7.3.1. Максимальний струмовий спрямований захист

Принципова схема максимального струмового спрямованого захиcту (МСCЗ) показана на рис. 7.19. Вимірний орган захисту складається з двох елементів – максимального струмового реле КА та реле спрямування потужності КW. Логічний елемент (реле часу КТ) буде спрацьовувати у випадку спрацю­вання обох реле – струмового реле та реле спрямування потужності.

Як видно з векторної діаграми (рис. 7.18, б) під час к.з. в точці К1 для захисту А2 кут ₁ між напругою на шинах підстанції Б та струмом к.з. менше 90, а для захисту А3 цей кут становить ₁+. Під час к.з. в точці К2 для захисту А2 кут між напругою на шинах підстанції Б та струмом к.з. становить ₂+, для захисту А3 він становить ₂. Отже, для забезпечення селективної роботи МСЗ необхідно, щоб захист працював за кутом між напругою та струмом к.з. меншим 90. Отже, за таким кутом повинен працювати орган спрямування потужності – реле КW. За кутом, більшим 180 цей орган не повинен працювати і блокувати роботу захисту загалом.

Рис. 7.19. Принципова схема МССЗ

Отже, для забезпечення селективності роботи захисту орган спрямування потужності повинен спрацьовувати у випадку спрямування струму (потужності) від шин у лінію.

Органи спрямування потужності можна вмикати на повні струми фаз лінії, або на нульову чи обернену послідовності струмів та напруг. Найтиповішою схемою ввімкнення органа спрямування потужності на повні струми фаз є, так звана, 90-градусна схема. Назва схеми відображає кут між векторами напруги та струму, які підводяться до реле, рис. 7.20. Можливі три варіанти підключення реле спрямування потужності:

Реле КW1 КW2 КW3

Струм

Напруга

Рис. 7.20. Векторна діаграма напруг та струмів за 90-градусної схемі ввімкнення

Ввімкнене за цією схемою реле спрацьовує під час усіх видів міжфазних к.з. за винятком однофазних та двофазних к.з. на землю (коли реле ввімкнене на струм непошкодженої фази). Реле також має “мертву” зону – не спрацьовує під час близьких трифазних металічних к.з. Для спрацювання реле спрямування потужності необхідно, щоб підведена до нього напруга була не менше мінімальної напруги , необхідної для спрацювання реле. Тому під час близьких металічних трифазних к.з. реле спрямування потужності спрацьовувати не буде. “Мертва” зона визначається з виразу обчислення залишкової напруги на шинах підстанції під час трифазного к.з. на лінії

	(7.15)

де – залишкова напруга на шинах підстанції під час к.з. на лінії; – значення струму трифазного к.з. в лінії; – питомий опір лінії; – коефіцієнт трансформації трансформатора напруги; – віддаль від шин до місця к.з.

Розповсюдженою є схема ввімкнення реле на струм та напругу нульової послідовності (рис. 7.21). Реле, ввімкнене за такою схемою, реагує тільки у випадку виникненні к.з. на землю. Тому таке ввімкнення реле застосовується тільки як вимірний орган захисту від к.з. на землю в мережах із ефективнозаземленими нейтралями (110 кВ та вище). Перевагою такої схеми є відсутність “мертвої” зони. Але за рахунок похибок фільтрів струму та напруги нульової послідовності, особливо у випадку виникнення багатофазних к.з., реле може спрацювати за будь-якого напрямку потужності за рахунок появи струму чи напруги небалансу. Цей недолік усувається відлагодженням вимірного органа струму від цього струму небалансу.

Трапляється також увімкнення реле спрямування потужності на напругу та струм оберненої послідовності. У цьому випадку струмова та напругова обмотка реле вмикається до кіл струму та напруги через фільтри струму та напруги оберненої послідовності.

Рис. 7.21. Увімкнення реле потужності на струм та напругу нульової послідовності

Наявність органа спрямування потужності дає змогу не узгоджувати між собою МССЗ А2 та А3 (рис. 7.18). Для селективної роботи МССЗ у даній мережі необхідно узгодити між собою захисти в кожній з двох груп А2, А4 та А1, А3. Вибір витримок часу спрацювання захистів в кожній з цих груп здійснюється як і для МСЗ ліній з одностороннім живленням за ступінчастим принципом, а саме: час спрацювання МССЗ А4 вибирається на ступінь селективності більшим від часу спрацювавання МССЗ А2 t₄=t₂+t, а час спрацювання МССЗ А1 вибирається на ступінь селективності більшим від часу спрацювання МССЗ А3. Такий принцип вибору часу спрацювання МССЗ називається зустрічно ступінчастим.

7.3.2. Особливості вибору часу спрацювання МССЗ у кільцевих мережах

На рис. 7.22, а показана схема кільцевої мережі. Лінії, які її утворюють, захищаються захистами А1–А6, виконаними за принципом максимальних струмових спрямованих захистів. Час спрацювання МССЗ вибирається за зустрічно-ступінчатим принципом. В цьому випадку захисти А2 та А5, які захищають головні ділянки мережі – лінії Л1 та Л3, можна виконувати взагалі без витримок часу, оскільки вони мають органи спрямування потужності, які блокують роботу захистів А2 та А5 під час к.з. на лінії Л2 і під час к.з. на приєднаннях до шин Б та С (точки К7 та К8). Захисти А2 та А5 також не будуть працювати під час к.з. на шинах підстанції А та приєднаннях до шин (точка К9), оскільки під час таких пошкоджень струми в кільці, і відповідно в лініях Л1 та Л3 взагалі протікати не будуть. Тільки під час пошкоджень на лініях Л1 та Л3 будуть спрацьовувати органи спрямування потужності захистів А2 та А5 і захисти будуть діяти на вимкнення пошкодженої ділянки. Отже, захисти А2 та А5 можна виконувати без витримок часу.

Особливістю роботи МССЗ в кільцевій мережі є наявність зони каскадної дії. Так, під час к.з. на головних ділянках (Л1, Л3) поблизу підстанції А майже весь струм к.з. ( ) протікає від шин підстанції А в лінію. Струм є незначним. Тому спочатку спрацює захист А1 з витримкою часу і лише після цього весь струм к.з. буде протікати до точки к.з. через лінії Л2 та Л3 і спрацює захист А2. Таке почергове спрацювання захистів і має назву каскадної дії, а зона, під час к.з. в якій це відбувається, називається зоною каскадної дії.

а

б

Рис. 7.22. Схеми кільцевих мереж

У кільцевій мережі з декількома джерелами живлення, рис. 7.22, б або в мережі, яка має “діагональні” лінії (лінії, які не мають зв’язків з джерелом живлення, Л4 рис. 7.22, в) зустрічно-ступінчастий принцип вибору витримок часу не забезпечує селективності роботи МССЗ.