11.5. Схемы включения дистанционных и пусковых измерительных органов на напряжение и ток сети

Требования к схемам включения. Измерительные ДО, вы­полняемые с помощью PC, должны включаться на такие на­пряжения и токи сети, при которых сопротивление на зажимах реле Z_р, во-первых, будет пропорционально расстоянию Z_р.к до места повреждения и, во-вторых, будет иметь одинаковые значения (по модулю и углу) при всех видах КЗ в одной точке. Для соблюдения этих требований к ДО необходимо подводить напряжение в месте установки ДЗ, равное падению напряже­ния в сопротивлении Z_р.к до точки К: U_р = I_к Z_р.к (рис. 11.7). При этом для обеспечения одинакового Z_р при всех видах КЗ ток I_р, подводимый к PC, должен равняться току КЗ I_к, опре­деляющему падение напряжения в сопротивлении Z_р.к:

Z_р = U_р/ I_р = I_к Z_р.к / I_к = Z_р.к. (11.3)

С учетом сказанного ДО включаются на напряжение и ток петли КЗ. Схемы включения ДО, реагирующих на междуфаз­ные КЗ и ДО, реагирующих на однофазные КЗ, должны быть разными.

Включение дистанционных органов, реагирующих на междуфазные КЗ. Включение на междуфазные напряжения и разность фазных токов осуществляются согласно табл. 11.1. При трехфазных КЗ (рис. 11.8, б) все три ДО находятся в одинаковых условиях, к каждому из них подводится междуфазное напря­жение, равное U_Ф . Фазное напряжение равно падению на­пряжения в проводе от места установки PC до точки К. Отсю­да напряжение =, где - ток трех­фазного КЗ, проходящий по фазе; - сопротивление прямой последовательности фазы от места установки реле до точ­ки К: - расстояние до места КЗ; - удельное сопротивле­ние прямой последовательности фазы на 1 км. Ток в каждом реле равен геометрической разности токов двух фаз, т. е. = , следовательно, сопротивление на зажимах каждо­го PC

=/=/===.

При двухфазных КЗ, например между фазами В и С (рис. 11.8, в), только один ДО, включенный на напряжение меж­ду поврежденными фазами В и С, получает напряжение, про­порциональное расстоянию . Это напряжение равно падению напряжения в фазах В и С: == 2. Ток =I_B – I_C = 2.Отсюда находим

=/=/(I_B – I_C)= 2/2= =.

При КЗ на фазах АB и СA Z_p находится аналогично и также =. Можно показать, что и при двухфазных КЗ на землю==.

Таким образом, при всех видах междуфазных КЗ сопротив­ление на зажимах реле равно сопротивлению прямой последо­вательности фазы Z₁ . Следовательно,

= и ==.

Включение PC, выполняющих функции ПО. Они включают­ся на междуфазное напряжение и фазный ток по табл. 11.2. Определяя, как и в предыдущем случае, значения падения на­пряжения до точки К (рис. 11.8) и находя =/, можно убе­диться, что при трехфазных КЗ=, а при двухфазных КЗ в той же точке = 2. Таким образом, данная схема, удовлетворяя первому из заданных условий =, не обеспе­чивает второго условия, так как . Поэтому схемы включенияPC на междуфазное напряжение и фазный ток не Должны применяться для включения ДО I и II зон. Включение PC по табл. 11.2 используется для ИО III зоны, если они одно­временно выполняют функции ПО.

При обеих схемах включения в случае двухфазного КЗ (Рис. Ц.8, в) из трех ДО правильно определяет удаленность повреждения только один, включенный на напряжение меж­ду поврежденными фазами.

Способы включения ДО на разность токов двух фаз. Для включения PC на разность токов согласно табл. 11.1 обычно используются промежуточные трансформаторы тока TAL или трансреакторы TAV - датчики тока, у которых для этой цели предусматриваются две первичных обмотки 1 и 2 (рис. 11.9). Каждая первичная обмотка включается на ток фазы по табл. 11.1, так чтобы наводимые ими магнитные потоки в сердечнике TAL или TAV были направлены встречно и создавали резуль­тирующий поток Ф_Р = Ф_А – Ф_В, пропорциональный разности токов, питающих первичные обмотки. Ток вторичных обмо­ток 3 (или ЗДС трансреактора) будет также пропорционален разности указанных первичных токов I_А – I_В.

Включение дистанционных органов, реагирующих на одно­фазные КЗ. Дистанционные органы, предназначенные для оп­ределения удаленности мест однофазных КЗ, включаются по схеме с токовой компенсацией (рис. 11.10, а). Схема преду­сматривает три PC, каждое из которых включается согласно табл. 11.З на напряжение и токI_Р = I_Ф + k3I₀, где I_Ф - ток той же фазы, что и напряжение ;k3I₀- ток, пропорциональ­ный току НП.

Коэффициент пропорциональности k = . При такомзначении k сопротивление на зажимах реле при однофазных КЗ =получается равным сопротивлению прямойпоследовательности до места КЗ Z₁ . Следовательно, при включении по табл. 11.3 ИО, реагирующего на однофазные КЗ, сопротивление на его зажимах получается таким же, как и у реле, реагирующих на междуфазные КЗ и включенных по табл. 11.1. В обоих случаях=.

Покажем, что выбранная схема компенсации обеспечивает =. Рассмотрим однофазное КЗ (рис. 11.11), например на фазеА. Согласно табл. 11.3 сопротивление на зажимах PC фазы А:

=. (11.4)

Выразим напряжение фазы А в месте установки ДЗ (в точ­ке Р) через симметричные составляющие U_A = U₁ + U₂+ U₀. Каждая составляющая в точке Р равна напряжению соответ­ствующей последовательности в точке К и падению напряже­ния той же последовательности на участке КР (рис. 11.11). Отсюда

U_A = (U_1K + ) + (U_2K + ) + (U_0K + ), (11.5)

где U_1K , U_2K, U_0K напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей в точке К; I₁, I₂, I₀ - симметричные со­ставляющие тока КЗ; Z_1, Z₂, Z₀ - сопротивления прямой, об­ратной и нулевой последовательностей участка КР.

Поскольку на поврежденной фазе А в месте КЗ U_A = 0, поэтому U_1K + U_2K + U_0K = 0,

U_A = ++ . (11.5а)

Прибавляя и вычитая в правой части уравнения (11.5а) и учитывая, что для ЛЭП сопротивление =и что для фазыА сумма + +=,получаем

U_A = +(-). (11.5б)

Вынесем в (11.56) за скобки , умножим и разделим на 3 второй член в правой части равенства, после чего подставим преобразованное выражение U_A в (11.4), тогда

=. (11.6)

Учитывая, что в (11.6) = k, и производя сокращения,получаем

=Z₁ = . (11.7)

Выражение (11.7) справедливо для однофазных замыкании фаз B и С и для КЗ на землю любых двух фаз. Таким образом, при включении PC по схеме с токовой компенсацией сопро­тивление =имеет одинаковые значенияпри все видах КЗ на землю и не зависит от соотношения токови . При однофазном КЗ правильно работает только одно реле, включенное на напряжение и ток поврежденной фазы. Два других реле, включенные на ток и напряжение неповрежден­ных фаз, имеют >. Схема с токовой компенсацией от­вечает требованиям, предъявляемым к ДО, и получила рас­пространение для ИО, реагирующих на КЗ на землю.

Для выполнения токовой компенсации часто применяется схема, приведенная на рис. 11.10,б. Реле питается током че­рез промежуточный трансформатор или трансреактор с двумя первичными обмотками. Одна из них w_Ф включена на ток фа­зы , а вторая w₀ - на ток 3. Их число витков подбирается так, чтобы w_Ф /w₀ = 1/k. Результирующий поток первичных об­моток Ф_рез = Ф_Ф + kФ₀ + k 3, поэтому вторичный ток транс­форматора или вторичная ЭДС трансреактора будут пропорцио­нальны току + k 3. Обычно k < 1.

Условия работы дистанционных органов при двойных замы­каниях на землю. В сети с малым током замыкания на землю ДЗ должны реагировать на междуфазные КЗ, и их ДО включа­ются на междуфазные напряжения и разность фазных токов. Как указывалось, в таких сетях возможны двойные замыка­ния на землю (рис. 11.12). Защита в этом случае должна от­ключать одно место повреждения. Исследование условий ра­боты ДЗ при двойных замыканиях на землю показывает, что они не могут обеспечить четкого выполнения этого требова­ния. Наилучшие результаты получаются, если на участке К1-К2 (рис. 11.12) между двумя точками повреждения ДО включены на фазное напряжение по схеме с токовой компен­сацией, а на участке между точкой повреждения и источни­ком питания - на междуфазное напряжение и разность фаз­ных токов. Для этого ДО нормально включены на междуфаз­ное напряжение и разность фазных токов. При появлении тока НП, всегда возникающего на участке между точками замыкания на землю (К1 и К2), ДО, установленные на этом участке, автоматически переключаются на напряжение фазы и ток + k 3.