Продольная дифференциальная защита ЛЭП.

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

Как видно из рис. 10-1, при внешнем к. з. токи I₁и I₂на концах линии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при к. з. на защищаемой линии они направлены в разные сто­роны и, как правило, не равны друг другу . Следовательно, сопо­ставляя величину и фазу токов I₁и I₂, можно определять, где возникло к. з. — на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) дифференциальной защиты.

Для этой цели по концам линии устанавливаются трансфор­маторы тока TI и TII(рис. 10-2) с одинаковым коэффициентом трансформации. Их вторичные обмотки соединяются при помощи соединительного кабеля и подключаются к дифференциальному реле таким образом, чтобы при внешних к. з. ток в реле был равен разности токов в начале и конце линии, т. е. I₁— I₂, а при к. з. на линии — их сумме I₁+I₂

33. Каковы допустимые погрешности ТТ и что влияет на их величину.При рассмотрении работы РЗ учитываются три вида погреш­ностей ТТ: токовая f_i, полная , угловая .

Токовая погрешность определяется величиной I (отрезок AD на рис. 3.3). Она равна арифметической разности I’₁ - I₂ и показывает, насколько действительный ток I₂ меньше расчет­ного тока I₂ – I₁ / K_I.

Угловая погрешность характеризуется углом , показыва­ющим, насколько действительный ток I₂ сдвинут по фазе от­носительно приведенного первичного тока I’₁ (т. е. идеального вторичного тока I₂ и реального первичного тока).

Полная погрешность определяется модулем (абсолютным значением) вектора I’_нам (отрезок АС на рис. 3.3). Эта погреш­ность равна геометрической разности действующих значений векторов I'₁, приведенной ко вторичной стороне, и I_2Д: |I’_нам | = = |I’₁ – I_2Д|.

Из рассмотрения треугольника ABC (рис. 3.3) следует, что полная погрешность ( = I_нам) определяет и характеризует как погрешность по току f_i = I, так и погрешность по углу . Угол очень мал, поэтому можно считать, что I равен отрезку АВ, а угол , измеряемый в радианах длиной дуги DC, приблизи­тельно равен отрезку ВС.

Это означает, что > f_i. С увеличением а, зависящего от угла нагрузки _н (угла между током I₂ и напряжением U₂), I рас­тет, а угол уменьшается. При + = 90° вектор I₂ совпадает по фазе с вектором I⁽¹⁾₂₁, и тогда погрешность по току I дости­гает максимального значения. При этом f_i будет равна , уг­ловая же погрешность становится минимальной ( = 0).

Погрешность по току I(f_i) и полная погрешность = |I_нам| выражаются в относительных единицах или процентах как отношение действующих значений этих погрешностей к дей­ствующему значению приведенного первичного тока. Относительная токовая погрешность

f_i % = ( I / I’₁) 100 = (I₂ – I’₁) / I’₁*100. (3.5)

Относительная полная погрешность

(3.6)

Если вторичный ток несинусоидален, то ток намагничивания выражается как среднее квадратичное значение разности мгновенных значений реального и расчетного токов i₂:

Тогда (3,7)

Здесь К_I - номинальный коэффициент трансформации ТТ.

Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I₂ опережает I’₁, как показано на рис. 3.3. Относительные погрешности , f_i, и увеличивают­ся с увеличением тока намагничивания I_нам.

23. Классы точности ТТ. Что они означают.Для промышленных установок изготавли­ваются ТТ классов точности 0,5; 1; 3; 5; 10 и Р. Каждый класс точности характеризуется определенной погрешностью по току I и углу , установленной ГОСТ 7746-68. Эти погрешно­сти приведены в табл. 3.1, они обеспечиваются только при перетоках в пределах от 0,1 до 1,2 номинального, т. e. и диапазоне токов нагрузки, контролируемых измерительными приборами.

Для РЗ изготавливаются ТТ класса 10Р с 10% при токе номинальной предельной кратности (К₁₀) и ТT 5P повышенной точности с гарантированной погрешностью = 5% при тех же кратностях первичного тока.

Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ, и поэтому их погрешности при номинальных токах не нормиру ются. Работа ТТ с погрешностью, соответствующей классу, обеспечивается при нагрузке вторичной обмотки, не выходя­щей за пределы номинальной.

Номинальной нагрузкой ТТ называется максималь ная нагрузка, при которой погрешность ТТ равна значению, установленному для данного класса (табл. 3.1). Номинальную нагрузку принято выражать в виде полной мощности S_ном, В • А, при номинальном вторичном токе 5 или 1 А и cos = 0,8, или в виде сопротивления нагрузки Z_н.ном, Ом, при котором мощ­ность ТТ равна номинальной S_н.ном. Номинальная мощность S_ном = U₂ I_2ном, при этом напряжение U₂ = I_2номZ_ном. Тогда

S_н.ном = I²_2номZ_ном, а Z_н.ном = S_н.ном / I²_2ном . (3.10)

В зависимости от конструкции и класса точности ТТ значе­ние номинальной нагрузки находится в пределах от 2,5 до 100 В • А. При токе I₁ > 1,2 I_{ном ТТ} погрешности ТТ выходят за пределы, установленные для данного класса. Следует отме­тить, что класс точности не может служить основанием для выбора ТТ, питающих РЗ, так как предусматриваемые им по­грешности имеют место при номинальных токах, в диапазоне которых РЗ не работает. Для РЗ, исходя из указанных выше требований к погрешностям ТТ, заводы, изготавливающие ТТ, должны согласно ГОСТ 7746-68 давать в своих информацион­ных материалах кривые предельной кратности К₁₀ для ТТ класса Р. Эти кривые представляют собой зависи­мость предельной максимальной кратности первичного тока K₁₀ = I_1max / I_{1ном ТТ} от сопротивления нагрузки Z_н с соз = 0,8, при которых полная погрешность = 10%. Характер подобной зависимости приведен на рис. 3.5, а. Пользуясь такой кривой, можно, задаваясь определенным значением Z_н, определять допустимую кратность первичного тока К₁₀, при которой (I_нам) не превосходит 10% найденного К₁₀, или, задаваясь значением К₁₀, определять допустимое значение Z_н, при ко­тором 10%.

4. Принцип действия МТЗ трансформаторов.Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформа­тора при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присо­единениях (рис. 16.4), если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно РЗ от внешних КЗ использу­ется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако

по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от по­вреждений в трансформаторах она используется лишь на мало­мощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную РЗ от внутренних повреждений, РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наибо­лее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, при­меняются более чувствительные МТЗ с пуском по напряже­нию, МТЗ ОП и НП, ДЗ.

Максимальные токовые защиты трансформаторов. Защита двухобмоточных понижающих трансформаторов [3]. Схема МТЗ трансформатора с односторонним питанием приведена на рис. 16.4. Чттобы включить в зону действия защиты сам транс­форматор, РЗ устанавливается со стороны источника питания и должна действовать на отключение выключателя Q1. То­ковые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключа­теля Q2.

На рис. 16.4, а приведена схема РЗ трансформатора, выполнен­ная с двумя токовыми реле КА1 и КА2, которые, сработав, с выдержкой времени одновременно действуют на отключение выключателей Q1 и Q2. При этом в случае внешних КЗ на сто­роне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение выключателя Q2 резервирует действие выключателя Q1. Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой t₁ на отключение выключателя Q1 со стороны НН, а со второй t₂ = t₁ + t на отключение Q2 со стороны ВН.

Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена на рис. 16.4, в. В случае неотключенного внешнего КЗ на сто­роне НН МТЗ с выдержкой времени t₁ отключит выключа­тель Q1, трансформатор при этом останется под напряжением со стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой времени отключит выключатель Q2 [13].

Токовые реле КА1 и КА2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН 110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник (рис. 16.4, а). Такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвра­щает возможное неселективное ее действие при КЗ на землю в сети 110-220 кВ (в случае когда нейтраль трансформатора заземлена). Защита может действовать при всех видах междуфазных

КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со схемой соединения обмоток y/ . При этом, однако по срав­нению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение чувствительности на 15% при двухфазном КЗ на стороне НН 6-10 кВ. Сказанное поясняет рис. 16.5. Поскольку коэффици­ент чувствительности МТЗ k_ч = I_р/I_с.р, где I_р - ток в реле при рассматриваемом виде КЗ; I_с.р - ток срабатывания реле, то можно записать следующее отношение:

k_чY/k_ч = I_{р Y} I_с-р /I_c__{p Y} I_p , (16.4)

где k_{ч Y} и k_ч - коэффициенты чувствительности реле при соединении ТТ в схемы полной звезды и треугольника соответ­ственно; I_{р Y} , I_р и I_с.р y, I_c.p - токи в реле и токи срабатыванния реле при соединении ТТ в схемы полной звезды и тре­угольника соответственно.

Подставляя в выражение (16.4) I_р = 3I_K/ K_I; I_{p Y} = 2I_K/ K_I (наибольшее значение тока, протекающего в реле фазы В); I_{с.р Y} = I_c.з / К_I; I_с.р = I_c.з / K_I, получаем .

Для трансформаторов со схемой соединения обмоток y/y или / и не связанных с сетью с заземленной нейтралью МТЗ выполняется также двумя токовыми реле КА1 и КА2 (рис. 16.4, г), ТТ при этом соединяются в неполную звезду. Подобная схема МТЗ может применяться и на трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/ . При этом для повышения чувствительности МТЗ к двухфазным КЗ за трансформатором, обмотки которого соединены по схеме Y/ (рис. 16.5), устанав­ливается дополнительное реле в обратном проводе токовых це­пей К A3 (показано пунктиром на рис. 16.4, в-г). Аналогичная схема применяется и на трансформаторах со схемой соедине­ния обмоток треугольник-звезда с заземленной нулевой точ­кой (обычно питающих сеть 0,4 кВ).