Материал: Ответы-2

24. Сравнительная характеристика схем: 3-х трансформаторный фильтр токов i0 и схема с тнп.

Замыкания на землю на воздушных линиях электропередачи, особенно в населённых пунктах целесообразно отключать для обеспечения электробезопасности населения, поэтому защиты от замыканий на землю этих линий должны действовать на отключение.

В качестве защит от замыканий на землю наибольшее применение нашли защиты от замыканий на землю, реагирующие на: ёмкостный ток сети или на ток нулевой последовательности; напряжение нулевой последовательности.

Реагирующий орган защиты (токовое реле 1) подключается к фильтру токов нулевой последовательности. В схеме а) используется 3-х трансформаторный фильтр, а в схеме б) применён специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

В 3-х трансформаторном фильтре ток 3I₀ получается суммированием вторичных токов ТТ 3-х фаз:.

В однотрансформаторном фильтре ток 3I₀ получается магнитным суммированием первичных токов 3-х фаз ТНП.

Защита с 3-х трансформаторным фильтром нулевой последовательности имеет низкую чувствительность по сравнению с ТНП, который позволяет обеспечить действие защиты при малых первичных токах порядка 3-5А, а в сочетании ТНП с высокочувствительным реле можно обеспечить ток срабатывания защиты 1-2А.

Таким образом, схема защиты с ТНП является основной для сети с малым током замыкания на землю. Как правило, защита выполняется с выдержкой времени (с помощью реле времени 2) и действует на сигнал (через указательное реле 3).

Защита с трёхтрансформаторным фильтром имеет ряд недостатков, снижающих её чувствительность:

1. Коэффициент трансформации трансформаторов тока фильтра, выбираемый по нагрузке линии, получается большим, вследствие чего вторичные токи при замыкании на землю имеют весьма малую величину.

2. Токовые реле, реагирующие на малые токи, имеют большое число витков и сопротивление, соизмеримое с сопротивлением намагничивания трансформаторов тока.

Вследствие этого значительная часть тока повреждения теряется на намагничивание трансформатора тока поврежденной фазы, при этом в реле попадает лишь 50 – 60 % вторичного тока замыкания на землю.

3. Токовое реле 1 не должно действовать от токов небаланса, возникающих при нагрузке и междуфазных к.з., для чего принимается I_с.з>I_нб. В трехтрансформаторном фильтре ток небаланса равен сумме намагничивающих токов трансформаторов тока, образующих фильтр, и имеет величину, соизмеримую с величиной вторичного тока повреж­дения.

Совокупность указанных причин и обусловливает относительно низкую чувствительность защиты от замыканий на землю, выпол­ненной с помощью трехтрансформаторного фильтра.

Главное преимущество ТНП состоит в значительно меньшем небалансе и возможности подбора числа витков вторичной обмотки из условия наибольшей чувствительности защиты без каких-либо ограничений по нагрузке. В результате этого ТНП позволяет обеспечить действие защиты при первичных токах порядка 3 – 5 А, а при сочетании ТНП с высокочувствительными реле чувстви­тельность защиты повышается до 1 – 2 А. Вследствие этого схема защиты с ТНП является основой для сети с малым током замыкания на землю.

Схема с трехтрансформаторным фильтром находит примене­ние в воздушных сетях 35 кВ, для которых ТНП еще не получило распространения.

Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре; это объясняется тем, что в последнем сумми­руются вторичные токи, которые искажены погрешностью транс­формации (I_нам), особенно проявляющейся при насыщении стали, в то время как в ТНП трансформация тока не влияет на небаланс. В ТНП суммируются магнитные потоки, и ток I_нб зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.

25. Продольная дифференциальная защита линий.

Часто, по условиям устойчивости требуется обеспечить быстрое отключение к.з. на линии в пределах всей защищаемой зоны. Это требование невозможно выполнить с помощью рассмотренных ранее защит с относительной селективностью (ТО, МТЗ, дистанционных защит). В этих случаях необходимо использовать защиты с абсолютной селективностью, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без

выдержки времени в пределах всей защищаемой линии. К таким защитам относятся дифференциальные токовые защиты, которые обеспечивают практически мгновенное отключение к.з. в любой точке защищаемого участка и не срабатывают (обладают селективностью) при к.з. за пределами защищаемой линии (при внешних к.з.).

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии. Очевидно, что при внешнем к.з. токи по концам защищаемой линии направлены в одну сторону и равны по величине, а при к.з. на линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны по величине (рис. 6-1). Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам

защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми

коэффициентами трансформации.

На рис. 6-2 представлена схема продольной дифференциальной защиты линии с циркулирующими токами. В этой схеме при прохождении по защищаемой линии сквозного тока (нагрузки или внешнего к.з.) по соединительным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току трансформаторов тока.

Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового

реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии. обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. токи в соединительных проводах имели одинаковое направление, а ток в реле был равен разности вторичных токов трансформаторов тока.

Таким образом, при прохождении по защищаемой линии сквозного тока нагрузки или внешнего к.з. ток в реле продольной дифференциальной защиты отсутствует и, следовательно, дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Поэтому защита не требует выдержки времени, т.е. является селективной по своему принципу действия.

Рис. 6‐2. Прохождение токов в схеме продольной дифференциальной защиты

Участок, ограниченный трансформаторами тока, называется зоной действия продольной дифференциальной защиты.

26. Поперечная токовая дифференциальная защита линий.

На параллельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление, применяются поперечные дифференциальные защиты: токовая поперечная дифференциальная защита (на параллельных линиях, имеющих один общий выключатель); направленная поперечная дифференциальная защита (на параллельных линиях с самостоятельными выключателями).

Принцип действия поперечных дифференциальных защит линий основан на сравнении величин и фаз токов протекающим по обеим параллельным линиям.

Токовая поперечная дифференциальная защита устанавливается на

параллельных линиях имеющих общий выключатель на обе линии. При одностороннем питании линий защиты размещается только со стороны

источника питания, а в сети с 2-х сторонним питанием – с обеих сторон параллельных линий.

Упрощенная принципиальная схема токовой поперечной дифференциальной защиты показана на рис. 6-6. Вторичные обмотки ТТ, установленных на каждой линии. соединяются между собой по схеме на разность токов. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается токовое реле типа РТ-40. Очевидно, что ток в реле равен разности вторичных токов ТТ первой и второй параллельных линий, т.е.:

I_P = I₁ − I₂

В нормальном нагрузочном режиме, когда по линиям проходят равные по величине и фазе токи, а также в режиме внешнего к.з. первичные токи I_I=I_II, и поскольку коэффициенты трансформации ТТ защиты выбираются также одинаковыми как и в продольной дифференциальной защите, то вторичные токи также равны и ток в реле I_P=0.

Практически из-за погрешностей ТТ и неравенства первичных токов I_I и I_II в реле протекает небольшой ток называемый током небаланса.

При к.з. на одной из параллельных линий (например, в точке К на линии Л1, как показано на рис. 6-6) токораспределение изменится, токи I_I и I_II не будут равны друг другу и через реле будет проходить ток равный разности вторичных токов и если этот ток будет больше тока срабатывания реле, то защита подействует на отключение выключателя обеих линий.

При внешних к.з. (на шинах приемной подстанции или за её пределами) т.е. при прохождении по линиям сквозного тока, защита работать не будет.

Рис. 6‐6. Принцип действия токовой поперечной дифференциальной защиты:

а) режим нагрузки и внешнего к.з.;

Таким образом, токовая поперечная дифференциальная защита имеет ограниченную параллельными линиями зону действия, также как и продольная дифференциальная защиты является защитой с абсолютной селективностью и поэтому может выполняться без выдержки времени, что является её основным достоинством.

Для того чтобы токовая поперечная дифференциальная защита не подействовала неправильно при прохождении по линии тока нагрузки и тока внешнего к.з., ток срабатывания её должен быть больше максимального тока небаланса.

27. Поперечная направленная дифференциальная защита линий.

Рассмотренная выше токовая поперечная дифференциальная защита не способна определять на какой из 2-х параллельных линий произошло повреждение.

Для параллельных линий подключённых к шинам через самостоятельные выключатели применяется другая защита – направленная поперечная дифференциальная защита, которая способна выбирать и отключать только одну повреждённую линию.

Упрощённая принципиальная схема направленной поперечной дифференциальной защиты приведена на рис. 6-7. Защита состоит из пускового органа 1 (токового реле) включённого так же, как в токовой поперечной дифференциальной защите и органа направления мощности 2 (реле направления мощности) включённого на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин питающей подстанции.

Оперативный ток подаётся на защиту через последовательно соединённые блок-контакты выключателей обеих линий, для того чтобы защита автоматически выводилась из работы при отключении одной из линий во избежание её неселективного действия при сквозных (внешних) к.з.

Рис. 6‐7. Принцип действия направленной поперечной дифференциальной

защиты параллельных линий

При повреждении на линии I ток в линии I_I>I_II, и поэтому их разность, т.е. ток в реле будет иметь то же направление, как и ток в повреждённой линии I. Реле направления мощности замыкает свои контакты и отключается только повреждённая линия I.

При повреждении на линии I_I ток I_II>I_I и ток в реле Ip изменит своё направление на противоположное и реле направления мощности, замыкая другие контакты, обеспечит отключение повреждённой линии II.

Ток срабатывания пусковых токовых реле необходимо выбирать по двум условиям:

1. Защита не должна ложно срабатывать от токов небаланса нормального режима и режима внешнего к.з., т.е.

I_с.з.=К_н I_{нб.макс}

3. Защита не должна ложно срабатывать от максимального тока нагрузки в режиме, когда на одном конце включены выключатели обеих линий, а на другом – только одной линии.

28. Направленная защита с в.Ч. Блокировкой (нвчз). Канал токов высокой частоты.

Высокочастотные защиты являются быстродействующими. Они применяются в тех случаях, когда по условиям устойчивости или по другим причинам требуется быстрое двустороннее отключение к.з. в любой точке защищаемой линии.

Направленные защиты с высокочастотной бло­кировкой (т. е. с блокировкой токами высокой частоты), основан­ные на сравнении направлений мощности к.з. по концам защищае­мой линии.

Направленная в.ч. защита реагирует на направление (или знак) мощности к.з. по концам защищаемой линии.