11.5. Схемы включения дистанционных и пусковых измерительных органов на напряжение и ток сети

Требования к схемам включения. Измерительные ДО, выполняемые с помощью PC, должны включаться на такие напряжения и токи сети, при которых сопротивление на зажимах реле Z_p, во-первых, будет пропорционально расстоянию Z_p.к до места повреждения и, во-вторых, будет иметь одинаковые значения (по модулю и углу) при всех видах КЗ в одной точке. Для соблюдения этих требований к ДО необходимо подводить напряжение в месте установки ДЗ, равное падению напряжения в сопротивлении Z_p.к до точки К: U_p = I_кZ_p.к (рис.11.7). При этом для обеспечения одинакового Z_p при всех видах КЗ ток I_р, подводимый к PC, должен равняться току КЗ I_к, определяющему падение напряжения в сопротивлении Z_p.к:

(11.3)

С учетом сказанного ДО включаются на напряжение и ток петли КЗ. Схемы включения ДО, реагирующих на междуфазные КЗ и ДО, реагирующих на однофазные КЗ, должны быть разными.

Включение дистанционных органов, реагирующих на междуфазные КЗ. Включение на междуфазные напряжения и разность фазных токов осуществляются согласно табл. 11.1. При трехфазных КЗ (рис.11.8, б) все три ДО находятся в одинаковых условиях, к каждому из них подводится междуфазное напряжение, равное U_ф. Фазное напряжение равно падению напряжения в проводе от места установки PC до точки К. Отсюда напряжение

г де I_к⁽³⁾ – ток трехфазного КЗ, проходящий по фазе; Z_lк – сопротивление прямой последовательности фазы от места установки реле до точки К: l_к – расстояние до места КЗ; Z_1y – удельное сопротивление прямой последовательности фазы на 1 км. Ток в каждом реле равен геометрической разности токов двух фаз, т.е. I_р⁽³⁾ = I_к⁽³⁾, следовательно, сопротивление на зажимах каждого PC

При двухфазных КЗ, например между фазами В и С (рис.11.8, в), только один ДО, включенный на напряжение между поврежденными фазами В и С, получает напряжение, пропорциональное расстоянию l. Это напряжение равно падению напряжения в фазах В и С: U_p⁽²⁾ = U_BC = 2I_кZ_1к. Ток I⁽²⁾ =I_B – I_C = 2I_к. Отсюда находим

При КЗ на фазах АВ и СА Z_p находится аналогично и также Z_p⁽²⁾ = Z_1yl_к. Можно показать, что и при двухфазных КЗ на землю Z_p^(1,1) = Z_1кl_к.

Таким образом, при всех видах междуфазных КЗ сопротивление на зажимах реле равно сопротивлению прямой последовательности фазы Z₁. Следовательно,

Z_p = l_к и Z_p⁽³⁾ = Z_p⁽²⁾ =Z_1к

Включение PC, выполняющих функции ПО. Они включаются на междуфазное напряжение и фазный ток по табл. 11.2. Определяя, как и в предыдущем случае, значения падения напряжения до точки К (рис.11.8) и находя Z_p = U_p/I_p, можно убедиться, что при трехфазных КЗ Z_p⁽³⁾ = Z_1к, а при двухфазных КЗ в той же точке Z_p⁽²⁾ = 2Z_1к. Таким образом, данная схема, удовлетворяя первому из заданных условий Z_p =l_к, не обеспечивает второго условия, так как Z⁽³⁾_p.к ≠ Z⁽²⁾_p.к. Поэтому схемы включения PC на междуфазное напряжение и фазный ток не должны применяться для включения ДО I и II зон. Включение PC по табл. 11.2 используется для ИО III зоны, если они одновременно выполняют функции ПО.

П ри обеих схемах включения в случае двухфазного КЗ (рис.11.8, в) из трех ДО правильно определяет удаленность повреждения только один, включенный на напряжение между поврежденными фазами.

Способы включения ДО на разность токов двух фаз. Для включения PC на разность токов согласно табл.11.1 обычно используются промежуточные трансформаторы тока TAL или трансреакторы TAV — датчики тока, у которых для этой цели предусматриваются две первичных обмотки 1 и 2 (рис.11.9). Каждая первичная обмотка включается на ток фазы по табл.11.1, так чтобы наводимые ими магнитные потоки в сердечнике TAL или TAV были направлены встречно и создавали результирующий поток Ф_р = Ф_А – Ф_в, пропорциональный разности токов, питающих первичные обмотки. Ток вторичных обмоток 3 (или ЭДС трансреактора) будет также пропорционален разности указанных первичных токов I_A – I_B.

В ключение дистанционных органов, реагирующих на однофазные КЗ. Дистанционные органы, предназначенные для определения удаленности мест однофазных КЗ, включаются по схеме с токовой компенсацией (рис.11.10, а). Схема предусматривает три PC, каждое из которых включается согласно табл.11.3 на напряжение U_ф и ток I_p = I_ф + k3I₀, где I_ф – ток той же фазы, что и напряжение U_ф; k3I₀ – ток, пропорциональный току НП.

Коэффициент пропорциональности . При таком значении k сопротивление на зажимах реле при однофазных КЗ получается равным сопротивлению прямой последовательности до места КЗ Z₁. Следовательно, при включении по табл.11.3 ИО, реагирующего на однофазные КЗ, сопротивление Z_р на его зажимах получается таким же, как и у реле, реагирующих на междуфазные КЗ и включенных по табл.11.1. В обоих случаях Z_p=Z_l.

П окажем, что выбранная схема компенсации обеспечивает Z_р = Z₁. Рассмотрим однофазное КЗ (рис.11.11), например на фазе А. Согласно табл.11.3 сопротивление на зажимах PC фазы А:

(11.4)

В ыразим напряжение фазы А в месте установки ДЗ (в точке Р) через симметричные составляющие U_A = U₁ + U₂ + U₀. Каждая составляющая в точке Р равна напряжению соответствующей последовательности в точке К и падению напряжения той же последовательности на участке КР (рис.11.11). Отсюда (11.5)

г де U_1K, U_2K, U_0K — напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей в точке К; I_l, I₂, I₀ —симметричные составляющие тока КЗ; Z₁, Z₂, Z₀ — сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей участка КР.

Поскольку на поврежденной фазе А в месте КЗ U_A = 0, поэтому U_1K + U_2K + U_0K = 0,

(11.5a)

Прибавляя и вычитая в правой части уравнения (11.5а) I₀Z₁ и учитывая, что для ЛЭП сопротивление Z₁ = Z₂ и что для фазы А сумма I₁ + I₂ + I₀ = I_A получаем

(11.5б)

Вынесем в (11.5б) за скобки Z₁ умножим и разделим на 3 второй член в правой части равенства, после чего подставим преобразованное выражение U_А в (11.4), тогда

(11.6)

Учитывая, что в (11.6) , и производя сокращения, получаем

(11.7)

Выражение (11.7) справедливо для однофазных замыканий фаз В и С и для КЗ на землю любых двух фаз. Таким образом, при включении PC по схеме с токовой компенсацией сопротивление Z_p = Z_p.к имеет одинаковые значения Z₁ при всех видах КЗ на землю и не зависит от соотношения токов I₀ и I_ф.

При однофазном КЗ правильно работает только одно реле, включенное на напряжение и ток поврежденной фазы. Два других реле, включенные на ток и напряжение неповрежденных фаз, имеют Z_p > Z₁. Схема с токовой компенсацией отвечает требованиям, предъявляемым к ДО, и получила распространение для ИО, реагирующих на КЗ на землю.

Для выполнения токовой компенсации часто применяется схема, приведенная на рис.11.10, б. Реле питается током через промежуточный трансформатор или трансреактор с двумя первичными обмотками. Одна из них w_ф включена на ток фазы I_ф, а вторая w₀ — на ток 3I₀. Их число витков подбирается так, чтобы w_ф/w₀ = 1/k. Результирующий поток первичных обмоток Ф_рез = Ф_ф + kФ₀ = I_ф + k3I₀, поэтому вторичный ток трансформатора или вторичная ЭДС трансреактора будут пропорциональны току I_ф + k3I₀. Обычно k < 1.

Условия работы дистанционных органов при двойных замыканиях на землю. В сети с малым током замыкания на землю ДЗ должны реагировать на междуфазные КЗ, и их ДО включаются на междуфазные напряжения и разность фазных токов. Как указывалось, в таких сетях возможны двойные замыкания на землю (рис.11.12). Защита в этом случае должна отключать одно место повреждения. Исследование условий работы ДЗ при двойных замыканиях на землю показывает, что они не могут обеспечить четкого выполнения этого требования. Наилучшие результаты получаются, если на участке К1-К2 (рис.11.12) между двумя точками повреждения ДО включены на фазное напряжение по схеме с токовой компенсацией, а на участке между точкой повреждения и источником питания — на междуфазное напряжение и разность фазных токов. Для этого ДО нормально включены на междуфазное напряжение и разность фазных токов. При появлении тока НП, всегда возникающего на участке между точками замыкания на землю (К1 и К2), ДО, установленные на этом участке, автоматически переключаются на напряжение фазы и ток I_ф + k3I₀.