Вопросы по темам токовые направленные защиты (тз) и дистанционные защиты (дз)

1. Каков принцип действия ТНЗ?

2. За счет чего обеспечивается селективное действие ТНЗ?

3. Как выбирается ток срабатывания ТНЗ?

4. Какая защита называется дистанционной?

5. Перечислите основные органы ДЗ?

6. Какие разработаны основные типы схем ДЗ?

7. Какие величины являются параметрами ДЗ? Какие факторы необходимо учитывать при выборе сопротивления срабатывания?

4. Дифференциальные защиты.

Продольные дифференциальные токовые защиты используются в основном для защиты элементов с сосредоточенными параметрами, например трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий небольшой длины.

Поперечные дифференциальные защиты выполняются в виде дифференциальных токовой и токовой направлен­ной, а также балансной защит. Они служат для защиты двух (и более) параллельных линий, а также для защиты от витковых замыканий об­мотки статора синхронного генератора, имеющей параллельные ветви.

4.1. Продольная дифференциальная токовая защита

Продольная дифференциальная токовая защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента.

Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации. Вторич­ные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединя­ются с помощью вспомогательных проводов так, чтобы при КЗ вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

Рисунок 2.16. Токи в схемах продольной дифференциальной защиты при КЗ в защищаемой зоне (а) и за её пределами (б).

Схема по­лучается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока TAI, TAII и реле тока KA. Ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов:

(2.14)

При КЗ в защищаемой зоне токи I_1I и I_1II от источни­ков питания направляются в точку повреждения, т. е. имеют положи­тельное направление (рис. 2.16, а), вследствие чего токи I_2I и I_2II в реле в соответствии с выражением (2.14) складываются. Таким образом, при КЗ в защищаемой зоне ток в реле определяется током в точке повреждения. При этом защита срабатывает, если .

В нормальном режиме работы, при качаниях, а также при внешних КЗ (рис. 2.16, б) первичные токи I_1I и I_1II равны и сдви­нуты по фазе на угол π. Если не считаться с погрешностями трансформаторов тока, то I_2I = -I_2II, поэтому в соответствии с (2.14) ток в реле I_р=0, и защита не срабатывает. Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждении в зоне и не реагирует на внешние КЗ, токи качаний и токи нормаль­ной работы, т. е. она обладает абсолютной селективностью.

В действительности ТТ имеют погрешности. Поэтому, несмотря на то, что в указанных режи­мах первичные токи I_1I и I_1II равны и сдви­нуты по фазе на угол π, вторичные токи I_2I и I_2II неодинаковы по абсолютному значению и сдви­нуты по фазе на угол, отличный от π. В связи с этим в реле появляется ток, называемый током небаланса I_нб. Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом тока небаланса.

Из схем замещения измерительных ТТ следует, что:

, .

А следовательно:

(2.15)

Т.е. ток небаланса определяется токами намагничивания, которые для любых двух ТТ неодинаковы вследствие неидентичности их характеристик намагничивания. С увели­чением первичного тока разница в токах намагничивания, а следователь­но, и ток небаланса возрастают. Для выбора тока срабатывания защиты необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних КЗ.

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле следует выбирать с учетом тока небаланса переходного процесса по выражению:

(2.16)

При определении тока неба­ланса исходят из того, что ТТ в схеме выбраны так, что полная погрешность не превышает ε = 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности тока КЗ. Погрешности двух ТТ имеют одинаковые знаки, поэтому ток небаланса, равный разности токов намагничивания, определяется погрешностью, меньшей каждой из погрешностей в от­дельности, что учитывается при расчетах коэффициентом однотипности k_одн = 0.5...1.0. Влияние апериодической составляющей тока КЗ на ток небаланса учитывают коэффициентом k_ап, для момента времени t=0 его принимают равным 2.

(2.17)

При принятых коэффициентах в худшем случае ток небаланса не превышает 20% тока трёхфазного КЗ. По некоторым данным он может быть значительно больше.

Чувствительность дифференциальной защиты при КЗ в защищае­мой зоне оценивают коэффициентом чувствительности k_ч. В зависимости от защищаемого элемента допускается иметь k_ч = 1.5...2. При использовании обычных электромагнитных реле тока чувствительность дифференци­альной защиты обычно оказывается недостаточной. В связи с этим при­ходится принимать меры по повышению ее чувствительности.

Известно несколько способов повышения чувствительности защи­ты. Среди них отстройка от переходных токов небаланса по времени, включение последовательно с цепью тока измерительного реле тока до­бавочного сопротивления, использование апериодических слагающих в переходном токе небаланса, применение реле с торможением.

4.2. Поперечная дифференциальная токовая защита

Эта защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами.

Для осуществления защиты используют ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин.

Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами.

ток в реле I_р = I_2I – I_2II. Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних КЗ по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле тока выбирается­ по условию при k_отс = 1.3.

Максимальный расчетный ток небаланса для защиты ли­ний с одинаковыми параметрами определяется по выражению:

(2.18)

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и апериодической составляющей, можно принять k_одн k_ап = 1.0.

При КЗ на одной из линий равенство токов I_2I и I_2II нарушается, в реле появляется ток.

Если то реле срабатывает и отключает выключатель.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение; поэтому она не может быть использована для параллельных линий с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию.

4.3. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

Сравнительно проста. Ее положительными качествами являются также быстродействие, нереагирование на качания и, как правило, достаточно высокая чувствительность. Принципиальным недостатком защиты является возможность неправильного действия, сопровождающегося отключением обеих линий при обрыве проводов одной из защищаемых линий с односторонним коротким замыканием.

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита по принципу действия является защитой двух параллельно работающих линий, а при отключении одной из них защита автоматически выводится из действия, поэтому наряду с поперечной дифференциальной защитой на линиях должна предусматриваться дополнительная защита, которая также является резервной к защитам смежных элементов.

Защита широко используются в качестве основных защит линий в сетях напряжением до 35 кВ.

Принцип действия.

Поперечная дифференциальная токовая защита определяет поврежденную линию после включения в ее схему органа направления мощности.

Таким образом, защита имеет два органа – измерительный орган тока (пусковой) и направления мощности (избирательный).

Реле тока пускового органа, как и в дифференциальной токовой защите, срабатывает при КЗ на любой из защищаемых параллельных линий.

Орган направления мощности позволяет защите определять поврежденную линию.

Рисунок 2.17. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита.

Защита устанавливается с обеих сторон двух параллельных линий, присоединённых к шинам через отдельные выключатели (рис. 2.17, а).

Из рассмотрения векторных диаграмм токов и напряжений (рис. 2.17, б, в) следует, что при коротких замыканиях на защищаемых линиях реле направления мощности четко определяют поврежденную линию. Так, при повреждении линии Л1 в точке К1 оба реле направления мощности KW1 и КW2 имеют положительные вращающие моменты (рис. 2.17, б), под действием которых они замыкают контакты в цепях промежуточных реле KL1 и КLЗ, действующих с двух сторон на отклю­чение линии Л1.

При повреждении линии Л2 в точке К2 углы между токами и напряжениями, подводимыми к реле, изменяются на угол π (рис. 2.17, в), вследствие чего оба реле мощности под действием отрицательных вращающих моментов замыкают контакты в цепях промежуточных реле KL2 и KL4, действующих с двух сторон на отключение линии Л2. При наличии источников питания с двух сторон защищаемой линии поведение реле аналогично.

Поперечная дифференциальная направленная защита при отключении одной из линий теряет способность работать селективно, поэтому одновременно с отключением линии защита автоматически выводится из действия. Это обеспечивается подведением оперативного тока к защите через последовательно включенные вспомогательные контакты выключателей Q1 и Q2 (рис. 2.17, а). При отключении одного из них соответствующий вспомогательный контакт размыкается, и защита выводится из действия. Аналогичным образом используются вспомогательные контакты выключателей Q3 и Q4.

Такое выполнение цепей оперативного тока исключает также возможность неправильной работы защиты. Например, КЗ на линии Л2 в зоне каскадного действия защиты подстанции Б (точка К3). В этом случае сначала срабатывает защита на подстанции А (реле КА1, КW1) и отключает выключатель Q2, при этом оперативный ток с зашиты снимается. После отключения выключателя Q2 весь ток КЗ направляется от шин подстанции А через неповрежденную линию Л1. При этом пусковой орган КА1 продолжает оставаться в состоянии после срабатывания, а орган направления мощности КW1 замыкает контакт в цепи отключения выключателя Q1. Отсутствие оперативного тока предотвращает неправильное отключение этого выключателя.

Выбор параметров срабатывания пусковых органов.

Пусковой орган защиты служит для пуска ее в действие только при возникновении повреждения на одной из защищаемых линий.

Для обеспечения этого параметр срабатывания пускового органа выбирается исходя из следующих требований:

пусковой орган не должен срабатывать при внешних КЗ;

он не должен срабатывать от тока нагрузки при нормальной работе только одной линии, что необходимо для предотвращения срабатывания защиты при отключении параллельной линии с противоположной стороны;

пусковой орган, включенный на ток неповрежденной фазы, не должен срабатывать при каскадном отключении коротких замыканий на землю в сетях с глухозаземлёнными нейтралями.

В пусковом органе используются максимальные реле тока, включаемые на разности токов одноименных фаз параллельных линий. Ток срабатывания реле в соответствии с указанными требованиями выбирается наибольшим из следующих условий: ;

; (2. 17)

При определении тока срабатывания по второму выражению (2.17) учитывается коэффициент возврата k_в, и этим обеспечивается возврат пускового органа после отключения внешних КЗ (в работе только одна линия), иначе защита может сработать ложно при включении в работу второй параллельной линии. Ток I_раб.mах является максимально возможным рабочим током при работе только одной линии.

Чувствительность поперечных дифференциальных защит оценивается коэффициентом чувствительности, который определяется в двух режимах:

1. до отключения выключателей поврежденной линии ;

здесь I_з = I_1I – I_1II - разность токов одноименных фаз параллельных линий.

2. после отключения поврежденной линии с одной стороны при действии защиты ; здесь I_к = I_з – полный ток в точке повреждения после отключения поврежденной линии с одной стороны.

4.4. Дифференциально-фазная защита с высокочастотной блокировкой

О снована на принципе сравнения фаз токов, проходящих по концам защищаемой линии.

Рисунок 2.18 . Дифференциально-фазная защита:

а - внешнее КЗ;

б - КЗ в защищаемой зоне;

Принято считать положительными токи, направленные от шин в линию. При внешнем КЗ (рис. 2.18 , а) токи по концам линии имеют разные фазы, они сдвинуты на угол, близкий к 180°. Защита в этом случае блокируется и не действует на отключение.

При повреждении в защищаемой зоне (рис. 2.18 , б) токи, направленные от шин подстанции в линию, будут положительными. Защитой сравниваются эти токи, и, если они совпадают по фазе, подается импульс на отключение выключателей. Таким образом, местоположение КЗ устанавливается сравнением фаз токов.

Ф азы токов сравниваются косвенным путем при помощи высокочастотных (ВЧ) сигналов, передаваемых по каналу, в качестве которого используется защищаемая линия. На каждом конце линии защита имеет однотипные органы (полукомплекты), действующие на ее пуск и отключение выключателей.

Рисунок 2.19 . Структура полукомплекта дифференциально-фазной защиты:

Z - заградитель; С - конденсаторы связи; 1 - полукомплект защиты

На структурной схеме (рис. 2.19) показаны основные органы одного полукомплекта защиты:

- пусковой орган ПО, состоящий из группы быстродействующих реле, пускает высокочастотный передатчик-генератор высокой частоты ГВЧ, при всех видах повреждений в зоне чувствительности, производит переключение в схеме органа сравнения фаз ОСФ и подготовляет цепь отключения. Отметим, что для надежного блокирования защиты при внешнем КЗ передатчики пускаются до начала сравнения фаз, а останавливаются после отключения повреждения;

- орган манипуляции ОМ - управляет работой передатчика так, что он генерирует импульсы тока высокой частоты лишь при положительной полуволне проходящего по линии тока КЗ, при отрицательной полуволне передатчик не работает. Манипулирующие токи по концам линии сфазированы таким образом, что при внешнем КЗ передатчики работают в разные полупериоды;

- орган сравнения фаз ОСФ сравнивает ВЧ сигналы, получаемые приемником высокочастотных сигналов ПВЧ от передатчиков обоих полукомплектов. Если на вход приемника поступает сплошной ВЧ сигнал, ток в выходной цепи приемника отсутствует, и реле органа сравнения фаз не действует на отключение выключателя. Если ВЧ сигнал прерывистый, на выходе приемника появляется ток и реле органа сравнения фаз срабатывает на отключение выключателя линии.

При внешнем КЗ оба приемника принимают сплошной ВЧ сигнал, так как промежутки между сериями одного передатчика заполнены серией импульсов другого.

При КЗ на защищаемой линии оба передатчика работают одновременно. Их ВЧ импульсы накладываются друг на друга, а промежутки между сериями импульсов остаются незаполненными. Перерывы ВЧ сигнала ведут к срабатыванию выходного реле защиты.

Из принципа действия дифференциально-фазной защиты вытекает, что ее срабатывание возможно при внешнем КЗ, если нарушается по любой причине непрерывность ВЧ сигнала на входе приемника. К нарушению ВЧ сигнала могут привести повреждения в релейной части защиты и повреждения ВЧ каналов, которыми связываются полукомплекты защиты. Во избежание неправильного действия защиты исправность ее ВЧ части проверяется оперативным персоналом или автоматически.

Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий является достаточно быстродействующей и надёжной при использовании автоматических устройств контроля исправности ВЧ каналов. В связи с этим она получила применение в качестве основной быстродействующей защиты линий 110 кВ и выше.