8.2.2. Токи небаланса в дифференциальной защите

(8.3.)

При внешнем КЗ:

I_нб=I_II.нам–I_I.нам (8.4.)

Для уменьшения тока небаланса необходимо выровнять токи намагничивания трансформаторов по величине и фазе. Ток намагничивания трансформаторов тока зависит от магнитной индукции или вторичной ЭДС (см. рис. 8.2.5.)

Выполнить характеристики намагничивания идентичными у разных трансформаторов тока практически не удается.

Ток небаланса особенно возрастает при насыщении магнитопровода трансформатора. Даже при максимальном токе протекающем по первичной обмотке при КЗ, трансформаторы тока не должны насыщаться.

Пути уменьшения тока небаланса

1. Применяются трансформаторы тока насыщающиеся при возможно больших кратностях тока КЗ (трансформаторы тока класса Р(Д)).

2. Ограничение величины вторичной ЭДС:

(8.5.)

Для этого уменьшают нагрузку Z_Н и увеличивают коэффициент трансформации n_Т.

3. Для выравнивания токов намагничивания I_I.нам и I_II.нам необходимо, чтобы нагрузка трансформатора тока была равной Z_Н1= Z_Н2.

Точных и простых для практики способов расчета тока небаланса ещё не разработано. При проектировании используют формулы, приведенные в «Руководящих указаниях по релейной защите».

8.2.3. Принципы выполнения продольной дифференциальной защиты

1. Использование промежуточных трансформаторов тока

Трансформаторы тока, соединяемые в дифференциальную схему, находятся на значительном расстоянии. Сопротивление соединительных проводов между трансформаторами тока очень велико. К примеру, для линии длиной 10 км и сечения контрольного кабеля 1,5 мм², его сопротивление составит 130 Ом. Трансформаторы тока допускают нагрузку в пределах 1-2 Ом. Подобное затруднение преодолевается применением промежуточных трансформаторов тока TLA. Они уменьшают ток в соединительных проводах в n_L раз, снижая нагрузку соединительных проводов, приведенную к зажимам основных трансформаторов тока в n_L² раз.

2. Установка двух дифференциальных реле

Дифференциальная защита должна действовать на отключение выключателей на обоих концах защищаемой линии. Для этого устанавливают два дифференциальных реле. Однако подобный способ имеет недостаток из-за сопротивления соединительных проводов токи, поступающие в реле при сквозных КЗ не балансируются, даже при работе трансформаторов тока без погрешностей. Для уменьшения тока небаланса необходимо уменьшать сопротивление соединительных проводов.

При КЗ в зоне в схеме с одним реле в него поступает сумма вторичных токов трансформаторов тока: I_P=I₁+I₂=I_K. В схеме с двумя реле: (если сопротивление проводов равно нулю). То есть чувствительность защиты уменьшается.

(В схеме с уравновешенными напряжениями установка двух реле не меняет условий работы схемы.)

3. Использование дифференциальных реле с торможением

Для отстройки от токов небаланса получили распространение так называемые дифференциальные реле с торможением. Ток срабатывания у таких реле возрастает с увеличением тока внешнего КЗ. Принципиальная схема конструкции такого реле изображена на рис. 8.2.8.

I_C.P.=k_TI_T+I_P.0 (8.6.)

где: I_T - ток, протекающий через тормозную обмотку;

I_P.0 - ток срабатывания реле при тормозном токе равном нулю;

k_T - коэффициент торможения.

Схема включения реле с торможением показана на рис. 8.2.9. При внешнем КЗ в тормозной обмотке протекает ток КЗ, а в рабочей обмотке – ток небаланса; реле надежно не срабатывает.

При КЗ в зоне (см. рис. 8.2.10.) в случае одностороннего питания I₂=0 и токи в рабочей и тормозной обмотках совпадают и равны I_К; при таких условиях реле сработает.

Зависимость I_P = f ( I_T ) изображена на рис. 8.2.11. При одинаковых условиях отстройки от тока небаланса при внешних КЗ, реле с тормозной характеристикой обладает большей чувствительностью по сравнению с простым дифференциальным реле.

Современные защиты оснащены тормозными реле на выпрямленном токе с реагирующим органом в виде поляризованного реле.

4. Включение дифференциальных реле через фильтры симметричных составляющих

Во всех выше рассмотренных схемах подразумевалась установка реле на трех фазах. Для выполнения таких схем необходимо 6 дифференциальных реле и не менее четырех соединительных проводов. Для уменьшения числа реле и соединительных проводов, реле включаются через фильтры симметричных составляющих или суммирующие трансформаторы ( см. рис. 8.2.12.). На рисунке буквами KAZ обозначены фильтры токов, на их выходе протекает ток I_Ф1 пропорциональный токам прямой последовательности. Составляющая прямой последовательности присутствует в фазных токах при всех видах КЗ. В схеме предусмотрены разделительные трансформаторы TL3,4, с помощью которых цепь соединительного кабеля А – В отделяется от цепей реле. Такое разделение исключает появление в цепях реле высоких напряжений, наводимых в жилах кабеля при протекании токов КЗ по защищаемой линии. В нормальном режиме и при внешнем КЗ по соединительным жилам протекает ток, пропорциональный первичному току линии, а при КЗ на линии в соединительных проводах А – В проходит небольшой ток I₁–I₂.

Рис. 8.2.12.