28. Продольная токовая дифференциальная защита линий.

Часто, по условиям устойчивости требуется обеспечить быстрое отключение к.з. на линии в пределах всей защищаемой зоны. Это требование невозможно выполнить с помощью рассмотренных ранее защит с относительной селективностью (ТО, МТЗ, дистанционных защит). В этих случаях необходимо использовать защиты с абсолютной селективностью, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без

выдержки времени в пределах всей защищаемой линии. К таким защитам относятся дифференциальные токовые защиты, которые обеспечивают практически мгновенное отключение к.з. в любой точке защищаемого участка и не срабатывают (обладают селективностью) при к.з. за пределами защищаемой линии (при внешних к.з.).

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.

Очевидно, что при внешнем к.з. токи по концам защищаемой линии направлены в одну сторону и равны по величине, а при к.з. на линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны по величине (рис. 6‑1). Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рис.6-1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются при помощи соединительных проводов и подключаются к дифференциальному реле таким образом, чтобы при внешних к.з. ток в реле был равен разности токов в начале и конце защищаемой линии, а при к.з. на линии – их сумме.

Не знаю надо ли это!

На рис. 6-2 представлена схема продольной дифференциальной защиты линии с циркулирующими токами.

В этой схеме при прохождении по защищаемой линии сквозного тока (нагрузки или внешнего к.з.) по соединительным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току трансформаторов тока:

. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. токи в соединительных проводах имели одинаковое направление, а ток в реле был равен разности вторичных токов трансформаторов тока:

При равенстве коэффициентов трансформации ТТ1 и ТТ2:

Таким образом, при прохождении по защищаемой линии сквозного тока нагрузки или внешнего к.з. ток в реле продольной дифференциальной защиты отсутствует и, следовательно, дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Поэтому защита не требует выдержки времени, т.е. является селективной по своему принципу действия.

При к.з. на линии с двухсторонним питанием (рис. 6-2, в) первичные токи I1к.з. и III к.з. по концам защищаемой линии направлены к месту к.з. от шин подстанций в линию. При этом направление первичного тока на одном из концов линии меняет направление на противоположное по сравнению с режимом внешнего к.з. (рис. 6-2, а). В этом случае ток в обмотке реле Т суммируется:

Таким образом, и в случае двухстороннего питания в реле дифференциальной защиты проходит полный ток к.з., приходящий к месту к.з., следовательно, дифференциальная защита, реагируя на полный ток к.з., обладает необходимой чувствительностью.

Коэффициент чувствительности продольной дифференциальной защиты определяется по формуле: .

где:
Iк.з. мин	-	минимальное значение тока к.з. при к.з. на защищаемой линии;
Iс.з.	-	ток срабатывания дифференциальной защиты.

Участок, ограниченный трансформаторами тока, называется зоной действия продольной дифференциальной защиты.

Рис. 6-2. Прохождение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами:

а) при к.з. вне зоны защиты;

б) при к.з. в зоне защиты при одностороннем питании;

в) при к.з. в зоне защиты при двухстороннем питании.

Одна из особенностей продольной дифференциальной защиты линий состоит в том, что для отключения линии с 2-х сторон необходимо включать в токовые цепи защиты два реле с обоих концов защищаемой линии (рис. 6-3).

Рис. 6-3. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линий (установка 2-х реле по концам защищаемой линии).

Применение 2-х реле приводит к снижению чувствительности защиты, т.к. в каждом реле проходит только часть полного тока к.з. Кроме того, из-за большой протяженности соединительных проводов нагрузка на трансформаторы тока достаточно велика, что также является недостатком защиты.

В нашей стране промышленностью выпускается и используется для защиты линий длиной до 10-12 км продольная дифференциальная защита типа ДЗЛ.

Дифференциальная защита может быть выполнена по другой схеме – на равновесии напряжений. В этом случае вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. их э.д.с. были направлены встречно, а реле включаются последовательно в цепь соединительных проводов (рис. 6-4).

Рис.6-4. Принцип действия продольной дифференциальной защиты на равновесии напряжений:

а) при внешних к.з.

б) при к.з. на защищаемой линии.

В схеме дифференциальной защиты на равновесии напряжений при внешних к.з., а также при прохождении токов нагрузки вторичные э.д.с. ТТ равны и совпадают по фазе и т.к. токи по концам защищаемой линии равны и равны коэффициенты трансформации ТТ, то ток в реле:

где:
Z	-	полное сопротивление контура «трансформаторы тока – реле».

Из-за погрешностей ТТ появляется э.д.с. небаланса и в реле появляется ток небаланса I_нб и ток срабатывания защиты необходимо отстраивать от тока небаланса при внешних к.з.

При к.з. в зоне защиты вторичные э.д.с. и складываются и вызывают появление тока в реле под действием, которого защита срабатывает.

Однако, в нашей стране наибольшее распространение получила схема дифференциальной защиты основанная на принципе циркуляции токов.

Выводы:

1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.

2. Продольная дифференциальная защита не требует замедления на срабатывание, т.е. является селективной по своему принципу действия.

3. Продольная дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты линий небольшой протяжённости, а также в качестве основной защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и сборных шин распределительных устройств напряжением 6–500 кВ.

29. Поперечная токовая дифференциальная защита линий.

На параллельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление, применяются поперечные дифференциальные защиты: токовая поперечная дифференциальная защита (на параллельных линиях, имеющих один общий выключатель); направленная поперечная дифференциальная защита (на параллельных линиях с самостоятельными выключателями).

Принцип действия поперечных дифференциальных защит линий основан на сравнении величин и фаз токов протекающим по обеим параллельным линиям.

Действительно в нормальном нагрузочном режиме и в режимах внешнего к.з. токи в обеих линиях равны как по величине, так и по фазе (рис. 6-5). Очевидно, что в случае к.з. на одной из параллельных линий равенство токов нарушается при этом на питающем конце линий токи совпадают по фазе, а на приёмном противоположны по фазе.

Рис. 6-5. Распределение токов в параллельных линиях:

а) при нормальной нагрузке и в режиме внешнего к.з.

б) при к.з. на одной из линий.

Токовая поперечная дифференциальная защита устанавливается на параллельных линиях имеющих общий выключатель на обе линии.

При одностороннем питании линий защиты размещается только со стороны источника питания, а в сети с 2-х сторонним питанием – с обеих сторон параллельных линий.

Упрощенная принципиальная схема токовой поперечной дифференциальной защиты показана на рис. 6-6. Вторичные обмотки ТТ, установленных на каждой линии. соединяются между собой по схеме на разность токов. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается токовое реле типа РТ‑40.

Очевидно, что ток в реле равен разности вторичных токов ТТ первой и второй параллельных линий, т.е.:

В нормальном нагрузочном режиме, когда по линиям проходят равные по величине и фазе токи, а также в режиме внешнего к.з. первичные токи I_I=I_II, и поскольку коэффициенты трансформации ТТ защиты выбираются также одинаковыми как и в продольной дифференциальной защите, то вторичные токи также равны и ток в реле I_P=0.

Практически из-за погрешностей ТТ и неравенства первичных токов I_I и I_II в реле протекает небольшой ток называемый током небаланса.

При к.з. на одной из параллельных линий (например, в точке К на линии Л1, как показано на рис. 6-6) токораспределение изменится, токи I_I и I_II не будут равны друг другу и через реле будет проходить ток равный разности вторичных токов и если этот ток будет больше тока срабатывания реле, то защита подействует на отключение выключателя обеих линий.

При внешних к.з. (на шинах приемной подстанции или за её пределами) т.е. при прохождении по линиям сквозного тока, защита работать не будет.

Рис. 6-6. Принцип действия токовой поперечной дифференциальной защиты:

а) режим нагрузки и внешнего к.з.;

б) режим к.з. на одной линии Л1.

Таким образом, токовая поперечная дифференциальная защита имеет ограниченную параллельными линиями зону действия, также как и продольная дифференциальная защиты является защитой с абсолютной селективностью и поэтому может выполняться без выдержки времени, что является её основным достоинством.

Для того чтобы токовая поперечная дифференциальная защита не подействовала неправильно при прохождении по линии тока нагрузки и тока внешнего к.з., ток срабатывания её должен быть больше максимального тока небаланса:

,

где:
Кн	-	коэффициент надёжности >1
Iнб. макс	-	максимальное значение тока небаланса при внешнем к.з.

Следует иметь ввиду, что токовая поперечная дифференциальная защита имеет так называемую «мёртвую зону» вблизи шин противоположной подстанции, которая тем меньше, чем меньше ток срабатывания защиты и чем больше ток к.з.

Действительно, если к.з. произошло на одной из линий близки шин противоположной подстанции, то величины токов I_I и I_II будут вблизи по величине, их разность может оказаться меньше тока срабатывания защиты и защита не подействует.

На линиях с односторонним питанием токовая поперечная дифференциальная защита устанавливается только со стороны источника питания, а на линиях с 2-х сторонним питанием – с обеих сторон линий.

Как отмечалось выше, недостатком поперечной дифференциальной защиты является наличие «мёртвой зоны», что требует установки дополнительной защиты от повреждений в конце защищаемых линий. В качестве такой дополнительной защиты обычно применяется МТЗ.