5.4. Схемы включения реле сопротивления

Для реле сопротивления, имеющего на входе две электрические величины, возникает проблема со способом его подключения к цепям тока и напряжения. Критерием при выборе схемы подключения является обеспечение независимости замера от вида КЗ и пропорциональность его расстоянию от места КЗ до места подключения защиты.

5.4.1. Схема включения реле сопротивления, реагирующего на междуфазные КЗ

Для данных видов повреждений целесообразной является схема включения реле на разность напряжений двух фаз (линейное напряжение) и разность токов этих же фаз (таблица 3).

Таблица 3. Схема включения реле сопротивления

№ реле
1
2
3

На рис.38 изображены диаграммы токов и напряжений в реле при трехфазном и двухфазном КЗ на расстоянии от места установки защиты.

Рис. 38. Векторные диаграммы токов и напряжений при

а) трехфазное КЗ; б) двухфазное КЗ АВ

При трехфазном КЗ напряжение на всех фазах в месте установки защиты равно: .

Ток в защите, равный разности токов двух фаз:

где: – сопротивление прямой последовательности участка линии до точки КЗ.

Измеряемое защитой сопротивление:

При двухфазном КЗ АВ напряжение между поврежденными фазами в месте установки защиты равно: . Разность токов этих фаз равна:

Таким образом, при трехфазных и двухфазных КЗ измеряемое защитой сопротивление равно сопротивлению прямой последовательности линии от места установки защиты до точки КЗ.

Однако следует заметить, что при двухфазном КЗ подобным образом ведет себя защита, включенная на поврежденные фазы. На двух других фазах напряжение значительно больше, а ток – меньше. Значит, чувствительность защит этих фаз будет намного ниже.

Пользуясь методом симметричных составляющих можно проанализировать поведение защиты при данной схеме включения при двухфазных КЗ на землю. Рассмотрим замыкание фаз А и В на землю в точке, сопротивление прямой последовательности до которой равно , нулевой – . Тогда:

Добавив в числитель дважды слагаемое с «+» и с «-», получим:

То есть и при двухфазном КЗ на землю защита, включенная на токи и напряжение поврежденных фаз, реагирует на сопротивление прямой последовательности линии до точки КЗ.

5.4.2. Схема включения реле сопротивления, реагирующего на однофазное КЗ

При однофазном КЗ в контур короткого замыкания входит только ЭДС одной фазы, значит ранее рассмотренная схема, в принципе, не пригодна для защиты, реагирующей на однофазное КЗ.

В данном случае должны использоваться только фазные напряжения и токи. Рассмотрим защиту с включением реле на напряжение и токи одноименных фаз. Пусть КЗ произошло в фазе А, тогда защита измерит:

Добавив в числитель дважды слагаемое с «+» и с «-», получим:

Из выражения (29) видно, что данная схема включения реле не обеспечивает стабильную зону защиты при однофазных КЗ. Эта зона зависит от соотношения сопротивлений линии прямой и нулевой последовательностей и от доли тока нулевой последовательности в токе поврежденной фазы.

Для устранения этого недостатка еще в 1931 году была предложена схема включения реле сопротивления на ток и напряжение фазы с компенсацией током нулевой последовательности (рис.39).

Рис. 39. Схема включения реле сопротивления с компенсацией током

нулевой последовательности

Сопротивление, замеренное защитой, включенной по схеме рис.38, при однофазном КЗ в фазе А:

Из выражения (31) следует, что при данной схеме включения измеряемое схемой сопротивление равно сопротивлению прямой последовательности линии от места установки защиты до точки КЗ, как и при междуфазных КЗ, когда реле включено на разность напряжений и токов двух одноименных фаз.

В отечественной практике данная схема не нашла широкого применения, т.к. дистанционные защиты используются для защиты от междуфазных КЗ. Функция защиты от КЗ на землю возложена на ТНЗНП.

Однако в последнее время с применением защит на базе микропроцессорных терминалов появились дистанционные защиты от КЗ на землю. Так в последней версии защиты линий фирмы «ЭКРА» имеется V ступень дистанционной защиты, предназначенная для выполнения функции первой ступени защиты линий от КЗ на землю. Эта ступень включается по схеме рис.38, что позволяет длину защищаемой зоны первой ступенью от однофазных КЗ иметь равной 0,85 от длины защищаемой линии.