Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.

Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.

Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности. Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.

На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.

Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I₀.

Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U₀ подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.

При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I₀ в линиях высшего напряжения.

Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН. Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I₀ на стороне звезды.

Поскольку ток I₀ возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.

Таким образом, распределение тока I₀ в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.

Дистанционная защита — это сложная защита, состоящая из ряда элементов (органов), каждый из которых выполняет свою определенную функцию, в том числе: пусковой и дистанционный органы, органы направления и выдержки времени, а также блокировка для вывода защиты из действия при повреждениях цепей напряжения, питающих защиты.

Дистанционные защиты применяются в сетях сложной конфигурации, в которых для обеспечения необходимого быстродействия и чувствительности не могут быть применены более простые максимальные токовые и токовые защиты направленного действия.

Дистанционной защитой определяется сопротивление (или расстояние — дистанция) до места КЗ и, в зависимости от этого, защита срабатывает с меньшей или большей выдержкой времени. Выдержка времени действия дистанционной защиты определяется дистанцией (расстоянием), иными словами, сопротивлением до места КЗ.

Дистанционные защиты, имеющие ступенчатые характеристики времени, не измеряют каждый раз при КЗ значения сопротивления на зажимах измерительного органа и не устанавливают в зависимости от этого большую или меньшую выдержку времени, а лишь контролируют поврежденную зону. Время срабатывания защиты при КЗ в любой точке зоны постоянно.

Каждая защита выполняется многоступенчатой, причем в первой зоне, охватывающей порядка 85 % длины защищаемой линии, выдержка времени на ступень выше и составляет не более 0,15 с. Для второй зоны, находящейся за пределами защищаемой линии, выдержка времени на ступень выше и составляет порядка 0,4–0,6 с. При КЗ в третьей зоне выдержка времени еще больше и выбирается так же, как и для направленных токовых защит.

При КЗ на линии срабатывают реле пускового органа и реле органа направления. Через контакты этих реле подается сигнал на дистанционные органы и на реле времени. Если КЗ находится в первой зоне, дистанционный орган пошлет импульс на отключение выключателя без выдержки времени. При КЗ во второй зоне дистанционный орган первой зоны работать не будет, так как сопротивление на зажимах его реле будет больше сопротивления срабатывания. В этом случае сработает дистанционный орган второй зоны, который запустит реле времени, отключающий с заданной выдержкой времени защищаемую линию. При КЗ в третьей зоне дистанционные органы первой и второй зоны работать не будут, поскольку сопротивления на их зажимах больше сопротивления срабатывания. Сработает реле времени и с заданной выдержкой отключит линию.

Принцип действия защиты основан на сравнении значений и фаз тока в начале и в конце линии. Как правило, при токах до 2,5-кратных по отношению к току срабатывания сравниваются значения и фазы токов, а при бóльших кратностях сравниваются только фазы этих токов.

Вторичные обмотки ТТ с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 8.8, а для выполнения дифференциальной защиты параллельно ТТ (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.

При одинаковых коэффициентах трансформации ТТ при нормальной работе и при внешнем КЗ вторичные токи равны и направлены в ОТ встречно, в результате чего ток в обмотке ОТ равен нулю, и ОТ не действует.

Таким образом, продольная дифференциальная защита реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне, обеспечивая мгновенное отключение поврежденной линии.

Для отключения протяженных линий с двух сторон необходимо подключение по дифференциальной схеме двух органов тока на ПС по обоим концам линии. Такое подключение приводит к неравномерному распределению вторичных токов между ними (обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Для отстройки от токов небаланса в защите применены дифференциальные реле тока с торможением, обладающие повышенной чувствительностью.

При значительной длине соединительных проводов имеют место сопротивления, многократно превышающие допустимое сопротивление нагрузки для ТТ. Для снижения нагрузки применяются специальные ТТ с коэффициентом трансформации n, с помощью которых ток, проходящий по проводам, уменьшается в п раз, и тем самым нагрузка от соединительных проводов снижается в n² раз.

Контроль исправности соединительных проводов необходим для выявления и устранения их обрывов, КЗ между ними, замыкания одного провода на землю.

При обрыве соединительного провода ток в рабочей и тормозной обмотках реле становится одинаковым и защита неправильно сработает при сквозном КЗ и даже при токе нагрузки (в зависимости от I_с.з.).

Высокая стоимость соединительных проводов во вторичных цепях продольной дифференциальной защиты ограничивает область ее применения линиями малой протяженности (до 10–15 км).