Рис. 4.5. 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. 4.5).
В нормальном режиме и при КЗ К1 (рис. 4.5, а) в реле протекает ток
при I1 = I2 и условии, что nт1 = nт2 = nт ; fi =0 (токовая погрешность ТА);
реле не работает.
При КЗ в зоне защиты (рис. 15, б) Iр = I ' +I " >0 и реле работает,
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 ТТ в схемах дифференциальной защиты
В реальных системах для реальных ТТ fi ≠ 0 и при внешних КЗ и
нормальных режимах. С учётом токовой погрешности I ' = I1 −Iнам.1 , тогда
nт
16
I |
|
= |
I1 −Iнам.1 |
− |
I2 |
−Iнам.2 |
= |
I1 −I2 |
− |
Iнам.1 −Iнам.2 |
, |
|
(4.14) |
||
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
nт |
nт |
|
nт |
|
nт |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где Iнам.1 , Iнам.2 - токи намагничивания ТА. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
При условии, что I1 = I2 , по реле протекает ток |
|
|
||||||||||
I |
|
= −Iнам.1 + Iнам.2 |
= |
Iнеб. |
|
, |
|
|
|
|
|
(4.15) |
|||
р |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
nт |
|
nт |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
называемый током небаланса. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Для того |
чтобы защита не работала при внешних КЗ, |
I сз |
> Iнеб. . При |
|||||||||
определении I сз |
учитывают следующие условия: |
|
|
||||||||||||
|
|
|
1. I сз = kнIнеб.max , |
где |
kн =1,2 ÷1,3 . |
Это первое условие, |
по |
которому |
|||||||
рассчитывается I сз дифзащит. Ток Iнеб.max определяется по максимальному току,
протекающему через защиту при внешнем КЗ, когда трёхфазное КЗ возникает в конце линии;
2. I сз = kнIном. . Это условие отстройки от броска тока намагничивания при включении (силовых трансформаторов) и отстройки от обрыва соединительных проводов защиты.
В расчёте из условий 1 и 2 выбирают наибольшее значение и его принимают за окончательное значение I сз .
От величины Iнеб. зависит чувствительность защиты. Основные причины существования Iнеб. и способы его снижения.
Наличие Iнеб. обусловлено:
1.Неидентичностью ТТ;
2.Iнеб. резко возрастает в первый момент КЗ, когда Iкз состоит из
периодической ( Iп ) и апериодической ( Iа ) составляющих. Ток Iа быстро затухает и не отражает истинной картины КЗ. Но Iа влияет на увеличение Iнам. ТТ, что увеличивает погрешность ТТ;
3. На увеличение Iнеб. оказывает влияние остаточное намагничивание сердечников ТТ.
17
Для снижения Iнеб. необходимо:
1)подбирать ТТ с идентичными характеристиками намагничивания;
2)ТА должны иметь зону насыщения при большом значении Iкз (такому
требованию удовлетворяют ТТ класса D); |
|
|
||
3) для |
выравнивания |
Iнам.I и Iнам.II |
необходимо выравнивать |
нагрузки |
вторичных |
обмоток ТА zнагр.1 |
= zнагр.2 , а |
также уменьшать величину |
zнагр. либо |
ограничивать вторичную ЭДС E2 ТА путём увеличения nт ;
4) производить отстройку от Iа , возникающего в первый момент КЗ (при t ≈ 0 ).
Один из способов отстройки состоит в замедлении действия защиты на время, в течение которого Iа снижается практически до нуля, но это увеличивает время действия защиты.
Отстройка от Iа 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
иреле ДЗТ-11, которое имеет дополнительно к БНТ ещё тормозные обмотки.
ВБНТ отстройка от Iа осуществляется за счёт выполнения сердечника БНТ
из специальной стали с широкой петлей гистерезиса.
Т.к. Iа изменяется незначительно ( ∆Iа ), в период времени t = 0 ÷0,01 с, то и изменение магнитного потока ( ∆Фа ) будет незначительным. За тоже время ток Iп
изменяет своё значение от максимального до минимального значения, следовательно, изменение потока ∆Фп тоже будет максимально возможным. ЭДС
во вторичной обмотке ТА определяется как e2 = −ddtФ и, следовательно, зависит от
изменения ∆Фп , поэтому ток во вторичной обмотке БНТ зависит от Iп .
Ток Iа практически полностью тратится на насыщение стали и не трансформируется (упрощённо эффект отсекания апериодической составляющей
18
тока объясняется тем, что Iа , медленно изменяясь во времени, напоминает собой постоянный ток) во вторичную обмотку БНТ.
Применение БНТ позволяет при расчёте Iсз учитывать не полное значение Iкз ,
а лишь его периодическое значение. Это приводит к снижению Iсз , а значит, к
увеличению kч защиты.
Ещё один способ увеличения kч дифзащит состоит в использовании магнитного торможения. Тормозная обмотка (Wт ) реле включается таким образом,
чтобы µт (момент тормозной обмотки) создавался больше µр (момент рабочей обмотки) при внешних КЗ (рис.
Рис. 4.6. Подключение реле с торможением и поведение защиты при внешних КЗ.
При внешних КЗ Iт > Iраб. и отсюда µт > µр за счёт подбора числа витков Wт и
Wр ; Iт - ток в тормозной обмотке, Iраб. - ток в рабочей обмотке, в случае внешнего КЗ Iраб. = I ' −I " .
При КЗ в зоне защиты Iраб. = I ' + I " , а Iт > I ' , т.е. Iраб. > Iт и µр > µт что приводит к срабатыванию реле (рис. 17).
Рис. 4.7. Подключение реле с торможением и поведение защиты при КЗ в зоне защиты.
Применение торможения позволяет снизить Iсз , поскольку его можно не
отстраивать от Iнеб. при внешних КЗ.
19