Способы повышения чувствительности продольной дифференциальной токовой защиты

166. Назначение и виды дифференциальных защит. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты.

Для защиты элементов электрических установок широко используется дифференциальный принцип, на котором осуществляются продоль­ные и поперечные дифференциальные защиты с абсолютной селективно­стью. Продольные дифференциальные токовые защиты используются в основном для защиты элементов с сосредоточенными параметрами, на­пример трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий небольшой длины. Поперечные дифференциальные защиты вы­полняются в виде дифференциальных токовой и токовой направлен­ной, а также балансной защит. Они служат для защиты двух (и более) параллельных линий, а также для защиты от витковых замыканий об­мотки статора синхронного генератора, имеющей параллельные ветви.

Продольная дифференциальная токовая защита основана на сравне­нии токов в начале и конце защищаемого элемента. для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансфор­маторы тока с одинаковым. коэффициентом трансформации. Вторич­ные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединя­ются с помощью вспомогательных проводов так, чтобы при коротком замыкании вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

167. Способы повышения чувствительности дифференциальных защит.

Известно несколько способов повышения чувствительности заши­ты:

Способ отстройки от переходных токов небаланса по времени не мо­жет считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать принципиальное свойство дифференциаль­ной зашиты — ее быстроту действия.

Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока при меняется сравнительно редко, например, в дифференциальных защитах генераторов небольшой мощности.

Способ использования апериодической слагающей в переходном токе небаланса. Этот способ реализован в реле РНТ с насыщающимся транс­форматором тока (НТТ).

Использование в дифференциальной защите реле с торможением.

168.Продольная дифференциальная токовая защита линий и ее особенности.

Особенности продольной дифференциальной защиты линий обу­словлены значительным расстоянием между концами защищаемой зо­ны. При этом между подстанциями прокладываются вспомогательные провода, необходимые для соединения трансформато­ров тока расположенных на концах защищаемой линии.

Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами.

(снижение нагрузки на первичные измеритель­ные трансформаторы тока достигается уменьшением тока во вспомогательных проводах вторичными (промежуточными) трансформаторами тока).

Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференциальных реле. ( При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по второму реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается.)

Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реа­гирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных элементах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в качестве единственной недопус­тима. Отмеченные недостатки ограничивают применение продольной дифференциальной защиты на линиях электропередачи. В распредели­тельных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.

Источник

Способы повышения чувствительности защит электродвигателей и электрогенераторов

Самобалансирующая дифференциальная защита от повреждений в электродвигателях и электрогенераторах напряжением выше 1 кВ.

При коротком замыкании (КЗ) в электродвигателе (ЭД) или электрогенераторе (ЭГ) ток, протекающий в месте повреждения, может вызвать мощную дугу в месте КЗ и пожар. Помимо разрушения дугой могут иметь место существенные деформации обмотки статора. Последствия короткого замыкания для электродвигателя и электрогенератора так тяжелы, что их ремонт обычно не обходится без замены части, а иногда и всей обмотки статора.

Короткие замыкания могут вызвать резкое снижение напряжения на зажимах неповрежденных электродвигателей и значительное динамическое воздействие на лобовые и пазовые части обмоток статора.

Для защиты электродвигателя и электрогенератора мощностью более 5 МВт, а также 5 МВт и меньше, если установка токовой отсечки или дифференциальной токовой отсечки не удовлетворяют требованиям чувствительности при КЗ на выводах электродвигателя и электрогенератора (согласно ПУЭ Кч

Токи фаз одножильных кабелей в каждом трансформаторе проходят во встречных направлениях, благодаря чему ток небаланса в реле весьма мал и составляет на основании опыта эксплуатации так называемой «самобалансирующей защиты» в зарубежных странах (0,05-0,2) Iном [Л1].

При таком подключении отпадает необходимость отстройки от апериодических составляющих при внешних КЗ, пусках и самозапусках. При разрыве в силовом кабеле защита действует на отключение электродвигателя, исключая тем самым неполнофазный режим. В случае несрабатывания реле KL1 реле КА1-КАЗ действуют с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Дифференциальная фильтровая направленная защита обратной последовательности электродвигателей напряжением выше 1 кВ

Повышение чувствительности может быть также осуществлено при помощи дифференциальной фильтровой направленной защиты обратной последовательности.

Пусковой ток и ток самозапуска электродвигателей и электрогенераторов содержат незначительную периодическую составляющую тока обратной последовательности (см. рис. 2). Это обстоятельство дает возможность существенно уменьшить ток срабатывания дифференциальной защиты, отстроив ее от тока небаланса в реле в указанных режимах, применив устройство для фильтра токов обратной последовательности, выполненное с использованием дифференциального реле КА серии РНТ[Л2]. Устройство подключается по дифференциальной схеме к трансформаторам тока ТА1 и ТА2 (см. рис.2). Для исключения срабатывания устройства при внешнем несимметричном коротком замыкании (КЗ) со стороны питания устанавливается реле мощности КW1 обратной последовательности, действующее при повреждении в ЭД или ЭГ.

При обрыве в токовых цепях защита не действует, так как ток в реле меньше тока обратной последовательности в нагрузочном режиме.

При несимметричном КЗ в электродвигателе срабатывают реле КW1 и КА. После замыкания контактов срабатывает реле КL1 с действием на отключение.

Для возможности действия реле в случае перехода двухфазного КЗ в трехфазное реле КL1 действует с выдержкой времени на размыкание. В случае несрабатывания реле КL1 реле КW1 действует с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Ток срабатывания реле КА определяется по условию отстройки от тока небаланса обратной последовательности:

• Котс. — коэффициент отстройки (Котс=1,3);
• I₂ – ток небаланса обратной последовательности; определяется при натурных испытаниях.

Ток срабатывания реле определяется по выражению:

• Kсх — коэффициент схемы соединения трансформаторов тока в треугольник (Ксх= 1,73);
• Kтт — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Число витков уравнительной и дифференциальной обмоток принимается одинаковыми и определяется по выражению:

Источник

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты

Известно несколько способов повышения чувствительности защиты. Среди них отстройка от переходных токов небаланса по времени, включение последовательно с цепью тока измерительного реле тока добавочного сопротивления, использование апериодических слагающих в переходном токе небаланса, применение реле с торможением.

Способ отстройки от переходных токов небаланса по времени не может считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать принципиальное свойство дифференциальной защиты — ее быстроту действия.

Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока применяется сравнительно редко, например в дифференциальных защитах генераторов небольшой мощности.

Способ использования апериодической слагающей в переходном токе небаланса. Этот способ реализован в реле РНТ с насыщающимся трансформатором тока (НТТ). Принцип работы НТТ и устройство реле РНТ рассмотрены выше. Здесь лишь напомним, что чувствительность реле РНТ зависит от формы кривой тока, проходящего в рабочей обмотке. При синусоидальном токе насыщающийся трансформатор не оказывает существенного влияния на работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляющая, то магнитопровод НТТ сильно насыщается, сопротивление намагничивания резко падает, ток намагничивания увеличивается, а вторичный ток уменьшается. Коэффициент трансформации НТТ автоматически увеличивается, и чувствительность защиты уменьшается. Нормальная работа насыщающегося трансформатора восстанавливается, как только исчезает апериодическая составляющая.

Таким образом, защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. Это дает возможность при определении тока небаланса не учитывать влияния апериодической составляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установившегося тока небаланса I _{нб рсч} , определяемого по выражению (14.4) при k _ап =1,0. 1,3.

Необходимо иметь в виду, что при к.з. в защищаемой зоне ток повреждения в общем случае также будет содержать апериодическую составляющую. Однако это не ведет к отказу защиты, так как после исчезновения апериодической составляющей нормальная работа НТТ восстанавливается и защита срабатывает. При этом она действует с замедлением, не превышающим длительности двух периодов, что не является большим недостатком.

Использование в дифференциальной защите реле с торможением. В дифференциальной защите токи небаланса могут быть, значительными не только в переходном, но и в установившихся режимах при отсутствии апериодической составляющей. В таких случаях реле РНТ оказывается непригодным для повышения чувствительности защиты. На рис. 14.3, а характеристика 3 отражает изменение расчетного тока небаланса в зависимости от приведенного тока внешнего короткого замыкания I ′_к.вн. Для получения селективно действующей защиты необходимо использовать реле с током срабатывания, отстроенным от тока небаланса I _{нб рсч} , при

Рис. 14.3. Дифференциальная защита с торможением выпрямленным током (а, б, в) и с магнитным торможением (г, д)

максимально возможном токе внешнего к.з. I ′_{к.вн. max} . При этом в случае использования обычного реле тока или реле РНТ характеристика их тока срабатывания, определяемая уставкой и не зависящая от I ′_к.вн изображается прямой 1, параллельной оси абцисс.

Ток I ′_к.вн в зависимости от режима работы, места и вида короткого замыкания может быть меньшим тока I ′_{к.вн. m ах} . При этом защита оказывается загрубленной. Ее чувствительность можно повысить, если вместе с изменением тока I ′_к.вн автоматически изменять в соответствии с характеристикой 2 ток срабатывания реле I _с.р , сохраняя при этом требуемую отстройку от соответствующих токов небаланса. Реле с такой характеристикой, как уже отмечалось, называется дифференциальным реле тока с торможением. Принцип действия одного из них рассмотрен выше. В схему дифференциальной защиты реле с торможением должно включаться так, чтобы при внешних к.з. обеспечивались пропорциональность тормозного тока I _трм току I ′_к.вн и условие:

На рис. 14.3, б показана схема полупроводниковой защиты, удовлетворяющая указанным требованиям (рис. 14.3, в). В настоящее время находят применение дифференциальные реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ (см. 12.1), в которых тоже используются рассмотренные выше промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока TLAT, имеющие тормозные обмотки. Схема включения такого реле в цепи дифференциальной защиты показана на рис. 14.3, г. Секции тормозной обмотки ω_трм включены в плечи дифференциальной защиты, а первичная рабочая обмотка ω_раб включена дифференциально. При принятом условном положительном направлении токов I _{1 I} и I _{1 II} учетом полярности обмоток ток в рабочей обмотке I _{p аб} = I _{2 I} + I _{2 II} , а тормозной ток I _трм =0,5( I _{2 I} — I _{2 II} ). Насыщающийся трансформатор, как обычно, автоматически загрубляет защиту, когда в токе небаланса, проходящем по рабочей обмотке ω _раб, имеется апериодическая составляющая. Наличие же тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших значений периодического тока небаланса. При нормальной работе и внешних коротких замыканиях тормозной ток наводит в магнитопроводе TLAT магнитный поток, замыкающийся только по крайним стержням и насыщающий их.

Для исключения влияния на работу реле ЭДС, индуцированных этим потоком в секциях вторичной обмотки ω ₂, секции включены так, что ЭДС уравновешиваются. При этом магнитный поток от тока в рабочей обмотке ω _раб индуцирует в секциях обмотки ω ₂ ЭДС, действующие согласно и возбуждающие ток в измерительном реле тока КА. Таким образом, трансформаторная связь между обмотками ω _раб и ω ₂ при нормальной работе и внешних к.з. зависит от степени насыщения магнитопровода TLAT. С увеличением тормозного тока степень насыщения возрастает и трансформация тока обмотки ω_{pa б} в обмотку ω₂ ухудшается. Поэтому ток срабатывания защиты с ростом тормозного тока тоже увеличивается (рис. 14.3, д). Некоторой особенностью реле, как отмечалось, является зависимость коэффициента торможения k _трм от угла ψ сдвига фаз между токами I _раб и I _трм. Поэтому характеристика тока срабатывания реле располагается в некоторой зоне (заштрихована), ограниченной характеристиками 1 и 2 при ψ=0 и ψ= π /2.

Наряду с реле типа ДЗТ промышленность выпускает дифференциальные токовые реле с торможением на современной микроэлектронной элементной базе. Одно из таких реле, используемое в комплектном устройстве ЯРЭ-2201, рассмотрено выше (см. 16.3). Реле предназначено для защиты понижающих трансформаторов и высоковольтных электродвигателей. Его высокая чувствительность обеспечивается оригинальным способом отстройки от переходных токов небаланса (см. 16.3).

Источник