Схема и принцип действия токовой направленной защиты

Токовая направленная защита представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности. Однофазная принципиальная схема ТНЗ представлена на рис. 7.3.1.

Рис. 7.3.1

Пусковой орган защиты: токовое реле КА.

Орган направления: реле направления мощности KW.

Орган времени: реле времени КТ.

Работа схемы: при КЗ на защищаемой линии реле KW замыкает свои контакты, а при КЗ на смежных линиях – нет. В нормальном режиме при направлении потока мощности от шин в линию реле KW может замыкать свои контакты, однако срабатывание защиты должно предотвращаться токовым реле КА, поэтому токовые реле должны быть отстроены от токов нагрузки. В тех случаях, когда токовые реле по условиям чувствительности не удаётся отстроить от максимальной нагрузки, применяется блокировка от реле минимального напряжения KV (рис. 7.3.2).

Рис. 7.3.2

Сети с изолированной нейтралью

ТНЗ устанавливается на двух одноименных фазах во всей сети.

Сети с глухозаземленной нейтралью

Защита устанавливается на трех фазах. Если защита служит для действия только при междуфазных КЗ – на двух фазах.

ТНЗ выполняются как на постоянном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 7.3.3.

Схема выполнена с дешунтированием катушки отключения, с токовыми пусковым органом и промежуточными реле KL1,KL2 с мощными переключающими контактами.

Схема должна быть дополнена устройствами, контролирующими исправность цепей напряжения.

Рис. 7.3.3

Рис. 7.3.3 (продолжение)

Схемы включения реле направления мощности

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 S_Р:

S_P= U_PI_Psin(a–j_Р), (7.10)

где a – угол внутреннего сдвига реле.

Мощность S_P может быть недостаточна для действия реле, при КЗ близких к месту установки реле снижается напряжение U_P или при неблагоприятном значении угла j_Р – sin(a–j_Р)» 0. Отсюда вытекают следующие требования к схемам включения

1. Реле должно включаться на такое напряжение, которое при близких КЗ не снижается до нуля.

2. U_P и I_P, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними j_Р в условиях КЗ не достигал значений, при которых S_P на зажимах реле » 0.

7.4.2. 90° и 30° схемы

В современных схемах ТНЗ применяется включение реле направления мощности по так называемым 90° и иногда 30° схемам.

На рис. 7.4.1 приведена принципиальная схема максимальной направленной защиты с двумя пусковыми органами: тока и минимального напряжения и однофазными реле направления мощности, включенными по 90° схеме.

Рис. 7.4.1

Рис. 7.4.1 (продолжение)

На рис. 7.4.2 представлена принципиальная схема максимальной направленной защиты с токовым пусковым органом и трехфазным реле направления мощности, включенным по 30° схеме.

Рис. 7.4.2

Таблица 7.1

	90° схема	30° схема
Реле	IP	UP	IP	UP
	IA	UBC	IA	UAC
	IB	UCA	IB	UBA
	IC	UAB	IC	UCB

На рис. 7.4.3 и 7.4.4 представлены векторные диаграммы для 90° и 30° схемам соответственно.

Рис. 7.4.3

Рис. 7.4.4

Названия схем условны – их именуют по углам j_Р между U_P и I_P в симметричном трехфазном режиме при условии, что угол сдвига фаз между фазными током и напряжением равен нулю: (чисто активная нагрузка).

7.4.3. Работа реле, включенных по 90° и 30° схемам

Рассмотрим работу 90° схемы. (Анализ работы 30° должен быть выполнен студентами самостоятельно)

j_{М.Ч.реле}= – 30°,

a=90°+j_М.Ч=90–30=60°,

М_Э=kU_PI_Pcos(j_P+30°),

I_P=I_A, U_P=U_BC.

Трехфазное КЗ на линии

Рис. 7.4.5

Ток I_A отстает от U_А на j_k – определяется активным и реактивным сопротивлением линии от шин до точки КЗ и влиянием активного сопротивления дуги, (рис. 7.4.5):

и – два предельных положения векторов тока;

– ток КЗ через дугу в начале линии;

– ток при КЗ за чисто реактивным сопротивлением.

Угол j_P= – (90° – j_k) – его предельные значения колеблются от 0 до 90°.

Диаграмма токов и напряжений на зажимах реле показана на рис. 7.4.6.

Рис. 7.4.6

Величина электромагнитного момента максимальна: М_Э.макс при j_P= – 30° (j_k = 60°). При j_P =0 величина электромагнитного момента составляет 0,86 от М_Э.макс, при j_P = –90° величина момента составляет 0,5 от М_Э.макс.

Из анализа векторной диаграммы можно сделать вывод, что работа реле при трехфазном КЗ в зоне и вне зоны действия будет правильной и величина электромагнитного момента М_Э вполне достаточной для действия реле.

С точки зрения величины U_P, схема обеспечивает максимально возможное значение напряжения на зажимах реле, поскольку питается линейным напряжением.

Исследования показали, что 90° схема оказывается наиболее выгодной для реле направления мощности с углом a от 30° до 60°, оптимальные условия имеют место при a =45°.

Выводы по схеме

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

2. Величина электромагнитного момента М_Э в диапазоне возможных изменений угла j_P остается значительной и достаточной для действия реле.

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

Недостаток 90° схемы

Возможность неправильной работы однофазных реле направления мощности KW при КЗ за силовым трансформатором с соединением обмоток Y/D. (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.

30° схема

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/D.