Токовые направленные защиты нулевой последовательности

В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих; сторон рассматриваемого участка сети, селективное дей­ствие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощ­ности (по соображениям, аналогичным в § 7-1).

Направленные защиты нулевой последовательности действуют при к. з. на защищаемой линии и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной под­станции. Такое поведение защиты обеспечивается с помощью реле направления мощности, реагирующего на знак или направление мощности нулевой последовательности при к. з.

Выдержки времени на защитах, действующих при одном на­правлении мощности, подбираются по ступенчатому принципу. На рис. 8-7 показаны размещение направленных защит нулевой последовательности и график их выдержек времени. Схема защиты приведена на рис. 8-8.

Защита состоит из токового реле 1, реагирующего на появ­ление к. з. на землю, реле мощности 2, определяющего направле­ние мощности при к. з., и реле времени 3, создающего выдержку времени, необходимую по условию селективности.

Пусковое реле и токовая обмотка реле мощности включаются в нулевой провод трансформаторов тока на ток 3 I ₀, а поляри­зующая обмотка (обмотка напряжения) реле мощности питается напряжением 3U₀ от разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

При таком включении реле 2 реагирует на мощность нулевой последовательности S_о = U_оI_о. С учетом угла внутреннего сдвига α поляризующей обмотки и равенств U_р = ЗU₀, I_Р == 3 I ₀ реле направления мощности согласно (7-1) реагирует на мощность:

где φ_p = φ₀ — угол сдвига фаз между U_р и /_р или U₀ и /₀.

Условия работы реле мощности и его поведение можно уяснить из рассмотрения векторных диаграмм напряжения и тока питающих реле (U₀ и I ₀) при однофазных и двухфазных к. з. на землю (рис. 8-9 и 8-10).

Однофазное к. з.. [Л. 32, 13], например, на фазе А характеризуется следующими условиями, вытекающими из рис. 8-9, а:

1) В поврежденной фазе А под действием э. д. с. Е_А проходит ток к. з. 1_а = I _к. Если принять активное сопротивление сети равным нулю, то ток 1_А отстает от э. д. с. Еа на 90°.

2) Токи в неповрежденных фазах 1_В и /_с равны нулю.

3) Напряжение поврежденной фазы А относительно земли в точке К U_аK = 0, поскольку эта фаза имеет глухое замыкание на землю.

Из диаграммы 8-9, б следует, что ток I_ок опережает напряже­ние U_ОК на 90°.

Векторная диаграмма однофазного к. з. в точке Р, удаленной от места к. з., отличается от предыдущего случая величиной U_а

Приведенные диаграммы построены с указанными выше допущениями и являются поэтому приближенными.

Более строго и точно подобные диаграммы могут быть построены на ос­нове совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреж­дений, выражающих связь симметричных составляющих с фазными токами и напряжениями. Построенные подобным способом диаграммы для места к. з. показаны на рис. 8-9, г, д и 8-10, г, д; там же приведены исходные урав­нения (подробнее о этих диаграммах см. [Л.10, 13, 32]).

Векторные диаграммы на рис. 8-9 и 8-10 позволяют сделать следующие выводы:

1. Угол сдвига φ_р = φ ₀, определяющий знак и величину мощности S_p, на которую реагируют реле мощности нулевой последовательности, равен согласно рис. 8-9, бив 90°. При учете активного сопротивления сети φ₀ составляет 100—120°.

Отсюда следует, что для направленной защиты нулевой после­довательности необходимо применять реле мощности синусного или смешанного типа, имеющие максимальный момент в диапа­зоне значений φ_р = 90 ÷ 120°.

К подобным реле относятся реле типов РБМ-177 и РБМ-178, у которых М_э = kU_pI_p sin (α — φ_р) и угол α = — 20°.

Угол максимальной чувствительности у этих реле, как следует из приведенного выше выражения, φ_{м ч} = α — 90° = — 20° — 90° = — 110° или при принятом заводом обозначении однополярных зажимов тока и напряжения φ_м.ч= 180—110 = + 70°. Это значение φ_м.ч указывается в каталогах и справочниках.

2. Т о к 3 I ₀ при однофазном к. з. равен I _к (в режиме одностороннего питания), а при двухфазном к. з. с землей — геометрической сумме токов поврежденных фаз, т. е, току к. з., проходящему через землю.

3. Напряжение 3U₀ имеет наибольшее значение (равное фазному напряжению) в месте к. з. (точка К).

По мере удаления от точки повреждения К напряжение 3U₀ уменьшается. Это вытекает из диаграмм на рис. 8-9, б, в и 8-10, б, в, а также из уравнения (8-2в) и показано графически на рис. 8-3.

Из выражения (8-2в) и рис. 8-3, в следует, что чем дальше от места к.з. находится реле мощности, тем хуже условия его работы. Действительно, мощность S_p на зажимах реле умень­шается с уменьшением U₀. Зависимость U₀ = f (l_p-k) (рис. 8-3, в) может рассматриваться как зависимость S₀ = f (l_p-k), если при­нять, что I_р и φ_р постоянны. При удаленных к. з. мощность S_p может оказаться меньше S_c.р, в результате чего реле мощности, а следовательно, и защита не будут работать.

Для расширения зоны действия защиты нулевой последова­тельности необходимы высокочувствительные реле мощности.

4. Векторные диаграммы, особенно при однофазном к. з., наглядно показывают, что при положительном φ_к угол φ₀ отрицателен.

Это означает, что мощность S₀ и мощность п. з. в поврежден­ной фазе S_К имеют противоположные знаки. Например, при одно­фазном к. з. на защищаемой линии (рис. 8-9, а) мощность к. з. в фазе имеет положительный знак и направлена от источника питания к месту к. з., мощность же нулевой последовательности отрицательна, т. е. направлена от места к. з. к нулевой точке трансформаторов. Поэтому обмотки напряжения и тока реле мощности нулевой последовательности должны включаться разно­именной полярностью.

Уставки направленной защиты. Ток срабатывания пускового токового реле выбирается так же, как и у ненаправ­ленной защиты нулевой последовательности (см. § 8-2).

Чувствительность пускового реле защиты проверяется при к. з. в конце второго участка по формуле (8-11).

На очень длинных линиях следует дополнительно проверять чувствительность реле мощности при к. я. в конце зоны защиты по выражению к_ч = S_рмин/S_ср, где S_р.мин — мощность на зажимах реле в режиме, когда U₀ и I ₀ имеют минимальное значение.

Выдержки времени направленной защиты выби­раются по встречно-ступенчатому принципу (рис. 8-7). Каждая защита отстраивается от соседней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень Δ t: t ₁= t ₃+ Δ t.

Дата добавления: 2014-12-23