Н.В. Чернобровов Релейная защита

д) Распределение токов нулевой последовательности в сети при замыкании на землю

Для уяснения условий работы защиты на рис. 9-11 приведено распределение токов I0. При замыкании на землю одной из фаз линии Л1 (например, в точке К) в месте повреждения возникает напряжение нулевой последовательности Uок, под действием которого проходят токи нулевой последовательности I0, замыкающиеся через емкости фаз каждой линии и ДГК (если последняя установлена). Из рассмотрения приведенного токораспределения можно сделать следующие выводы:

191

1) Емкостный ток нулевой последовательности проходит по всем поврежденным и неповрежденным линиям сети. Ток дугогасящей катушки замыкается только по поврежденной линии Л1

Направление результирующего тока IТНПпов.л зависит от того, какая составляющая (индуктивная или емкостная) преобладает в нем.

4) Токораспределение показывает, что в некомпенсированной сети могут применяться направленные защиты, реагирующие на реактивную мощность нулевой последовательности, обусловленную емкостным током.

В сети с перекомпенсацией емкостного тока направленная защита реактивной мощности не применима, так как реактивный ток в поврежденной линии и емкостный в неповрежденной имеют одинаковое направление.

е) Ток срабатывания токовой защиты

Для обеспечения селективного действия защиты (например, защиты 1 на рис. 9-11) необходимо отстроить ее ток срабатывания от емкостного тока, проходящего по защищаемой линии Л1 при замыканиях на землю на других присоединениях, и от тока небаланса при к. з. в сети. Если емкость фазы защищаемой линии равна СЛ, то емкостный ток в защите при внешнем замыкании на землю равен утроенному току IОЛ этой линии, т. е. Iр =

192

3I0(л) = = 3UфωСл.

При перемежающейся дуге в месте повреждения возможны броски емкостного тока, в 4—5 раз превышающие его установившееся значение. Исходя из этого, первичный ток срабатывания защиты принимают равным:

где kб — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока, равный 4—5; при наличии выдержки времени kб ≈ 2 ÷ 3; кн — коэффициент надежности, равный 1,1—1,2.

Выбранный, таким образом, ток срабатывания всегда оказывается надежно отстроенным и от токов небаланса, возникающих в ТНП не только при нагрузке, но и при междуфазных к. з.

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь защиты при замыканиях па землю на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протекающих через ТНП поврежденной линии, к току срабатывания защиты:

В числитель (9-21) подставляется IТНПпов.л по (9-18) или (9-19). Чувствительность защиты считается достаточной, если коэффициент чувствительности кч равен 1,25 для ка-

бельных и 1,5 для воздушных линий. Вследствие сложности вычисления вторичного тока ТНП по первичному, реле регулируется на заданный ток срабатывания подачей тока в первичную цепь.

ж) Оценка токовой защиты

Чувствительность рассмотренной токовой защиты ограничивается необходимостью ее отстройки от бросков емкостного тока при замыканиях на землю на других линиях. В результате этого для надежного и селективного действия токовой защиты требуется увеличение тока замыкания на землю сверх допустимого предела, в то время как для повышения надежности работы компенсированных сетей необходимо снижать этот ток. Недостаточная чувствительность токовых защит, реагирующих на емкостный ток сети, особенно проявляется на подстанциях с малым числом линий, а также в компенсированных сетях с малым оста точным током. В этих случаях емкостный ток неповрежденной линии (от которого отстраивается ее защита) становится соизмеримым с током замыкания на землю в поврежденной линии.

Всвязи с этим токовая защита в компенсированных сетях применяется редко.

Всетях торфоразработок применяется реле типа МТР-77 повышенной чувствительности [Л. 40, 41]. Это реле выполнено с помощью магнитного усилителя и питается от специального ТНП типа КНТ-36, имеющего сердечник из пермаллоя (МО). Реле МТР -в сочетании с трансформатором КНТ действует при 0,3 А первичного тока 3 I0.

з) Защита с использованием токов непромышленной частоты

193

194

Всети, работающей с перекомпенсацией емкостного тока, направленная защита неприменима, так как реактивный топ, протекающий в поврежденной линии, и емкостный ток в неповрежденной имеют одинаковое направление.

Вп е р е к о м п е н с и р о в а н н о й с е т и реле мощности используется в тех случаях, когда для действия защиты создается активный ток искусственным путем. В этом случае должно применяться реле мощности косинусного типа.

Для обеспечения селективности при «земле» в сети реле мощности направленной защиты должно отстраиваться от тока и напряжения небаланса, обусловленного нагрузкой, протекающей по данной линии; этим условием ограничивается чувствительность защиты.

Реле мощности должны иметь высокую чувствительность. При питании токовой обмотки реле от ТНП нужно учитывать большую угловую погрешность последнего. Для правильной работы направленной защиты требуется малая угловая погрешность измерительных трансформаторов и точность угловой характеристики реле (см. рис. 2-39).

Возможно также использовать активную составляющую тока замыкания на землю, которая обусловливается активным

сопротивлением дугогасящей катушки и сопротивлением, определяющим активные потери в сети. Эта составляющая невелика и достигает 3—5% тока катушки. Активный ток катушки замыкается только по поврежденному присоединению на него, и должна реагировать защита.

Защита выполняется с помощью реле мощности, как показано на рис. 9-13, косинусного типа, реагирующего только на активную составляющую мощности нулевой последовательности. Опыт эксплуатации этих защит показывает, что они имеют относительно большой процент неправильной работы.

Чебоксарский электроаппаратный завод начал выпуск направленной защиты типа ЗЗП-1 [Л. 40], предназначенной для электросетей, питающих торфоразработки. Эта защита имеет угол максимальной чувствительности, равный 90°, выполнена на полупроводниках и обладает высокой чувствительностью, реагируя на емкостный ток 13 = 0,07 ÷ 2 А.

9-6. ЗАЩИТЫ, РЕАГИРУЮЩИЕ НА ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ ТОКА КОМПЕНСИРОВАННОЙ СЕТИ

чивающим использование защит, действующих на указанной принципе. В Советском

195

Союзе применяется защита типов УСЗ-1 и УСЗ-3, разработанная ВНИИЭ. Схемы этих защит подробно описаны в [Л. 38, 55]. Опыт эксплуатации показывает, что защита, реагирующая на высшие гармоники тока I0, обладает достаточно хорошей селективностью и широко применяется в сетях 6—10 кВ.

9-7. ЗАЩИТЫ, РЕАГИРУЮЩИЕ НА ТОКИ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА
К этой группе относятся два вида защит. Одни реагируют на появление	т о -
к а в ы с о к о й ч а с т о т ы , а вторые — на з н а к в о л н т о к а или соот-
ветствующей ему мощности.
Т о к и в ы с о к о й ч а с т о т ы возникают во время
переходного процесса при замыканиях на землю. Их по-
явление объясняется тем, что в начальный момент замыка-
ния на землю емкость заземлившейся фазы разряжается, а
емкости двух других фаз дозаряжаются, поскольку на-
пряжения на них относительно земли возрастают	до

междуфазного [Л. 37].

Указанный процесс разряда и дозаряда емкостей фаз носит характер периодических, затухающих колебаний (рис. 9-15). Ча-

стота колебаний и скорость их затухания определяются Ь, С и В зарядного и разрядного контуров. Расчеты и опыты показывают, что частота переходного тока меняется в зависимости от параметров сети от 200 до 3000 Гц, а время его затухания очень мало и имеет величину от 0,01 до 0,025 с.

С некоторым приближением считается, что отношение максимальных значений переходных токов к их установившимся значениям пропорционально отношению частот f переходного режима к рабочей частоте 50 Гц. Поэтому переходные токи могут в десятки раз превосходить токи установившегося режима.

На поврежденной линии переходный ток имеет максимальное значение. На неповрежденных линиях величина этого тока соответственно меньше, а его направление противоположно направлению тока в поврежденной линии.

Наличие компенсации не влияет на характер переходного процесса, так как индуктивность дугогасящих катушек и заземляющих трансформаторов значительно больше индуктивности проводов, и поэтому ток дугогасящего устройства нарастает очень медленно и появляется после завершения переходного процесса.

В сетях с большим активным сопротивлением Rо и при удаленных замыканиях, связанных с увеличением R контура, процесс разряда и заряда может приближаться к апериодическому, что ограничивает возможности применения подобных защит. Защита выполняется с помощью быстродействующих токовых реле, включаемых через фильтр, пропускающий в реле только токи высокой частоты.

196

Защита, реагирующая на величину тока переходного периода, разработанная в Одессаэнерго [Л.39], показана на рис. 9-16. Реагирующее токовое реле должно отличаться особым быстродействием и реагировать на кратковременный (импульсный) ток, каким является переходный ток высокой частоты. В схеме на рис. 9-16 используется реле типа ЭТ с дополнительной удерживающей обмоткой постоянного тока, с помощью которой сработавшее от импульса тока реле 1 удерживается в сработанном состоянии, пока не подействует указательное реле 2.

П р и н ц и п д е й с т в и я з а щ и т ы , р е а г и р у ю щ е й на в о л н о в ы е п р о ц е с с ы , основан на появлении в момент замыкания на землю электромагнитных волн.

Разряд емкости заземлившейся фазы, происходящий в первый момент замыкания, характеризуется появлением волн тока и напряжения нулевой последовательности, распространяющихся в обе стороны от места повреждения (рис. 9-17) по контуру фаза — земля.

Как видно из рис. 9-17, направление (или знак) тока и мгновенной мощности в поврежденном и неповрежденных присоединениях (относительно шин А) будет различным. Это различие в знаках используется для выполнения защиты, реагирующей на знак волны тока или на знак мгновенной мощности на фронте волны. В качестве реагирующих органов в первом случае используется реле, сравнивающее направление тока с направлением напряжения нулевой последовательности (на поврежденном элементе они совпадают, и на неповрежденном различны). Конструкция такой защиты с тиратронным реле разработана и применяется в Одессаэнерго [Л. 38]. Во втором случае применяется импульсное реле мощности. Конструкция подобного реле разработана в Энергетическом институте имени Г. М. Кржижа новского [Л. 38]. Во ВНИИЭ разработана универсальная защита типа УСЗ-1, состоящая из элемента, реагирующего на знак мощности 50 переходного процесса, и элемента, реагирующего на высшие гармоники. Такая защита (рис. 9-18) способна фиксировать установившиеся повреждения и кратковременные замыкания.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ

10-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ

На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени (t = 0). Это требование нельзя выполнить с помощью рассмотренных выше мгновенных токовых отсечек, так как зона их действия охватывает только часть защищаемой линии. Кроме того, отсечки неприменимы на коротких линиях, где токи к. з. в начале и конце линии не имеют существенного различия. В этих случаях используются защиты, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой про-

197

тяженности.

К защитам такого типа относятся д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е з а щ и т ы . Они обеспечивают мгновенное отключение к. з. в любой точке защищаемого участка и обладают селективностью при к. з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.).

Дифференциальные защиты подразделяются на п р о д о л ь н ы е и п о п е р е ч н ы е . Первые служат для защиты как одинарных, так и параллельных линий, вторые — только параллельных линий.

10-2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

Как видно из рис. 10-1, при внешнем к. з. токи I1 и III на концах линии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при к. з. на защищаемой линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу 1. Следовательно, сопоставляя величину и фазу токов I1 III, можно определять, где возникло к. з. — на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) дифференциальной защиты.

198

199

200