1.3. Общие принципы выполнения продольной дифференциальной защиты линий

Схемы реальных дифференциальных защит существенно отличаются от изображённой на рис. 2. В основе всех реальных схем и конструкций дифференциальной защиты лежат следующие основные принципы.

А. В дифференциальных защитах линий ТА, соединяемые в дифференциальную схему, находятся далеко друг от друга (десятки километров). Сопротивление соединительных проводов такой длинны велико. Например, медный провод сечением около 1,5 мм² длинной 10 км имеет сопротивление ~130 Ом, а ТА

Рис. 3. Схема включения ПТ

допускают подключение нагрузки сопротивлением лишь несколько Ом. В связи с этим необходимо применение промежуточных трансформаторов ПТ (рис. 3). Они повышают напряжение и снижают ток в линии связи в n_п раз, т.е. уменьшают сопротивление нагрузки вторичной обмотки ТА в (n_п)² раз. Промежуточные трансформаторы применяются во всех дифференциальных защитах линий.

Б. Дифференциальная защита должна действовать на выключатели на обоих концах линии. Для этого используются два дифференциальных реле – одно в начале, другое - в конце линии (рис. 4). Включение двух реле приводит к появлению дополнительной составляющей тока небаланса, обусловленной тем, что ток от ТА распределяется между дальним и ближним реле не поровну из-за влияния соединительных проводов. Кроме того, установка двух реле приводит к снижению чувствительности защиты, т.к. токи, протекающие через реле, становятся в 2 раза меньше, чем в схеме с одним реле.

Рис. 4. Схема включения реле

В. Для отстройки от тока небаланса и повышения чувствительности применяются дифференциальные реле с торможением.

Рис. 5 .Схема включения реле с торможением.

Рассмотрим токи, протекающие в реле и соединительных проводах защиты. При внешнем к.з. ток | İ_ц |>| İ_p|, а при внутреннем к.з., наоборот, | İ_ц |<| İ_p|. Если током I_ц создать дополнительное торможение, то защита при внешнем к.з. будет автоматически загрубляться (тем больше, чем больше ток внешнего к.з.), а при внутреннем к.з. за счет существенного уменьшения тормозного действия защита будет более чувствительной.

Рис. 6. Реле с торможением: а - схема, поясняющая принцип действия; б - диаграмма для определения чувствительности реле защиты с торможением.

На рис.6, а показана схема реле с торможением, выполненного на электромеханическом принципе. На якорь реле Я действуют три вращающих момента. Момент, обусловленный током İ_раб=İ_в1+İ_в2 в обмотке w_р, определяется выражением М_р=k_рI_р². Момент, обусловленный током торможения I_Т в обмотке (т.е. током к.з.), вычисляется по формуле М_т=k_тI_т² Третьим является момент возвратной пружины М_п. В условиях срабатывания реле М_р-M_т-М_п=0. С учетом выражений для М_р и М_т ток срабатывания определяется следующим образом:

I_{c, p} =Ö k¢I_т²+k¢¢M_п .

В приведенных выражениях k_р, k_т, k' и k"- постоянные коэффициенты. Зависимость I_{c, p}= f(I_т) показана на рис. 6, б. Поскольку I_раб, при котором срабатывает реле с торможением, зависит от I_т, чувствительность защиты определяется по выражению:

k_ч= I_{к, min}/K_тI_c,p,ч ,

где K_т - коэффициент торможения (K_т=I_p/I_т), I_{к, min}- минимальный ток при металлическом к.з. в зоне действия защиты; I_c,p,ч - ток срабатывания реле с учетом тока торможения, определяемый графоаналитическим методом.

Значение I_c,p,ч определяется точкой пересечения характеристики реле

I_{c, p}= f(I_т) и зависимости I_раб= f(I_т) при к.з. в зоне. Зависимость I_т от I_раб

представлена на рис. 6,б прямой линией, поскольку I_т и I_раб пропорциональны току к.з. Пересечение этой прямой с характеристикой срабатывания реле определяет точку k_ч, которая соответствует минимальному току I¢_к,min, при котором реле еще может сработать.

Форма характеристики срабатывания реле определяется углом наклона a линии, проходящей через начало координат, и задается коэффициентом торможения k_торм= tg a.Чем больше k_торм, тем эффективнее отстройка защиты от больших переходных токов I_нб.

Г. Для того чтобы защита реагировала на все виды к.з., необходима установка защиты во всех трёх фазах. При этом возрастает и число соединительных проводов.

Для уменьшения числа реле и проводов применяют фильтры симметричных составляющих. При односистемном исполнении (2 реле, 2 провода) обычно используется фильтр КФТ прямой и обратной последовательностей (I_ф=I₁I₂). При защите в сетях с изолированной (или компенсированной) нейтрально, целесообразно применение комбинированного фильтра I_ф=I₁-K₂I₂+K₀I₀.

Д. Для гальванической развязки цепей реле и соединительных проводов устанавливаются ещё и изолирующие (разделительные) трансформаторы (ИТ). Это исключает появление на реле высоких напряжений, наводимых в соединительных проводах при к.з. в линии. Кроме того, разделительные трансформаторы уменьшают нагрузку на ТА.