Дифференциальные защиты

И ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ (ДЗ)

ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ (ТЗ)

ВОПРОСЫ ПО ТЕМАМ

1. Каков принцип действия ТНЗ?

2. За счет чего обеспечивается селективное действие ТНЗ?

3. Как выбирается ток срабатывания ТНЗ?

4. Какая защита называется дистанционной?

5. Перечислите основные органы ДЗ?

6. Какие разработаны основные типы схем ДЗ?

7. Какие величины являются параметрами ДЗ? Какие факторы необходимо учитывать при выборе сопротивления срабатывания?

Продольные дифференциальные токовые защиты используются в основном для защиты элементов с сосредоточенными параметрами, например трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий небольшой длины.

Поперечные дифференциальные защиты выполняются в виде дифференциальных токовой и токовой направлен­ной, а также балансной защит. Они служат для защиты двух (и более) параллельных линий, а также для защиты от витковых замыканий об­мотки статора синхронного генератора, имеющей параллельные ветви.

4.1. Продольная дифференциальная токовая защита

Продольная дифференциальная токовая защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента.

Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации. Вторич­ные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединя­ются с помощью вспомогательных проводов так, чтобы при КЗ вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

Рисунок 2.16. Токи в схемах продольной дифференциальной защиты при КЗ в защищаемой зоне (а) и за её пределами (б).

Схема по­лучается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока TAI, TAII и реле тока KA. Ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов:

(2.14)

При КЗ в защищаемой зоне токи I_1I и I_1II от источни­ков питания направляются в точку повреждения, т. е. имеют положи­тельное направление (рис. 2.16, а), вследствие чего токи I_2I и I_2II в реле в соответствии с выражением (2.14) складываются. Таким образом, при КЗ в защищаемой зоне ток в реле определяется током в точке повреждения. При этом защита срабатывает, если .

В нормальном режиме работы, при качаниях, а также при внешних КЗ (рис. 2.16, б) первичные токи I_1I и I_1II равны и сдви­нуты по фазе на угол π. Если не считаться с погрешностями трансформаторов тока, то I_2I = -I_2II, поэтому в соответствии с (2.14) ток в реле I_р=0, и защита не срабатывает. Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждении в зоне и не реагирует на внешние КЗ, токи качаний и токи нормаль­ной работы, т. е. она обладает абсолютной селективностью.

В действительности ТТ имеют погрешности. Поэтому, несмотря на то, что в указанных режи­мах первичные токи I_1I и I_1II равны и сдви­нуты по фазе на угол π, вторичные токи I_2I и I_2II неодинаковы по абсолютному значению и сдви­нуты по фазе на угол, отличный от π. В связи с этим в реле появляется ток, называемый током небаланса I_нб. Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом тока небаланса.

Из схем замещения измерительных ТТ следует, что:

, .

А следовательно:

(2.15)

Т.е. ток небаланса определяется токами намагничивания, которые для любых двух ТТ неодинаковы вследствие неидентичности их характеристик намагничивания. С увели­чением первичного тока разница в токах намагничивания, а следователь­но, и ток небаланса возрастают. Для выбора тока срабатывания защиты необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних КЗ.

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле следует выбирать с учетом тока небаланса переходного процесса по выражению:

(2.16)

При определении тока неба­ланса исходят из того, что ТТ в схеме выбраны так, что полная погрешность не превышает ε = 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности тока КЗ. Погрешности двух ТТ имеют одинаковые знаки, поэтому ток небаланса, равный разности токов намагничивания, определяется погрешностью, меньшей каждой из погрешностей в от­дельности, что учитывается при расчетах коэффициентом однотипности k_одн = 0.5...1.0. Влияние апериодической составляющей тока КЗ на ток небаланса учитывают коэффициентом k_ап, для момента времени t=0 его принимают равным 2.

(2.17)

При принятых коэффициентах в худшем случае ток небаланса не превышает 20% тока трёхфазного КЗ. По некоторым данным он может быть значительно больше.

Чувствительность дифференциальной защиты при КЗ в защищае­мой зоне оценивают коэффициентом чувствительности k_ч. В зависимости от защищаемого элемента допускается иметь k_ч = 1.5...2. При использовании обычных электромагнитных реле тока чувствительность дифференци­альной защиты обычно оказывается недостаточной. В связи с этим при­ходится принимать меры по повышению ее чувствительности.

Известно несколько способов повышения чувствительности защи­ты. Среди них отстройка от переходных токов небаланса по времени, включение последовательно с цепью тока измерительного реле тока до­бавочного сопротивления, использование апериодических слагающих в переходном токе небаланса, применение реле с торможением.

4.2. Поперечная дифференциальная токовая защита

Эта защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами.

Для осуществления защиты используют ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин.

Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами.

ток в реле I_р = I_2I – I_2II. Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних КЗ по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле тока выбирается­ по условию при k_отс = 1.3.

Максимальный расчетный ток небаланса для защиты ли­ний с одинаковыми параметрами определяется по выражению:

(2.18)

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и апериодической составляющей, можно принять k_одн k_ап = 1.0.

При КЗ на одной из линий равенство токов I_2I и I_2II нарушается, в реле появляется ток.

Если то реле срабатывает и отключает выключатель.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение; поэтому она не может быть использована для параллельных линий с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию.

4.3. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

Сравнительно проста. Ее положительными качествами являются также быстродействие, нереагирование на качания и, как правило, достаточно высокая чувствительность. Принципиальным недостатком защиты является возможность неправильного действия, сопровождающегося отключением обеих линий при обрыве проводов одной из защищаемых линий с односторонним коротким замыканием.

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита по принципу действия является защитой двух параллельно работающих линий, а при отключении одной из них защита автоматически выводится из действия, поэтому наряду с поперечной дифференциальной защитой на линиях должна предусматриваться дополнительная защита, которая также является резервной к защитам смежных элементов.

Защита широко используются в качестве основных защит линий в сетях напряжением до 35 кВ.

Дата добавления: 2014-01-07