5.3.2. Зона действия отсечки

Зона действия ТО определяется графически (рис. 5.3.1) или по формуле:

(5.3)

где X_W– сопротивление линии;

X_C– сопротивление системы.

ПУЭ рекомендуют применять отсечку, если её зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии.

Для устранения мертвой зонынаправленныхзащит отсечка применяется и при меньшей зоне действия.

При схеме работы линии блоком с трансформаторомотсечку отстраивают от тока КЗ за трансформатором (рис. 5.3.2). В этом случае отсечка защищает всю линию и весьма эффективна.

Рис. 5.3.2

5.3.3. Время действия отсечки

При применении быстродействующих промежуточных реле (с временем срабатывания 0,02 с) t_ТО=0,04...0,06.

В схемах с промежуточными реле в расчетах не учитывается апериодическая составляющая тока, поскольку она затухает очень быстро, за 0,02...0,03 с.

На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время срабатывания разрядника: t_P=0,01...0,02 с, а при их каскадном действии – 0,04...0,06 с. В этом случае применяют промежуточные реле с временем действия – 0,06...0,08 с.

5.4. Неселективные отсечки

Неселективная отсечка– это мгновенная отсечка, действующая за пределами своей линии.

Применяется в случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости. Неселективное действие исправляется при помощи АПВ, включающего обратно неселективно отключившуюся линию.

5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием

Для определения тока срабатывания отсечек необходимо определить токи I_{КЗ(В)отG1}иI_{КЗ(А)отG2}.

Рис. 5.5.1

Ток срабатывания защиты вычисляется по наибольшему из этих токов:

I_СЗ=k_НI_К(макс). (5.4)

Во избежание неправильной работы отсечки при качаниях её ток срабатывания должен отстраиваться и от токов качания I_кач:

I_СЗk_НI_{кач.макс}, (5.5)

где k_Н– коэффициент надежности,k_Н= 1,2...1,3;

(5.6)

где Е– ЭДС генераторов А и В,Е_А=Е_В=Е=1,05U_ГЕН;

X_AB– суммарное сопротивление от генератора А до В:X_GA+X_GB+X_C;

– сверхпереходное сопротивление генераторов;

X_C– сумма сопротивлений всех остальных элементов, включенных между шинами генераторов.

Ток срабатывания выбирается по большему из двух значений (5.4) и (5.5).

5.6. Отсечки с выдержкой времени

5.6.1. Сеть с односторонним питанием

Мгновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия применяется отсечка с выдержкой времени:

Рис. 5.6.1

t_ТО1=t_ТО2+t. Практическиt_ТО10,3...0,6 зависит от точности реле времени,

I_СЗ1=k_НI_СЗ2, (5.7)

где k_Н=1,1...1,2.

5.6.2. Сеть с двусторонним питанием

Рис. 5.6.2

I_СЗ1=k_НI_К1, (5.8)

где I_К1– ток от системы при КЗ в конце зоны отсечки 2.

5.7. Токовая трехступенчатая защита

Обычно МТЗ сочетают с мгновенной отсечкой (МО) и отсечкой с выдержкой времени (ОВВ), (рис. 5.7.1).

Рис. 5.7.1

22. Трехступенчатая ДЗ. Назначение. Особенности. Принцип действия.

23. Дистанционная защита: характеристика и расчет уставки I ступени ДЗ; расчет тока точной работы реле сопротивления.

24. Дистанционная защита: характеристика и расчет уставки II ступени ДЗ; расчет тока точной работы реле сопротивления и коэффициента чувствительности защиты.

25. Дистанционная защита: характеристика и расчет уставки III ступени ДЗ; расчет тока точной работы реле сопротивления и коэффициента чувствительности защиты.

26. Дистанционная защита. Блокировка при качаниях: назначение, диапазон уставок и структурная схема блокировки при качаниях.

В сетях с двумя и более источниками питание МНЗ не обеспечивает селективность действия.

Так, например, в сети показанной на реле при к.з. в точке к1на линии Iв действие придут защиты 1 и 2 поврежденной линии и 3 неповрежденной. В этом случае нужно, чтобы защита 3 имела большую выдержку, чем защита 2. В тоже время при к.з. в точке к2 необходимо, чтобы защита 2 имела большую выдержку. Выполнение этих требований в рассмотренном и других аналогичных случаях не представляется возможным.

МНЗ и МТЗ имеют также еще ряд недостатков, которые ограничивают их применения сетями с простой схемой. Для защиты сетей с более сложной схемой и несколькими источниками питания используется более сложная дистанционная защита, не имеющая указанных недостатков.

Определение удаленности до места к.з. производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, которое определяется сравнением остаточного напряжения на шинах где установлена защита, и величины тока к.з., проходящего по защищаемой линии.

Следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току к.з., проходящему по защищаемой линии пропорционально расстоянию Lк.з. от места установки защиты до места к.з.

Основным органом дистанционной защиты является реле сопротивления, которое измеряет сопротивление линии до места к.з., определяет, на каком участке произошло к.з. и совместно с другими органами защиты обеспечивает ее действие с необходимой выдержкой времени. Реле сопротивления могут выполняться, реагирующими на полное сопротивление, реактивное, активное. В России используется только реле, реагирующее на полное сопротивление. Дистанционная защита выполняется так, чтобы их выдержка времени зависела от сопротивления, которое измеряют входящие в схему реле сопротивления. Эта зависимость называется характеристикой времени срабатывания защиты. Обычно изготавливают и используется дистанционная защита со ступенчатой выдержкой времени. Ступенчатая характеристика состоит из двух или трех участков.

При к.з. в первой зоне защита действует с выдержкой времени t1 и реле сопротивления измеряет сопротивление от 0 доZ_Iи т.д. Таким образом, чем больше сопротивление до места к.з., тем с большей выдержкой времени действует защита. Первая зона защиты, как правило, настроена на 80-85% длины линии (Л1). Больший охват недопустим, т.к. из-за погрешностей ТТ, самих реле сопротивлений, ТН защита может сработать при к.з. на смежном участке линии (Л2).

Применяются два способа получения ступенчатой характеристики:

1. Отдельное реле сопротивления для каждой ступени.

2. Для первой и второй зоны одно реле сопротивления. Для третьей зоны устанавливается отдельное реле сопротивления.

Реле сопротивления по принципу своего действия срабатывает, когда измеренное им сопротивление меньше настроенной уставки на нем. Поэтому реле сопротивления второй зоны срабатывает при к.з. в первой и второй зоне, а реле сопротивления третьей зоны при к.з. в первой, второй, третьей зонах. Однако поскольку выдержка времени второй зоны больше первой, а выдержка третьей больше второй, то всегда срабатывает ступень с меньшей выдержкой, чем и обеспечивается ступенчатость характеристики.

Для удобства расчетов и анализа работы применяющихся дистанционных органов было введено понятие сопротивление на зажимах реле. Это фиктивное, в общем случае не имеющее физического смысла, сопротивление, которое представляет собой отношение напряженияUр или его слагающей к токуIр, используемых для действия дистанционных и пусковых органов. Широкое применение этого понятия на практике определяется тем, что при правильном выборе сочетанийUр иIр ( остаточного напряжения петли к.з. и определяющего его тока) фиктивное сопротивление на зажимах реле оказывается пропорциональным расстоянию от шин подстанций, на которой установлена защита, до места к.з. на защищаемой линии.

При построении векторной диаграммы различают полное фиктивное сопротивление , реактивное и активное фиктивные сопротивления. Дистанционные и пусковые органы выполняются путем вторичных реле:

В настоящее время дистанционные защиты часто осуществляется посредством РС, используемых несколько напряжений и токов. Для таких реле понятие сопротивления на зажимах реле, строго говоря, уже не может быть применено. Однако и для этих защит выражение (7.2) используется для определения уставок по данным первичным сопротивлением защищаемых зон.

Применительно к ДЗ со ступенчатой характеристикой выдержек времени, выбору подлежат сопротивления срабатывания трех ступеней защиты Z^I_с.з.,Z^II_с.з.,Z^III_с.з.и выдержки времениt^IIиt^III. Условия выбора рассмотрим применительно к двум участкам АБ и БВ сети:

1. Первые ступени.

Первые ступени выполняются без выдержки времени (t'≤0,1сек). При выбореZ'с.з. рабочего режима с минимальным рабочим сопротивлениемне является расчетным, некоторые используемые защиты на них вообще не реагируют. Первые ступени обязательно направленные. Первичное сопротивление срабатывание выбирается из условия отстройки от к.з. в начале предыдущих присоединений (линии, трансформаторов, автотрансформаторов) – точки К1 и К2:

где l_л– длина;

Z₁– удельное сопротивление прямой последовательности;

к'_отс.– коэффициент отстройки, учитывающий положительную погрешность РС (0,85-0,95), погрешности ТТ и влияние переходных сопротивленийR_nв месте к.з. Токовые погрешности обычно отрицательны, они уменьшаютIр и увеличиваютZр. Характеристики срабатывания реле стремиться иметь такими, чтобыR_nне приводило к уменьшениюZр.

Для охвата первой ступенью всей длины линии l_линогда принимают( неселективное действие).

2. Вторые ступени.

Время срабатывания стремятся для всех защит иметь минимальными, обычно одинаковыми, выбирая их на ступень Δt>t' предыдущих участков иt_тзащит без выдержки времени трансформаторов подстанции в конце линии. Вторые ступени выполняются направленными, допускается характеристикусмещать вIIIквадрант для исключения “мертвой” зоны.

Первичные сопротивления срабатывания определяется по тем же условиям, что итоковых направленных защит: отстройка от начала второй зоны (конца первой) предыдущих ДЗ ( при выборе одинаковыми их вторых ступеней); отстройка от к.з. за трансформаторами ( автотрансформаторами) подстанции в конце линии ( точка К3), при которых трансформаторы могут отключаться своими защитами сt>t^II. При расчетах обычно пренебрегают разницей углов сопротивлений смежных элементов. Тогда;

где - одно из сопротивлений срабатыванияIст. ДЗ линий, отходящих от шин подстанции Б ( если их несколько);

Z_Т.min– минимальное эквивалентное сопротивление трансформаторов в режиме их параллельной работы на подстанции Б с учетом возможности изменения к_трпри регулировании РПН;

- коэффициент, меньший 1, учитывающий отрицательную погрешность органа сопротивления защиты Б ( часто принимается равным 0,9);

- коэффициент обычно равный 1;

к_ток.Би к_ток.Т– коэффициенты токораспределения, учитывающие ( как и при выборе токов срабатыванияI''_с.з.IIступеней токовых направленных защит) неравенство токов в месте включения защит (линии АБ) и в линиях БВ (к_ток.Б) или в трансформаторах (к_ток.Т) при к.з. в расчетных точках ( соответственно в концеи К3). к_ток.Би к_ток.Т >1, облегчая согласование или <1, затрудняя его. При отсутствии на подстанции Б нагрузок или дополнительных связей между Б и смежными подстанциями к_ток.Б=1.

При м.ф.к.з. на участке БГ на расстоянии lот шин Б по участкам АБ и ВГ проходят неравные токиI_АБиI_БГ. Сопротивление на зажимах реле сопротивления на подстанции А:

для а) к_ток<1, для б) к_ток>1.

Таким образом, сопротивление на зажимах органа участка, смежного с поврежденным, определяется не только местоположением повреждения (l_АБ+l), но и коэффициентом токораспределения к_ток=I_АБ/I_БГ, характеризует долю токаI_БГповрежденного участка, проходящего по неповрежденному. При практических расчетах пренебрегают сдвигом фаз между указанными токами и считают к_токдействительным числом. Если к_ток<1, тоZ_р.Аоказывается большеZ₁(l_АБ+l), что следует учитывать при выборе, увеличивая его и следовательно повышая чувствительность защиты к к.з. в конце участка и на шинах подстанции Б. Неблагоприятные, но необходимые для участка соотношения получаются при к_ток>1.

Расчетным является выражение дающее меньшее . При выбранном таким образомпроверяется чувствительностьIIступени при металлическом к.з. в конце защищаемого участка, на шинах противоположной подстанции (п/ст. Б). При наличииIIIрезервной ступени считается возможным иметь.

3. Третьи ступени.

Выдержки времени IIIступени выбирается по встречно-ступенчатому принципу, и часто бывают значительными, что мало приемлемо в кольцевых сетях с несколькими источниками питания.IIIступени с таким образом выбранным временем срабатыванияt^IIIдаже будучи направленными не обеспечивают селективность.

Некоторое улучшение селективности IIIступени и уменьшение ихΔt^IIIдостигается сокращением их зон, выбором в кольцевых сетях наименьшего ответственного участка, который при к.з. отключается первым.

в отличии отиобычно выбирается по условиям отсрочки от минимального рабочего сопротивленияZ_раб.min(<Z_раб.min ) при φ_р= φ_раб. Однако более тяжелым является возврат органа в исходное состояние после отключения внешнего к.з. Поэтому проверяют условие:

где к_отс>1;

к_з.z>1 - коэффициент, учитывающий понижение переходное сопротивлениеZ_р=Z_пер.minпо сравнению сZ_раб.min за счет самозапуска двигателей потребителей, обуславливающего повышение тока в защищаемой линии и понижение напряжения.

Сопротивление Z_{в.з.расч.}выражается черезZ_{с.з.расч.}, определенного по формуле:

Конец Z_{с.з.расч.}с углом φ_раб. определяет на комплексной плоскостиZрасчетную точку характеристики срабатыванияIIIступени. Эта характеристика должна обеспечивать необходимую чувствительность защиты (к_ч≥1,5) при металлическом м.ф.к.з. в конце защищаемой зоны участка. При к.з. в конце смежных элементов, когда защита может работать как резервная ( дальнее резервирование) считается желательным иметь к_ч≥1,25. Для обеспечения требования чувствительности характеристикаIIIступени требуется иметь отличную от характеристикиIиIIступеней. Ограничение чувствительностиIIIступени при этом определяется режимами с передачей в основном реактивных мощностей, когда φ_раб. может приближаться к 90⁰, аZ_раб=U_раб/I_рабможет быть хотя и значительным, но конечным.

Требования к форме характеристики органов сопротивления с двумя входными величинами следующие: