Материал: Ответы-2

Защиты с абсолютной селективностью работают только при коротком замыкании на защищаемом участке. К таким защитам относятся дифференциальные и дифференциально-фазные защиты. Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении токов на входе и выходе защищаемого объекта. Рассмотрим функционирование дифференциальной защиты на примере линии с односторонним питанием. В нормальном режиме и в режиме внешнего короткого замыкания в точке К₁, выполняется соотношение I₁ = I₂ = I. В защите эти токи сравниваются между собой, и при их равенстве защита не работает. При возникновении короткого замыкания в зоне действия защиты, например в точке К₂, вектор тока I₂ становится равным нулю, равенство токов нарушается, и защита сработает. При наличии двухстороннего питания значение тока I₂ ≠ 0, и в принципе модули токов могут оказаться равными, но векторы имеют разные знаки, и защита также будет работать.

Принцип дифференциально-фазной защиты основан на сравнении фаз токов на входе и выходе объекта.

8. Трансформаторы тока. Назначение и классификация. Принцип действия.

Включение измерительных приборов и реле в электроустановках

высокого напряжения переменного тока производится в большинстве

случаев через измерительные преобразователи: трансформаторы

напряжения – для измерения напряжения и трансформаторы тока – для

измерения тока.

Принципиальным отличием трансформатора тока (ТТ) от

трансформатора напряжения является то, что его первичная обмотка

включается последовательно в цепь измеряемого тока и, следовательно,

через неё проходит весь первичный ток нагрузки или к.з.

Устройство и схема включения трансформатора тока показаны на

рис. 2-6.

Трансформатор тока, также как и трансформатор напряжения, имеет

стальной сердечник С и две обмотки: первичную W₁ и вторичную W₂.

Трансформаторы тока часто имеют два и более сердечника, при этом

первичная обмотка является общей для всех сердечников. Первичная

обмотка имеет меньшее количество витков и включается последовательно

в цепь измеряемого тока. К вторичной обмотке, имеющей большее

количество витков, подключаются последовательно соединенные реле и

приборы.

Первичный ток I₁, проходящий по первичной обмотке

трансформатора тока создаёт в сердечнике магнитный лоток Ф₁, который,

пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней вторичный ток I₂,

который также создаёт магнитный поток Ф₂, но направленный

противоположно магнитному потоку Ф₁. Результирующий магнитный

поток в сердечнике ТТ равен:

Ф₀=Ф₁-Ф₂

Величина магнитного потока зависит от величины создаваемого его

тока и от количества витков обмотки, по которой этот ток протекает.

Произведение тока на число витков F=IW называется намагничивающей

силой и выражается в ампер-витках.

Поэтому выражение можно заменить выражением:

F₀=F₁-F₂

или:

I₀W₁=I₁W₁-I₂W₂

где: I₀ - ток намагничивания, являющийся частью первичного тока (Iнам);

W₁ и W₂ – число витков первичной и вторичной обмоток.

n_T = – коэффициент трансформации трансформатора тока.

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению:

• измерительные;

• защитные;

• промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах диф. защит и т. д.);

• лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки:

• для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);

• для внутренней установки;

• встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;

• накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);

• переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки:

• многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с т. н. «восьмёрочной обмоткой»);

• одновитковые (стержневые);

• шинные.

4. По выполнению изоляции:

• с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);

• с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

• газонаполненные (элегаз);

• с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации:

• одноступенчатые;

• двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению:

• на номинальное напряжение свыше 1000 В;

• на номинальное напряжение до 1000 В.

9. Погрешности трансформатора тока. Выбор трансформаторов тока.

Коэффициент трансформации ТТ так же, как и у ТН, не является

строго постоянной величиной и может из-за погрешностей по току и углу

отличаться от номинального.

Величина погрешностей ТТ главным образом зависит от кратности

первичного тока по отношению к номинальному току первичной обмотки

и от нагрузки подключенной ко вторичной обмотке.

При увеличении нагрузки или тока выше указанных значений погрешности ТТ возрастают и он переходит в другой (следующий) класс точности.

Требования, предъявляемые к трансформаторам тока

используемых для релейной защиты отличаются от требований,

предъявляемых к ТТ используемых для измерений. Если ТТ, питающие

измерительные приборы, должны работать точно в пределах своего

класса при токах нагрузки близких к их номинальному току, то ТТ,

питающие релейную защиту, должны работать с достаточной

точностью при прохождении больших токов (токов к.з. значительно

превышающих номинальный ток ТТ).

Действующие «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ)

требуют, чтобы ТТ, предназначенные для питания РЗ, имели

погрешность, как правило, не более 10%. Большая погрешность

допускается в отдельных случаях, когда это не приводит к

неправильным действиям релейной защиты. Погрешности возникают

вследствие того, что действительный процесс трансформации в ТТ

происходит с затратой мощности, которая расходуется на создание в

сердечнике магнитного потока, перемагничивания стали сердечника

(гистерезис), потери от вихревых токов, а также на нагрев обмоток.

Различают следующие виды погрешностей трансформаторов тока:

− Токовая погрешность (погрешность в коэффициенте

трансформации) определяемая как арифметическая разность между

первичным током, поделённым на коэффициент трансформации, и

измеренным (действительным) вторичным током I₂ ;

− Угловая погрешность определяется как угол δ сдвига

вторичного тока I₁ и считается положительной, когда I₂ опережает I₁.

Из рассмотренного выше следует, что причиной возникновения

погрешностей у трансформаторов тока является существование тока

намагничивания. Чем меньше ток намагничивания, тем меньше

погрешности ТТ.

10. Схемы соединения трансформаторов тока (тт). Анализ схемы соединения обмоток тт «полная звезда».

Для подключения реле и измерительных приборов вторичные

обмотки трансформаторов тока соединяются в различные схемы.

На рис. 2-10 приведены наиболее распространенные схемы

соединения трансформаторов тока.

На рис. 2-10, а) представлена схема соединения в звезду, которая

применяется для включения защиты от всех видов однофазных и

междуфазных к.з.

На рис. 2-10, б) дана схема соединения в неполную звезду,

используемая для подключения защиты от междуфазных к.з. в сетях с

изолированной нейтралью.

На рис. 2-10, в) дана схема соединения на разность токов двух

фаз. Эта схема используется для включения защиты от междуфазных

к.з. также как и схема (б).

На рис. 2-10, г) представлена схема соединения на сумму токов

всех трёх фаз (схема фильтра токов нулевой последовательности),

которая используется для включения защиты от однофазных к.з. и

замыканий на землю.

Схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду. Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду, и их нулевые точки связываются одним проводом, называемым нулевым (рис.3.11). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток ТТ. Стрелками показаны условные положительные направления первичных и вторичных токов с учетом полярности обмоток ТТ, начала которых обозначены точками.

Особенности схемы: Защита реагирует на все виды к.з, и имеет одинаковую чувствительность (коэффициент чувствительности при разных повреждениях одинаковый). При всех замыканиях, кроме замыкания на землю, в нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов в реле, в следствии чего, ток в нулевом проводе приблизително равен нулю (в нем протекают токи неаланса). Реле в нулевом проводе реагирует только на токи к.з. на землю.

(тетрадь) 

а) Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов фаз:

.

При 2-х фазных к.з. ток проходит только в двух повреждённых фазах и

соответственно в двух реле, подключенных к ТТ поврежденных фаз, а ток в

неповрежденной фазе отсутствует.

Для случая 2-х фазного к.з. фаз В и С (рис. 3-11, б):

Ток в нулевом проводе рассматриваемой схемы равен сумме токов повреждённых фаз, но так как последние равны и противоположны по фазе, то ток в нулевом проводе будет равен нулю:

.

т.е. реле, включенное в нулевой провод не будет реагировать на междуфазные к.з.

Однако, из-за неидентичности характеристик и погрешностей ТТ сумма вторичных токов при нагрузочном режиме и при 3-х и 2-х фазных к.з. отличается от нуля и в нулевом проводе проходит ток, называемый током небаланса:

.

При 1 фазном к.з. первичный ток проходит только по поврежденной фазе, а соответствующий ему вторичный ток – через реле поврежденной фазы и реле включенное в нулевой провод.

Для случая 1 ф. к.з. фазы А (рис. 3-11,в)

первичные токи: .

При 2-х фазных к.з. на землю токи проходят в двух повреждённых фазах и соответственно в двух реле, а в нулевом проводе проходит ток равный геометрической сумме токов повреждённых фаз.

Для случая 2-х фазного к.з. фаз В и С на землю (рис. 3-11, г)

первичные токи: .

При двойном замыкании на землю в различных точках фаз С и В (рис. 3-11, д) на участке между точками замыкания на землю режим аналогичен 1ф. к.з. фазы В, а между источником питания и ближайшему к нему месту замыкания фазы С – соответствует режиму 2-х фазного к.з. фаз В и С.

11. Ступенчатые токовые защиты (назначение и зоны действия отдельных ступеней).

Сочетанием ТО и МТЗ можно обеспечить надёжную защиту линии на всём её протяжении. Такая защита называется токовой защитой со ступенчатой характеристикой выдержки времени.

Токовая защита со ступенчатой выдержкой времени срабатывания может выполняться 2-х или 3-х ступенчатой. В 2-х ступенчатой защите в качестве первой ступени используется ТО, а в качестве второй – МТЗ. В 3-х ступенчатой защите первая ступень представляет собой мгновенную ТО, вторая ступень – ТО с выдержкой времени, а третья – МТЗ.

Первая ступень защиты обеспечивает отключение к.з. сопровождающихся большими токами к.з. в начале линии. Вторая ступень предназначена для отключения поврежденной линии при возникновении к.з. вне зоны первой ступени, а третья ступень выполняет функции дальнего резервирования.

На рис. 3-14 изображена радиальная сеть с односторонним питание защиты которой осуществляются 3-х ступенчатыми токовыми защитами (участки А-Б и Б-В).

Токи срабатывания первых ступеней защиты (мгновенных ТО) отстраиваются от токов максимального к.з. на шинах противоположных подстанций:

Их время срабатывания определяется временем действия исполнительного органа защиты – промежуточных реле:

Токи и времена срабатывания вторых ступеней защит (ТО с выдержкой времени) отстраиваются от токов и времени срабатывания первых ступеней защит предыдущего участка сети:

Параметры срабатывания третьих ступеней защит (МТЗ) определяется как у обычной максимальной токовой защиты.

Чувствительность вторых ступеней защит определяется минимальным током к.з. в конце защищаемой линии и считается приемлемой, если

Кч≥1,3÷1,5.

Очевидно, что при к.з. на линии будет действовать первая (при к.з. в начале линии) или вторая (при к.з. в конце линии) ступень защиты, а третья ступень будет выполнять функции резервной защиты при повреждениях на соседних (следующих) участках сети.

12. Мтз (назначение, принцип действия, выбор параметров срабатывания).

Основным признаком возникновения к.з. и перегрузки является увеличение тока в линии. На использовании этого признака и основан принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ), которая приходит в действие (срабатывает) при увеличении тока сверх определённого значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, используются максимальные токовые реле.

Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для радиальных сетей с односторонним питанием и устанавливаются в начале каждой линии со стороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней или на шинах питающиеся от неё подстанции. Селективность МТЗ обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. Защита наиболее удалённая от источника питания имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии