Характеристики срабатывания дистанционных защит и их изображение на комплексной плоскости
Рассмотрим упрощенную схему реле сопротивления на выпрямленных токах (рис. 1 .5). Выходной сигнал в данной схеме выдается контактом (на схеме не показан) реле KL, обмотка которого включена на разность выпрямленных напряженийUрабиUтор, образуемых на выходе выпрямителей VSIиVSU. На входы выпрямителей подается напряжение от трансреактораTAVи трансформатораTL.
В свою очередь к первичным обмоткам трансреактора подводятся токи от трансформаторов тока защищаемой линии, IAиIB. Поскольку обмотки включены встречно, напряжения на вторичных обмотках трансреактора пропорциональны разности этих токов – токуIт.
В то же время на первичную обмотку промежуточного трансформатора TLподается линейное напряжение, соответствующее токам в трансреакторе –UAB.
Таким образом, напряжения на входах выпрямителей VSIиVSUравны соответственно:
|
|
(1.1) |
Здесь kIиkU– коэффициенты трансформации трансреактораTAVи трансформатораTLсоответственно.
Рисунок 1.5 – Упрощенная схема направленного реле сопротивления на выпрямленных токах (схема на равновесии напряжений).
Uрабдействует на замыканиеKL. При этом для величины тока в реле справедливо
|
|
(1.2) |
Момент срабатывания реле можно охарактеризовать уравнением
|
|
(1.3) |
Исходя из ( 1 .2), ( 1 .3) можно заключить
|
|
(1.4) |
где
.
Выражение ( 1 .4)
представляет собой ни что иное, как
уравнение окружности в полярных
координатах. Окружность проходит через
начало координат, диаметр окружности
равен
.
Рисунок 1.6 – Характеристика срабатывания реле сопротивления в полярных координатах
Полученная окружность (рис. 1 .6) представляет собой характеристику срабатывания реле сопротивления. Эта характеристика описывает зону действия защиты. Что это означает? Это значит, что любое короткое замыкание, сопротивление которогоZKпопадает в эту окружность, вызовет срабатывание реле. И напротив, если сопротивление короткого замыкания не попадает в окружность, то срабатывания реле не произойдет.
В начале координат находится "мертвая зона"реле, в которой оно не срабатывает. Это один из недостатков реле сопротивления. Чтобы избежать этого, используются различные методы. Например, смещение зоны защиты вIIIквадрант, или дополнение дистанционной защиты отсечкой с очень малой зоной действия.
Угол
максимальной чувствительности реле
сопротивления φсоответствует лучу,
на котором чувствительность реле
максимальна и равна
.
То есть, при
реле отреагирует на самое электрически
удаленное короткое замыкание.
Очевидно, что при изготовлении реле сопротивления, стремятся сделать его угол максимальной чувствительности равным углу вектора сопротивления защищаемой линии.
Легко видеть, что в реальных условиях чувствительность реле меньше максимальной. В основном это происходит из-за наличия электрической дуги (чисто активное сопротивление) в месте короткого замыкания. Соотношение активного и реактивного сопротивлений увеличивается, тем самым точка короткого замыкания смещается с угла максимальной чувствительности реле.
Так, например, на рисунке 1 .7 короткое замыкание, физически произошедшее в Iзоне трехступенчатой дистанционной защиты, из-за сопротивления электрической дугиrдв месте повреждения, будет восприниматься защитой как находящееся воIIзоне, и устраняться с большей выдержкой времени.
I
зона
Рисунок 1.7 – Зоны защиты в комплексной плоскости. Влияние дуги в месте короткого замыкания.
Характеристика срабатывания рассмотренного нами реле сопротивления была смещена в Iквадрант координат, то есть реле было направленным. Аналогично выпускаются и ненаправленные реле сопротивления, которые обладают характеристиками, подобными изображенной на рис. 1 .8.
Рисунок 1.8 – Характеристика ненаправленного реле сопротивления.
Для длинных сильно загруженных линий электропередачи, где токи короткого замыкания сравнимы с рабочими токами, выпускаются реле сопротивления с эллиптическим характеристиками (ввиду относительно большого сопротивления линии даже наличие дуги не позволяет ZKсильно отклониться от угла максимальной чувствительности). Пример такой характеристики дан на рисунке 1 .9.
Рисунок 1.9 – Пример эллиптической характеристики реле сопротивления.
Для улучшения чувствительности реле, избавления от "мертвой зоны" разрабатываются и применяются характеристики различных видов. Примеры таких характеристик даны на рис. 1 .10.
Рисунок 1.10 – Виды усовершенствованных характеристик реле сопротивления.