Защита кольцевых сетей. Каскадное действие защит.

Ответ:Рассмотренная в гл. 7 максимальная токовая защита используется главным образом для защиты радиальных линий с односторонним питанием. В кольцевой сети, в сети с двусторонним питанием и особенно в сложных сетях с несколькими источниками питания максимальная токовая защита в большинстве случаев не может обеспечить селективного действия.

На рис. 8-1 рассмотрено поведение максимальной токовой защиты в кольцевой сети с одним источником питания. Пусть в указанной сети будут заданы выдержки времени максимальной токовой защиты на линиях, отходящих к нагрузкам: t₇ = 1 с и t₈ = 0,5 с. При ступени селективности выдержки времени остальных защит определяются по ступенчатому принципу (см. § 7-7) и составляют:

При такой настройке максимальная токовая защита будет действовать селективно при к. з. на линиях, отходящих к нагрузке, и на шинах подстанций П₁ и П₂. Однако при к. з. на линиях Л₁ и Л₂ защита будет действовать неселективно.

При к. з. на линии Л₁ (точка К₁) должны отключиться выключатели 1 и 2, но так как защита на выключателе 4 имеет выдержку времени 1,5 с, то этот выключатель отключится раньше, чем выключатель 2, и приемная подстанция П₁ потеряет питание.

Аналогично при повреждении на линии Л₂ (точка К₂) раньше отключится выключатель 4 и подстанция П₂ останется без питания.

Изменением выдержек времени максимальных токовых защит в сети на рис. 8-1 получить ее селективное действие невозможно. Для селективного отключения повреждений в такой сети необходимо, чтобы защита на выключателях 2, 3, 4, 5 различала, на какой из линий произошло к. з. Таким свойством обладает максимальная направленная защита.

Максимальная направленная защита, упрощенная принципиальная схема которой приведена на рис. 8-2, состоит из: пускового органа 1, осуществляемого токовыми реле, органа направления мощности 2, осуществляемого реле направления мощности, и органа выдержки времени 3, осуществляемого реле времени.

Защита может подействовать на отключение выключателя только в том случае, если сработает не только токовое реле, но и реле направления мощности, которое включается так, что действует на замыкание контактов только при направлении мощности к. з. от шин подстанции в линию.

Выбор выдержек времени максимальных направленных защит производится по уже известному ступенчатому принципу, но с учетом направленности их действия, т. е. производится согласование защит, действующих в одном направлении. Так, например (рис. 8-3), вначале выбираются выдержки времени защит, имеющих нечетные номера, начиная от наиболее удаленной от источника питания защиты 7, на которой следует установить выдержку времени t₇= 0.

Выдержка времени следующей защиты на выключателе 5 должна удовлетворять двум условиям:

второе условие, дающее большую выдержку времени, является определяющим.

Выдержка времени следующей защиты на выключателе 3 также должна удовлетворять двум условиям:

В данном случае определяющим является первое условие, дающее большую выдержку времени. Поэтому выдержка времени защиты на выключателе 1 равна:

Затем аналогично выбираются выдержки времени защит, действующих в другую сторону и имеющих на рис. 8-3 четные номера. Выдержки времени их будут равны: t₂= 0; t₄= 1,5 с; t₆ = 2 с; t₈ = 2,5 с.

Рассматривая теперь повреждения на любой из линий, нетрудно убедиться, что отключаться будет только поврежденная линия и что будет сохраняться питание всех подстанций.

Защиты 1 и 8, имеющие наибольшие выдержки времени, а также защиты 3 и 6 могут быть максимальными токовыми без органа направления мощности.

Ток срабатывания пусковых токовых реле максимальной направленной защиты выбирается так же, как для максимальной токовой защиты, по формулам (7-13), (7-14), (7-16). При этом желательно, чтобы пусковые токовые реле были отстроены от максимального тока нагрузки, проходящего по линии как в направлении действия защиты от шин подстанции в линию, так и в направлении к шинам подстанций. Для этого в указанные выше формулы должно подставляться наибольшее значение I_н.макс. Однако если при отстройке от I_н.макс в направлении к шинам подстанции не обеспечивается необходимая чувствительность защиты, то отстройка производится только от I_н.макс в направлении от шин подстанции. Если и при этом коэффициенты чувствительности пусковых токовых реле получаются ниже допустимых, применяется блокировка минимального напряжения. Ток срабатывания токовых реле определяется в этом случае по формулам (7-28), (7-29), а напряжение срабатывания блокировки минимального напряжения — по формулам (7-31), (7-32).

При трехфазных к. з. вблизи шин подстанции, где установлена максимальная направленная защита, напряжение на шинах подстанции понижается до нуля или величины, близкой к нулю. Вследствие этого мощность на реле направления мощности оказывается недостаточной для действия реле и защита отказывает.

Участок линии, в пределах которого при трехфазных к. з. защита не действует из-за недостаточной величины напряжения, называется «мертвой зоной». Наличие «мертвой зоны» является недостатком максимальной направленной защиты.

Схемы максимальных направленных защит весьма многообразны и отличаются в основном следующим:

- типом пускового органа, который может выполняться токовыми реле (рис. 8-4), токовыми реле с блокировкой минимального напряжения (рис. 8-5), реле минимального

- трехфазных (рис. 8-4) или однофазных (рис. 8-5) реле направления мощности;

- способом подвода напряжения к реле направления мощности постоянно или в момент аварии;

- наличием или отсутствием выдержки времени;

- трехфазным (рис. 8-4) или двухфазным (рис. 8-6) исполнением;

- оперативным током, постоянным (рис. 8-4 и 8-5) или переменным (рис. 8-6);

- схемой включения органа направления мощности.

Под схемой включения реле направления мощности понимается сочетание фаз тока и напряжения, подводимых к реле, которое не может быть произвольным.

Условия работы реле направления мощности существенно отличаются от работы ваттметра. Если ваттметр должен правильно показывать величину и направление мощности в нормальных условиях, то реле направления мощности должно правильно определять направление мощности в аварийных условиях при к. з. в сети, где установлена защита. При этом нет необходимости, чтобы реле направления мощности правильно измеряло величину мощности. Наоборот, чем большую мощность будет измерять реле в момент к. з., тем меньше будет «мертвая зона» защиты.

Если принять такую схему включения реле направления мощности, при которой при к. з. между фазами А и В к реле будет подводиться напряжение U_AB, то защита может не подействовать, так как при к. з. между этими фазами напряжение может быть равным или близким к нулю. Поэтому необходимо в указанном случае подводить к реле другое, не равное нулю напряжение, но такое, чтобы реле правильно определяло направление мощности к. з.

Исходя из этого, схемы включения реле направления мощности предусматривают включение их на разноименные фазы тока и напряжения в таких сочетаниях, которые обеспечивают в условиях к. з. правильное определение направления мощности и измерение реле возможно большей величины мощности.

Наибольшее распространение получили две схемы: тридцатиградусная (рис. 8-4) и девяностоградусная (рис. 8-5). Сочетание токов и напряжений для этих схем приведены в табл. 8-1.

Каскадное действие релейной защиты (англ. Cascade action of relay protection ) — Возможность срабатывания устройства релейной защиты при коротком замыкании только после срабатывания другого устройства, действующего на отключение одного из путей подпитки этого короткого замыкания.