Введение

Трансформаторы тока с нулевой последовательностью (ZCT) играют решающую роль в электроэнергетических системах, обнаруживая заземляющие неисправности и обеспечивая безопасную и стабильную работу электрических сетей. Они работают в сочетании с защитными реле и системами мониторинга для обнаружения токов с нулевой последовательностью, вызванных сбоями в грунте или несбалансированными нагрузками. Обеспечивая точное обнаружение неисправностей, ZCT помогают предотвратить повреждение электрооборудования и повысить надежность распределения мощности.

В этой статье исследуются принципы работы трансформаторов тока с нулевой последовательностью, их роль в защите энергосистемы, методы установки и различия между ZCT и обычными трансформаторами тока.

Принцип работы трансформаторов тока с нулевой последовательностью

Работа трансформатора тока с нулевой последовательностью основана на действующем законе Кирхгофа, который гласит, что алгебраическая сумма всех токов, входящих в узел, равна нулю.

• В нормальных условиях, когда трехфазная система сбалансирована (т.е. без наземных разломов или значительных токов утечки), векторная сумма трехфазных токов равна нулю:
  Ia + Ib + Ic = 0
  В результате в ядре ZCT не генерируется магнитный поток, а вторичная обмотка не производит выходного сигнала.
• Когда в системе существует несбалансированная нагрузка, из-за дисбаланса появляется небольшой ток с нулевой последовательностью. Этот ток, обозначаемый как IN, представляет собой отклонение от идеального баланса в трехфазной системе.
• В случае с разломом тока неисправного тока Ид течет от неисправной фазы к земле. Это приводит к измеримому току нулевого последовательности, заданному:
  Io = IN + Id
  Здесь Ио представляет собой сумму несбалансированного тока и тока наземного разлома. Этот индуцированный ток во вторичной обмотке ZCT затем обрабатывается защитными реле для запуска сигналов тревоги или отключения неисправных цепей.

Защитные применения токовых трансформаторов с нулевой последовательностью

Трансформаторы тока с нулевой последовательностью широко используются в энергетических системах для обнаружения заземляющих неисправностей и обеспечения электрической безопасности. Их основные применения включают:

1. 1. Защита от наземного неисправно в нейтральных загрязненных системах

• В системах заземления TN сбой земли приводит к значительному току нулевого последовательности. ZCT обнаруживает этот ток и посылает сигнал в реле защиты, которые изолируют неисправную цепь для предотвращения дальнейшего повреждения.
• Системы TN-S и TN-C-S имеют низкоимдонансные пути заземления, что делает защиту с нулевой последовательностью высокоэффективной.
• В системах заземления ТТ токи заземления слабее из-за сопротивления высокой заземления, что затрудняет точное обнаружение разломов ZCT.

2. 2. Обнаружение наземного дефекта в изолированных и высокозаземных системах

• Системы заземления ИТ обычно используются в промышленных приложениях, где непрерывность электроснабжения имеет решающее значение. В этих системах первый сбой не вызывает немедленного отключения, а генерирует ток утечки, который необходимо обнаружить.
• ZCT отслеживают этот ток утечки и активируют сигналы тревоги, что позволяет операторам устранять неисправности изоляции до того, как произойдет второй сбой.

3. 3. Остаточная защита тока для безопасности электрооборудования

• ZCT используются в защите тока утечки (устройства остаточного тока, РД) для обнаружения непреднамеренных следов тока к земле, защищая людей от поражения электрическим током.
• Когда ток утечки превышает заданный порог, ZCT запускает автоматический выключатель для отключения питания.

4. Защита распределительных сетей и промышленного оборудования

• ZCT устанавливаются в распределительных устройствах среднего и низкого напряжения для обнаружения заземляющих неисправностей и при необходимости защитных реле.
• В промышленных применениях электродвигатели, генераторы и трансформаторы защищены ZCT для предотвращения поломки изоляции из-за разломов грунта.

Методы установки токовых трансформаторов с нулевой последовательностью

Правильная установка ZCT имеет решающее значение для точного обнаружения и надежной работы системы. Существуют различные методы установки ZCT, в зависимости от конфигурации системы.

1. 1. Трехфазная система с индивидуальными трансформаторами тока

• Каждая фаза оснащена отдельным трансформатором тока (CT).
• ZCT рассчитывает сумму отдельных фазовых токов для определения тока нулевой последовательности.

2. 2. Однократный ток с нулевой последовательностью трансформатор для всех трехфазных проводников

• Вместо использования отдельных КТ все трехфазные проводники пропускаются через одну КТ с нулевой последовательностью.
• Этот метод упрощает установку и обеспечивает точное обнаружение токов нулевой последовательности.

3. 3. Ток-трансформатор с нулевой последовательностью установлен на нейтральном проводнике

• В некоторых системах ZCT устанавливается вокруг нейтрального проводника (N).
• Эта конфигурация полезна в системах, где заземляющие разломы происходят в нейтральной точке трансформатора.

Ноль-последовательный Текущий процесс установки трансформатора

Для точной и надежной работы ZCT должны быть установлены правильно. Процесс установки зависит от того, используется ли интегральный (закрытое ядро) ZCT или сплит-ядро (открытое ядро) ZCT.

1. 1. Интегральная (закрытая ядро) ZCT Установка

• Трансформатор должен быть установлен перед прокладкой кабеля.
• Силовой кабель должен проходить через ZCT во время установки.

2. 2. Сплит-Ядро (Открытое ядро) ZCT Установка

• Трансформатор может быть установлен после прокладки силового кабеля.
• Процесс включает в себя:
  1. Удаление соединительных пластин с терминалов «K1′» и «K2′» (не требуется для круговых ZCT).
  2. Ослабление и удаление винтов, закрепляющих сердцевину.
  3. Размещение трансформатора вокруг кабеля и закрепление его должным образом.
  4. Очистка контактных поверхностей и нанесение тонкого слоя антикоррозионного масла.
  5. Выравнивание и закрепление двух половинок трансформатора.
  6. Исправление соединительных пластин обратно на «K1′» и «K2′», если требуется.

Для ZCT с внутренним диаметром больше 120мм, установленных горизонтально, немагнитная опора должна использоваться для поддержания стабильности.

Различия между КТ с нулевой последовательностью и обычной CT

Трансформаторы тока с нулевой последовательностью отличаются от обычных трансформаторов тока (CT) несколькими способами:

Особенность	Тока нулевой последовательности трансформер (ZCT)	Традиционный ток трансформатор (CT)
Цель	Обнаруживает токи нулевой последовательности (наземные разломы)	Измерения фазовых токов для измерения или защиты
Выходной сигнал	Пропорциональная сумма трехфазных токов (Io)	Пропорционально току в одном проводнике
Применение	Защита от сбоев на земле, обнаружение утечки	Защита от перегрузки тока, измерение течения фазы
Установка	Окружает все фазовые проводники или нейтральный проводник	Установлены на индивидуальных фазовых проводниках

Заключение

Трансформаторы тока с нулевой последовательностью являются важными компонентами в современных энергосистемах, что позволяет точно обнаруживать заземленные неисправности и обеспечивать электробезопасность. Контролируя ток нулевого порядка, ZCT обеспечивают критическую защиту от токов утечки, поломок изоляции и электрических неисправностей. Их применение в области защиты от сбоев наземного оборудования, мониторинга системы и обнаружения остаточного тока делают их незаменимыми как для промышленных, так и для коммерческих энергетических систем.

Для максимизации эффективности ZCT необходимы правильный выбор, установка и техническое обслуживание. Следование отраслевым стандартам для установки, регулярный осмотр оборудования, а также использование высококачественных ZCT обеспечит надежную работу и повышенную защиту системы. С развитием технологий защиты энергии трансформаторы тока с нулевой последовательности будут продолжать играть жизненно важную роль в электробезопасности и надежности системы.

• Руководство по устранению неисправностей трансформаторов тока и напряжения
• Анализ ошибок и обслуживание трансформаторов тока в энергосистемах
• Причины и решения для ложных сигналов тревоги в ток-трансформерах с нулевой последовательностью
• Количество допустимых точек заземления во Вторичная цепь трансформаторов напряжения
• Техники устранения неисправностей для сгоревших трансформаторов напряжения
• Анализ и устранение распространенных неисправностей трансформаторов тока