6.3. Способы повышения чувствительности защиты

Для повышения чувствительности необходимо уменьшать ее ток срабатывания. Для этого в соответствии с формулами выбора тока срабатывания можно уменьшить значение k_ап или обеспечить меньший ток срабатывания защиты при КЗ в зоне по сравнению с его значением при внешнем КЗ.

В первом случае будет снижено значение учитываемого тока небаланса в переходном режиме, во втором – обеспечено автоматическое повышение тока срабатывания при переходе точки КЗ из защищаемой зоны вовне.

Снижение значений k_ап может быть достигнуто способами без снижения отстроенности:

1. Замедлением действия защиты (до 0,3 с) на время, в течение которого переходный процесс заканчивается. Однако сейчас этот способ применяется крайне редко, поскольку к защитам предъявляются все более высокие требования к быстродействию.

2. Включением последовательно с реле тока добавочного сопротивления, снижающего апериодические слагающие тока в нем в большей степени, чем периодические. Способ применялся ранее, когда для дифференциальных защит использовались обычные электромагнитные реле тока.

3. Сравнением в измерительном органе фаз токов, а не их комплексных значений. Намагничивающие токи ТТ даже при переходном процессе КЗ не изменяют угол между токами I_I и I_II, близкий к π при внешних КЗ, до значений, соответствующих диапазону углов при КЗ в защищаемой зоне. Таким образом устраняется условие отстройки от тока небаланса при внешних КЗ.

4. Использованием апериодической слагающей в переходном токе небаланса для увеличения тока срабатывания. Это достигается разными способами. Возможно выполнение измерительного органа тока, содержащего рабочую цепь, включенную дифференциально, с током I_раб, обусловливающим срабатывание, и тормозную цепь, в которую подается тормозной ток I_тор с выхода фильтра апериодической составляющей, препятствующий срабатыванию. При КЗ в зоне в рабочей цепи проходит ток I_раб=I_к/п_Т, а в тормозной цепи ток отсутствует, т.к. апериодическая составляющая быстро затухает, т.е. I_тор≈0. Этому соответствует I_срmin, определяющий чувствительность. При переходном процессе внешнего КЗ I_тор≠0, и поэтому ток срабатывания автоматически увеличивается до нового значения I_ср>I_срmin.

Широко используются специальные реле КАТ, содержащие промежуточные насыщающиеся трансформаторы TALT и реле тока КА (рис. 6.2, а). Ток в реле I'_КА определяется ЭДС Е₂ вторичной обмотки w₂ трансформатора, значение которой, например, среднее, пропорционально полному изменению ΔВ индукции в магнитопроводе за период, т.е. Е₂=2K·B, где K – коэффициент пропорциональности.

При КЗ в защищаемой зоне в первичной обмотке TALT проходит ток i_p=i_к/п_Т, практически не имеющий смещения относительно оси времени (апериодическая составляющая быстро затухает), изменение индукции по симметричному частному циклу достигает ΔВ2В_с и среднее значение Е₂2K·2В_с=4В_с·K (рис. 6.2, б). Током срабатывания реле КАТ считается наименьший ток I_р в первичной обмотке TALT, при котором срабатывает реле.

Рис. 6.2. Дифференциальная защита с КАТ (а), перемагничивание TALT при КЗ в зоне (б) и при внешнем КЗ (в)

При внешнем КЗ в первичной обмотке TALT проходит ток небаланса, полностью смещенный относительно оси времени за счет медленно затухающей апериодической составляющей, и изменение индукции ΔВ=В_s-B_r (рис. 6.2, в). Поэтому среднее значение Е₂=K·2(В_s-B_r)<4B_c·K, и реле не срабатывает. Реле функционирует правильно, если В_с>0,5(В_s-B_r).

Апериодическая составляющая, подмагничивая сердечник TALT, уменьшает его сопротивление намагничивания, и при этом большая часть как апериодической, так и периодической составляющей тока небаланса проходит по этому сопротивлению в схеме замещения, не попадая в реле КА.

Отстроенность защиты повышается, поскольку для срабатывания реле КА необходимо значение переходного тока небаланса в первичной обмотке TALT существенно большее, чем значение периодического тока в этой же обмотке.

Ток срабатывания защиты может быть выбран меньшим, поскольку k_ап=1.

Торможение от токов плеч дифференциальной защиты используется для снижения тока срабатывания защиты I_сз при внутреннем КЗ по сравнению с его значением при внешнем КЗ. Принцип торможения рассматривается применительно к измерительным органам тока, в которых сравниваются две электрические величины, сформированные из токов I_I и I_II.

Рабочее значение выбирается равным геометрической сумме токов I_раб=I_диф=I_I+I_II, т.е. представляют собой ток в дифференциальной цепи и обусловливает срабатывание реле.

В качестве тормозной, препятствующей срабатыванию, выбирается геометрическая полуразность токов I_тор=0,5(I_I –I_II).

Характеристика срабатывания реле (рис. 6.3, а), представляющая зависимость I_ср=f(I_тор), описывается выражением I_ср=I_срмин+k_тор·I_тор, где I_ср – ток срабатывания реле, изменяющийся при изменении I_тор; k_тор – коэффициент торможения, определяющий угол наклона характеристики =arctgk_тор; I_срмин – минимальный ток срабатывания реле при I_тор=0.

Характеристика срабатывания делит плоскость на область срабатывания, расположенную выше, и область, где защита не срабатывает, расположенную ниже характеристики.

Рис. 6.3. Характеристика срабатывания реле (а) и векторные диаграммы токов при внешнем КЗ (б) и КЗ в зоне (в)

При внешнем КЗ, когда угол между токами I'_I и I'_II близок к π (рис. 6.3, б), рабочий ток мал и равен I'_раб=I'_нб, а тормозной I'_тор=0,5(2I_{к.вн.мах})/п_Т значителен, что соответствует т. А' (рис. 6.3, а), расположенной в области несрабатывания.

Для срабатывания при токе I'_тор по характеристике срабатывания необходимо иметь I_раб>I'_ср.

При КЗ в зоне, когда угол между токами I"_I и I"_II невелик (не превышает десятых долей π), рабочий ток I"_раб=I_к/п_Т значителен (рис. 6.3, в), а ток I"_тор меньше и т. А" расположена в области срабатывания. Току I"_тор по характеристике срабатывания соответствует I"_ср<I'_ср.

В защите с торможением при внутренних КЗ возможно снижение тока срабатывания в пределе до I_срмин и повышение чувствительности к КЗ.

При аппаратной реализации измерительного органа тока с линейными характеристиками его элементов (рис. 6.4) влияние переходного тока небаланса не снижается, поэтому k_ап=2-3.

Рис. 6.4. Принципиальная схема измерительного органа с торможением

Широко используется магнитное торможение, позволяющее снизить влияние переходного тока небаланса (k_ап=1), а также обеспечить одновременное снижение тока срабатывания при внутренних КЗ.