1.1.5. Релейная защита распределительной сети
Электрические сети напряжением 0,4-6-10 кВ это распределительные сети, т. е. сети, по которым осуществляется распределение электрической энергии между потребителями.
Характерная особенность распределительной сети состоит в том, что любая точка ее расположена за большим сопротивлением относительно источника и поэтому последствия короткого замыкания не столь катастрофичны как при КЗ в питающей сети. В точке КЗ течет большой ток КЗ, имеет место нагрев, появление больших электродинамических сил, снижение напряжения в прилегающих участках сети.
Основные виды релейных защит в распределительной сети – это максимальная токовая защита, токовая отсечка, дифференциальная защита.
Особенность релейной защиты сети до 1000 В в том, что здесь находят широкое применение плавкие предохранители, тепловая защита от перегрузок и МТЗ с максимальными расцепителями.
Рассмотрим применение релейной защиты в распределительной сети напряжением выше 1 кВ. Как было показано выше, в радиальной сети с одним источником питания основным видом защиты является МТЗ. Дополнительно к МТЗ на линиях следует устанавливать токовую отсечку для ускорения отключения больших токов КЗ. Отсечка считается эффективной в случае, если ее зона действия составляет величину не менее 20% длины линии.
В магистральной сети также эффективно функционируют указанные виды защит.
Продольная дифференциальная защита линии применяется на коротких линиях питающей сети, в особенности тогда, когда предъявляются высокие требования к быстродействию защиты.
Релейная защита кольцевой сети с одним источником питания
На рис. 1.1.8 показан кольцевой участок распределительной сети: питающая подстанция А и две приемных подстанции Б и В.
Рис. 1.1.8. Защита кольцевой сети
Все выключатели нормально включены, образовано замкнутое кольцо линий, что обеспечивает повышенную надежность питания потребителей подстанций Б и В. В такой сети невозможно обеспечить селективное отключение КЗ применением простых МТЗ. В этом легко убедиться, рассматривая КЗ в точках K1 и К2. При КЗ в точке K1 защита Q4 должна работать быстрее защиты Q3, а при КЗ в точке К2 наоборот, что невозможно.
Поэтому применяют так называемую направленную МТЗ, которая реагирует не только на увеличение тока, но и на направление мощности через защиту. Направленная защита – это МТЗ, дополненная органом направления мощности – специальным реле, подключенным к току и напряжению в месте установки. Все реле направления мощности включаются так, чтобы они срабатывали при направлении мощности от шин в линию, в противном случае реле не срабатывают.
Если такие защиты установить на выключателях Q3, Q4, Q6, Q7, то получим защиту, действующую селективно во всех случаях. На рис. 1.1.8 показаны защиты, установленные на выключателях, направленные отмечены значком →.
Согласования защит по выдержкам времени ведется обычным образом, начиная от потребителей. На рис. 1.1.8 в качестве примера показаны уставки по времени защит при условии, что ступень селективности Δt = 0,5 с. При согласовании учитывается наличие направленных защит.
Релейная защита параллельных линий
В распределительной сети могут быть участки с параллельным включением линий (кабельных или воздушных). На рис. 1.1.9 показан участок распределительной сети с параллельными линиями. Питающая подстанция А, приемная подстанция Б связаны параллельными линиями. Все выключатели в нормальном режиме включены.
Согласно ПУЭ на параллельных линиях следует, как правило, применять поперечную направленную дифференциальную защиту, что и показано на рис. 1.1.9, где установлено два комплекта такой защиты – со стороны питания и со стороны потребителей – ДНЗ1 и ДНЗ2.
Дифференциальный принцип оказался очень плодотворным в поперечной дифференциальной защите, т. к. плечи защиты ТА1, ТА2 и ТА3, ТА4 расположены рядом в соседних ячейках с выключателями. Основной недостаток продольной дифференциальной защиты отсутствует. Защита выполняется направленной для того, чтобы определить, на какой из линий случилось КЗ.
На рис. 1.1.9 в упрощенном виде показаны все защиты участка сети: на Q1, Q2 – МТЗ1, МТЗ2 и ДНЗ1, на Q3, Q4 – ДНЗ2. МТЗ1 и МТЗ2 являются основными защитами шин подстанции Б. В случае отключения одной из линий МТЗ1 и МТЗ2 оказываются основными защитами оставшейся в работе линии.
ДНЗ1 сравнивает токи линий по амплитуде, ДНЗ2 сравнивает токи линий по фазе.
Рис. 1.1.9. Защита параллельных линий