86

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ

Назначение. Диф.защ. применяется в качестве основной для защиты линий, трансформаторов, автотрансформаторов, шин, двигателей, генераторов. На линиях, отходящих от шин ЭС или п/ст для отключения к.з. по всей длине линии без выдержки времени. Диф.защ. – защита с абсолютной селективностью.

Принцип действия продольной диф.защиты.

Основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

Таким образом, сравнивая величину и фазу токов I_I и I_II , можно определить, где произошло к.з. – на защищаемой линии или за ее пределами.

П о концам линии устанавливают трансформаторы тока ТА1 и ТА2 с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмотки ТТ соединяются при помощи соединительного кабеля. Они подключаются к дифференциальному реле КА таким образом, чтобы при внешних к.з. ток в реле был равен разности токов в начале и в конце линии, а при к.з. на линии – их сумме.

П ри к.з. вне защищаемой линии (или в нормальном режиме) первичные токи равны и направлены в одну сторону. При равенстве коэффициентов трансформации и отсутствии погрешностей трансформаторов тока ток в реле равен нулю и реле не работает.

По принципу действия дифференциальная защита не реагирует на внешние к.з., токи нагрузки и качания. Поэтому она выполняется без выдержки времени и не отстраивается от токов нагрузки и качаний.

В действительности трансформаторы тока работают с погрешностью, и вторичные токи отличаются по величине и фазе, а в реле протекает ток небаланса.

Для обеспечения селективной работы защиты при внешних к.з. ее ток срабатывания должен превышать максимальное значение тока небаланса

I_С,З, > I_{НБ.макс}

При к.з. на защищаемой линии токи к.з. в первичной цепи направлены к месту к.з. . По сравнению с внешним к.з. направление одного из первичных токов изменяется на противоположное.

Ток в реле равен сумме вторичных токов ТА. Под действием этого тока реле срабатывает.

Диф.защита реагирует на полный ток к.з. в месте повреждения. Поэтому в сети с двусторонним питанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые защиты, которые реагируют на ток, проходящий по одному концу линии.

Зона действия защиты – участок линии между трансформаторами тока в начале и в конце линии.

Токи небаланса в дифференциальной защите.

Ток срабатывания защиты зависит от тока небаланса, поэтому необходим его правильный учет.

Ток небаланса через вторичные токи с учетом погрешности:

,

При внешнем к.з. , поэтому

Погрешность ТА вызвана наличием тока намагничивания. Ток небаланса равен разности токов намагничивания. Поэтому для снижения тока небаланса необходимо выравнивать токи намагничивания по величине и фазе.

Ток намагничивания зависит от магнитной индукции, которая в свою очередь пропорциональна э.д.с.

Из характеристик видно, что ток небаланса будет равен нулю при полном совпадении характеристик.

Ток небаланса увеличивается при возрастании магнитной индукции, которая растет с увеличением первичного тока и вторичной нагрузки. Кроме того, ток небаланса резко возрастает при насыщении трансформаторов тока.

Для предотвращения насыщения ТА:

1. Применяют ТА класса Д, которые насыщаются при значительно больших кратностях, чем ТА класса 0,5.

2. Снижают магнитную индукцию. Для этого снижают вторичную э.д.с. Е_В путем увеличения коэффициента трансформации К_ТА и снижения его вторичной нагрузки Z_H (путем замены материала или увеличения сечения соединительных проводов).

.

Токи намагничивания и токи небаланса резко возрастают в первый момент к.з. Из-за плохой трансформации во вторичную цепь апериодической составляющей тока к.з. значительная часть этой составляющей идет на намагничивание сердечника. Трансформатор насыщается, что приводит к ухудшению условий трансформации периодической составляющей и увеличению ее доли, которая идет на намагничивание.

Принципы выполнения продольной диф.Защиты линий

1. ТА находятся на значительном расстоянии друг от друга, а поэтому соединительные провода имеют большое сопротивление. Для снижения нагрузки на ТА применяют промежуточные ТА, которые уменьшают ток в соединительных проводах.

2. Для отключения выключателей на обоих концах защищаемой линии устанавливают два дифференциальных реле – одно в начале, а другое в конце линии.

Установка второго реле приводит к снижению тока в реле, а, следовательно, - снижению чувствительности защиты.

3. Для отстройки от токов небаланса применяют диф.реле с торможением.

Реле имеет:

- стальной якорь в виде коромысла;

- рабочий электромагнит Р;

- тормозной электромагнит Т.

Момент от тока в рабочей обмотке действует на замыкание контактов:

Момент от тока в тормозной обмотке действует на размыкание контактов:

Момент пружины М_П противодействует замыканию контактов.

Условие начала работы реле:

Отсюда видно, что ток срабатывания реле тем больше, чем больше ток в тормозной обмотке.

Зависимость изображается в виде прямой 1, ее наклон зависит от коэффициента торможения К_Т, который в свою очередь в основном зависит от соотношения количества витков в рабочей и тормозной обмотках.

Схема включения реле с торможением.

При внешнем к.з. в рабочей обмотке появляется ток небаланса (может привести к срабатыванию реле и неселективному действию защиты), а в тормозной – ток к.з., который загрубляет защиту (увеличивает ток срабатывания защиты) и она не действует.

При к.з. на защищаемой линии (в зоне) в рабочей и тормозной обмотках проходит ток к.з. Соотношение числа витков в рабочей и тормозной обмотках подбирается таким, чтобы в этом случае рабочий момент превышал тормозной. Поэтому реле срабатывает.

Применение реле с торможением повышает чувствительность защиты к к.з. в зоне. На графике: 2 – характеристика реле с торможением; 3 – характеристика простого токового реле; 4 – ток, протекающий в рабочей обмотке или в простом токов реле при к.з. в зоне действия.

.

4. Для уменьшения числа реле и соединительных проводов диф.реле включаются через фильтры симметричных составляющих или суммирующие трансформаторы.

Достоинства диф.защиты линий

1. Простота

2. Надежность

3. Действует без выдержки времени при к.з. в любой точке линии.

4. Не реагирует на качания и перегрузки.

Недостатки диф.защиты линий

1. Высокая стоимость соединительного кабеля

2. Возможность ложной работы при повреждении соединительных проводов.

Защита применяется на линиях 110-220 кВ длиной до 10-15 км.

ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ

Применяется на параллельных линиях с одинаковым сопротивлением. Основана на сравнении величин и фаз токов, протекающих по каждой линии.

Нарушение равенства токов в параллельных линиях по величине или фазе является признаком повреждения одной из них.