7.5.9. Загальна оцінка спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній

Спрямований поперечний диференційний захист паралельних ліній має такі особливості:

– захист селективно вимикає лише пошкоджену лінію;

– має “мертву” зону, що унеможливлює застосування даного захисту як єдиного захисту паралельних ліній від міжфазних к.з.;

– наявність каскадної зони дії захисту збільшує час спрацювання захисту практично в два рази;

– під час вимкнення однієї з паралельних ліній захист втрачає здатність працювати селективно. Тому він під час вимкнення однієї з паралельних ліній повинен виводитись з роботи;

– під час виникнення деяких пошкоджень захист може працювати неселек­тивно. Наприклад, під час короткого замикання в кінці лінії з обривом лінії (рис. 7.37) півкомплект захисту, встановлений зі сторони живлення на підстанції А, буде діяти на вимкнення лінії Л1 зі сторони живлення (на вимкнення вимикача Q1). Це пояснюється тим, що уу випадку обриву лінії Л2 струм в ній зі сторони живлення буде відсутній і весь струм к.з. буде протікати по лінії Л1 – півкомплект захисту, встановлений на підстанції А, сприйме це, як к.з. на лінії Л1.

Рис. 7.37. Неселективна робота поперечного диференційного спрямованого захисту

На паралельних лініях крім поперечного диференційного захисту необхідно встановити такі захисти:

– на лініях з одностороннім живленням – струмові захисти зі ступінчастими характеристиками витримок часу. Якщо струмові захисти не забезпечують необхідної чутливості, застосовують спрощені дистанційні захисти;

– на паралельних лініях з двостороннім живленням – струмові спрямовані захисти зі ступінчастими характеристиками витримок часу або дистанційні захисти.

Питання для самоперевірки

1. Призначення та принцип дії поздовжнього диференційного захисту лінії.

2. Чим визначається зона дії поздовжнього диференційного захисту лінії?

3. Причина виникнення струму небалансу у вимірному органі поздовжнього диференційного захисту лінії.

4. Яким чином здійснюється розрахунок струму спрацювання поздовжнього диференційного захисту лінії?.

5. Як здійснюється перевірка чутливості поздовжнього диференційного захисту лінії?

6. Особливості виконання поздовжнього диференційного захисту лінії.

7. Призначення та принцип дії неспрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній.

8. Призначення та принцип дії спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній.

9. Що таке «мертва зона» спрямованого поперечного диференційного захисту ліній?

10.  Що таке «каскадна зона» спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній?

11.  З яких умов вибирається струм спрацювання спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній?

12. Як перевіряється чутливість спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній?

13. Загальна характеристика спрямованого поперечного диференційного захисту паралельних ліній?

7.6. Дистанційні захисти ліній електропересилання

7.6.1. Призначення, принцип роботи дистанційного захисту

Як було вказано у попередніх розділах, чутливість та селективність струмових захистів в багатьох випадках не забезпечується. Так, струмова відсічка не має чіткої зони спрацювання, її зона дії залежить від режиму роботи енергосистеми. Крім цього, в мінімальних режимах чутливість струмової не завжди може бути достатньою. МСЗ не завжди задовольняє вимогам чутливості та селективності, особливо під час виконання функції дальнього резервування. Крім того, з умов забезпечення селективності витримка часу МСЗ зростає по мірі наближення до джерела живлення, де рівень струмів к.з. особливо великий – тому вона може мати в ряді випадків недопустимо велику витримку часу. В мережах складної конфігурації застосування струмових захистів взагалі недопустиме, оскільки вони не можуть задовольнити ні вимогам селективності, ні вимогам чутливості, особливо в мережах класу напруг 110 кВ і вище. Тому для захисту таких мереж застосовують спеціальні захисти – дистанційні захисти.

Дистанційний захист – це захист із відносною селективністю, вимірний орган якого реагує на величину, яка визначається відношенням комплексу напруги до комплексу струму. Ця величина не залежить від режиму роботи енергосистеми.

Відношення комплексу напруги до комплексу струму називається опором на затискачах вимірювального органа. В якості вимірного органу застосовується, як правило, реле мінімального опору. Реле мінімального опору вимірює опір від місця встановлення захисту до місця к.з., тобто воно реагує на відстань, на дистанцію від місця встановлення захисту до точки к.з. Звідси і назва – дистанційний захист.

Рис. 7.38. Зона дії дистанційного захисту

На шинах підстанції С встановлене реле мінімального опору, до якого підводяться величини, пропорційні напрузі (залишкова напруга на шинах підстанції С під час к.з. на лінії в точці К1) та струму в лінії .

Реле мінімального опору за означенням вимірює величину, пропорційну відношенню комплексу напруги до комплексу струму:

,

(7.41)

де – питомий опір лінії, – відстань до місця пошкодження.

З виразу (7.41) очевидно, що реле мінімального опору вимірює величину, пропорційну віддалі до місця пошкодження – .

Дистанційний захист, як і струмовий, виконується переважно триступеневим з відносною селективністю.

Параметрами спрацювання кожної ступені є довжина ділянки лінії, яка охоплюється ціїю ступенню та час її спрацювання.

На рис. 7.39 показані зони дії та витримки часу спрацювання кожної ступені ліній Л1 та Л2. Під час к.з. в зоні дії першої ступені захист діє з мінімально можливим часом спрацювання . Цей час визначається власним часом спрацювання захисту. Власний час спрацювання захисту визначається технічними характеристиками захисту – часом вимірюваня та перетворення контрольованих напруг та струмів лінії, часом роботи логічної частини захисту, часом роботи вихідних кіл захисту. Так, для цифрових кіл він складє порядкя 0,02 – 0,04 сек. Друга ступінь призначена для захисту кінця лінії і діє з витримкою часу . Вона охоплює першу лінію та початок другої. Таким чином перші дві ступені повністю захищають лінію. Для резервування їх дії призначена третя ступінь. Вона охоплює першу та другу лінії і діє з витримкою часу . Тобто вона здійснює ближнє та дальнє резервування. Обгрунтованість саме таких зон дії окремих ступеней захисту буде показано нижче під час розрахунку параметрів їх спрацювання.

Рис. 7.39. Характеристики окремих ступеней дистанційного захисту

Розглянемо роботу дистанційних захистів для мережі з двостороннім живленням (рис. 7.40).

Рис. 7.40. Робота дистанційного захисту в мережі з двостороннім живленням

Попередньо приймемо допущення, що всі захисти спрямовані, тобто вони спрацьовують лише під час спрямування потужності від шин у лінію.

Триступеневий захист А1 призначений для захисту лінії Л1. Цей захист діє під час напрямку потужності від шин А в лінію. Перша ступінь захисту А1 діє без витримки часу під час к.з. на ділянці лінії . Друга ступінь охоплює повністю першу лінію та початок другої, тобто вона резервує дію першої ступені під час к.з. на ділянці та є основною під час к.з. в кінці лінії, діє з витримкою часу . Третя ступінь резервує роботу першої та другої ступенів дистанційного захисту та діє з витримкою часу .

Аналогічним чином діє і захист А2, але він захищає лінію Л1 зі сторони підстанції Б.

Розглянемо, яким чином працюють захисти А1 та А2 під час пошкоджень на лінії Л1.

Під час к.з. на початку лінії Л1 (точка К1) діє перша ступінь захисту А1 та друга ступінь захисту А2 (А1 вимикає вимикач Q1 без витримки часу, захист А2 вимикає вимикач Q2 з протилежної сторони лінії з витримкою часу ). Під час к.з. посередині лінії Л1 (точка К2) працюють перші ступені захистів А1 та А2 і без витримки часу відповідно діють на вимкнення вимикачів Q1 та Q2. Під час к.з. в кінці першої лінії (точка К3) спрацьовує друга ступінь захисту А1 та перша ступінь захисту А2.

Під час цих пошкоджень будуть запускатись і вимірні органи третьої ступенів захисту А4 та третьої ступеніь захисту А1, але останні будуть спрацьовувати з витримками часу у випадку неспрацювання основних захистів. Таким чином третя ступінь захисту А1 виконує роль ближнього резервування, а третя ступінь захисту А4 – роль дальнього резервування (спрацьовує у випадку неспрацювання другої ступені захисту А2) . В цьому випадку дія захисту А4 буде неселективною, тому що він буде діяти на вимкнення вимикача суміжної лінії Q4.

Захист А3 спрацьовувати не буде, тому що під час к.з. на лінії Л1 потужність буде протікати від лінії до шин.

Час спрацювання третіх ступенів вибирається за зустрічно-ступінчастим принципом. Так, третя ступінь захисту А1 узгоджується з третьою ступінню захисту А3

а третя ступінь захисту А4 узгоджується з третьою ступінню захисту А2:

Це необхідно для того, щоб під час к.з., наприклад, в точці К4, третя ступінь захисту А3 подіяла і вимкнула вимикач Q3 раніше, ніж третя ступінь захисту А1. У такому випадку кількість неселективно вимкнених елементів буде меншою.

Проте в кільцевій мережі неможливо узгодити між собою за часом треті ступені захистів. Так, для забезпечення селективної роботи третіх ступенів дистанційних захистів А1, А3, А5 (у цій групі захистів узгоджуються часи спрацювання третіх ступеней, оскільки в них органи спрямування потужності однаково орієнтовані) для мережі рис. 7.41 , а .

Як видно, ці умови є взаємовиключні.

Рис. 7.41. Кільцева мережа з багатостороннім живленням

У такому випадку час спрацювання третіх ступенів всіх захистів у кільцевій мережі приймається однаковим, але в цьому випадку зменшуються зони дії третіх ступенів аналогічно другим ступеням захистів попередніх елементів (в дійсності ці зони абсолютно однаковими зробити неможливо). Тому через обмеження зон дії третіх ступенів вводяться четверті ступені. Зони дії та часові характеристики чотириступеневого дистанційного захисту показано на рис. 7.42. Для наглядності це показано для розімкненої мережі.

Рис. 7.42. Характеристики витримок часу чотириступеневого дистанційного захисту

Ми розглядали захисти з ступінчастими характеристиками витримок часу. Для цих захистів час спрацювання кожної ступені не залежить від віддаленості до місця к.з.

Використовуються також дистанційні захисти з залежними характеристиками витримок часу, в яких час спрацювання залежить від віддаленості до місця к.з. (рис. 7.43.)

Рис. 7.43. Дистанційний захист з залежною характеристикою витримок часу

Застосовуються також захисти з комбінованими характеристиками витримок часу (рис. 7.44).

Таку характеристику має, наприклад, серійний захист КРЗА-С, який застосовується для захисту ліній до 10 кВ.

Рис. 7.44. Дистанційний захист з комбінованою характеристикою витримки часу