Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
51
держки времени — КТ (как у МТЗ реле времени на постоянном или переменном токе, например, ЭВ-122, или
РВМ-12); направления мощности — KW (реле направле-
ния мощности). Ток срабатывания данной защиты, как и
ток МТЗ определяется ее пусковым органом и должен удо-
влетворять двум условиям. Согласно первому условию ток
срабатывания защиты выбирается, как и у МТЗ, а именно:
.воз
.р.з.с.зап
.з.с
К
IКК
I
max
. (2.15)
Рис. 2.12. Принципиальная схема максимальной
токовой направленной защиты
Однако, в отличие от МТЗ, при определении I
р.мах.
,
нужно принимать во внимание только максимальный ре-
жим соответствующий направлению мощности от шин
в линию, и в отдельных случаях (для повышения чувстви-
тельности), можно не считаться с максимальной нагрузкой,
направленной к шинам подстанции, т.к. реле мощности не
позволит действовать защите на отключение. По второму
условию ток срабатывания защиты находится по следую-
щему выражению:
52
.ф.нн.з.с
IКI =
, (2.16)
где K
н
= 1,15 + 1,3 — коэффициент надежности; I
н.ф
—
полный ток в неповрежденной фазе:
з.кнф.н
KIII +=
, (2.17)
где K — коэффициент, учитывающий долю тока КЗ I
к.з
, за-
мыкающегося по неповрежденной фазе, K < 1; Iн — ток
нагрузки в неповрежденной фазе.
За окончательное значение I
с.з
берется большая вели-
чина полученная по выражениям 2.15, 2.16. Для защит в
сети с малым током замыкания на землю и защит в сети с
глухо заземленной нейтралью, блокируемых при замыканиях на землю, ток I
с.з
выбирается только по условию 2.15.
Принципы выполнения реле направления
мощности и схемы его включения
В настоящее время наибольшее распространение получили реле направления мощности, выполненные на индукционном принципе; на принципе сравнения абсолютных значений двух электрических величин; на принципе
сравнения фаз мгновенных значений двух электрических
величин. В реле, работающему по индукционному принципу, вращающий момент реле пропорционален синусу
угла φ между магнитными потоками Ф
1
и Ф2, т.е.:
= sinФФкМ
21.вр
. (2.18)
потоки Ф1 и Ф
2
создаются обмоткой тока и обмоткой
напряжения, таким образом можно получить реле действующее в зависимости от угла между током и напряже-
нием, подводимых к обмоткам реле. В общем случае:
53
)cos(IUкМ
ppp.вр
+=
. (2.19)
отсюда следует, что реле срабатывает при условии —
(90° + α) ≤ φр ≤ (90° – α), где угол α — есть угол, зависящий
от конструкции реле, и изменяется от 0 до 90° для реле
смешанного типа. Для изменения этого угла последовательно с обмоткой напряжения реле, включается добавоч-
ное активное или емкостное сопротивление (при α = 0 —
косинусное реле, при α = 90
0
— синусное реле); φр — угол
между Up и Ip — подводимых к обмоткам реле, угол
φ
р мах
= –α называется углом максимальной чувствительно-
сти, т.к. при этом Мвр. будет максимальным.
Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение.
Сочетание фаз тока и напряжения, на которые включены
реле, называется схемой его включения, и должно быть та-
ким, чтобы реле правильно определило знак мощности КЗ,
при всех видах повреждений; и чтобы к нему подводилась
наибольшая мощность Sр:
)sin(IUS
pppp
−=
. (2.20)
Мощность Sр, как это следует из (2.20), может иметь
недостаточную для действия реле величину при КЗ близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения
Uр или при неблагоприятном значении угла φр, при кото-
ром sin (α – φр) равен или близок к 0. Отсюда следует:
• реле должно включаться на такое напряжение, ко-
торое при близких КЗ не снижается до нуля;
• напряжение и ток, подводимые к реле, должны
подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φ
р
в усло-
виях КЗ не достигал значений, при которых мощность на
зажимах реле приближается к нулю.
54
Следует отметить, что первое требование выполнимо
только при 2-х фазных и 1-х фазных КЗ, т.к. в случае 3-х
фазного КЗ все напряжения фазные и междуфазные могут
снижаться до нуля, т.е. возникает участок линии, при КЗ в
пределах которого реле направления мощности не работа-
ет — мертвая зона. Для соблюдения 2-го требования в со-
временных схемах направленных защит применяется
включение реле направления мощности по 90-градусной и
иногда 30-градусной схемам. Схемы именуются по углам
φ
р
между током Ip U
p
, подведенным к реле в симметричном
3-х фазном режиме, при условии, что токи в фазах совпа-
дают с одноименными фазными напряжениями. Векторная
диаграмма при 90° схеме показана на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Векторная диаграмма токов и напряжений для 90
схемы включения реле направления мощности
Исследования показали, что 90-градусная схема ока-
зывается наиболее выгодной для реле направления мощно-
сти с углом α от 30 до 60°, оптимальные условия при
α = 45°; 30-градусная схема может использоваться для реле
косинусного типа.
55
Токовые направленные отсечки
Отличие токовой направленной отсечки от ненаправленной состоит в наличии реле направления мощности, поэтому токи срабатывания данной защиты отстраиваются
только от токов КЗ направленных от шин подстанции.
Направленная отсечка применяется в сети с двухсторонним питанием, когда ненаправленная отсечка оказывается
слишком грубой из-за необходимости ее отстройки от тока
КЗ, протекающего с противоположного конца защищаемой
линии. В этом случае ток срабатывания у направленной
отсечки меньше и, следовательно, зона действия значительно больше, чем у ненаправленной. Вследствие наличия
мертвой зоны у реле мощности направленная отсечка
должна применяться только в тех случаях, когда простая
отсечка не удовлетворяет условию чувствительности.
Направленные отсечки выполняются мгновенными и с выдержкой времени. Выбор тока срабатывания реле производится, как и у простой отсечки по выражению (2.11), с тем
отличием, что направленную отсечку не требуется отстраивать от КЗ за шинами данной подстанции, т.к. в этом слу-
чае мощность направлена к шинам и отсечка блокируется
реле мощности. Направленные отсечки также необходимо
отстраивать от уравнительных токов.
В ряде случаев для соблюдения требований чувстви-
тельности и быстродействия применяют 3-х ступенчатые
направленные защиты, состоящие из мгновенной отсечки,
отсечки с выдержкой времени и чувствительной токовой
защиты.
Оценка токовых направленных защит
Достоинства: простота и надежность, позволяющие
обеспечить селективную защиту сетей с двухсторонним
питанием.
56
Недостатки: большие выдержки времени, особенно
вблизи источников питания; недостаточная чувствительности в сетях с большими токами нагрузки и небольшими
относительно их кратностями тока КЗ; наличие мертвой
зоны при 3-х фазных КЗ; возможность неправильного выбора направления при нарушении цепи напряжения.
Максимальная направленная защита широко применяется в качестве основной защиты сетей напряжением до
35 кВ с 2-сторонним питанием. В сетях 110 и 220 кВ —
направленная токовая защита действует как резервная, но
иногда в сочетании с токовой отсечкой — как основная.
2.3. Дифференциальная защита линий
2.3.1. Защиты от замыканий на землю
Защиты от замыканий в сети
с большим током замыкания на землю
К сетям с большим током замыкания на землю отно-
сятся сети с глухозаземленной нейтралью. При нарушении
симметричного режима трехфазной системы, в частности
при однофазных и двухфазных КЗ на землю или в неполнофазных режимах, в полных фазных токах наряду с током
прямой последовательности, появляются токи и напряжения нулевой последовательности, которые соответственно
равны:
)III(
3
1
I
CBA0
++=
; (2.21)
)UUU(
3
1
U
CBA0
++=
. (2.22)
57
Так при КЗ, например, фазы А (Iк), величины I0 и U0
будут равны:
KA0
I
3
1
I
3
1
I ==
; (2.23)
)UU(
3
1
U
CB0
+=
. (2.24)
Для выделения I0 из полных фазных токов используют устройство — фильтр тока нулевой последовательности
(рис. 2.14). Такое устройство получается, если вторичные
обмотки трансформаторов тока, установленных в трех фа-
зах, соединить параллельно одноименными выводами,
а к точкам соединения подключить реле.
Рис. 2.14. Схема токовой защиты от замыканий на землю
с использованием трехтрансформаторного фильтра
токов нулевой последовательности
58
Необходимость специальной защиты от КЗ на землю
вызвана тем, что этот вид повреждений является преобла-
дающим, а защиты, включаемые на ток и напряжения нулевой последовательности, выполняются более просто и
имеет ряд преимуществ по сравнению с защитами, реагирующими на полные токи фаз. Защиты нулевой последовательности выполняются в виде токовых максимальных за-
щит и отсечек как простых, так и направленных.
Максимальная токовая защита
нулевой последовательности
Защита, рис. 2.14, состоит из пускового токового реле
1 и реле времени 2. Токовое реле включено на фильтр тока
нулевой последовательности. Реле времени создает вы-
держку времени, необходимую по условию селективности.
Ток, протекающий по реле 1, равен сумме вторичных то-
ков 3-х фаз; т.е.:
T
0
T
СВА
cbap
n
I3
n
III
IIII =
++
=++=
. (2.25)
При междуфазных КЗ (без земли), а также при
нагрузке и качаниях, защита нулевой последовательности
не действует, т.к. в этих режимах
0III
СВА
=++
.
Важным преимуществом данной защиты является то,
что она не реагирует на нагрузку, потому ее не требуется
отстраивать от токов нормального режима и перегрузок,
что обеспечивает высокую чувствительность этой защиты,
по сравнению с защитами, реагирующими на фазные токи.
В режиме, когда имеет место баланс первичных токов
0III
СВА
=++
, сумма вторичных токов
0III
cba
++
, то
есть в реле тока появляется остаточный ток - ток небаланса
59
I
нб.
, который может вызвать несвоевременное срабатыва-
ние защиты, при отсутствии тока I0. таким образом, действительный ток реле определяется выражением:
нб
T
0
p
I
n
I3
I =
. (2.26)
ток небаланса равен геометрической сумме намагничивающих токов трансформаторов тока. Сумма намагничивающих токов обычно не равна нулю, так как токи намагничивания имеют несинусоидальную форму и различаются
по величине и фазе вследствие нелинейности и не идентичности характеристик намагничивания и неравенства в
величине вторичных нагрузок трансформатора тока различных фаз. Значение тока I
нб. мах.
максимально в нулевом
проводе звезды трансформатора тока при токе 3-х фазного
КЗ, обусловленного повреждением в начале следующего
участка (например, для защиты 02 в точке К
2
— рис. 2.15).
Время действия защиты определяется по ступенча-
тому принципу. В качестве примера на рис. 2.15 показана
радиальная сеть, где 1Т имеет заземленную точку, при
этом токи нулевой последовательности будут протекать по
поврежденной линии и замыкаться через заземленную
нейтраль и точку КЗ только при повреждении на землю на
участке между обмотками трансформаторов, соединенных
в звезду. При КЗ вне этого участка (например, в т. К4) токи
нулевой последовательности отсутствуют, следовательно,
защита нулевой последовательности 0З может выполняться без выдержки времени (т.е. tоз ≈ 0), а время действия защит 02 и 01 нарастает по ступенчатому принципу. Данная
сеть помимо защит нулевой последовательности защища-
ется защитами от межфазных КЗ (1, 2, 3, 4 — времена срабатывания: t1, t2, t3, t4). Из анализа этих характеристик вид-
но, что защиту нулевой последовательности можно выполнить более быстро действующей, чем защиту, включенную
60
на фазные токи, что объясняется различных характером
протекания полных фазных токов и токов нулевой после-
довательности.
Рис. 2.15. Радиальная сеть с односторонним питанием
и характеристики выдержек времени МТЗ нулевой
последовательности и МТЗ защиты от междуфазных КЗ
Ток срабатывания реле защит нулевой последовательности I
с.р
выбирается из условия отстройки от тока не-
баланса, в частности от максимального его значения I
нб.мах
(как было отмечено ранее отстраивать I
с.р.
от токов нор-
мального режима и перегрузок нет необходимости), то
есть:
мах.нбзапр.с
IКI =
, (2.27)
где К
зап.
= 1,25 — учитывает погрешность и необходимый
запас.
Чувствительность защиты
Коэффициент чувствительности определяется выра-
жением:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]