Продольная дифференциальная защита линий. Дифференциальная защита линии

12. Дифференциальная защита линий

На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени (t = 0). В этих случаях используются защиты, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой протяженности.

К защитам такого типа относятся дифференциальные защиты. Они обеспечивают мгновенное отключение к. з. в любой точке защищаемого участка и обладают селективностью при к. з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.).

Дифференциальные защиты подразделяются на:

Продольные – служат для защиты как одинарных, так и параллельных линий
Поперечные – служат для защиты только параллельных линий

12. Дифференциальная защита линий

Принцип действия продольной дифференциальной защиты

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

Имеются две принципиально различные схемы дифференциальных защит с циркулирующими токами и уравновешенными напряжениями.

При к.з. вне защищаемой линии ток в реле равен:

За счет погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса:

При к.з. на защищаемой линии ток в реле равен:

Схема дифференциальных защит с уравновешенными напряжениями.

При внешних к.з. ток в реле равен:

В схемах дифференциальных защит оба принцип нашли широкое применение.

12. Дифференциальная защита линий

Токи небаланса в дифференциальной защите

В схеме защиты с циркулирующими токами ток небаланса равен:

Выразив вторичные токи через первичные с учетом погрешности ТТ, получим:

Так как при внешнем к.з. , то:

Ток Iнб особенно возрастает при насыщении трансформаторов тока, так как при этом резко усиливается различие в токах намагничивания трансформаторов тока. Поэтому, помимо, обеспечения наибольшей идентичности характеристик намагничивания, стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего к. з. магнитопроводы трансформаторов тока не насыщались.

Для выполнения этого условия используются следующие пути:

1.Применяются трансформаторы тока, насыщающиеся при возможно больших кратностях тока к. з. и вторичной нагрузки zн.

2.Принимаются меры для ограничения величины вторичной э.д.с., от которой зависит значение магнитной индукции.

Кроме того, для выравнивания токов IIнам и IIIнам необходимо выравнивать нагрузку вторичных обмоток трансформаторов тока, т. е. обеспечивать условие z1н = zIIн.

Схема замещения ТТ и распределение периодической и апериодической оставляющих тока к.з. между ветвями намагничивания и вторичной обмотки (а) и кривые тока намагничивания и его составляющих (б)

Ток небаланса в реле при внешних к.з.

а – ток к.з.

б – ток небаланса

в – разложение на периодическую и

апериодическую составляющие

12. Дифференциальная защита линий

Общие принципы выполнения продольной дифференциальной защиты линий

В основе всех разнообразных схем и конструкций дифференциальных защит лежат некоторые общие принципы, обусловленные особенностями условий работы этих защит на линиях.

Рассмотрим основные из них.

1. В дифференциальных защитах линий трансформаторы тока, соединяемые в дифференциальную схему, находятся на значительном расстоянии. Соединительные провода между ними имеют большое сопротивление и во много раз превышают допустимые пределы нагрузки самых мощных современных трансформаторов, тока.

Мощность, отдаваемая трансформатором тока в нагрузку.

Указанный способ снижения нагрузки соединительных проводов используется во всех дифференциальных защитах линий.

2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключение выключателей на обоих концах защищаемой линии.

Введение в схему второго, параллельно включенного реле вносит следующие изменения в условия работы защиты по схеме с циркуляцией токов:

а) Ток, поступающий от трансформаторов тока Т1 и ТII, распределяется между ближним и дальним реле обратно пропорционально сопротивлениям их цепей.

б) При к.з. в зоне в схеме с одним реле в последнее поступает сумма вторичных токов ТТ, а в схеме в двумя реле в каждое из них попадает только часть вторичного тока от первого и второго ТТ.

3. Токи небаланса в дифференциальных защитах линии при сквозных к. з. могут достигать значительных величин не только в переходных режимах, но и в установившихся. Повышенное значение токов небаланса может обусловливаться большими кратностями токов внешнего к. з., вынужденной разнотипностью трансформаторов тока по концам линии, их значительной загрузкой, сопротивлением соединительных проводов и появлением I´нб.

Условие срабатывания реле можно выразить уравнением:

4. Во всех рассмотренных схемах подразумевалась установка реле на трех фазах в тех случаях, когда защита должна реагировать на все виды к. з. Для выполнения таких схем необходимо шесть дифференциальных реле и не менее четырех соединительных проводов.

В нормальном режиме и при внешних к. з. по соединительным жилам, цепям промежуточного и изолирующего трансформаторов и тормозным обмоткам реле циркулирует ток, пропорциональный первичному току линии, а в рабочих обмотках проходит ток небаланса

При к. з. на линии токи в рабочих обмотках суммируются, и хотя в тормозных обмотках реле протекает ток к. з., защита срабатывает, так как действие рабочей обмотки превосходит противодействие тормозной обмотки реле. В соединительных проводах А и В проходит небольшой ток, равный разности токов II — III.

studfiles.net

Продольная дифференциальная защита линий

Продольная дифференциальная защита линий применяется в тех случаях, когда требуется высокое быстродействие и абсолютная селективность при КЗ в любой точке линии. Продольной дифференциальной защитой называют защиту, в измерительном органе которой непосредственно сравниваются электрические данные, собранные со всех концов защищаемого элемента. Для протяженных элементов (ЛЭП) в зависимости от их длины применяют кабельные линии связи (до 15 км) или высокочастотные каналы связи.

На рис. 11.3.2 показан принцип действия продольной дифференциальной защиты линий. Трансформаторы тока, установленные по концам защищаемой линии включаются между собой через линию связи и токовое дифференциальное реле КА, включенное на разность токов. При нагрузке или внешнем КЗ в точке К1 токи I1 и I2через реле равны по величине и направлены встречно. В этом случае без учета погрешностей ТТ результирующий ток в реле:

Iр= I1 - I2 =0

и защита не работает.

При КЗ в зоне действия (между ТТ) ток I2 меняет свое направление (или будет равен нулю при одностороннем питании). Результирующий ток в реле равен сумме токов:

Iр= I1 + I2

и, если его величина превысит порог срабатывания реле, то защита сработает и отключит линию с обеих сторон.

Рис. 13.2. Принцип действия продольной дифференциальной защиты линий. Пунктирной линией показано направление токов при внешнем КЗ (точка К1), сплошной – при КЗ в зоне действия дифференциальной защиты.

На схеме рис.13.2 показана однолинейная схема линии связи с одной парой проводов. Для передачи сигналов трехфазной сети потребуется минимум 4 провода. Сопротивление проводов линии связи оказывается намного больше допустимого для ТТ по условию 10% погрешности. Поэтому ДЗЛ, например типа ДЗЛ-2, намного сложней.

В реальных схемах ТТ имеют погрешности по величине и по фазе из-за неидентичности характеристик намагничивания ТТ. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи I1 и I2при нормальной работе и внешних КЗ не одинаковы по величине и по фазе и в реле появляется ток небаланса Iнб. Для исключения ложной работы ДЗЛ ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса:

Iср= Кзап Iнб макс расч,

где Кзап=1.3, учитываетнеидентичность характеристик намагничивания ТТ.

При определении Iнб макс расч исходят из того, что ТТ в схеме выбраны так, что полная погрешность ε не превышает 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности К10.

Определение Iнб макс расч производят по выражению:

Iнб макс расч= ε Капер К одн IКЗ внеш макс/100 КI,

где: Капер = 2 учитывает наличие апериодической составляющей в токе КЗ;

К одн = 0.5-1.0 – коэффициент однотипности ТТ

КI - коэффициент трансформации ТТ.

Чувствительность защиты определяется минимальным током в измерительном органе при КЗ в защищаемой зоне:

Кч = I(2) мин /Iсз ≥ 2,

где I(2) мин – минимальный ток КЗ при повреждении в защищаемой ДЗЛ зоне.

В случае, если измерительных органов два (по одному на каждой подстанции), то значение тока I(2)минделят на два.

Чувствительность защиты, как правило, оказывается недостаточной. Поэтому в реальных защитах применяют измерительные органы, представляющие собой реле с быстронасыщающимися трансформаторами и тормозными обмотками.

Оценка ДЗЛ.ДЗЛ не требует отстройки по токуи по времениот защит смежных участков, не реагирует на качания, обеспечивает селективное отключение поврежденного участка любой конфигурации.

Для участков небольшой длины ДЗЛ получается простой, надежной и чувствительной. С увеличением длины защищаемой зоны ДЗЛ приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на надежность ее работы длинных вспомогательных каналов проводных или оптоволоконных связи.

При обрыве провода в линии связи ДЗЛ ложно срабатывает от тока нагрузки или внешнего КЗ. Поэтому для контроля исправности линии по проводам пропускается постоянный ток и в случае его исчезновения при обрыве провода ДЗЛ автоматически блокируется.

Очевидно, что иметь только одну дифференциальную защиту по условию надежности недостаточно. Это еще объясняется и тем, что дифференциальная защита не может резервировать защиты смежных линий или шин подстанции. Поэтому наряду с основной дифференциальной защитой обязательно предусматривается установка резервной защиты с относительной селективностью, например, МТЗ или дистанционной защиты.

Защита типа ДЗЛ и аналогичные ей цифровые продольные дифференциальные защиты применяются на коротких линиях 110-220 кВ длиной до 15-20 км.

Дифференциальные токовые защиты линий

Часто, по условиям устойчивости требуется обеспечить быстрое отключение к.з. на линии в пределах всей защищаемой зоны. Это требование невозможно выполнить с помощью рассмотренных ранее защит с относительной селективностью (ТО, МТЗ, дистанционных защит). В этих случаях необходимо использовать защиты с абсолютной селективностью, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии. К таким защитам относятся дифференциальные токовые защиты, которые обеспечивают практически мгновенное отключение к.з. в любой точке защищаемого участка и не срабатывают (обладают селективностью) при к.з. за пределами защищаемой линии (при внешних к.з.).

Дифференциальные токовые защиты подразделяются на продольные и поперечные.

Последние (поперечные дифференциальные защиты) используются только для защиты параллельных линий.

К защитам с абсолютной селективностью относятся также дифференциально-фазные высокочастотные защиты, которые нашли широкое применение в качестве основных защит линий в сетях напряжением 110-750 кВ.

Продольные дифференциальные защиты.

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.

Очевидно, что при внешнем к.з. токи по концам защищаемой линии направлены в одну сторону и равны по величине, а при к.з. на линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны по величине (рис. 6‑1). Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рис.6-1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются при помощи соединительных проводов и подключаются к дифференциальному реле таким образом, чтобы при внешних к.з. ток в реле был равен разности токов в начале и конце защищаемой линии, а при к.з. на линии – их сумме.

На рис. 6-2 представлена схема продольной дифференциальной защиты линии с циркулирующими токами.

В этой схеме при прохождении по защищаемой линии сквозного тока (нагрузки или внешнего к.з.) по соединительным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току трансформаторов тока:

. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. токи в соединительных проводах имели одинаковое направление, а ток в реле был равен разности вторичных токов трансформаторов тока:

При равенстве коэффициентов трансформации ТТ1 и ТТ2:

Таким образом, при прохождении по защищаемой линии сквозного тока нагрузки или внешнего к.з. ток в реле продольной дифференциальной защиты отсутствует и, следовательно, дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Поэтому защита не требует выдержки времени, т.е. является селективной по своему принципу действия.

Однако, из-за имеющихся погрешностей трансформаторов тока в реле будет проходить ток небаланса:

Для того, чтобы дифференциальная защита не срабатывала ложно от токов небаланса, ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока небаланса при внешних к.з.

где:
Кн	-	коэффициент надёжности, больший единицы;
Iнб.макс.	-	максимальное значение тока небаланса при внешнем к.з.

При к.з. на защищаемой линии в условиях одностороннего питания (рис. 6-2, б) от подстанции А ток к.з. проходит только через трансформаторы тока ТТ-1.

Вторичный ток , разветвляется по 2-м направлениям: в сторону обмотки релеТ и в сторону вторичной обмотки ТТ2. Однако, поскольку сопротивление вторичной обмотки ТТ находящегося в режиме холостого хода во много раз больше сопротивления обмотки реле, то практически весь ток I1 замыкается через реле:

т.е. в реле проходит полный ток к.з., дифференциальная защита срабатывает и производит отключение поврежденной линии.

При к.з. на линии с двухсторонним питанием (рис. 6-2, в) первичные токи I1к.з. и III к.з. по концам защищаемой линии направлены к месту к.з. от шин подстанций в линию. При этом направление первичного тока на одном из концов линии меняет направление на противоположное по сравнению с режимом внешнего к.з. (рис. 6-2, а). В этом случае ток в обмотке реле Т суммируется:

Таким образом, и в случае двухстороннего питания в реле дифференциальной защиты проходит полный ток к.з., приходящий к месту к.з., следовательно, дифференциальная защита, реагируя на полный ток к.з., обладает необходимой чувствительностью.

Коэффициент чувствительности продольной дифференциальной защиты определяется по формуле:

где:
Iк.з. мин	-	минимальное значение тока к.з. при к.з. на защищаемой линии;
Iс.з.	-	ток срабатывания дифференциальной защиты.

Участок, ограниченный трансформаторами тока, называется зоной действия продольной дифференциальной защиты.

Рис. 6-2. Прохождение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами:

а) при к.з. вне зоны защиты;

б) при к.з. в зоне защиты при одностороннем питании;

в) при к.з. в зоне защиты при двухстороннем питании.

Одна из особенностей продольной дифференциальной защиты линий состоит в том, что для отключения линии с 2-х сторон необходимо включать в токовые цепи защиты два реле с обоих концов защищаемой линии (рис. 6-3).

Рис. 6-3. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линий (установка 2-х реле по концам защищаемой линии).

Применение 2-х реле приводит к снижению чувствительности защиты, т.к. в каждом реле проходит только часть полного тока к.з. Кроме того, из-за большой протяженности соединительных проводов нагрузка на трансформаторы тока достаточно велика, что также является недостатком защиты.

В нашей стране промышленностью выпускается и используется для защиты линий длиной до 10-12 км продольная дифференциальная защита типа ДЗЛ.

Дифференциальная защита может быть выполнена по другой схеме – на равновесии напряжений. В этом случае вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. их э.д.с. были направлены встречно, а реле включаются последовательно в цепь соединительных проводов (рис. 6-4).

Рис.6-4. Принцип действия продольной дифференциальной защиты на равновесии напряжений:

а) при внешних к.з.

б) при к.з. на защищаемой линии.

В схеме дифференциальной защиты на равновесии напряжений при внешних к.з., а также при прохождении токов нагрузки вторичные э.д.с. ТТ равны и совпадают по фазе и т.к. токи по концам защищаемой линии равны и равны коэффициенты трансформации ТТ, то ток в реле:

где:
Z	-	полное сопротивление контура «трансформаторы тока – реле».

Из-за погрешностей ТТ появляется э.д.с. небаланса и в реле появляется ток небалансаIнб и ток срабатывания защиты необходимо отстраивать от тока небаланса при внешних к.з.

При к.з. в зоне защиты вторичные э.д.с. и складываются и вызывают появление тока в реле под действием, которого защита срабатывает.

Однако, в нашей стране наибольшее распространение получила схема дифференциальной защиты основанная на принципе циркуляции токов.

Выводы:

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.
Продольная дифференциальная защита не требует замедления на срабатывание, т.е. является селективной по своему принципу действия.
Продольная дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты линий небольшой протяжённости, а также в качестве основной защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и сборных шин распределительных устройств напряжением 6–500 кВ.

studfiles.net

принцип действия, устройство, схема. Дифференциальная защита трансформатора. Продольная дифференциальная защита линий

В статье вы узнаете о том, что такое дифференциальная защита, как она работает, какими положительными качествами обладает. Также будет рассказано о том, какие имеются недостатки у дифзащиты линий электропередач. Также вы ознакомитесь с практическими схемами защиты устройств и линий электропередач.

Дифференциальный тип защиты на данный момент считается самым распространенным и быстродействующим. Он способен обезопасить систему от межфазных замыканий. А в тех системах, в которых используется глухозаземленная нейтраль, он может без труда предотвратить возникновение однофазных КЗ. Дифференциальный тип защиты применяется для того, чтобы обезопасить линии электропередач, электродвигатели повышенной мощности, трансформаторы, генераторы.

Всего имеется два типа дифзащиты:

С напряжениями, уравновешивающими друг друга.
С циркулирующим током.

В этой статье будут рассмотрены оба этих типа дифзащиты, чтобы узнать как можно больше о них.

Дифзащита с использованием циркулирующих токов

Принцип заключается в том, что сравниваются токи. А если быть точнее, то происходит сравнение параметров в начале элемента, защита которого осуществляется, а также в конце. Используется данная схема при осуществлении продольного типа и поперечного. Первые используются для обеспечения безопасности одиночной линии электропередачи, электромоторов, трансформаторов, генераторов. Продольная дифференциальная защита линий очень распространена в современной электроэнергетике. Второй тип дифзащиты применяется при использовании линий электропередач, функционирующих параллельно.

Продольная дифференциальная защита линий и устройств

Чтобы осуществить защиту продольного типа, необходимо с обоих концов установить одинаковые трансформаторы тока. Их вторичные обмотки должны быть соединены друг с другом последовательно при помощи дополнительных электропроводов, которыми необходимо подключать токовые реле. Причем эти токовые реле необходимо соединять со вторичными обмотками параллельно. При нормальных условиях, а также при наличии внешнего короткого замыкания в обеих первичных обмотках трансформаторов будет протекать одинаковый ток, который окажется равным как по фазе, так и по величине. По обмотке электромагнитного тока реле будет протекать немного меньшее его значение. Вычислить его можно по простой формуле:

Ir=I1-I2.

Предположим, что токовые зависимости трансформаторов будут полностью совпадать. Следовательно, вышеупомянутая разность значений токов близко или равна нулю. Другими словами, Ir=0, а защита в это время не работает. Во вспомогательной электропроводке, которая соединяет вторичные обмотки трансформаторов, происходит циркуляция тока.

Схема продольного типа дифференциальной защиты

Такая схема дифференциальной защиты позволяет получить по величине равные значения токов, которые протекают по вторичной цепи трансформаторов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что эту схему защиты назвали так из-за принципа действия. При этом в зону защиты попадает тот участок, который находится непосредственно между токовыми трансформаторами. В том случае, если имеется короткое замыкание, в зоне защиты при питании с одной стороны от трансформатора по обмотке электромагнитного реле протекает ток I1. Направляется он во вторичную цепь трансформатора, который установлен на другой стороне линии. Необходимо обратить внимание на то, что во вторичной обмотке очень большое сопротивление. Следовательно, ток практически не протекает через нее. По такому принципу работает дифференциальная защита шин, генераторов, трансформаторов. В том случае, когда I1 окажется равным или большим, нежели Ir, начинает срабатывать защита, производя размыкания контактной группы выключателей.

Короткое замыкание и защита цепи

В случае короткого замыкания внутри защищенной зоны, с обеих сторон через электромагнитное реле протекает ток, равный сумме токов каждой обмотки. В этом случае также включается защита, размыкая контакты выключателей. Все вышеизложенные примеры предполагают, что все технические параметры трансформаторов полностью одинаковы. Следовательно, Ir=0. Но это идеальные условия, в реальности из-за небольших различий при выполнении магнитных систем первичных токов, электроприборы существенно отличаются друг от друга, даже однотипные. Если имеются различия в характеристиках токовых трансформаторов (когда реализуется дифференциально-фазная защита конструкции), то величины токов вторичных цепей будут различаться, даже если первичные абсолютно одинаковы. Теперь нужно рассмотреть, как работает схема дифференциальной защиты при внешнем коротком замыкании на линии электропередач.

Внешнее короткое замыкание

При наличии внешнего короткого замыкания через электромагнитное реле дифзащиты будет проходить ток небаланса. Его значение напрямую зависит от того, какой ток проходит по первичной цепи трансформатора. В режиме нормальной нагрузки его значение невелико, но при наличии внешнего КЗ он начинает увеличиваться. Его значение зависит также от времени после начала КЗ. Причем максимального значения он должен достичь в первые несколько периодов после начала замыкания. Именно в это время по первичным цепям трансформаторов протекает весь I КЗ.

Стоит также отметить, что сначала I КЗ состоит из двух типов тока – постоянного и переменного. Их еще называют апериодическими и периодическими составляющими. Устройство дифференциальной защиты таково, что при этом наличие в токе апериодической составляющей всегда должно вызывать чрезмерное насыщение магнитной системы трансформатора. Следовательно, разность потенциалов небаланса резко увеличивается. Когда ток короткого замыкания начинает уменьшаться, снижается и значение небаланса системы. По такому принципу осуществляется дифференциальная защита трансформатора.

Чувствительность защитных конструкций

Все типы дифзащиты быстродействующие. И они не работают при наличии внешних КЗ, поэтому необходимо выбирать электромагнитные реле, учитывая максимально возможный ток небаланса в системе при наличии внешнего короткого замыкания. Стоит обратить внимание на то, что у защиты такого типа получается крайне низкая чувствительность. Чтобы ее повысить, необходимо соблюсти множество условий. Во-первых, нужно применять трансформаторы тока, у которых не происходит насыщения магнитопроводов в момент, когда по первичной цепи протекает ток (независимо от его значения). Во-вторых, желательно использовать электроприборы быстронасыщающегося типа. Их нужно подключать к вторичным обмоткам элементов, защита которых производится. Электромагнитное реле подключается к быстронасыщающемуся трансформатору (дифференциальная токовая защита становится максимально надежной) параллельно его вторичной обмотке. Именно так работает дифференциальная защита генератора или трансформатора.

Увеличение чувствительности

Допустим, произошло внешнее КЗ. При этом по первичным цепям защитных трансформаторов протекает некоторый ток, состоящий из апериодической и периодической составляющих. Такие же «компоненты» присутствуют в токе небаланса, который протекает по первичной обмотке быстронасыщающегося трансформатора. При этом апериодическая составляющая тока значительно насыщает сердечник. Следовательно, трансформация тока при этом во вторичную цепь не происходит. При затухании апериодической составляющей происходит значительное уменьшение насыщения магнитопровода, и постепенно во вторичной цепи начинает появляться некоторое значение тока. Но максимальный уровень тока небаланса окажется намного меньшим, нежели в случае отсутствия быстронасыщающегося трансформатора. Следовательно, увеличить чувствительность можно путем установки значения тока защиты меньше или равным максимальному значению разности потенциалов небаланса.

Положительные качества дифференциальной защиты

Во время первых периодов магнитопровод насыщается очень сильно, трансформация практически не происходит. Но после того как затухнет апериодическая составляющая, периодическая часть начинает трансформироваться во вторичной цепи. Стоит обратить внимание на то, что у нее очень большое значение. Следовательно, электромагнитное реле срабатывает и производит отключение защищаемой цепи. Очень низкий уровень трансформации первые примерно полтора периода времени замедляет действие цепи защиты. Но это не играет большой роли при построении практических схем защиты электроцепей.

Дифференциальная защита трансформатора не срабатывает в случаях, если имеются повреждения электрической цепи вне зоны защиты. Поэтому временная выдержка и селективность не требуется. Время срабатывания защиты колеблется в интервале от 0,05 до 0,1 секунды. Это огромное преимущество такого типа дифзащиты. Но есть еще одно преимущество — очень высокая степень чувствительности, в особенности при использовании быстронасыщающегося трансформатора. Среди более мелких преимуществ стоит отметить такие, как простота и очень высокая надежность.

Отрицательные свойства

Но как продольная, так и поперечная дифференциальная защита имеет и недостатки. Например, она не способна защитить электрическую цепь при воздействии коротких замыканий извне. Также она не способна разомкнуть электрическую цепь при воздействии сильной перегрузки.

К сожалению, защита может сработать при повреждении вспомогательной электроцепи, к которой произведено подключение вторичной обмотки. Но все преимущества дифзащиты с циркулирующим током перебивают эти мелкие недостатки. Но они способны защитить линии электропередач очень маленькой протяженности, не более километра.

Они очень часто используются при реализации защиты проводов, с помощью которых запитываются разнообразные устройства, необходимые для функционирования электрических станций, генераторов. В том случае, если длина электролинии очень большая, например составляет несколько десятков километров, защиту по данной схеме выполнить очень сложно, так как необходимо использовать провода с очень большим сечением для соединения электромагнитных реле и вторичной обмотки трансформаторов.

В том случае, если использовать стандартные провода, то нагрузка на трансформаторы тока окажется чересчур большой, равно как и ток небаланса. А вот что касается чувствительности, то она оказывается крайне низкой.

Конструкции реле защиты и область применения схем

В электролиниях очень большой протяженности используется схема, в которой находится защитное реле, имеющие особую конструкцию. С его помощью можно обеспечить нормальный уровень чувствительности, а соединительные провода применить стандартные. Поперечная дифзащита срабатывает при помощи сравнения тока в двух линиях по фазам и величинам.

Дифзащита быстродействующая применяется в линиях электропередач, в которых протекает напряжение в диапазоне 3-35 тыс. вольт. При этом обеспечивается надежная защита от межфазного КЗ. Дифзащита выполняется как двухфазная по причине того, что электросеть с вышеупомянутыми рабочими напряжениями не заземлена нейтралями. Либо же нейтраль соединена с заземлением посредством дугогасящей катушки.

Вспомогательные провода в конструкции защитных цепей

Трансформаторы тока находятся в относительной близости друг к другу. Следовательно, вспомогательные провода имеют довольно малую длину. При использовании проводов маленького диаметра на трансформаторы будет воздействовать относительно низкая нагрузка. Что касается тока небаланса, то он также небольшой. А вот степень чувствительности оказывается весьма высокой. В случае отключения какой-либо линии дифзащита становится токовой, временной выдержки и селективности нет. Чтобы исключить ложные срабатывания, блок-контакты линий разъединяют цепь.

Поперечно направленная дифзащита цепей

Поперечно направленная защита широко используется при разработке систем линий, функционирующих параллельно. С обеих сторон линии устанавливаются выключатели. Суть в том, что такие по конструкции линии очень сложно защитить при помощи простых схем. Причина – невозможно достичь нормального уровня селективности. Чтобы улучшить селективность, необходимо тщательно подбирать выдержку времени. Но в случае использования поперечно направленной дифзащиты выдержка времени не нужна, селективность довольно высокая. У нее есть основные органы:

Направление мощности. Зачастую применяются реле направления мощности с двусторонним действием. Иногда используют пару реле дифференциальной защиты с односторонним действием, которые работают при различных направлениях мощности.
Пусковой – как правило, в его роли используют быстродействующие реле с максимально возможным током.

Конструкция системы такова, что на линиях производится установка трансформаторов тока со вторичными обмотками, соединенными в схему с циркулирующим током. А вот все токовые обмотки включаются последовательно, после чего их соединяют при помощи дополнительных проводов к трансформаторам тока. Чтобы работала дифференциально-фазная защита, к реле подводится напряжение при помощи сборных шин установок. Именно на них производится монтаж всего комплекта. Если посмотреть на схему включения вторичных цепей трансформаторов и защитного реле, то можно сделать вывод о том, почему ее называют «направленной восьмеркой». Вся система выполнена двумя комплектами. На каждом конце линии находится один комплект, благодаря которому обеспечивается дифференциальная токовая защита линии электропередач.

Схема с однофазным реле

Напряжение к реле защиты подводится обратным по фазе тому, что нужно для отключения одной линии с повреждением. В нормальной работе (в том числе при наличии внешнего короткого замыкания) по обмоткам реле проходит лишь ток небаланса. Чтобы не произошло ложных отключений, нужно, чтобы пусковые реле имели ток срабатывания больше, нежели ток небаланса. Рассмотрим работу защиты двух линий.

В момент начала короткого замыкания в зоне защиты второй линии протекает некоторый ток. Стоит обратить внимание на то, что:

Пусковое реле срабатывает.
Со стороны одной подстанции реле направлений мощности размыкает контакты выключателя.
Со стороны второй подстанции также происходит отключение линии при помощи выключателей.
В реле направления мощности момент вращения отрицательный, следовательно, контакты разомкнуты.

В обмотках реле защиты первой линии изменяется направление движения тока (относительно первой линии) во время короткого замыкания. Реле направлений мощности удерживает контактную группу в разомкнутом состоянии. Выключатели со стороны обеих подстанций размыкаются.

Только такая дифференциальная защита линии может нормально функционировать лишь при параллельной работе обеих линий. В том случае, если отключается одна из них, нарушается принцип работы дифзащиты. Следовательно, в дальнейшем защита приводит к неселективности отключения второй линии во время внешних коротких замыканий. В этом случае она становится обычной направленной токовой, причем она не имеет временной выдержки. Чтобы избежать этого, поперечно направленная защита во время отключения одной линии автоматически выводится при помощи разрыва блок-контактом цепи.

Дополнительные типы защиты

Токи срабатывания пусковых реле должны быть больше, чем токи небаланса во время внешнего короткого замыкания. Чтобы избежать ложных срабатываний при отключении одной из линий и прохождении по оставшейся максимального тока нагрузки, необходимо, чтобы он был больше разности потенциалов небаланса. При наличии на линии дифзащиты поперечно направленного типа необходимо предусмотреть дополнительные степени.

Они позволят проводить защиту одной линии при отключении параллельно работающей. Как правило, они используются для защиты от сверхтока перегрузки во время внешнего короткого замыкания (в этом случае не происходит реагирование дифференциальной защиты). Ко всему прочему, допзащита является резервной к дифференциальной (в том случае, если последняя отказала).

Зачастую применяются направленные и ненаправленные токовые защиты, отсечки и т. д. Поперечно направленная дифференциальная защита проста по конструкции, весьма надежна и получила широкое применение в электросетях с напряжением от 35 тыс. вольт. Вот так и функционирует дифференциальная защита, принцип действия ее довольно простой, но все равно нужно знать хотя бы основы электротехники, чтобы разобраться во всех тонкостях.

fb.ru

Дифференциальная защита линий

Глава десятая

10.1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты

Для отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП без выдержки времени служат дифференциальные РЗ, которые подразделяются на продольные и поперечные.

Принцип действия продольных дифференциальных РЗ основан на сравнении значения и фазы токов в начале и конце защищаемой ЛЭП. Как видно из рис. 10.1, а, при внешнем КЗ (в точке К) токи II и III на концах ЛЭП АВ направлены в одну сторону и равны по значению, а при КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 10.1,б) они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу. Следовательно, сопоставляя значение и фазу токов II и III, можно определять, где возникло КЗ - на защищаемой ЛЭП или за ее пределами. Такое сравнение токов по значению и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле тока). Для этой цели вторичные обмотки ТТ ТАI и ТАII, установленных по концам защищаемой ЛЭП и имеющих одинаковые коэффициенты трансформации, при помощи соединительного кабеля подключаются к дифференциальному реле КА (реагирующему органу) таким образом, чтобы при внешнем КЗ ток в реле был равен разности токов IIB и IIIB, а при КЗ на ЛЭП их сумме IIB + IIIB. В нашей стране применяется схема дифференциальной РЗ с циркулирующими токами, основанная на сравнении вторичных токов (рис. 10.1). Реагирующий орган - токовое реле КЛ включается параллельно вторичным обмоткам ТТ. При таком включении в случае внешнего КЗ токи IIB и IIIB замыкаются через обмотку КА и проходят по ней в противоположном направлении (рис. 10.1, а). Ток в реле равен разности токов:

Ip = IIB - IIIB = II /КI - III /КI. (10.1)

При равенстве коэффициентов трансформации и отсутствии погрешностей в работе ТТ вторичные токи IIB = IIIB поступающие в обмотку реле, балансируются, ток Ip = 0, и реле не срабатывает.

Таким образом, по принципу действия дифференциальная РЗ не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания, поэтому она выполняется без выдержки времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки и качаний. В действительности же (см. §3.1 и 3.2) ТТ работают с погрешностью. Вследствие этого в указанных режимах в реле появляется ток небаланса:

Ip = Iнб = IIB - IIIB . (10.2)

Для исключения неселективной работы при внешних КЗ Iс.з дифференциальной РЗ должен превышать максимальное значение тока небаланса:

Iс.з > Iнб max . (10.3)

При КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 10.1,б) первичные токи II и III направлены от шин подстанций в ЛЭП (к месту КЗ). При этом вторичные токи IIB и IIIB суммируются в обмотке реле:

Ip = IIB + IIIB = II/KI + III/KI = Iк /KI. (10.4)

где Iк - полный ток КЗ, равный сумме токов II и III, притекающих к месту повреждения (к точке К).

Под влиянием этого тока РЗ срабатывает. Выражение (10.4) показывает, что дифференциальная РЗ реагирует на полный ток КЗ в месте повреждения, и поэтому в сети с двустороннимпитанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые РЗ, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу ЛЭП. Зона действия РЗ охватывает участок ЛЭП, расположенный между ТТ, к которым подключено токовое реле.

studfiles.net

Продольная дифференциальная защита линий

Защита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для сравнения вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 7.17. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I1 и I2. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.

Ток в обмотке этого органа всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока: IР=I1+I2 Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка K1 на рис. 7.17, а) вторичные токи равны по значению I1=I2 и направлены в ОТ встречно. Ток в обмотке ОТ IР=I1+I2=0, и ОТ не приходит в действие. При КЗ в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 7.17, б) вторичные токи в обмотке ОТ совпадут по фазе и, следовательно, будут суммироваться: IР=I1+I2. Если IР>Iсз, орган тока сработает и через выходной орган ВО подействует на отключение выключателей линии.

Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке органа тока реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами тока ТА1 и ТА2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии.

Практическое использование схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.

Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух органов тока: одного на подстанции 1, другого на подстанции 2 (рис. 7.18). Подключение двух органов тока привело к неравномерному распределению вторичных токов между ними (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в ТО с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле тока с торможением KAW, обладающие большей чувствительностью.

Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены специальные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в п раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n2 раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока). В защите эту функцию выполняют промежуточные трансформаторы тока TALT и изолирующие TAL. В схеме защиты изолирующие трансформаторы TAL служат еще и для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты цепей реле от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ.

Рис. 7.17. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линии и прохождение тока в органе тока при внешнем КЗ (а) и при КЗ в защищаемой зоне (б)

Рис. 7.18. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии:

ZA - фильтр токов прямой и обратной последовательностей; TALT - промежуточный трансформатор тока; TAL - изолирующий трансформатор; KAW - дифференциальное реле с торможением; Р - рабочая и T - тормозная обмотки реле

Распространенные в электрических сетях продольные дифференциальные защиты типа ДЗЛ построены на изложенных выше принципах и содержат элементы, указанные на рис. 7.18. Высокая стоимость соединительных проводов во вторичных цепях ДЗЛ ограничивает область се применения линиями малой протяженности (10-15 км).

Контроль исправности соединительных проводов. В эксплуатации возможны повреждения соединительных проводов: обрывы, КЗ между ними, замыкания одного провода на землю.

При обрыве соединительного провода (рис. 7.19, а) ток в рабочей Р и тормозной Т обмотках становится одинаковым и защита может неправильно сработать при сквозном КЗ и даже при токе нагрузки (в зависимости от значения Icз.

Замыкание между соединительными проводами (рис. 7.19, б) шунтирует собой рабочие обмотки реле, и тогда защита может отказать в работе при КЗ в защищаемой зоне.

Для своевременного выявления повреждений исправность соединительных проводов контролируется специальным устройством (рис. 7.20). Контроль основан на том, что на рабочий переменный ток, циркулирующий в соединительных проводах при их исправном состоянии, накладывается выпрямленный постоянный ток, не оказывающий влияния на работу защиты. Две секции вторичной обмотки TAL соединены разделительным конденсатором С1, представляющим собой большое сопротивление для постоянного тока и малое для переменного. Благодаря конденсаторам С1 в обоих комплектах защит создается последовательная цепь циркуляции выпрямленного тока по соединительным проводам и обмоткам минимальных быстродействующих реле тока контроля КА. Выпрямленное напряжение подводится к соединительным проводам только на одной подстанции, где устройство контроля имеет выпрямитель VS, получающий в свою очередь питание от трансформатора напряжения TV рабочей системы шин. Подключение устройства контроля к той или другой системе шин осуществляется вспомогательными контактами шинных разъединителей или. реле-повторителями шинных разъединителей защищаемой линии.

Замыкающие контакты КЛ контролируют цепи выходных органов защиты.

При обрыве соединительных проводов постоянный ток исчезает, и реле контроля КА снимает оперативный ток с защит на обеих подстанциях, и подастся сигнал о повреждении. При замыкании соединительных проводов между собой подается сигнал о выводе защиты из действия, но только с одной стороны - со стороны подстанции, где нет выпрямителя.

Рис. 7.19. Прохождение тока в обмотках роле KAW при обрыве (а) и замыкании между собой соединительных проводов (б):

К1 - точка сквозного КЗ; К2 - точка КЗ в защищаемой зоне

В устройстве контроля имеется приспособление для периодических измерений сопротивления изоляции соединительных проводов относительно земли. Оно подаст сигнал при снижении сопротивления изоляции любого из соединительных проводов ниже 15-20 кОм.

Если соединительные провода исправны, ток контроля, проходящий по ним, не превышает 5-6 мА при напряжении 80 В. Эти значения должны периодически проверяться оперативным персоналом в соответствии с инструкцией по эксплуатации защиты.

Оперативному персоналу следует помнить, что перед допуском к любого рода работам на соединительных проводах необходимо отключать с обеих сторон продольную дифференциальную защиту, устройство контроля соединительных проводов и пуск от защиты устройства резервирования при отказе выключателей УРОВ.

После окончания работ на соединительных проводах следует проверить их исправность. Для этого включается устройство контроля на подстанции, где оно не имеет выпрямителя, при этом должен появиться сигнал неисправности. Затем устройство контроля включают на другой подстанции (на соединительные провода подают выпрямленное напряжение) и проверяют, нет ли сигнала о повреждении. Защиту и цепь пуска УРОВ от защиты вводят в работу при исправных соединительных проводах.

7.6

studfiles.net

Дифференциальные токовые защиты линий

Дифференциальные токовые защиты подразделяются на продольные и поперечные.

Последние (поперечные дифференциальные защиты) используются только для защиты параллельных линий.

Продольные дифференциальные защиты.

Рис.6-1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

На рис. 6-2 представлена схема продольной дифференциальной защиты линии с циркулирующими токами.

При равенстве коэффициентов трансформации ТТ1 и ТТ2:

Однако, из-за имеющихся погрешностей трансформаторов тока в реле будет проходить ток небаланса:

где:
Кн	-	коэффициент надёжности, больший единицы;
Iнб.макс.	-	максимальное значение тока небаланса при внешнем к.з.

Коэффициент чувствительности продольной дифференциальной защиты определяется по формуле:

где:
Iк.з. мин	-	минимальное значение тока к.з. при к.з. на защищаемой линии;
Iс.з.	-	ток срабатывания дифференциальной защиты.

Участок, ограниченный трансформаторами тока, называется зоной действия продольной дифференциальной защиты.

Рис. 6-2. Прохождение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами:

а) при к.з. вне зоны защиты;

б) при к.з. в зоне защиты при одностороннем питании;

в) при к.з. в зоне защиты при двухстороннем питании.

Рис.6-4. Принцип действия продольной дифференциальной защиты на равновесии напряжений:

а) при внешних к.з.

б) при к.з. на защищаемой линии.

где:
Z	-	полное сопротивление контура «трансформаторы тока – реле».

Из-за погрешностей ТТ появляется э.д.с. небаланса и в реле появляется ток небаланса Iнб и ток срабатывания защиты необходимо отстраивать от тока небаланса при внешних к.з.

При к.з. в зоне защиты вторичные э.д.с. искладываются и вызывают появление тока в реле под действием, которого защита срабатывает.

Выводы:

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.
Продольная дифференциальная защита не требует замедления на срабатывание, т.е. является селективной по своему принципу действия.
Продольная дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты линий небольшой протяжённости, а также в качестве основной защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и сборных шин распределительных устройств напряжением 6–500 кВ.

studfiles.net

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

Продольная дифференциальная защита линий. Дифференциальная защита линии

12. Дифференциальная защита линий

12. Дифференциальная защита линий

12. Дифференциальная защита линий

12. Дифференциальная защита линий

Продольная дифференциальная защита линий

Похожие статьи:

Дифференциальные токовые защиты линий

Продольные дифференциальные защиты.

принцип действия, устройство, схема. Дифференциальная защита трансформатора. Продольная дифференциальная защита линий

Дифзащита с использованием циркулирующих токов

Продольная дифференциальная защита линий и устройств

Схема продольного типа дифференциальной защиты

Короткое замыкание и защита цепи

Внешнее короткое замыкание

Чувствительность защитных конструкций

Увеличение чувствительности

Положительные качества дифференциальной защиты

Отрицательные свойства

Конструкции реле защиты и область применения схем

Вспомогательные провода в конструкции защитных цепей

Поперечно направленная дифзащита цепей

Схема с однофазным реле

Дополнительные типы защиты

Дифференциальная защита линий

10.1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты

Продольная дифференциальная защита линий

Дифференциальные токовые защиты линий

Продольные дифференциальные защиты.

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация