Дистанционная защита. Основным недостатком токовых защит является зависимость зоны их действия от тока короткого замыкания

Основным недостатком токовых защит является зависимость зоны их действия от тока короткого замыкания, что не позволяет в ряде случаев иметь достаточную чувствительность токовой защиты, особенно быстродействующих ее ступеней. Кроме того, в сложнозамкнутых сетях (например, в кольцевой сети с двумя источниками питания) селективность токовых защит не может быть обеспечена.

Дистанционная защита реагирует на отношение подведенных к измерительному органу защиты напряжения и тока, т.е. на сопротивление. Режим короткого замыкания отличается от нормального режима работы сети пониженным значением напряжения и повышенным значением тока. Следовательно, сопротивление на входе измерительного органа защиты при коротком замыкании меньше, чем в нормальном режиме. Это обстоятельство и используется для выявления КЗ.

Таким образом, дистанционная защита представляет собой защиту минимального сопротивления. Если на вход измерительного органа минимального сопротивления подается разность напряжений замкнувшихся фаз и разность токов этих фаз, то сопротивление на входе измерительного органа оказывается равным сопротивлению линии от места установки защиты (начало линии) до места короткого замыкания

(13.13)

где Z_уд — удельное сопротивление линии; l_к — расстояние до места короткого замыкания.

Так как Z_уд — величина постоянная, защита реагирует на расстояние до места короткого замыкания, что и обусловило ее название.

Сопротивление на входе измерительного органа защиты представляет собой комплексную величину. Сопротивление на входе защиты (например, защиты 3 на рис. 13.4) в комплексной плоскости при коротком замыкании в точке К1 есть вектор БК1 (рис. 13.5), сопротивление линии БВ и суммарное сопротивление линий БВ и ВГ — векторы БВ и БГ, а сопротивление до точки К2 и линии АБ — векторы БК2 и БА.

Угол наклона φ_л этих векторов сопротивления определяется активным и реактивным сопротивлением защищаемых линий.

Сопротивление на входе защиты в рабочем режиме работы электрической сети отображается вектором сопротивления нагрузки, получающей питание по защищаемой линии (Z_нагр на рис. 13.5). Этот вектор отличается от вектора сопротивления короткого замыкания не только по величине, но и по фазе, так как коэффициент мощности нагрузки cosφ_нагр = 0,8—0,95.

С целью повышения чувствительности защиты, т.е. наилучшей отстройки защиты как от внешних коротких замыканий, так и от режима нагрузки, используются реле минимального сопротивления с различными характеристиками срабатывания (рис. 13.6).

Характеристики на рис. 13,6, а и б имеют соответственно ненаправленное и направленное реле полного сопротивления. Угол максимальной чувствительности у направленного реле, соответствующий максимальному значению сопротивления срабатывания реле Z_{с.р max}, равняется φ_л.

Характеристика на рис. 13.6, в позволяет обеспечить чувствительность защиты при коротком замыкании через переходное сопротивление, а характеристика на рис. 13.6, г — оптимальным образом отстроить защиту от сопротивления нагрузки.

Дистанционная защита выполняется, как правило, трехступенчатой. Первая ступень не имеет выдержки времени (рис. 13.7), а сопротивление срабатывания принимается несколько меньшим сопротивления защищаемой линии. Например, для защиты 1 линии АБ = k_отс Z_AБ.

Коэффициент отстройки k_отс = 0,8—0,9 учитывает погрешности трансформаторов тока и напряжения, к которым подключено реле сопротивления, и погрешность самого реле сопротивления. Аналогично определяются сопротивления срабатывания первых ступеней всех защит.

Сопротивления срабатывания вторых ступеней защит отстраиваются от суммарного сопротивления защищаемой линии и сопротивления срабатывания первой ступени защиты смежной линии, а также от короткого замыкания за трансформатором приемной подстанции, например:

(13.14)

где k_т = I_к/I_к1 — коэффициент токораспределения, равный отношению суммарного тока короткого замыкания за трансформатором приемной подстанции к току в защищаемой линии, проходящему в направлении действия защиты.

Время срабатывания второй ступени защиты принимается на ступень селективности больше времени срабатывания первой ступени защиты смежной линии, т.е. ( рис. 13.7).

Назначением третьей ступени защиты является резервирование отказов защит и выключателей смежных элементов электрической сети. Сопротивление срабатывания третьей ступени определяется по условию обеспечения чувствительности при КЗ в конце смежной линии и за трансформатором приемной подстанции, а также по условию возврата защиты в исходное состояние после отключения внешнего короткого замыкания, например:

(13.15)

где k_ч ≥ 1,2 — коэффициент чувствительности; ≈ 1,1—1,15 — коэффициент возврата, равный отношению сопротивления возврата к сопротивлению срабатывания реле сопротивления; k_отс = 1,1—1,2 — коэффициент отстройки.

При этом по первому условию вектор сопротивления имеет угол φ_л, а по второму условию φ_нагр (см. рис. 13.5).

Время срабатывания третьей ступени защиты отстраивается от времени срабатывания третьей ступени защиты смежной линии (см. рис. 13.7).

Дистанционная защита может сработать ложно при качаниях в энергосистеме, а также при неисправностях в цепях трансформатора напряжения, приводящих к снижению напряжения на входе измерительного органа защиты. Поэтому в комплект дистанционной защиты обычно входит устройство блокировки защиты при качаниях и неисправностях в цепях напряжения.

Дистанционная защита по сравнению с токовыми защитами обладает большей чувствительностью, имеет стабильную зону действия, однако она значительно более дорогая и технически сложная.