7. Токовая направленная защита
7.1. Необходимость токовой направленной защиты
Направленной называется защита, действующая только при определенном направлении мощности КЗ. Необходимость токовой направленной защиты (ТНЗ) возникает в сетях с двусторонним питанием (рис. 7.1.1):
Рис. 7.1.1
При КЗ в точках К1 и К2 через защиту 5 проходит ток IК1, IК2 в различных направлениях (рис. 7.1.2)
Рис. 7.1.2
При КЗ в точке К1 мощность направлена от шин в линию, а при КЗ в точке К2 мощность направлена от линии к шинам. Направление мощности КЗ, проходящей по линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.
Простая токовая защита действует как при КЗ на защищаемой линии, так и при КЗ на других присоединениях, отходящих от шин подстанции, поэтому добиться селективной работы при КЗ в сетях с двусторонним питанием от МТЗ, как правило, невозможно.
При
КЗ в точке К1 t5<t6 одновременно
выполнить оба
При КЗ в точке К2 t5>t6 требования невозможно
Принципы выполнения селективной защиты в сетях с двусторонним питанием
1. Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линию.
2. Выдержки времени на защитах, работающих при одном направлении мощности (от G1 или G2), должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания:
t2>t4>t6>t8; t1<t3<t5<t7.
В схемы ТНЗ входят реле направления мощности, ниже подробно рассмотрены реле данного типа.
7.2. Индукционные реле направления мощности
7.2.1. Общие сведения
Реле
направления мощности используется в
схемах защит как орган, определяющий
по направлению мощности, где произошло
повреждение на защищаемой линии (К1)
или на других присоединениях, отходящих
от шин подстанции (К2) (рис. 7.2.1).
Рис. 7.2.1
Реле
мощности имеет две обмотки (рис. 7.2.2).
Взаимодействие токов, проходящих по
обмоткам, создает электромагнитный
момент, значение и знак которого зависят
от напряжения (UP)
и тока (IP)
подведенного к зажимам реле и угла Р
между ними.
Реле мощности должны обладать высокой чувствительностью и низкой мощностью срабатывания, так как при КЗ напряжение UP уменьшается, следовательно, мощность, подводимая к реле, при этом очень мала.
Рис. 7.2.2
Мощность срабатывания SCP – мощность, при которой реле замыкает свои контакты.
Характеристика чувствительности
Зависимость UC.P = f(IP) при неизменном P называется характеристикой чувствительности (рис. 7.2.7).
Здесь
UC.P
– наименьшее напряжение, необходимое
для действия реле при данных IP
и P.
Обычно характеристика снимается при
P=М.Ч,
т.е. для случая sin(–Р)=1.
Реальная характеристика отличается от теоретической, так как за счет насыщения стали магнитопровода при больших токах IP напряжение UC.P остается неизменным.
Рис. 7.2.7
Угловая характеристика
Зависимость UC.P = f(P) при неизменном значении IP называется угловой характеристикой.
На рис.7.2.8 изображена угловая характеристика реле смешанного типа с углом = – 45.
Рис. 7.2.8
Угловая характеристика позволяет определить
1. Изменение чувствительности реле (UC.P) при разных значениях угла P.
2. Минимальную величину UC.P.мин и наиболее выгодную зону углов P, в пределах которой UC.P близко к UC.P.мин.
3. При каких углах P изменяется знак электромагнитного момента и пределы углов, которым соответствуют положительные и отрицательные моменты.
Время действия реле
Определяется зависимость времени
срабатывания tC.P
от кратности мощности на зажимах реле
(рис. 7.2.9).
Рис. 7.2.9
7.2.5. Полярность обмоток
Реле мощности изготавливают так, что при одинаковом направлении токов в обмотках реле замыкает свои контакты. Следовательно включать обмотки нужно таким образом, чтобы при КЗ на защищаемой линии токи в обмотках совпадали (см. рис. 7.2.2).
7.2.6. Самоход
Самоходом называют срабатывание реле направления мощности при прохождении тока только в одной его обмотке – рабочей или поляризующей. При этом реле может неправильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле (UP=0). Причина самохода – несимметрия магнитных систем реле относительно цилиндрического ротора.
7.2.7. Индукционные реле мощности типа РБМ
Имеется два основных варианта исполнения реле
1. РБМ 171 и 271 – включаются на фазный ток и междуфазное напряжение, М.Ч = – 45 и – 30.
2. РБМ 177, 277, 178, 278 – включаются на ток и напряжение нулевой последовательности, М.Ч = + 70.
Выпускаются также
РБМ 275 – М.Ч = 0 – реле косинусного типа;
РБМ 276 – М.Ч = 90 – реле синусного типа.
7.3. Схема и принцип действия токовой направленной защиты
Токовая направленная защита представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности. Однофазная принципиальная схема ТНЗ представлена на рис. 7.3.1.
Рис. 7.3.1
Пусковой орган защиты: токовое реле КА.
Орган направления: реле направления мощности KW.
Орган времени: реле времени КТ.
Работа схемы: при КЗ на защищаемой линии реле KW замыкает свои контакты, а при КЗ на смежных линиях – нет. В нормальном режиме при направлении потока мощности от шин в линию реле KW может замыкать свои контакты, однако срабатывание защиты должно предотвращаться токовым реле КА, поэтому токовые реле должны быть отстроены от токов нагрузки. В тех случаях, когда токовые реле по условиям чувствительности не удаётся отстроить от максимальной нагрузки, применяется блокировка от реле минимального напряжения KV (рис. 7.3.2).
Рис. 7.3.2
Сети с изолированной нейтралью
ТНЗ устанавливается на двух одноименных фазах во всей сети.
Сети с глухозаземленной нейтралью
Защита устанавливается на трех фазах. Если защита служит для действия только при междуфазных КЗ – на двух фазах.
ТНЗ выполняются как на постоянном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 7.3.3.
Схема выполнена с дешунтированием катушки отключения, с токовыми пусковым органом и промежуточными реле KL1,KL2 с мощными переключающими контактами.
Схема должна быть дополнена устройствами, контролирующими исправность цепей напряжения.
Рис. 7.3.3
Рис. 7.3.3 (продолжение)