Схемы включения реле направления мощности

Сочетание фаз тока и напряжения питающих реле, называемое схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений и чтобы к нему поводилась наибольшая мощность S_р.

Мощность S_р может иметь недостаточную для действия реле величину при КЗ, близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения U_р или при неблагоприятном значении угла φ_р, при котором Sin(–φ_р) равен или близок к нулю.

Рис. 3.6. Схема включения реле направления мощности

В схемах максимальных направленных защит применяется включение реле направления мощности по так называемым 90-градусной и иногда 30-градусной схемам. Соответствующие указанным схемам сочетания токов и напряжений приведены в табл. 3.1 применительно к схеме включения реле на рис. 3.6.

Таблица 3.1. Сочетания токов и напряжений для различных схем соединений

90-градусная схема			30-градусная схема
Реле	Ip	Up	Реле	Ip	Up
I	IA	UВС	I	IA	UАС
II	IВ	UСА	II	IВ	UВА
III	IС	UАВ	III	IС	UСВ

Рис. 3.7. Векторные диаграммы токов и напряжений, подводимых к реле мощности:

а) – при 90-градусной схеме; б) – при 30-градусной схеме

Названия схем 90-градусная, 30-градусная носят условный характер. Схемы именуются по углам φ_р между током и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями.

90-градусная схема включения реле

В качестве примера рассмотрим работу реле направления мощности типа РБМ-171 с углом максимальной чувствительности φ_мч=–30°, включенного по 90-градусной схеме. Угол внутреннего сдвига реле =90°+φ_мч=60°.

Момент такого реле .

Анализ работы ведется графическим методом для реле, включенного на ток I_p=I_A и напряжение U_p=U_BC.

Рис. 3.8. Векторная диаграмма напряжений и тока фазы А при трехфазном КЗ на линии

На рис. 3.8 изображена векторная диаграмма напряжений и тока I_А при трехфазном КЗ на линии. Ток I_А отстает от напряжения U_А на угол φ_к, определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений линии от шин до точки КЗ и влиянием активного сопротивления дуги, возникающей в месте повреждения. Соответственно этому вектор тока I_А имеет два предельных положения: – при КЗ за чисто реактивным сопротивлением, когда φ_к=90°; – при КЗ через дугу в начале линии, когда φ_к=0°.

Угол сдвига между напряжением и током на зажимах реле, т.е. между U_ВС и I_А, φ_р=φ_к–90°, а его предельные значения колеблются в зависимости от φ_к от 0 до 90°.

По найденным значениям φ_р определяются знак и относительная величина момента реле. С этой целью строится векторная диаграмма тока и напряжения на зажимах реле для рассмотренного случая КЗ (рис. 3.9). На ней относительно вектора напряжения U_р наносится линия изменения знака момента N₁-N₂ и линия максимального момента М₁-М₂ для данного типа реле. Проекция тока I_А на линию максимального момента, равная I_А·Sin(–φ_р) наглядно характеризует величину и знак момента.

Рис. 3.9. Векторная диаграмма токов и напряжений на зажимах реле и линии моментов реле направления мощности (зона положительных моментов заштрихована)

При КЗ в зоне проекция тока I_А имеет положительный знак, а в случае КЗ вне зоны – отрицательный, т.к. при этом фаза тока I_А меняется на 180°. Величина момента достигает своего максимума М_max при φ_р = –30° (φ_к=60°). При изменении φ_р в сторону уменьшения от –30° до 0° момент снижается от М_max до 0,86М_max, а при увеличении φ_р до –90° момент уменьшается до 0,5М_max.

Достоинствами 90-градусной схемы являются:

1. Знак момента реле при всех видах КЗ в зоне положителен, а при повреждениях вне зоны – отрицателен;

2. Величина момента М в диапазоне возможных изменений угла φ_р остается значительной и достаточной для действия реле;

3. Напряжение U_р при симметричных КЗ имеет максимально возможное значение, обеспечивающее минимальную величину мертвой зоны.

Недостатками 90-градусной схемы являются:

1. Возможно неправильное действие при КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ;

2. Реле, включенное на ток неповрежденных фаз, могут действовать неправильно;

3. Реле плохо чувствует себя при однофазных КЗ.

90-градусная схема – основная схема включения реле направления мощности и хорошо работает при междуфазных КЗ.

Реле, включенное по 30-градусной схеме ведут себя правильно при всех видах КЗ. Недостатком этой схемы является возможность отказа в действии реле при двухфазных КЗ из-за недостаточной величины напряжения. Ввиду этого для двухфазных защит 30-градусная схема не применяется. Включенные по такой схеме реле направления мощности могут работать неправильно в случае КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ с той же степенью вероятности, что и 90-градусная схема.