Лекция 4. ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА

План

4.1Назначение, принцип действия, область применения

4.2Общие сведения

4.3Требования к схемам включения

4.1Назначение, принцип действия, область применения

Направленной называется РЗ, действующая только при определенном направлении (знаке) мощности КЗ SK. Необходимость в применении направленных РЗ возникает в сетях с двусторонним питанием и в кольцевых сетях с одним источником питания. При двустороннем питании места КЗ для ликвидации повреждения РЗ должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП.

Рисунок 4.1 – Схема сети с двусторонним питанием и размещение РЗ в этих сетях

Принципы выполнения селективной РЗ в сетях с двусторонним питанием:

1)защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой ЛЭП и действовать на отключение при появлении тока КЗ, если мощность направлена от шин в линию;

2)выдержки времени на РЗ, работающих при одном направлении мощности (от генератора А или генератора В), должны согласовываться по ступенчатому принципу, нарастая

28

по направлению к источнику питания: у РЗ, действующих от тока источника А, выдержка времени t6<t4<t2; у РЗ, действующих от тока источника В, t3<t5<t7.

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональная) схема НТЗ состоит из трех основных элементов (органов): два пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW (органы направления мощности – OHM), которые срабатывают при направлении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KW выдают сигнал, блокирующий действие РЗ; логической схемы (органы логики), которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании органа тока, OHM формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на ЭО выключателя и производит его отключение. Пусковое реле тока КА включают на ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РИМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение. Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

Рисунок 4.2 – Структурная схема направленной МТЗ

При КЗ на защищаемой ЛЭП Sp положительно (+Sр), и РНМ разрешает НТЗ действовать на отключение.

29

При КЗ на защищаемой ЛЭП W1 или на следующем за ней участке W2 реле КА и KW, приходя в действие, подают сигналы на вход И. На выходе элемента И появляется сигнал, который приводит в действие КТ. Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал, действующий на исполнительный элемент KL, подающий команду на отключение выключателя. При КЗ на других присоединениях данной подстанции КА срабатывает, если Iк > Iс.з, но так как KW не работает, элемент И, а следовательно, и НТЗ в целом не действуют.

Анализируя действия НТЗ, установленных в кольцевой сети, следует иметь в виду возможную каскадность ее действия, т.е. последовательное срабатывание РЗ и отключение выключателей, установленных по концам защищаемой ЛЭП.

4.2 Общие сведения

Реле направления мощности используется в схемах защит как орган, определяющий по направлению мощности, где произошло повреждение на защищаемой линии (К1) или на других присоединениях, отходящих от шин подстанции (К2) (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Принцип действия реле направления мощности

Реле мощности имеет две обмотки. Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения (UP) и тока (IP)

подведенного к зажимам реле и угла ϕР между ними.

Реле мощности должны обладать высокой чувствительностью и низкой мощностью срабатывания, так как

30

при КЗ напряжение UP уменьшается, следовательно, мощность, подводимая к реле, при этом очень мала.

Рисунок 4.4 – Схема включения

Мощность срабатывания SCP – мощность, при которой реле замыкает свои контакты.

4.3 Требования к схемам включения

Реле KW включается, как правило, на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения, питающего реле, называемое схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений и чтобы к нему подводилась наибольшая мощность SР:

где α – угол внутреннего сдвига реле.

Мощность SP может быть недостаточна для действия реле, при КЗ близких к месту установки реле снижается напряжение

UP или при неблагоприятном значении угла ϕР – sin(α – ϕР) ≈ 0. Отсюда вытекают следующие требования к схемам включения 1. Реле должно включаться на такое напряжение, которое

при близких КЗ не снижается до нуля.

31

2. UP и IP, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними ϕР в условиях КЗ не достигал значений, при которых SP на зажимах реле ≈ 0.

В современных схемах ТНЗ применяется включение реле направления мощности по так называемым 90° и иногда 30° схемам. Названия схем условны – их именуют по углам ϕР между UP и IP в симметричном трехфазном режиме при условии, что угол сдвига фаз между фазными током и напряжением равен нулю: IA UA = 0 (чисто активная нагрузка).

Исследования показали, что 90° схема оказывается наиболее выгодной для реле направления мощности с углом α

от 30° до 60°, оптимальные условия имеют место при α =45°. Выводы по схеме:

1.Знак момента реле при всех видах КЗ в зоне положителен, а вне зоны – отрицателен.

2.Величина электромагнитного момента МЭ в диапазоне

возможных изменений угла ϕP остается значительной и достаточной для действия реле.

3. Напряжение UP при симметричных КЗ имеет максимально возможное значение, обеспечивающие минимальную величину мертвой зоны (при близких КЗ UP=0 – реле не срабатывает).

Недостаток 90° схемы возможность неправильной работы однофазных реле направления мощности KW при КЗ за

силовым трансформатором с соединением обмоток Y/∆. (Чисто теоретическая возможность: КЗ должно произойти через дугу с большим сопротивлением, на практике подобные происшествия не зафиксированы.) Трехфазные реле в подобных случаях должны действовать правильно.

90° схема считается лучшей и рекомендуется как типовая для реле направления мощности KW смешанного типа.

Используется, в основном, для реле косинусного типа. Реле, включенные по такой схеме, ведут себя правильно при

всех видах КЗ. Недостаток аналогичен реле, включенным по 90° схеме: – возможность отказа при КЗ за трансформатором Y/∆.

32

Мертвая зона – участок линии при КЗ, в пределах которого реле направления мощности не работает из–за того, что мощность на её зажимах оказывается меньше мощности срабатывания.

По правилам устройства электроустановок (ПУЭ) при расчете уставок токовой направленной защиты должна быть рассчитана протяженность мертвой зоны.

Контрольные вопросы

1.Назначение, принцип действия и область применения токовых направленных защит.

2.Принцип действия индукционного реле направления мощности.

3.Три типа реле направления мощности их особенности и область применения.

4.Схемы включения реле направления мощности. <Мертвая> зона реле.

5.Основные характеристики реле направления мощности.

6.Выбор уставок токовой направленной защиты.

33