Материал: Ответы-2

18. Токовые направленные защиты (необходимость применения. Назначение и зоны действия отдельных ступеней).

Необходимость в применении направленных защит возникает в кольцевых сетях, в сетях с 2-х сторонним питанием и, особенно в сложных сетях с несколькими источниками питания, так как простые (ненаправленные) токовые защиты в большинстве случаев не обеспечивают необходимую селективность.

Направленной называется защита, действующая только при определённом направлении (знаке) мощности к.з. Направленные защиты для обеспечения селективности в сетях с 2-х сторонним питанием должны устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линию, а выдержки времени защит, работающих при одном направлении мощности, должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания, от тока которого они действуют.

Максимальная токовая направленная защита

Защита, реагирующая на значение тока и направление (знак) мощности к.з., называется максимальной токовой направленной защитой. Защита должна приходить в действие при соблюдении 2-х условий: ток превышает

заданное значение (уставку тока срабатывания); знак мощности к.з. соответствует к.з. в защищаемом направлении. Орган, определяющий знак мощности к.з. называется органом направления мощности. Кроме измерительного органа (реле тока), органа направления мощности (реле

направления мощности), защита имеет орган выдержки времени (реле времени).

Для отключения однофазных к.з. обычно применяются отдельные защиты, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности. Поэтому максимальная токовая направленная защита часто используется только в качестве защиты от междуфазных к.з., а при замыканиях на землю защита блокируется с помощью специального токового реле, включаемого в нулевой провод трансформаторов тока соединенных в звезду на ток нулевой последовательности.

Выбор выдержек времени токовых направленных защит производится по встречно-ступенчатому принципу. При этом защиты разделяются на две группы с учётом направленности их действия, т.е. производится согласование по времени защит, действующих в одном направлении. Так, на примере, представленном на рис. 3-21 выбираются выдержки времени защит, имеющих нечётные номера, начиная от наиболее

удалённой от источника питания защиты 7, на которой выбирают наименьшую выдержку времени:

t_A7 < t_A5 < t_A3 < t_A1

Аналогично выбираются выдержки времени защит, действующих в другую сторону и имеющих на рис. 3-22 чётные номера:

t_А2< t_А4 < t_А6 < t_А8.

При к.з. вблизи источника в кольцевой сети с односторонним питанием (рис. 3-22) ток к.з., проходящий через защиту установленную на противоположных шинах, может оказаться недостаточным для её срабатывания. В этом случае, независимо от соотношения выдержек времени, первой сработает защита, установленная вблизи источника (защита 6) и после отключения линии ток в месте установки защиты 5 увеличится и становится достаточным для её срабатывания. Такое действие защиты называется каскадным, а участок линии, в пределах которого защита работает каскадно, называется зоной каскадного действия.

Рис.3-22. Схема кольцевой сети с одним источником питания.

При 3-х фазном к.з. вблизи места установки защиты, напряжение, проводимое к реле направления мощности, может оказаться недостаточным для срабатывания реле, и направленная защита не срабатывает. Участок линии, в пределах которого при 3-х фазных к.з. направленная защита не работает, называется «мёртвой зоной».

19. Назначение и принцип действия дистанционной защиты.

Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле изменения сопротивления. Например, если защищаемым объектом является линия, то в нормальном режиме параметры напряжения на шинах и тока в линии близки к номинальным: U_Л = U_HОРМ, I_Л = I_НОРМ, отношение соответствует нормальному режиму.

При возникновении короткого замыкания напряжение на шинах уменьшается, ток в линии увеличивается, контролируемое сопротивление уменьшается .

В свою очередь, Z_K = Z₀ L_K ,

где Z₀ - сопротивление 1 км линии;

L_K - длина линии (км).

Следовательно, контролируя изменение сопротивления, можно определить факт возникновения короткого замыкания и оценить удаленность точки короткого замыкания.

Обычно дистанционная защита выполняется в виде трех ступеней, характеристика ее времени срабатывания представлена на рис. Первая ступень предназначена для работы при коротких замыканиях на защищаемой линии Z_СЗ < Z_Л, то есть сопротивление срабатывания защиты должно быть меньше сопротивления линии.

Для идеальных трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и при отсутствии погрешностей измерительных органов в последнем выражении должен стоять знак равенства, однако наличие погрешностей может привести к ложной работе защиты при коротком замыкании на смежных присоединениях.

Как правило, первая ступень охватывает 85 % длины защищаемой линии. При коротких замыканиях в зоне действия первой ступени защита работает без выдержки времени, t¹ = 0.Вторая ступень предназначена для надежной защиты всей линии. Ее зона действия попадает на смежную линию, поэтому для исключения неселективного срабатывания защиты при коротком замыкании на отходящей линии в точке К₂ , вводится замедление на срабатывание, t² = 0.4 – 0.5 сек.

Третья ступень выполняет функции ближнего и дальнего резервирования.

Дистанционная защита удовлетворяет требованиям селективности в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

Защита отличается сравнительно высоким быстродействием. В типовом исполнении дистанционная защита линий содержит три ступени.

Дистанционная защита в качестве основной защиты линий от междуфазных коротких замыканий находит применение в сетях напряжением 110 - 220 кВ.

20. Характеристики срабатывания измерительных органов дистанционной защиты.

В качестве измерительных органов дистанционной защиты используются реле сопротивления, которые могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных исполнений реле заключается в способе обработки поступающей информации о токе и напряжении.

Поведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его характеристики Z_СР = f (_P), где _P - угол между током и напряжением, подводимых к реле. Полное сопротивление Z состоит из активного R и реактивного X сопротивлений: или , поэтому характеристику реле сопротивления представляют в плоскости Z, откладывая R по горизонтальной , а Х - по вертик. оси. Характеристики измерительных органов дистанционных защит должны быть надежно отстроены от нагрузочных режимов, учитывать влияние сопротивления дуги.

1. Круговая характеристика с центром в начале координат.

2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат

Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале линии, когда R и X равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности.

_P

jX

Z_{CP МАКС}

Z_CP



0

R

3. Реле с эллиптической характеристикой

jX

Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.

Z_{CP МАКС}

Z_CP

1. Реле с многоугольными хар-ми

   

Четырехугольная характеристика используется для выполнения второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов.

R

Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление.