КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр-2

Нетрудно видеть, что отношение остаточного напряжения на шинах к току к.з. равно

сопротивлению участка линии до места к.з.:
Zк.з.	Uш	Zл.норм.	(5-2)
	Iк.з.

Сопротивление линии или её участка можно выразить через удельное сопротивление Zуд. и расстояние до места к.з. Lк.з.:

Zк.з. Zуд.Lк.з.

(5-3)

Следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току к.з., проходящему

по защищаемой линии пропорционально расстоянию (дистанции) Lк.з. от места установки защиты до места к.з.

Выводы:

Для защиты сетей напряжением 110 кВ и выше со сложной конфигурацией и с несколькими источниками питания применяются дистанционные защиты (ДЗ) выдержка времени которых автоматически изменяется в зависимости от расстояния (дистанции) места к.з. до места установки защиты.

5.2.Характеристика измерительных органов дистанционной защиты

Основным органом дистанционной защиты является дистанционный орган, определяющий удалённость (дистанционно) к.з. от места установки защиты.

В качестве дистанционного органа используются реле сопротивления, измеряющие сопротивление линии до места к.з. и определяющее на каком участке произошло повреждение и совместно с другими органами защиты, обеспечивающее её действие с необходимой выдержкой времени.

Реле сопротивления могут выполняться реагирующими на полное сопротивление линии

Z R2 X2 или на её индуктивное (реактивное) сопротивление Х. Соответственно этому реле называются реле полного сопротивления или реле реактивного сопротивления.

В России используются только реле полного сопротивления.

Реле сопротивления могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных типов реле сопротивления заключается в способе обработки информации о токе и напряжении.

Проведение реле сопротивления в	различных режимах	зависит от	его	характеристики
Zср. f Р , где Р - угол между током и напряжением подводимых к реле сопротивления.
Полное сопротивление Z состоит	из активного R и	реактивного	Х	сопротивлений:

Z R jx или Z R2 X2 , поэтому характеристику реле обычно представляют в плоскости Z, откладывая R по горизонтальной, а X – по вертикальной оси.

Характеристики реле сопротивления дистанционных защит отстраивают от режимов нагрузки:

Характеристики реле сопротивления

1.Реле с круговой характеристикой с центром в начале координат.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

71

Рис.5-3. Круговая характеристика с центром в начале координат.

Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле.

Сопротивление срабатывания таких реле не зависит от Р, поэтому их называют реле полного сопротивления.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

72

2.Реле с круговой характеристикой, проходящей через начало координат.

Рис.5-4. Круговая характеристика, проходящая через начало координат.

Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале линии, когда R и Х равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности.

3.Реле с эллиптической характеристикой.

Рис.5-5. Реле с эллиптической характеристикой.

Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

73

4.Реле с многоугольными характеристиками.

Рис. 5-6. Реле с многоугольными характеристиками.

Четырехугольная характеристика (а) используется для выполнения второй и третьей ступней защит. Её верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление.

Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от сопротивления (расстояния) до места к.з. называется характеристикой времени срабатывания защиты.

Существует три вида характеристик времени срабатывания дистанционных защит t f р.к. : наклонная, комбинированная и ступенчатая (рис.5-7).

Рис.5-7. Характеристики времени срабатывания дистанционных защит:

а) наклонная;

б) ступенчатая;

Наибольшее применение нашли дистанционные защиты со ступенчатыми временными характеристиками.

Из рис.5-8 видно, что ступенчатая характеристика состоит из нескольких участков (обычно двух или трёх), называемых зонами. На рисунке участок а-б является первой зоной, участок б-в – второй зоной, а участок в-г – третьей зоной. Каждой зоне соответствует своя ступень выдержки времени tI, tII, tIII неизменные в пределах своей зоны. Обычно выдержка времени первой зоны

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

74

tI=0. Чем больше сопротивление до места к.з. тем с большей выдержкой времени действует дистанционная защита, т.е. ZI<ZII<ZIII и соответственно tI<tII<tIII.

Рис.5-8. Принцип действия (а) и характеристика (б) дистанционной защиты.

Первая зона дистанционной защиты, как правило, настраивается на 80-85% длины защищаемой линии. Больший охват линии недопустим, т.к. из-за имеющихся погрешностях ТТ, ТН и реле сопротивления дистанционная защита может сработать при к.з. на смежной (следующей) линии.

Конец линии Л1, шины подстанции Б и часть линии Л2 охватывает вторая зона дистанционной защиты. Третья зона охватывает линию Л2 и резервирует её защиты.

Реле сопротивления по принципу своего действия срабатывает, когда измеренное им сопротивление меньше настроенной на нём уставки:

Zс.з.<Zк.з.

Поэтому реле сопротивления второй зоны дистанционной защиты с уставкой ZII срабатывает при к.з. в первой и второй зоне, а реле сопротивления третьей зоны с уставкой ZIII срабатывает при к.з. в первой, второй и третьей зонах.

Однако, поскольку выдержки времени tI<tII<tIII, то всегда срабатывает ступень, имеющая меньшую выдержку времени, чем и обеспечивается ступенчатость характеристики.

Для обеспечения селективности дистанционной защиты в сетях сложной конфигурации выполняются направленными, действующими при направлении мощности к.з. от шин в линию, а выдержки времени защит, работающих при одинаковом направлении мощности, взаимно согласовываются аналогично токовым направленным защитам.

Направленность действия дистанционных защит может осуществляться при помощи реле направления мощности или направленных реле сопротивления.

Выводы:

1.Основным органом дистанционной защиты является дистанционный орган в качестве которого используются реле сопротивления измеряющие сопротивление до места к.з.

2.Реле сопротивления могут выполняться

реагирующими на полное сопротивление Z R2 X2 или

на индуктивное сопротивление линии Х.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

75

3.В дистанционных защитах применяются реле сопротивления: с круговой, эллиптической и многоугольными характеристиками.

4.Для обеспечения селективности дистанционные защиты в сетях сложной конфигурации выполняются направленными.

5.3.Схемы включения реле сопротивления

Для дистанционной защиты от междуфазных к.з. используются две схемы включения реле сопротивления.

В первой схеме к реле подводятся фазные токи и междуфазные напряжения (к 1-му реле – ток IA, напряжение UAB; по 2-му реле – ток IB, напряжение UBC, к 3-му реле – ток IC, напряжение UCA), однако эта схема имеет недостаток, т.к. реле замеряют при 2-х фазных к.з. сопротивление в 2 / 3 раза большее, чем при 3-х фазном к.з. в той же точке.

Так, при 3-х фазном к.з. по всем фазам протекают равные токи: IК=IКА= IКВ= IКС, а создаваемые этими токами падения напряжения в сопротивлении фаз линии до места к.з. равны друг другу: Uф=IКZК Подводимые к реле напряжения при этом UP 3 UФ 3 IК ZК и все три реле сопротивления замеряют одинаковые сопротивления:

		UР		3 IК ZК
	ZР				3 ZК
		IР		IК

При 2-х фазных к.з. в той же точке (например, между фазами В-С) ток к.з. IК=IКВ=IКС проходит по 2-м поврежденным фазам и по обмоткам 2-х реле сопротивления. При этом

напряжение между повреждёнными фазами UВС равно падению напряжения от тока IКВ в сопротивлении фазы В плюс падению напряжения от тока IКС в сопротивлении фазы С:

UВС IКВ ZКВ IКC Zк.з.C ,

но т.к. при 2-х фазном к.з.	IКВ IКC и ZКВ ZКC ,
то	UВC 2IКC ZКС .
Подводимые к реле напряжение и ток при этом будут Uр=UВС=2IКZК. и IР=ZКС в
результате реле сопротивления замерят сопротивление		Zp	Up 2IК ZК 2ZК
			Ip	IК

Таким образом, реле сопротивления, включенные на фазные токи и междуфазные

напряжения замеряют при 2х фазных к.з. сопротивление более чем при 3-х фазном

к.з. в 2 / 3 раза, что является недостатком первой схемы включения реле сопротивления.

Рассмотренная схема, как правило, применяется при использовании реле сопротивления в качестве пусковых органов дистанционной защиты.

Во второй схеме к реле сопротивления подводятся разность фазных токов и междуфазные напряжения (к 1-му реле – ток IA-IB и напряжение UAB; ко 2-му реле – ток IB-IC и напряжение UBC, к 3-му реле – ток IС-IA и напряжение UCA).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

76

UP

При 3-х фазном к.з. напряжение, подводимое к реле, будет равно

3 IК ZК (такое

же как и в первой схеме), а ток в реле IР равен разности токов фаз подводимых к реле

Up

3 I К ZК

IP 3 IК , поэтому сопротивление, замеряемое реле

Zp

.

Ip

3I К

При 2-х фазных к.з. напряжение, подводимое к реле

UP 2Iк.з. Zк.з. , ток в реле равен

разности

токов

фаз (например фаз В и

С):

Ip

2Iк.з.

поэтому

Iк.з.В

Iк.з.С

Zp

Up

2Iк.з. Zк.з.

Zк.з.

.

Ip

2Iк.з.

Таким образом, схема включения реле сопротивления на разность фазных токов

и междуфазные напряжения обеспечивает правильный и одинаковый замер сопротивления до места к.з. при любых видах междуфазных к.з. Эта схема применяется для подключения реле сопротивления дистанционных органов.

Выводы:

1.Для дистанционной защиты от междуфазных к.з. применяются две схемы включения реле сопротивлений: в первой – РС включается на фазные токи и междуфазные напряжения; во второй – на разность фазных токов и междуфазные напряжения.

2.Вторая схема включения реле сопротивления (на разность фазных токов и междуфазные напряжения) обеспечивает правильный замер сопротивления до места к.з. при любых м.ф. к.з. и поэтому применяется в качестве дистанционных органов.

5.4.Упрощённая схема дистанционной защиты.

Дистанционная защита относится к числу сложных защит (рис. 5-9) и состоит из следующих органов:

1.Пускового органа 1, запускающего защиту при возникновении к.з. (Пусковой орган обычно выполняется при помощи реле полного сопротивления или реле тока).

2.Дистанционного органа 2, определяющего удалённость к.з. (В ступенчатых защитах выполняется с помощью реле минимального сопротивления).

3.Органа выдержки времени 3, создающего выдержку времени (выполняется на реле

времени).

4.Органа направления мощности 4, не позволяющего работать защите при направлении мощности к.з. к шинам подстанции (выполняется при помощи реле направления мощности если пусковой и дистанционный органы не обладают направленностью).

5.Органа блокировки при неисправностях цепей напряжения 5 (выполняются при помощи реле минимального напряжения).

6.Органа блокировки при качаниях 6 (выполняется при помощи специального устройства выводящего защиту из работы при возникновении качаний в системе).

При к.з. срабатывают пусковые реле 1 и реле направления мощности 4, которые своими контактами подают плюс постоянного оперативного тока к контактам реле дистанционных органов 2 и реле времени третьей зоны ВIII. Если к.з. возникло в первой зоне защиты, то срабатывает реле сопротивления первой зоны ДОI, а если повреждение произошло во второй зоне, то срабатывает реле сопротивления второй зоны ДОII.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

77

(5-2)

При срабатывании ДОI собирается цепь через промежуточное реле РП на отключение выключателя без выдержки времени, а при срабатывании ДОII отключение линии осуществляется с выдержкой времени (через реле времени ВII и далее через промежуточное реле РП).

При к.з. за пределами второй зоны защиты дистанционные органы ДОI и ДОII не работают, однако, когда истечёт выдержка времени срабатывания реле времени ВIII, запущенного пусковым органом ПО, срабатывает промежуточное реле РП, которое своими контактами подаёт импульс на отключение выключателя линии.

Рис.5-9. Упрощённая схема трёхступенчатой дистанционной защиты.

Выводы:

Дистанционная защита имеет следующие органы: пусковой; дистанционный; направления мощности, а также блокировки при неисправностях цепей напряжения

иот качаний.

5.5.Выбор уставок дистанционной защиты.

Для дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой сопротивления срабатывания и выдержки времени зон (ступеней) выбираются на основании следующих соображений:

1. Сопротивление срабатывания первой зоны определяется из условия отстройки от к.з. на шинах противоположной подстанции:

ZIс.з.=Кн Zл		(5-1)
где:
ZIс.з.	- первичное сопротивление срабатывания первой зоны;
Zл	- сопротивление защищаемой линии;
Кн	- коэффициент надёжности, учитывающий погрешности реле сопротивления,
	ТТ и ТН, а также погрешности расчёта. Обычно Кн принимается равным
	0,8-0,85.

Первая зона ступенчатых защит, как правило, выполняется без выдержки времени, т.е.: tIс.з.=0.

2. Сопротивление срабатывания второй зоны определяется по следующим условиям: - отстройка от конца первой зоны дистанционной защиты смежных линий по формуле:

ZIIсIс. Кн Zл1 К н Кр Z Iсс.з

где:
ZIIс.з.	-	первичное сопротивление срабатывания второй зоны дистанционной
		защиты линии Л1 (рис. 5-10);
ZЛ1	-	сопротивление защищаемой линии Л1;
К н	-	коэффициент	надёжности	учитывающей	погрешности	реле
		сопротивления, ТТ и ТН, а также погрешности расчётов уставок защиты

линии Л2, принимается равным 0,7 0,8;

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

78

Z Iсс.з	-		сопротивление срабатывания первой зоны дистанционной защиты линии
			Л2;
Кр	-		коэффициент токораспределения, равный
Кp	Iк.з.2
		Iк.з.1
где:
Iк.з.2 и Iк.з.1				- токи к.з. по линиям Л1 и Л2 при к.з. в конце линии Л2

- отстройка от к.з. за трансформатором приемной подстанции

ZII с.з.=Кн (ZЛ1+КРZТ)

где:
ZТ	- сопротивление трансформатора.

Из расчётных значений ZII с.з. выбирается меньшее значение.

Выдержка времени второй зоны принимается на ступень селективности больше выдержки времени срабатывания тех защит, от которых производилась отстройка сопротивления срабатывания второй зоны

tIIЛI tIЛЛ t

Обычно tIIË1 принимается равной 0,4 0,5 сек.

3. Сопротивление срабатывания пусковых органов (третьей зоны) дистанционной защиты определяется из условия отстройки от максимального тока нагрузки и минимального рабочего напряжения на шинах подстанции (для направленного реле сопротивления (рис. 5- 11):

		Uмин
ZIIIсIIс		3 Iн.макс Кн КВ cos p
где:
Iн макс	-	максимальный ток нагрузки по защищаемой линии;
Uмин.	-	минимальное рабочее напряжение на шинах подстанции;

- угол максимальной чувствительности реле сопротивления;

р	-	угол между Iн.макс. и Uмин.;
Кн	-	коэффициент надёжности равный 1,2 1,25;
КВ	- коэффициент возврата реле сопротивления.

Дополнительно ZIIIс.з. согласуется со второй зоной дистанционной защиты смежных линий:

ZIII с.з. КН ZЛ1 К Н КP Z II с.з.

где:

Z II с.з. - сопротивление срабатывания второй зоны дистанционной защиты линии

Л2.

Выдержка времени третьей ступени определяется на ступень селективности больше выдержки времени тех защит, от которых производилась отстройка сопротивления срабатывания третьей зоны:

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

79

tIIIЛ1=tIIЛ2+ t

Требуемый коэффициент чувствительности оценивается по к.з. в конце зоны резервирования. Его значение должно быть не менее 1,2.

Пересчёт первичного сопротивления срабатывания на сопротивление срабатывание реле производится по формуле:

Zс.р. Zс.з. nT

n

Н

где:

Zс.р.

Zс.з.

nT и nÍ

-сопротивление срабатывания реле;

-первичное сопротивление срабатывания защиты;

-коэффициенты трансформации ТТ и ТН.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

80