток, поступающий в реле, и ток намагничивания оказываются одинаковыми: I нам = I p. Для исключения ложной работы РЗ необходимо компенсировать влияние блуждающих токов, замыкающихся по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью воронка и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП изолируются от земли, а заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП.