Дифференциальные токовые зашиты

1.1. Назначения и виды дифференциальных защит

Дифференциальные токовые защиты – это защиты, принцип действия которых основан на сравнении токов в различных точках сети. Их сфера применения – это защита от повреждений и ненормальных режимов линий напряжением 110 кВ и выше, сборных шин подстанций, высоковольтных двигателей, трансформаторов и другого высоковольтного оборудования. Дифференциальные защиты делят на продольные и поперечные. Последние применяются для защиты параллельных линий и высоковольтного оборудования, для подключения которого применяются параллельные схемы. В этом случае сравниваются токи в параллельных ветвях. Продольные защиты работают на основе сравнения токов в начале и конце линии или перед высоковольтным оборудованием и после него.

11.2. Принцип действия продольной дифференциальной защиты

На мощных коротких линиях с напряжением 110 кВ и выше, отходящих от шин электростанций или узловых подстанций энергосистем, необходимо обеспечить отключение без выдержки времени при повреждениях в любой точке защищаемой линии. Это невыполнимо с помощью обычных токовых отсечек, т.к. токи к.з. в начале и в конце таких линий практически одинаковы. В результате большая часть линии оказывается не защищённой, попадая в «мёртвую зону» отсечки (рис.1). В этих случаях применяют продольные дифференциальные защиты. В основе принципа действия продольной дифференциальной защиты лежит сравнение токов в начале и конце линии. В России наиболее распространены защиты с циркулирующими токами.

В начале и конце защищаемой линии (рис. 2) устанавливаются трансформаторы тока ТА с

одинаковыми коэффициентами трансформации К_т . Их вторичные обмотки соединяются пофазно и подключаются к обмотке измерительного реле КА.

Рис. 2. Продольная дифференциальная защита линий: а) и в) – повреждение вне защищаемой линии; б) и г) – повреждение на защищаемой линии

В нормальном режиме работы линии или при внешнем к.з. (точка К ₁ на рис. 2, а) в первичных обмотках обоих трансформаторах тока протекает один и тот же первичный ток I_Iп, а в обмотке реле с учётом принятых положительных направлений и полярности обмоток трансформаторов токов - разность вторичных токов I_р = I_Iв - I_IIв. При к.з. в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 2, б) İ_p= İ_Iв + İ_IIв. Если питание одностороннее (т.е. İ_IIв=0), то İ_р=İ_Iв, и реле КА срабатывает при выполнении условия I_p>I_c,p. Такая схема дифференциальной защиты называется схемой с ц и р к у л и р у ю щ и м и т о к а м и.

По принципу действия дифференциальная защита не реагирует на внешние к.з. (т.е., когда ТА идентичны I_p=I_Iв-I_IIв=0), поэтому она выполняется без выдержки времени и не должна отстраиваться от тока нагрузки. Реально трансформаторы тока имеют токовые и угловые погрешности причём различные, поэтому при внешних к.з. через реле протекает ток небаланса I_нб . При внешнем к.з. в реле защиты проходит некоторый ток, называемый током небаланса. Ток небаланса равен разности токов намагничивания ТА, установленных по концам защищаемой линии:

İ_нб= İ_Iв- İ_IIв= İ´_IIнам - İ´_Iнам,

где İ´_Iнам и İ´_IIнам - токи намагничивания ТА, приведённые к их вторичным обмоткам.

Ток небаланса близок к нулю в том случае, если токи İ´_Iнам и İ´_IIнам совпадают по абсолютному значению и по фазе, т.е., если характеристики трансформаторов тока идентичны. Ток I_нб возрастает с увеличением первичного тока внешнего к.з. (причём, особенно возрастает при насыщении сердечников ТА). Ток небаланса тем больше, чем больше сопротивление нагрузки ТА. Кроме того, на значения I_нб переходного режима существенное влияние оказывают апериодические составляющие токов к.з., которые вызывают намагничивание магнитопроводов ТА и увеличивают токи намагничивания.

Для дифференциальной защиты применяют обычно специальные трансформаторы класса Р(Д).Таким образом, ток срабатывания реле должен отстраиваться от значения I_нб

I_ср ≥ k_отсI_{нб,расч,max,}

Чувствительность защиты определяется коэффициентом чувствительности

k_ч=I_к,min /K_T I_c,p.,

значение которого должно быть не менее двух.