Увеличение токов КЗ в высоковольтных системах с глухозаземленной нейтралью привело к увеличению токов повреждения на землю. Ограничение токов возможно получить разземлением нейтралей трансформаторов. Это очень эффективно в случае применения блочных трансформаторов. Но, отключение выключателя, соединяющего блок с системой с заземленными нейтралями, например в случае работы автоматики разгрузки, может привести к возникновению опасных перенапряжений.
АЭС Безнау 1 и 2 (Beznau I, II) (компания NOK, Швейцария) были запущены в работу в 1969 и 1971 гг. На этих станциях разъединитель в цепи нейтрали в использовался для управления токовым разрядником (Рисунок 12 и Рисунок 16). Общая мощность обоих АЭС составляла 700 МВт. Генераторы работали по блочной схеме. Четыре трехфазных трансформатора мощностью 220 МВА каждый; напряжением 15.5/250 кВ соединялись с системой 220кВ. Нейтрали на стороне ВН, для защиты от перенапряжений , защищались импульсными разрядниками и заземлялись через токовые разрядники. Токовые разрядники отключались вместе с силовым выключателем. Время работы в 19мс позволяло выполнить заземление раньше размыкания силовых контактов выключателя.
Сердцем токового разрядника являлся воздушный промежуток (давление воздуха 15 бар) с подвижным и неподвижным контактами. Неподвижный контакт соединялся с ТТ проходного типа , подвижный представлял собой трубу с плунжером. Движение плунжера блокировалось давлением воздуха, но могло, при отключении, разблокироваться с временем работы меньше чем 1мс. Корпус импульсного разрядника был изолирован и соединялся с «землей» через заземляющий ТТ. Такое решение позволяло «отключать» разрядник только в случае тока нейтрали меньше 200 A (ограниченная коммутационная способность). Устройства управления, измерения и защиты размещались, как обычно, в панели (шкафу).
Компания ZPA в 1976г выпустила реле напряжения типа VT12 (Рис.9). Оно могло применяться в качестве реле повышения напряжения, реле понижения напряжения и реле понижения напряжения с выдержкой времени. Диапазон уставок составлял 1... 2 Uном или 0.45... 0.85 Uном , 0.4..12 сек, коэффициент возврата 0.87 – 0.95.
Защита по скорости изменения напряжения обычно выполняется двухступенчатой. Время работы первой ступени выбиралось таким , чтобы в случае увеличения напряжения из-за уменьшения тока сначала мог работать регулятор напряжения. Вторая ступень контролировала работу регулятора напряжения, не позволяя напряжению превысить максимально допустимое напряжение генератора. В зависимости от первичной схемы оно могло быть опасным для генератора, блочного трансформатора или СН (собственных нужд). Так как блочные трансформаторы часто комплектовались устройствами РПН (например ± 11 %), то не было возможности выполнить защиту от повышения напряжения для блока генератор-трансформатор с помощью обычного реле. Для генератора было достаточно реле с одной ступенью. На трансформаторе устанавливалось реле с двумя ступенями. Это было особенно необходимо для трансформаторов блока (соединенных напрямую к сетям 220 и 380кВ). В сети напряжением 380кВ разрешалась работа таких трансформаторов (с напряжением изоляции на 420 кВ). Допускалось напряжение в 540кВ в течение 5 минут и 580 кВ в течение 5 секунд (может возникнуть при отключении нагрузки блока турбина-генератор).
В 1973г небольшая компания, занимавшаяся разработкой устройств автоматики (BRA, г. Saalfeld, ГДР) для электростанций, по заданию генерирующей компании VNE выпустила защиту от повышения напряжения. Ее название было SSR175 и она могла применяться для блоков генератор-трансформатор напряжением 220 и 380кВ (Рис.18).
Напряжение срабатывания регулировалось в диапазоне 1.0 - 1.3 Uном . Коэффициент возврата при 1.3 Uном составлял 0.98.
В 1984 компанией Siemens было выпущено микроэлектронное (статическое) реле типа 7RE21-Z1. Это было двухступенчатое реле повышения напряжения (Рисунок13 и Рисунок 17).
Рисунок 11. Схема защиты от повышения напряжения
Рисунок 12. Токовый разрядник в качестве коммутационного аппарата в нейтрали (AEG, 1969 г)
1 - Генератор
2 - Трансформатор
3 - Трубка разрядника
4 - Коммутационный аппарат
5 - Силовой выключатель
Рисунок 13. Схема реле повышения напряжения типа 7RE21, Siemens, 1984 г
Рисунок 14. Принцип защиты по отношению U/f
Рисунок 15. Схема защиты от самовозбуждения, компания Oerlikon, 1957 г