8. Реле сопротивления. Общие понятия и принципы построения.

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (максимальные токовые защиты) и НТЗ (направленные токовые защиты) не могут обеспечить селективного отключения КЗ.

В этом нетрудно убедиться на примере кольцевой сети с двумя источниками питания, представленной на рис. 11.1. Так, например, при КЗ на W2 (рис. 11.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ 1, а при КЗ на W1, наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селективное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной РЗ (ДЗ).

Дистанционными называются защиты с относительной селективностью, выполняемые с использованием измерительных органов сопротивления — органов, характеристической величиной для которых по ГОСТ является заданная функция выраженных в комплексной форме отношений входных напряжений к входным токам. Это отношение для удобства анализа и расчетов защиты еще в 20-е годы было принято называть сопротивлением на зажимах защиты. Необходимо отметить, что приведенное может приниматься только с некоторыми оговорками. Указанное отношение для многих органов сопротивления при неучёте поперечной проводимости линий и металлических КЗ (R_П = 0) пропорционально расстоянию от места включения защиты до места повреждения - дистанции, что и определило название защиты.

Характеристические величины органов сопротивления при возникновении повреждения снижаются. С учетом этого, как правило, используются минимальные органы сопротивления, работающие без выдержки времени. Сами выдержки времени, при необходимости, создаются отдельными органами выдержки времени, определяющими ступенчатую характеристику t=f(l). Обычно она имеет три ступени (рис. 6. 1). Логическое уравнение, характеризующее работу защиты при принятых условиях, если принять ИО (измерительные органы) сопротивления направленными, имеет вид

где D_t – операторы задержки по времени ступеней защит (индексы I, II, III сверху указывают номер ступени, а индексы 1, 2, 3 снизу – соответствующие им параметры срабатывания).

В нем Z_С,З – максимальные значения сопротивления Z_З, при которых защита еще срабатывает. Ниже рассматривается именно такое выполнение защиты.

Для органа сопротивления, как и для органа тока, существуют понятия о Z_В.З – минимальном Z_З, при котором он возвращается в исходное состояние, о Z_С.Р и Z_В.Р (поскольку органы включаются через ТА и TV) и о коэффициенте возврата k_В. Связь между первичными Z_З и вторичными Z_Р часто определяется соотношением Z_Р = (К_Iном / К_Uном) Z_З. Коэффициент возврата k_В = Z_В.Р / Z_С.Р = Z_В.З /Z_С.З>>1, поскольку орган минимальный. В целях упрощения записей в дальнейшем принимается К_Iном / К_Uном = 1, т. е. Z_Р = Z_З.

Практически работа дистанционных защит при КЗ определяется не только расстоянием l до места повреждения, но и рядом других искажающих факторов – переходными сопротивлениями R_П, наличием между местами их включения и КЗ источников питания и нагрузок, сдвигами по фазе между ЭДС источников питания, неоптимальным сочетанием воздействующих величин органов сопротивления и т. д.

Работа защит рассматривается на примере их применения в сети с двусторонним питанием (рис. 6.2, а). Характеристики выдержек времени защит даны на рис. 6.2, б. Защиты 1-6 включаются с обеих сторон каждого участка и являются направленными. При КЗ, например, в точке, расположенной посредине линии БВ, с минимальным временем t^I (рис. 6.2, б) сработают защиты 3 и 4 повреждённой линии как ближайшие к месту КЗ (расстояние l₃ и l₄). Защиты 1 и 6 также действуют; однако, являясь более удалёнными от места КЗ (l₁ > l₃ и l₆ > l₄), они могут срабатывать только как резервные с выдержками времени t^III в случае, если участок БВ не отключится собственными защитами. Несрабатывание защит 2 и 5, находящихся от места КЗ на тех же расстояниях l₃ и l₄, что и защиты 3 и 4, обеспечивается направленностью действия, дающей защитам возможность срабатывать только при направлении мощности КЗ от шин в сторону защищаемого участка. Направленность действия может не потребоваться только в некоторых частных случаях, например для защит участков с односторонним питанием.

При расположении точки КЗ К не в середине участка БВ, а близко к одной из его сторон, например В, защита 3 будет работать уже с выдержкой времени t^II. При этом поведение других защит останется прежним. В случае КЗ на шинах, например подстанции B, оно должно ликвидироваться срабатывающими с t^II защитами 3 и 6 (защиты 4 и 5 не срабатывают, так как через них мощность КЗ направлена к шинам).

Существенными преимуществами дистанционных защит, по сравнению с токовыми направленными защитами, при внешнем сходстве их характеристик t = f (l) являются значительно более чётко фиксированная длина первой защищаемой зоны, составляющей при R_П = 0 l^I 0,85 0,9 длины участка, более совершенный охват второй зоной l^II конца участка и шин противоположной подстанции (больший k_ч^II), большая чувствительность III ступени с соответствующей ей l^III (если токовые направленные защиты включены на полные токи и напряжения фаз, а не на составляющие нулевой последовательности для действия при К⁽¹⁾).