Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Короткие замыкания и защита линий 0,4-35 кВ. II часть - 2110002 «Монтаж и наладка электрооборудования электрических станций, подстанций и линий электр
.pdf
то для ограничения ЕВ необходимо при заданных I
к.з
и Ζ
уменьшать нагрузку Ζн трансформаторов тока и увеличивать их
коэффициент трансформации n
Кроме того, для выравнивания токов I
.
T
1нам
и I
необходи-
11нам
мо выравнивать нагрузку вторичных обмоток трансформаторов
тока, т. е. обеспечивать условие Ζ
1н
= Ζ
11н
.
В схеме с циркуляцией токов нагрузку каждого трансформатора тока составляет сопротивление соединительных проводов
от трансформаторов тока до места включения реле. Сопротивление реле не учитывается, так как в условиях внешнего к. з.
ток в нем отсутствует.
Сопротивления нагрузок Ζ
1н
и Ζ
, при которых трансфор-
11н
маторы тока работают в прямолинейной части характеристики
намагничивания, выбираются по кривым 10 % -ной погрешности трансформаторов тока.
Токи намагничивания, а вместе с ними и токи небаланса резко возрастают в первый момент к. з. Как известно, в первый
момент к. з. ток к. з. состоит из периодической I
ской I
составляющих (рис. 4.5).
а
и апериодиче-
п
В
Рис.4.5- Периодическая и апериодическая слагающие тока к.з.
Каждая составляющая, протекая по первичной обмотке транс
форматора тока, делится на две части: одна трансформируется
во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника, образуя ток I
, что наглядно иллюстрируется с помощью
нам
схемы замещения трансформатора тока, показанной на рис. 4.6.
91
Скорость изменения апериодической составляющей
=-1me
t/T
значительно меньше скорости изменения перемен-
1
= Im sin (ωt — 90). Поэтому ток Iа плохо
п
а нам
часть
1
а
ной составляющей 1
трансформируется во вторичную цепь и большая его I
идет на намагничивание сердечника.
В результате этого трансформатор тока насыщается, что
ухудшает трансформацию периодической составляющей и повышает долю этого тока I
Рис. 4.6- Схема замещения трансформатора тока и распределение
периодической и апериодической составляющих тока к. з. между ветвями
намагничивания и вторичной обмотки (а) и кривые тока намагничивания и
, идущую на намагничивание.
п нам
его составляющих (б)
Таким образом, подмагничивающее действие апериодической составляющей резко увеличивает намагничивающие токи
и токи небаланса в переходном режиме к. з.
Существенное влияние на увеличение тока небаланса оказывает также остаточное намагничивание сердечников трансформаторов тока.
Трансформатор тока остается в намагниченном состоянии,
если• проходящий через него ток прерывается (отключается) в
момент времени, когда он и создаваемый им магнитный поток не
равны нулю. В этом случае в сердечнике трансформатора тока
остается магнитный поток Ф
который был в нем в момент
ост ,
отключения тока. Если при последующем к. з. остаточный поток Ф
совпадает по знаку с магнитным потоком, обусловлен-
ост
ным током к. з. (особенно его апериодической составляющей),
92
то результирующий поток, равный их сумме, может достигнуть
весьма большой величины и вызвать насыщение магнитопровода, в результате которого резко возрастает ток намагничивания
и как следствие этого увеличится ток небаланса.
Поэтому при разработке мер, предупреждающих ложное
действие дифференциальных защит от токов небаланса, необходимо считаться с влиянием остаточного намагничивания.
Типичная кривая сквозного тока к. з. и тока небаланса в
переходном режиме к. з. приведена на рис. 4.7, а и б. Кривая
тока небаланса имеет две характерные особенности: во-первых,
ток I
достигает наибольшего значения не в момент максимума
нб
первичного тока к. з. (кривая I
), а несколько позже и затухает
к
медленнее тока I, во- вторых, кривая Iнб имеет асимметричньий
характер и содержит большую апериодическую составляющую
I, которая в основном определяет продолжительность затухания
и величину тока в переходный период.
Рис. 4.7- Ток небаланса в реле при внешних к.з.:
а — ток к. з.; б — ток небаланса; в — разложение I
апериодическую составляющие: I
п.нб
= I
п.нам11
па периодическую и
нб
- I
, I
а.нб
=I
п.нам1
а.нам11=Iа.нам1
В этом можно убедиться, разложив кривую Iнб на ее составляющие, как это показано на рис. 4.7, в.
Каждая из этих составляющих является (при отсутствии насыщения) разностью соответствующих токов намагничивания
I
трансформаторов тока защиты, поскольку
нб
= I
11нам
– I
1нам
93
В частном случае, когда один из трансформаторов тока
дифференциальной защиты работает без погрешности (например, I
= 0), ток небаланса имеет наибольшую величину и
1нам
равен току намагничивания второго трансформатора тока, т. е.
I
= I
нб
ют, а в общем случае при
форме кривой I
риод при к. з. с током I
. В этом предельном случае кривые I
11нам
.
нам
Типичная кривая тока I
и I
нам
11нам
трансформатора в переходный пе-
нам
по рис. 4.7, а приведена на рис. 4.6, б.
к
и Iнб совпада-
нам
>0 кривая Iнб аналогична по
Как показано на рис. 4.6, а, при к. з. в сети в ветви намагничивания появляются вынужденные периодические и апериодические токи намагничивания: I
нам
и I
а.нам
.
Так как в цепи, содержащей индуктивность, ток изменяться
скачком не может, то в ветви намагничивания появляются свободные апериодические токи I
вый момент времени вынужденные составляющие: I
свп
и I
, компенсирующие в пер-
св.а
н.нам
и I
а.нам
.
Диаграмма вынужденных и свободных токов небаланса показана на рис. 4.7, в.
Свободные токи замыкаются в контуре вторичной обмотки
(рис. 4.6, а) и затухают с постоянной времени Т
определяемой
2
параметрами этого контура:
+ LB + L
L
Т2 =
п.нам
r
+ r
B
Результирующий ток намагничивания I
H
H
(рис. 4.6, 6) равен
нам
в каждый момент времени алгебраической сумме четырех составляющих: I
нам
= I
величина и время затухания I
ного тока I
св.а
.
Постоянная времени Т
п.нам
— I
+ I
св.п
нам
>> Т1, что и приводит к запаздыва-
2
. Из рис. 4.6, б видно, что
св.а
зависят в основном от свобод-
нию нарастания и увеличению продолжительности переходного процесса в токе намагничивания, а следовательно, и в токе
небаланса. Из сказанного вытекает, что характерные особенности кривой I
обусловливаются появлением свободной состав-
нб
ляющей намагничивания, замыкающейся в контуре вторичной
обмотки трансформаторов тока. После затухания апериодических токов изменение I
прекращается и его величина достига-
нб
ет установившегося значения. Таким образом, возникновение к.
94
з. сопровождается переходным процессом как в первичной, так
и во вторичной обмотках трансформаторов тока; появляющиеся при этом апериодические свободные токи ухудшают работу
трансформаторов тока, вызывая повышенное намагничивание
их магнитопровода. В результате в дифференциальной защите
во время переходного периода возникают повышенные токи небаланса. Точных и удобных для практики способов расчета тока
небаланса пока еще не разработано. На практике пользуются
приближенными расчетными формулами, приведенными в «Руководящих указаниях по релейной защите».
В частности, для приближенного учета влияния апериодической составляющей тока к.з. в неустановившемся режиме
при выборе трансформаторов тока вводится коэффициент k
учетом которого m
защит t ≤ 0,1 с. принимают k
1,5 и при 1с k
= 1. Такой способ учета влияния апериодической
a
расч
= kа 1
/ 1
к.макс
= 2, для защит с t = 0,1 ÷ 0,3 с ka=
а
. Для быстродействующих
ном.т.т
с
p
составляющей является приближенным и требует уточнения.
4-4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ
В основе всех разнообразных схем и конструкций дифференциальных защит лежат некоторые общие принципы, обусловленные особенностями условий работы этих защит на линиях.
Рассмотрим основные из них.
1. В дифференциальных защитах линий трансформаторы
тока, соединяемые в дифференциальную схему, находятся на
значительном расстоянии. Соединительные провода между
ними имеют большое сопротивление и во много раз превышают допустимые пределы нагрузки самых мощных современных
трансформаторов тока. Так, например, при длине линии 10 км
сопротивление одного соединительного медного провода сечением 1,5 мм
2
составляет:
10 000
r = l =
gs
57 * 1,5
в то время как трансформаторы тока допускают нагрузку
1—2 Ом. Это затруднение преодолевается при помощи про-
= 130 ом
95
межуточных трансформаторов тока ПТ (рис. 4.8, а), которые
уменьшают ток в соединительных проводах в n
раз и снижают
п
благодаря этому нагрузку соединительных проводов, приведенную к зажимам основных трансформаторов тока, в n
2
раз.
п
Рис. 4.8- Применение промежуточных трансформаторов тока ПТ для
снижения нагрузки на основные трансформаторы тока в n
а — схема включения ПТ; б и в — загрузка трансформаторов тока при
наличии ПТ и без него
2
раз:
Покажем это с помощью рис. 4.8, б и в. Мощность, отдавае-
мая трансформатором тока в нагрузку,
ST = UT IT (4.6)
Напряжение U
проводов и проходящего по ним тока I
точным трансформатором (рис. 4.8, б) U
I
= Iп1/nп , то
п2
I
n1 ZП
n
п
UT =
Подставляя полученное значение UT в (4.6), получаем, что
при наличии ПТ
I
T2 ZП
n
п
ST =
Если же включить нагрузку Żп непосредственно на вторичные зажимы трансформатора тока (рис. 4.8, в), то напряжение
U
= IT Z
T
отсюда
П
ST = UTIT = I
96
зависит от сопротивления соединительных
T
I
T ZП
=
2
2
n
= I
T
Z
П
T2
здесь учтено, что Iп1 = I
2
Z
П
2
n
п
В схеме с промежу-
п2 .
= In2ZП / nn, но так как
T
(4.6,а)
(4.6,б)
т.
Из сопоставления (4.б,а) и (4.6,б) следует, что при промежуточном трансформаторе ПТ нагрузка трансформаторов тока
уменьшается.
Указанный способ снижения нагрузки соединительных проводов используется во всех дифференциальных защитах линий.
2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключение выключателей на обоих концах защищаемой линии.
Для осуществления этого устанавливаются два дифференциальных реле 1 и 2 — по одному на каждом конце линии (рис.
4.9). Каждое из этих реле действует на свой выключатель.
Введение в схему второго, параллельно включенного реле
вносит следующие изменения в условия работы защиты по схеме с циркуляцией токов:
а) Ток, поступающий от трансформаторов тока ТI и Т11,
распределяется между ближним и дальним реле обратно пропорционально сопротивлениям их цепей (рис. 4.9). В контуре
дальнего реле участвуют соединительные провода, и поэтому
ток, направляющийся в дальнее реле, меньше, чем ток, поступающий в реле, расположенное вблизи данных трансформаторов тока. Так, например, вторичный ток трансформаторов тока
ТI распределяется между реле 1 и 2; при этом ток I
1
>I
»
и анало-
1
гичным образом ток трансформаторов тока Т11 делится между
реле 2 и 1 так, что I
11
» >I
»
.
1
В результате этого токи, поступающие в реле, не балансируются, и поэтому при сквозном к. з. даже при работе трансформаторов тока без погрешностей в реле 1 появляется ток .
Рис. 4.9- Схема продольной дифференциальной защиты с установкой реле
на небаланс I
p1=I1
– I11=I
, а в реле 2 Ip2 = I11»- I1»= I11»- I
нб.р1
нб.р2
97
Из сказанного следует, что в схеме с двумя реле кроме тока
I
, вызванного погрешностью трансформаторов тока, воз-
нб.т.т
никает дополнительный ток небаланса I
, обусловливаемый
нб
неравномерным распределением вторичных токов трансформаторов тока между реле. Величина I
к. з. Для уменьшения I
соединительных проводов
необходимо уменьшать сопротивление
нб
. Каждая защита в зависимости
Zпр
пропорциональна току
нб
от ее чувствительности имеет предельно допустимое значение
Z
При превышении его защита будет работать неправильно от
пр.
возросших токов небаланса I
”
.
нб
б) При к. з. в зоне в схеме с одним реле в последнее поступа-
ет сумма вторичных токов трансформаторов тока
Ip = I1 + I
, а в схеме с двумя реле в каждое из них попа-
11 = Ik
дает только часть вторичного тока от первого и второго трансформаторов тока.
Если сопротивление проводов равно нулю, то ток в каждом
реле
Ip = I1 /2 + I
11 /2 = Ik.з
/2 , т.е в 2 раза меньше, чем в схе-
ме с одним реле. Вследствие этого чувствительность защиты
уменьшается. В дифференциальной защите с уравновешенными напряжениями установка двух реле не меняет условий работы схемы.
З. Токи небаланса в дифференциальных защитах линий при
сквозных к. з. могут достигать значительных величин не только в
переходных режимах, но и в установившихся. Повышенное значение токов небаланса может обусловливаться большими кратностями токов внешнего к. з., вынужденной разнотипностью
трансформаторов тока по концам линии, их значительной загрузкой, сопротивлением соединительных проводов и появлением I
нб.
Для отстройки от токов небаланса получили распространение дифференциальные реле с торможением. Ток срабатывания
у таких реле возрастает с увеличением тока внешнего к. з. Это
достигается механическим или магнитным торможением, которое осуществляется от тока к. з.
В качестве примера на рис. 10.10 показано устройство электромагнитного дифференциального реле с тормозным действием. Реле имеет стальной якорь Я в виде коромысла и два электромагнита: рабочий Р и тормозной Т. Момент от тока в рабочей
обмотке действует на замыкание контактов К,
98
Рис. 4.10- Реле с тормозным действием
2
Мр= k1 1
ствующий на размыкание контактов реле, М
жина П создает момент М
2
ω
. Момент от тока в тормозной обмотке, дей-
p
p
, противодействующий замыканию
П
= k
т
2
1
T
2
ω
T
2
. Пру-
контактов.
Условием начала работы реле является равенство моментов:
М
= Мт + Мп . Если принять Мп = 0 и выразить моменты че-
р
рез соответствующие токи, то k
1 1p
2
ω
p
2
= k2 1
2
2
ω
. Отсюда ток
T
T
в рабочей обмотке, необходимый для срабатывания реле, равен:
Из выражения (4.7) следует, что ток срабатывания реле I
тем больше, чем больше ток в тормозной обмотке I
Рис. 4.11- Характеристика I
реле с тормозным действием
с.р
т.
Уравнение (4.7) изображается в осях координат прямой линией 1 (рис. 4.11), ее наклон зависит от коэффициента k
рый называется коэффициентом торможения.
Коэффициент торможения зависит от конструктивных особенностей реле (числа витков обмоток ω и ω
момента пружины зависимость
I
= f (IT ) имеет вид гипербо-
с.p
и др.). С учетом
т
лы 2 (рис. 4.11).
кото-
т,
99
с.р
На рис. 10.12 показана схема включения такого реле. Рабочая обмотка включается дифференциально, а тормозная — на
ток трансформатора тока в рассечку соединительного провода.
При внешнем к. з. в рабочей обмотке появляется ток небаланса
а в тормозной — ток к. з., под влиянием последнего реле загрубляется и не действует.
Рис. 4.12- Схема включения реле с торможением
При к. з. в зоне как в тормозной, так и в рабочей обмотке
реле проходит ток к. з. Соотношение ω
и ωт витков подбирается
р
таким, чтобы рабочий момент в этом случае превосходил момент М
благодаря чему реле срабатывает.
т
В дифференциальных защитах линий применяются также
тормозные реле на выпрямленном токе (рис. 4.13, а). Реагирующий орган этих реле выполняется с помощью поляризованного реле Р, имеющего две обмотки: тормозную ω
(рис. 4.13, б). Обмотка ω
ной защиты через выпрямитель В
включается в плечо дифференциаль-
т
, а рабочая обмотка ωр вклю-
т
и рабочую ωр
т
чается на разность сравниваемых токов через выпрямитель В
так, чтобы создаваемые ими магнитные потоки Ф
и Фр имели
т
встречное направление.
р
Рис. 4.13- Дифференциальная защита с тормозным реле на выпрямленном
токе: а — схема защиты; б — реагирующий орган
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]