Схемы и характеристики срабатывания реле сопротивления

Схема реле сопротивления, которая называется схемой сравнения абсолютных значений двух электрических величин на равновесие напряжений, приведена на рис. 5.3,а. Схема состоит из нуль-индикатора ЕА, включенного на разность выпрямленных напряжений и , образуемых с помощью балластных сопротивлений R1 и R2 на выходе полупроводниковых выпрямителей VS1и VS2. Балластные сопротивления R1 и R2 необходимы для корректной работы рассматриваемой схемы сравнения. В качестве нуль-индикатора ЕА может служить высокочувствительное магнитоэлектрическое реле. В последних отечественных конструкциях ДЗ нуль-индикатор ЕА выполняется с применением интегральных операционных усилителей. К выпрямителям VS1 и VS2 схемы сравнения подводятся напряжения от трансреактора TAV и промежуточного трансформатора TL.

К первичным обмоткам трансреактора TAV подводятся вторичные токи от ТТ защищаемой линии W (см. рис. 5.2,а), например, для модуля KZ1 это и , которые проходят по первичным обмоткам TAV в противоположных направлениях. Поэтому напряжения на вторичных обмотках трансреактора пропорциональны разности этих токов, которая обозначается . Таким образом, и ,

где - отношение напряжения на вторичных обмотках к току в первичной обмотке трансреактора TAV.

Напряжение с первой вторичной обмотки TAVподводится к выпрямителю VS1и его выпрямленное значение обозначается . Нуль-

Рис. 5.3. Упрощенные принципиальные схемы реле сопротивлений на выпрямленных токах: а – на равновесие напряжений; б - на циркуляцию токов

индикатор ЕАвключается таким образом, чтобы ток , создаваемый напряжением , действовал на его срабатывание. Поэтому напряжение называется рабочим. К трансформатору напряжения TLподводится междуфазное напряжение (при включении PC на разность токов подводится напряжение ).

Последовательно с вторичной обмоткой TL включена встречно вторая вторичная обмотка трансреактора TAV. Поэтому результирующее напряжение

,

где - коэффициент трансформации трансформатора напряжения TL.

Напряжение подводится к выпрямителю VS2 и его выпрямленное значение обозначается . При принятой полярности включения нуль-индикатора ЕА напряжение создает ток , действующий на его блокирование (несрабатывание). Поэтому напряжение называется тормозным.

Ток через нуль-индикатор ЕАопределяется соотношением

или

.

В нормальном режиме и через нуль-индикатор ЕАпроходит ток , девствующий на его блокирование. При возникновении КЗ в зоне защиты линии и через нуль-индикатор ЕАпроходит ток , действующий на его срабатывание, что приведет к срабатыванию ДЗ в целом и отключению поврежденной линии.

Реле находится на грани срабатывания, когда или

;

поделив оба члена уравнения на ,получаем:

,

(5.1)

где

.

Рис. 5.4. Виды характеристик реле сопротивления

Выражение (5.1) является уравнением окружности с диаметром, равным , которая в осях Rи проходит через начало координат (см. рис. 5.4,а).

Таким образом, рассмотренное реле является направленным реле полного сопротивления, так как характеристика срабатывания PC располагается в первом квадранте и оно действует только в одном направлении. Сопротивление срабатывания этого PC не является постоянным и зависит от угла между током и напряжением . При сопротивление срабатывания имеет максимальное значение

.

Угол d, при котором называется углом максимальной чувствительности PC . Значение этого угла принимается при конструировании PC равным углу полного сопротивления защищаемой линии и, как правило, для линий 110 кВ он равен , а для линий 220 кВ - . При всех других значениях , из треугольника ОАВполучим

.

Уставка срабатывания направленного PC задается модулем . В конструкции PC предусматривается регулирование уставки изменением значений и модуля . Это осуществляется изменением коэффициента трансформации трансформатора напряжения TL (изменением числа вторичных витков) и числа витков первичной обмотки трансреактора TAV. Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия PC. Точка соответствует началу защищаемой линии.

По рассмотренной схеме выполнены PC, входящие в комплект двухступенчатой дистанционной защиты ДЗ-2 панели типа ЭПЗ-1636, выпускаемой электротехнической промышленностью. Третья ступень ДЗ в панели ЭПЗ-1636 осуществляется с помощью PC типа КРС-1, схема которого аналогична схеме PC защиты ДЗ-2. Кроме того, с помощью PC третьей ступени КРС-1 может быть реализована круговая или эллиптическая характеристика срабатывания, обеспечивающая лучшую отстройку PC от токов нагрузки.

Электротехнической промышленностью выпускается также ненаправленное PC, которое входит в комплект защиты ДЗ-1 и имеет характеристику срабатывания, приведенную на рис. 5.4,б.

В отличие от рассмотренного направленного PC ненаправленное реле полного сопротивления выполнено по схеме сравнения абсолютных значений двух электрических величин на циркуляцию токов, как показано на рис. 5.3,б. Работа PC определяется значениями рабочего и тормозного напряжений

; .

Рабочее напряжение создает ток на срабатывание нуль-индикатора ЕА , а тормозное - , вызывающий блокирование нуль-индикатора ЕА. Тогда ток через нуль-индикатор ЕА будет определяться соотношением

.

Как и в предыдущем случае, PC будет находится на грани срабатывания, когда или

.

После деления членов уравнения на определяем сопротивление срабатывания реле

.

Сопротивление срабатывания этого PC является величиной постоянной, не зависящей от угла между током и напряжением. Поэтому в осях R и jX характеристика PC изображается окружностью с центром в начале координат (рис. 5.4,б) и радиусом, равным . Точка 0соответствует началу защищаемой линии. Так как характеристика располагается во всех четырех квадрантах, то PC с такой характеристикой действует при КЗ не только на защищаемой линии, но и на смежных линиях, т.е. является ненаправленным. Поэтому при использовании такого PC в схемах ДЗ устанавливается отдельное реле направления мощности, как и в схемах максимальной токовой направленной защиты. Данные PC широко применяются в сетях с изолированной нейтралью напряжением .

В настоящее время электротехническая промышленность выпускает комплекс УРЗ линий 110-330 кВ на микроэлектронной элементной базе типа ШДЭ 2801 и ЩДЭ 2802. Реле сопротивления с многоугольными характеристиками срабатывания шкафов серии ШДЭ обладают улучшенной отстройкой от нагрузочных режимов и допускают срабатывание PC при значительном переходном сопротивлении (сопротивлении дуги) в случае удаленных КЗ. На рис. 5.4,в приведены четырехугольная характеристика срабатывания PC второй ступени и треугольная характеристика срабатывания PC третьей ступени. Отметим, что характеристика срабатывания PC первой ступени имеет форму окружности (см. рис. 5.4,а). Угол максимальной чувствительности . Название "угол максимальной чувствительности" для многоугольных характеристик срабатывания - условно и обозначает угол направления, по которому задается уставка срабатывания .

На рис. 5.4,г приведены характеристики срабатывания реле полного сопротивления трехступенчатой ДЗ панели ЭПЗ-1636. Шины подстанции А, где установлена рассматриваемая защита AKZ(см. рис. 5.2,в), расположены в начале координат. Там же расположена точка а, соответствующая началу первой зоны. Линии W1 и W2расположены под углом, равным углу их полного сопротивления, который совпадает с углом максимальной чувствительности PC d. Шины других подстанций, а также зоны защиты имеют те же обозначения, что и на рис. 5.2,в. Отметим, что характеристика срабатывания третьей ступени ДЗ выполнена эллиптической.

Все ступени ДЗ являются направленными и, следовательно, не приходят в действие при КЗ на линии, смежной с линией W1, но расположенной влево от подстанции А. На рис. 5.4,г эта линия расположена в третьем квадранте, как показано пунктиром.

На рис. 5.4,г показано, как будет действовать ДЗ, если на линии W1 возникает КЗ через переходное сопротивление, например, сопротивление электрической дуги. Так, если это КЗ произошло в точке д, расположенной в пределах первой зоны через дугу с сопротивлением , то PC замерит сопротивление , которое больше, чем , и попадет во вторую зону. Поэтому, несмотря на то, что физически место КЗ находится в первой зоне, защита будет действовать с выдержкой времени второй ступени.