НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ 4 страница

Если , то выключатель отключиться не может. Проверка условия проводится следующим образом:

1) при заданном вторичном токе определяют необходимое значение вторичного тока ТА I₂:

; ;

2) определяется первичный ток с учетом токовой погрешности ТА

где I_нам - ток намагничивания, который можно найти на основе характеристик намагничи­вания ТА.

Если при найденном токе намагничивания условие не выполняется, то воз­никает необходимость в последовательном соединении вторичных обмоток двух ТА. При этом нагрузка вторичных цепей каждого ТА снижается в два раза, что в свою очередь приво­дит к уменьшению тока намагничивания. Для исключения возврата пускового реле защиты (КА) после дешунтирования электромагнита отключения необходимо, чтобы

; k_н=1,2.

Расчет проводят с учетом токовой погрешности ТА, .

Для надежного действия защиты необходимо, чтобы , т.е. .

Возможность применения схемы с дешунтированием по условиям работы контактов реле проверяют по условию

,

рассчитывается, когда точка к.з. берется у места установки защиты.

Схемы реле времени и промежуточного реле на рис. 44 и 43 соответственно.

Токовое промежуточное реле РП-314 (рис. 43) состоит из трансформатора TL, первич­ные обмотки которого подключены к вторичным обмоткам ТА. Вторичная обмотка TL через сглаживающую емкость С подключена на вход выпрямительного моста VS. Трансформатор TL работает в режиме насыщения, что позволяет ограничить величину его вторичного на­пряжения. Реле имеет контакты 2, 4, 6, переключающиеся с дешунтированием. Срабатыва­ние реле происходит при замыкании цепи питания обмотки KL1, подключенной на выход

выпрямительного моста VS. К зажимам 11, 13 подключаются замыкающиеся контакты реле

тока или времени.

Токовое реле времени РВМ-12 (13) (рис. 44) состоит из двух трансформаторов ТЫ и TL2, которые работают в режиме насыщения. Их первичные обмотки подключены к транс­форматорам тока. Наличие TL1 и TL2 позволяет подключать реле времени на ток фазы или разность фазных токов. Первичные обмотки TL1 и TL2 могут быть включены последователь­но или параллельно, что обеспечивает изменение напряжения на их вторичных обмотках.

Вторичные обмотки ТL1 и TL2 через сглаживающие фильтры C1-R1 и С2-R2 подают пита­ние на обмотку микродвигателя М. Микродвигатель имеет втягивающийся данный режим работы микро­двигателя допустим. Питание на обмотку микродвигателя подается при замыкании цепи 9-11 или 11-13. В этом случае ротор втягивается в воздушный зазор, что в свою очередь приводит к срабатыванию реле времени. Уставка реле ротор. В несрабо­танном состоянии ток в обмотке микродвигателя отсутствует, времени изменяется начальным поло­жением неподвижных контактов.

Схема МТЗ с дешунтированием катушек отключения приведена на рис. 45. Пусковые реле КА1 и КА2 включены на токи фаз А и С. Первичные катушки реле КT и KL -на разность токов I_A и I_C. В нормальном режиме ток протекает, минуя катушку отключе­ния YAT. При возникновении к.з. сработают реле КА1 и КА2 и подадут питание на катушку реле времени КT, которое сработает с выдержкой времени и подаст напряжение на реле KL. Контакты реле KL, выполненные как дешунтирующие, переключаются и подключают ка­тушку YAT

ко вторичным обмоткам ТА. Контакт KL1 шунтирует контакт AT и ставит реле KL на самоподхват, что увеличивает надежность срабатывания реле KL. На рис. 46 приведена схема МТЗ с питанием оперативных цепей с предварительно заряженного конденсатора.

Отключение выключателя происходит за счет разрядного тока конденсатора С. Цепь разряда собирается после замыкания контакта реле времени AT. Величина разрядного тока должна быть достаточной для отключения выключателя.

Схема блока питания для заряда конденсатора приведена на рис. 47. Переменное напряжение подается от вторичных обмоток трансформатора напряжения TV на зажимы 1, 2, 3, 4. Конденсатор С подключен на выход блока к клеммам 9, 10.

МТЗ с питанием оперативных цепей от блоков питания напряжения (БПН) не имеют никаких особенностей по сравнению с МТЗ на постоянном оперативном токе. Реле тока и времени аналогичны тем, которые используются для постоянного оперативного тока.

БПН представляет собой выпрямительное устройство, подключаемое к трансформато­рам напряжения и имеющее на выходе постоянное напряжение +220 В или ±110 В.

8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ

Очень часто по соображениям сохранения устойчивости, снижения возможных послед­ствий к.з. требуется отключать оборудование без выдержки времени при к.з. в любой точке данного электрооборудования.

МТЗ и токовые отсечки отключение к.з. без выдержки времени не выполняют, что связа­но с их принципами действия и особенностями. Одним из видов защит, позволяющих выпол­нять отключение без выдержки времени при к.з. в любой точке защищаемого элемента явля­ются дифференциальные защиты. Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величин и фаз токов в начале и конце защищаемого элемента (рис. 48).

Дифференциальные защиты делятся на продольные и поперечные. В продольных дифзащитах токи сравниваются по концам защищаемого элемента (линии, трансформатора и др.), а в поперечных дифзащитах токи сравниваются в параллельных ветвях защищаемого элемента (параллельных линиях, параллельных ветвях обмотки статора генератора).

На рис. 48 показано распределение токов по концам защищаемого элемента при к.з. на линии (К2) и вне линии (К1). При к.з. в точке К1 токи I₁ и I₂ равны по величине и направ­лены в одну сторону. При к.з. в точке К2 ток I₂ меняет направление и •

Сравнение величин и направлений токов производится в реле, которое под­ключается к вторичным обмоткам одина­ковых трансформаторов тока (ТА), уста­новленных с обеих сторон защищаемого элемента и соединенных между собой проводами. Соединение выполняется та­ким образом, чтобы при к.з. К1 в реле протекала разность токов I₁ и I₂, I_р = I₁-I₂, а при к.з. К2 I_р = I₁ +I₂ (см. рис. 49).

Основное распространение в про­дольных дифференциальных защитах

получила схема с циркулирующими токами. Существует также схема с уравновешенными ЭДС, но она не применяется, т.к. для ее работы требуются специальные ТА, которые в нормальном режиме работают в режиме холостого хода.

Рассмотрим подключение реле и ТА в схеме с циркулирующими токами (см. рис. 49).

В нормальном режиме и при к.з. К1 (рис. 49, а) в реле протекает ток Iр =I'-I" при

I₁ = I₂ и условии, что ; f_i = 0, I_р = 0, т.е. реле не работает.

При к.з. в зоне защиты (рис. 49, б) I_р =I' + I" > 0 и реле работает, отключая защи­щаемый элемент с обеих сторон без выдержки времени. Продольная дифзащита - абсолютно селективная, она действует при к.з. только на своем участке, следовательно, ее не нужно со­гласовывать по времени с защитами соседних элементов. Зона защиты охватывает участок сети, расположенный между ТА.

В реальных системах дня реальных ТА (токовая погрешность ТА) и при внешних к.з. и нормальных режимах. С учетом токовой погрешности тогда

.

При условии, что I₁ = I₂ , по реле протекает ток

называемый током небаланса.

Для того чтобы защита не работала при внешних к.з., I_сз > I_неб.mах. При определении I_сз учитывают следующие условия:

1) , kн = 1,2¸1,3. Это первое условие, по которому рассчитывается I_сз дифзащит. Ток I_неб.mах определяется по максимальному току, протекающему через защиту при внешнем к.з., когда трехфазное к.з. возникает в конце линии;

2) . Это условие отстройки от броска тока намагничивания при включении (трансформаторов) и отстройки от обрыва соединительных проводов зашиты.

В расчете из условий 1 и 2 выбирают наибольшее значение и его принимают за оконча­тельное значение I_сз.

От величины I_нeб зависит чувствительность защиты. Проанализируем основные при­чины существования I_неб и способы его снижения.

Наличие I_нeб обусловлено:

1) неидентичностью ТА;

2) I_неб резко возрастает в первый момент к.з., когда I_кз состоит из периодической (I_пер) и апериодической (I_ап) составляющих. Ток I_ап быстро затухает и не отражает истинной картины к.з. Но I_ап влияет на увеличение I_нам ТА, что увеличивает погрешность ТА;

3) на увеличение I_неб оказывает влияние остаточное намагничивание сердечников ТА.

Для снижения I_неб необходимо:

1) подбирать ТА с идентичными характеристиками намагничивания;

2) ТА должны иметь зону насыщения при большом значении I_кз. Трансформаторы то­ка класса D, рекомендуемые для применения в дифференциальных защитах, удовлетворяют этому требованию;

3) для выравнивания и необходимо выравнивать нагрузки вторичных обмоток ТА , а также уменьшать величину либо ограничивать вто­ричную ЭДС E₂ ТА путем увеличения n_т;

4) производить отстройку от I_ап, возникающего в первый момент к.з. (при t » 0).

Один из способов отстройки состоит в замедлении действия защиты на время, в течение которого I_ап снижается практически до нуля, но это увеличивает время действия защиты.

Отстройка от I_ап в настоящее время производится с помощью специальных реле с быстронасыщающимися трансформаторами, а также реле, основанных на времяимпульсном принципе (реле ДЗТ-21).

Реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) - это реле РНТ-565 и реле ДЗТ-11, которое имеет дополнительно к БНТ еще тормозные обмотки.

В БНТ отстройка от I_ап осуществляется за счет выполнения сердечника БНТ из специ­альной стали с широкой петлей гистерезиса (рис. 50).

Проанализируем изменения I_пер и I_ап за вре­мя t = 0,01 с. Ток I_ап изменяется незначительно ( ), что приводит к небольшому изменению . Ток I_пер за то же время изменяет свое значе­ние от максимального до минимального, следова­тельно, изменение потока тоже будет макси­мально возможным. ЭДС во вторичной обмотке определяется как и, следовательно, зависит от изменения , поэтому ток во вторичной об­мотке БНТ, подключенной к токовому реле, зависит, в основном, от и, следовательно, от I_пер.

Ток I_ап практически полностью тратится на насыщение стали и не трансформируется во вторич­ную обмотку БНТ, а I_пер трансформируется полно­стью после того, как произойдет насыщение сердеч­ника до величины, определяемой индукцией насы­щения. Это время составляет 0,01 ¸ 0,02 с. Приме­нение БНТ позволяет при расчете I_сз учитывать не полное значение I_кз, а лишь его периодическое значение. Это приводит к снижению I_сз, а значит, к увеличению kч защиты. Более упрощенно эффект отсекания апериодической составляющей тока при помощи БНТ можно объяснить тем, что I_ап, медленно изменяясь во времени, на­поминает собой постоянный ток. А, как известно, постоянный ток через транс­форматор не передается.

Еще один способ увеличения k_ч дифзащит состоит в использовании маг­нитного торможения. Тормозная обмотка (W_т) реле включается таким образом, чтобы m_т (момент тормозных обмоток) создавался больше m_р (момент рабочих обмоток) при внешних к.з. (рис. 51). Для этого тормозная обмотка включается в плечо дифзащиты, а рабочая –

параллельно ТА.

При внешних к.з. I_т > I_раб и отсюда m_т > m_р за счет подбора числа витков W_т и W_p; I_т - ток в тормозной обмотке, I_раб - ток в рабочей обмотке, в случае внешнего к.з.

При к.з. в зоне защиты , а I_т=I¢, т.е. > I_т и m_т > m_р, что приводит к срабатыванию реле (рис. 52).

Применение торможения позволяет снизить I_сз, поскольку его можно не отстраивать от I_неб при внешних к.з.

Рассмотрим подробней конструкцию реле РНТ-565 (рис. 53).

Реле состоит из трехстержневого магнитопровода (1), который набран из шихтованной стали и является сердечником БИТ. Первичная обмотка БИТ выполнена в виде трех обмоток: рабочей и двух уравнительных и . На подается разность токов с ТА диф­ференциальной защиты, и служат для выравнивания токов в плечах защиты. В схемах дифференциальных защит могут быть использованы одна, две либо все три обмотки. Короткозамкнутая обмотка состоит из двух секций и вместе с регулируемым сопротив­лением R_кз предназначена для регулировки уровня поглощения I_ап путем изменения сте­пени намагничивания магнитопровода.

Токовое реле КА (рис. 53) подключается ко вторичной обмотке БИТ. Выставление уставки на реле РНТ производится путем изменения числа витков , и . Таким образом, контроль выполнения I закона Кирхгофа осуществляется путем суммирования маг­нитных потоков, создаваемых токами, проходящими через обмотки , и в БНТ. Реле тока КА, подключенное ко вторичной обмотке , будет срабатывать, если в БНТ возникает суммарный магнитный поток, превышающий 100 А×витков.

Сочетание БНТ и магнитного торможения использовано в реле ДЗТ-11, конструкция которого приведена на рис. 54.

Магнитопровод реле ДЗТ-11 аналогичен магнитопроводу реле РНТ. Первичные обмотка БНТ также , и , вторичная обмот­ка состоит из двух секций, которые включе­ны согласно, следовательно, ЭДС , подведен­ная к реле, равна . Обмотка торможения также состоит из двух секций, включенных встречно. Магнитные потоки Ф_т, создаваемые , замыкаются по крайним стержням магнитопровода. Из-за встречного включения секций эти потоки не оказывают влияния на ЭДС . За счет Ф_т увеличивается или уменьшается насыщение магнитопрово­да: при большом значении Iт возрастает Ф_т и увеличивается насыщение, что характерно для внешних к.з.

По рабочим обмоткам протекает ток I_p который при внешнем к.з. имеет небольшое значение. Из-за значительного насыщения реле сработать не может.

При к.з. в зоне защиты ток I_р > I_т. Он создает большой поток Ф_р, и реле работает. Ес­ли защита выполняется на реле ДЗТ-11, то расчет уставок защиты заключается в выборе числа витков , и и . Реле РНТ-565 и ДЗТ-11 срабатывают в том случае, когда сум­марный магнитный поток в БНТ превысит 100 А×витков.

Поперечные дифференциальные защиты. Принцип действия поперечных дифзащит ос­нован на сравнении величин токов в одноименных фазах двух параллельных линий или в двух параллельных ветвях статорной обмотки генератора.

ТА установлены в одноименных фазах двух ЛЭП, при­чем , . Реле включено на разность токов I₁-I₂

В нормальном режиме и при внешних к.з. К1 для идеаль­ных ТА (рис. 55) . Данное равенство справедливо, если и токовая погрешность ТА f_i= 0.

При к.з. на одной из линий (К2) (рис. 55) ток I₁ > I₂, Ip ¹ 0 и защита подействует на отключение Q₁ без выдерж­ки времени. Поскольку в реальных условиях существует неко­торая разница в и и f_i= 0, в нормальных режимах и при внешних к.з. протекает ток, который называют током небаланса I_неб:

,

где I_неб обусловлен погрешностью ТА; - обусловлен неравенством сопротивлений линий.

Первое условие определения I_сз: I_сз = k_нI_неб.

Второе условие - I_сз = k_нI_нагр._mах, где I_{нагр.mах} - суммарный ток нагрузки парал­лельных линий. Это условие предотвращает срабатывание защиты при отключении ЛЭП с противоположного конца.

Третье условие является условием недействия защиты при отключении одной из ЛЭП и внешнем к.з.

Схема поперечной дифзащиты для двух параллельных ЛЭП с общим выключателем для обеих ЛЭП представлена на рис. 56.

В схеме используются два токовых реле КА1 и КА2, включенные на токи фаз А и С.

Контакты разъединителей QSI и QS2 выводят дифференциальную защиту из действия, если одна из параллельных ЛЭП отключена. Если обе ЛЭП включены, то QS1 я QS2 замкнуты, при к.з. на одной из линий работают КА1 и КА2 и через реле KL без выдержки времени от­ключается выключатель Q1. При отключении одной из ЛЭП дифзащита выводится из дейст­вия (разомкнуты QS1 и QS2) и к.з. на линии отключаются с помощью МТЗ (рис. 56).

Существенным недостатком поперечной дифзащиты является мертвая зона, которая находится у шин противоположной подстанции. Наличие мертвой зоны объясняется тем, что при к.з. на шинах (точка КЗ на рис. 55) вблизи шин подстанции 2 токи по линиям мало отли­чаются друг от друга. Ток реле , и возможны случаи, когда , а это при­водит к недействию защиты в пределах защищаемых линий.

Рассмотрим определение величины мертвой зоны дифзащиты (рис. 57).

Если рассматривать к.з. в различных точ­ках (Kl, K2) линии Л2, то токи I_I и I_II будут изменяться, но всегда сохраняется соотношение

где , .

График изменения I_I и I_II приведен на рис. 57. По реле КА протекает ток .

Если к.з. находится вблизи шин подстанции В, то I_I » I_II, I_р® 0.

Порядок расчета I_сз для реле КА приве­ден ранее, причем I_сз>>0. Следовательно, существует участок (m) линии Л1 и Л2, где I_р < I_сз. В пределах этого участка дифференциальная защита не работает, и он получил на­звание «мертвая зона».

Величину «мертвой зоны» можно определить следующим образом. Соотношение

можно выразить через длину линий , тогда на границе «мертвой зоны» (m)

отсюда получаем Отметим, что при к.з. на границе «мертвой зоны», а , следовательно, т , отсюда

Для повышения чувствительности применяется блокировка пускового реле от реле ми­нимального напряжения. В этом случае ток I_сз отстраивается только от токов небаланса при внешних к.з. (на шинах противоположной подстанции):

.

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения в схемах с блокировкой по напряжению выбирается так же, как и у МТЗ.

Поперечная дифзащита может быть установлена на двух параллельных линиях с двух­сторонним питанием. Тогда поперечная дифзащита выполняется направленной (рис. 58).

Направленная дифзащита отключает ту из параллельных ЛЭП, на которой произошло к.з. Для этого в схеме предусмотрено реле направления мощности двухстороннего действия KW (см. рис. 58). При к.з. на линии ,71 замыкается его верхний контакт и подает сигнал на отключение Q1. Дифзащита выводится из действия при отключении одной из параллельных линий размыканием блок-контактов Q1.1 или Q2.1. Включенное состояние Q1 и Q2 контро­лируется сигнальной лампой HL.

В случае двухстороннего питания поперечная дифзащита устанавливается с обеих сто­рон защищаемых линий.

Наличие «мертвых зон» поперечных дифзашит приводит к так называемому «каскадному» действию защиты. Поясним это подробнее.

«Мертвая зона» m₁ защиты 31 (рис. 59) расположена вблизи шин подстанции В, а m₂ -вблизи подстанции А. При возникновении к.з. К1 в «мертвой зоне» m₁ не работает 31 и не отключает Q1, защита 32 действует и отключается выключатель Q3. В этом случае весь ток I_кз от двух систем С1 и С2 течет в точку К1 через защиту 31, величина его возрастает, и, ес­ли , то защита 31 сработает и отключит Q1. Такое действие защиты называют кас­кадным. Время отключения к.з. в этом случае возрастает. Для сокращения зоны каскадного