7. Токовая направленная защита

7.1. Необходимость токовой направленной защиты

Направленной называется защита, действующая только при определенном направлении мощности КЗ. Необходимость токовой направленной защиты (ТНЗ) возникает в сетях с двусторонним питанием (рис. 7.1.1):

Рис. 7.1.1

При КЗ в точках К1 и К2 через защиту 5 проходит ток I_К1, I_К2 в различных направлениях (рис. 7.1.2)

Рис. 7.1.2

При КЗ в точке К1 мощность направлена от шин в линию, а при КЗ в точке К2 мощность направлена от линии к шинам. Направление мощности КЗ, проходящей по линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.

Простая токовая защита действует как при КЗ на защищаемой линии, так и при КЗ на других присоединениях, отходящих от шин подстанции, поэтому добиться селективной работы при КЗ в сетях с двусторонним питанием от МТЗ, как правило, невозможно.

При КЗ в точке К1 t₅<t₆ одновременно выполнить оба

При КЗ в точке К2 t₅>t₆ требования невозможно

Принципы выполнения селективной защиты в сетях с двусторонним питанием

1. Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линию.

2. Выдержки времени на защитах, работающих при одном направлении мощности (от G1 или G2), должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания:

t₂>t₄>t₆>t₈; t₁<t₃<t₅<t₇.

В схемы ТНЗ входят реле направления мощности, ниже подробно рассмотрены реле данного типа.

7.2. Индукционные реле направления мощности

7.2.1. 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. 7.2.1).

Рис. 7.2.1

Реле мощности имеет две обмотки (рис. 7.2.2). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения (U_P) и тока (I_P) подведенного к зажимам реле и угла _Р между ними.

Реле мощности должны обладать высокой чувствительностью и низкой мощностью срабатывания, так как при КЗ напряжение U_P уменьшается, следовательно, мощность, подводимая к реле, при этом очень мала.

Рис. 7.2.2

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

7.2.2. Конструкция и принцип действия

Принципиальная схема индукционного реле направления мощности представлена на рис. 7.2.3.

Подвижная система реле выполнена в виде цилиндрического ротора, на него действуют два магнитных потока:

Ф_Н – поляризующий магнитный поток;

Ф_Т – рабочий поток.

Рис. 7.2.3

На рисунке:

I_Н=U_P/Z_Н – ток, протекающий по поляризующей обмотке; (7.1)

 – угол внутреннего сдвига реле, определяется индуктивным и активным сопротивлениями поляризующей обмотки;

_Р – угол сдвига по фазе между током и напряжением, подведенными к обмоткам реле, зависит от внешних параметров сети;

 – угол между токами, протекающими по обмоткам реле, =–_Р . (7.2)

Взаимодействие вихревых токов цилиндрического ротора с магнитными потоками создает электромагнитный момент М_Э:

М_Э=kФ_НФ_Тsin, (7.3)

Ф_НI_НU_P, Ф_ТI_P, =–_Р,

М_Э=k₁U_PI_Psin(–_Р)=k₁S_P, (7.4)

где S_P= U_PI_Psin(–_Р) – мощность, подведенная к реле.

Электромагнитный момент М_Э положителен, когда =–_Р – в пределах от 0 до 180. Момент М_Э отрицателен, когда  –от 180 до 360. При –_Р=90 – М_Э максимален. Угол , при котором М_Э максимален, обозначается _М.Ч. – угол максимальной чувствительности,

_М.Ч.=–90. (7.5)