7.5. Диференційні струмові захисти

7.5.1. Призначення та принцип дії диференційних захистів леп

Диференційні струмові захисти – це захисти з абсолютною селективністю (реагують на пошкодження тільки тієї лінії електропересилання, для захисту якої вони призначені), принцип роботи яких базується на порівнянні струмів початку та кінця лінії, яка захищається.

Розрізняють поздовжні та поперечні диференційні захисти ЛЕП.

Диференційні захисти можна виконувати з циркуляційними струмами та зі зрівноваженими напругами. У нас застосовується переважно перший принцип виконання захисту – з циркуляцією струмів.

Оскільки диференційний захист має абсолютну селективність, його можна виконати без витримки часу.

Розглянемо принцип роботи поздовжнього диференційного захисту лінії (рис. 7.31). Для виконання захисту лінії на початку та в кінці лінії встановлюють трансформатори струму ТА1 та ТА2, які утворюють плечі захисту. На різницю струмів вторинних обмоток трансформаторів струму вмикається вимірний орган захисту – максимальне струмове реле КА. На рис 7.31 наведена однолінійна схема. Для схеми у трифазном виконанні в плечах захисту встановлюють по три трансформатори струму та три вимірні органи.

Ділянка лінії, яка знаходиться між трансформаторами струму, є зоною дії захисту.

Під час к.з. поза зоною дії захисту (точка К1, рис. 7.31, а) за прийнятого додатнього напряму струмів, струм у реле дорівнює векторній сумі струмів. Струм від першого трансформатора буде замикатись через обмотку реле КА, від другого трансформатора струму буде теж протікати через обмотку реле, але в протилежному напрямку. Внаслідок цього в ідеальному випадку за відсутності похибок трансформаторів струму струм у реле дорівнює нулю і реле не спрацює. Як видно з рисунку є ще один контур замикання струмі – це вторинні обмотки трансформаторів струму. Але вторинні струми трансформаторів струму не будуть замикатись по шляху ТА1–ТА2, оскільки опір реле КА є набагато менший від опору трансформатора струму, тому що трансформатори струму працюють в режимі джерел струму. Під час к.з. в зоні дії захисту (рис. 7.31, б) струми від вторинних обмоток трансформаторів струму будуть протікати в обмотці реле в протилежному напрямку і результуючий струм буде відмінний від нуля , що ілюструється векторною діаграмою. Реле в цьому випадку спрацює.

Рис. 7.31. Принцип роботи поздовжнього диференційного захисту

7.5.2. Вибір струму спрацювання поздовжнього диференційного захисту леп

Під час к.з. поза зоною дії захисту, як було показано в 7.5.1, струм в реле відсутній. Але насправді за рахунок похибок трансформаторів струму їх вторинні струми, незважаючи на рівність первинних струмів, відрізняються як по модулю, так і по фазі. Внаслідок цього навіть в номальному режимі а також під час зовнішнього к.з. в обмотці реле буде циркулювати струм, який називається струмом небалансу .

Для того, щоб диференційний захист не спрацьовував під час к.з. поза зоною дії захисту, необхідно вибрати такий струм спрацювання вимірного органа захисту – реле КА, щоб воно не спрацьовувало під час протікання через його обмотку струму небалансу .

Зі схеми заміщення ТА (рис. 7.32) видно, що вторинні струми трансформаторів струму, які утворюють плечі диференційного захисту визначаються як

,	(7.31)

де – значення первинних струмів, приведених до вторинної обмотки трансформаторів струму; – струми намагнічування трансформаторів струму.

В заступній схемі трансформатора струму відсутній опір його первинної обмотки, тому що трансформатор струму працює як джерело струму, внутрішній опір якого теоретично має безмежно велике значення.

Рис. 7.32. Схема заміщення трансформатора струму

Під час зовнішніх к.з. струм в обмотці реле дорівнює векторній різниці вторинних струмів

.

(7.32)

Отже, струм небалансу визначається струмами намагнічення транс­форматорів струму, які для двох трансформаторів струму, що утворюють плечі захисту, є неоднаковими (рис. 7.33).

Струм намагнічення суттєво збільшується в перехідних процесах, коли аперіодична складова струму зовнішнього к.з. майже повністю замикається через вітку намагнічення трансформатора струму. Магнітопровід трансформатора струму в цьому випадку насичується (величина зменшується і практично первинний стрм замикається через вітку намагніченя), трансформація періодичної складової погіршується і, як наслідок, струм небалансу збільшується.

Крім аперіодичної складової суттєвий вплив на величину струму небалансу має залишкова індукція магнітопроводу. Під час збігу залишкової індукції магнітопроводу з індукцією, яка виникає від аперіодичної складової струму, струм небалансу ще більше зростає.

Рис. 7.33. Струм небалансу поздовжнього диференційного захисту

Отже, для запобігання хибної роботи поздовжнього диференційного захисту струм спрацювання його вимірного органа необхідно вибирати з умов відлагодження від максимального струму небалансу, який виникає в перехідному процесі під час зовнішніх к.з. Тобто вибирається режим, за якого струм небалансу буде максимальним:

,	(7.33)
,

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,3; – похибка трансформатора струму, =10 %; – коефіцієнт, який враховує вплив аперіодичної складової в струмі зовнішнього к.з., намагнічення), – коефіцієнт однотипності, враховує тип трансформаторів струму, які утворюють плечі захисту, для однотипних ТА , для різнотипних – ; – коефіцієнт транс­формації трансформатоа струму; – максимальний струм зовніш­нього трифазного к.з.