Дифференциальные защиты

Очень часто по соображениям сохранения устойчивости, снижения возможных последствий КЗ требуется отключать оборудование без выдержки времени при КЗ в любой точке данного электрооборудования.

МТЗ и токовые отсечки отключение КЗ без выдержки времени не выполняют, что связано с их принципами действия и особенностями. Одним из видов защит, позволяющих выполнять отключение без выдержки времени при КЗ в любой точке защищаемого элемента являются дифференциальные защиты. Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величин и фаз токов в начале и конце защищаемого элемента.

Дифференциальные защиты делятся на продольные и поперечные. В продольных дифзащитах токи сравниваются по концам защищаемого элемента (линии, трансформатора и др.), а в поперечных дифзащитах токи сравниваются в параллельных ветвях защищаемого элемента (параллельных линиях, параллельных ветвях обмотки статора генератора).

Продольная дифференциальная защита

Сравнение величин и направлений токов производится в реле, которое подключается к вторичным обмоткам одинаковых трансформаторов тока (ТА), установленных с обеих сторон защищаемого элемента и соединенных между собой проводами (рис. 15). Соединение выполняется таким образом, чтобы при КЗ К1 в реле протекала разность токов и,, а при КЗ К2.

Рис. 15. Принцип действия продольной дифзащиты:

а – КЗ вне зоны защиты; б – КЗ в зоне защиты.

Основное распространение в продольных дифференциальных защитах получила схема с циркулирующими токами. Существует также схема с уравновешенными ЭДС, но она не применяется, т.к. для её работы требуются специальные ТА, которые в нормальном режиме работают в режиме холостого хода.

Рассмотрим подключение реле и ТА в схеме с циркулирующими токами (см. рис. 15).

В нормальном режиме и при КЗ К1 (рис. 15, а) в реле протекает ток прии условии, что;(токовая погрешность ТА);, т.е. реле не работает.

При КЗ в зоне защиты (рис. 15, б) и реле работает, отключая защищаемый элемент с обеих сторон без выдержки времени. Продольная дифзащита - абсолютно селективная, она действует при КЗ только на своем участке, следовательно, её не нужно согласовывать по времени с защитами соседних элементов. Зона защиты охватывает участок сети, расположенный между трансформаторами тока.

Токовая погрешность та

В реальных системах для реальных ТА и при внешних КЗ и нормальных режимах. С учётом токовой погрешности, тогда

, (24)

где - токи намагничивания ТА.

При условии, что , по реле протекает ток

, (25)

называемый током небаланса.

Для того чтобы защита не работала при внешних КЗ, . При определенииучитывают следующие условия:

1. , где. Это первое условие, по которому рассчитываетсядифзащит. Токопределяется по максимальному току, протекающему через защиту при внешнем КЗ, когда трёхфазное КЗ возникает в конце линии;

2. . Это условие отстройки от броска тока намагничивания при включении (силовых трансформаторов) и отстройки от обрыва соединительных проводов защиты.

В расчёте из условий 1и 2выбирают наибольшее значение и его принимают за окончательное значение.

От величины зависит чувствительность защиты. Основные причины существованияи способы его снижения.

Наличие обусловлено:

1. неидентичностью ТА;

2. резко возрастает в первый момент КЗ, когдасостоит из периодической () и апериодической () составляющих. Токбыстро затухает и не отражает истинной картины КЗ. Новлияет на увеличениеТА, что увеличивает погрешность ТА;

3. на увеличение оказывает влияние остаточное намагничивание сердечников ТА.

Для снижения необходимо:

1. подбирать ТА с идентичными характеристиками намагничивания;

2. ТА должны иметь зону насыщения при большом значении (такому требованию удовлетворяют ТА классаD);

3. для выравнивания необходимо выравнивать нагрузки вторичных обмоток ТА, а также уменьшать величинулибо ограничивать вторичную ЭДС ТА путём увеличения;

4. производить отстройку от ,возникающего в первый момент КЗ (при ).

Один из способов отстройки состоит в замедлении действия защиты на время, в течение которого снижается практически до нуля, но это увеличивает время действия защиты.

Отстройка от в настоящее время производится с помощью специальных реле с быстронасыщающимися трансформаторами, а также реле, основанных на времяимпульсном принципе (реле ДЗТ-21).

Реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) -это реле РНТ-565 и реле ДЗТ-11,которое имеет дополнительно к БНТ ещё тормозные обмотки.

В БНТ отстройка от осуществляется за счёт выполнения сердечника БНТ из специальной стали с широкой петлей гистерезиса.

Т.к. изменяется незначительно (), в период временис, то и изменение магнитного потока () будет незначительным. За тоже время токизменяет своё значение от максимального до минимального значения, следовательно, изменение потокатоже будет максимально возможным. ЭДС во вторичной обмотке ТА определяется каки, следовательно, зависит от изменения, поэтому ток во вторичной обмотке БНТ зависит от.

Ток практически полностью тратится на насыщение стали и не трансформируется (упрощённо эффект отсекания апериодической составляющей тока объясняется тем, что, медленно изменяясь во времени, напоминает собой постоянный ток) во вторичную обмотку БНТ.

Применение БНТ позволяет при расчёте учитывать не полное значение, а лишь его периодическое значение. Это приводит к снижению, а значит, к увеличениюзащиты.

Ещё один способ увеличения дифзащит состоит в использовании магнитного торможения. Тормозная обмотка () реле включается таким образом, чтобы(момент тормозной обмотки) создавался больше(момент рабочей обмотки) при внешних КЗ (рис.

Рис. 16.Подключение реле с торможением и поведение защиты при внешних КЗ.

При внешних КЗ и отсюдаза счёт подбора числа виткови;- ток в тормозной обмотке,- ток в рабочей обмотке, в случае внешнего КЗ.

При КЗ в зоне защиты , а, т.е.ичто приводит к срабатыванию реле (рис. 17).

Рис. 17. Подключение реле с торможением и поведение защиты при КЗ в зоне защиты.

Применение торможения позволяет снизить , поскольку его можно не отстраивать отпри внешних КЗ.