2.1.2 Неисправности соединительных проводов дифференциальной

защиты

При неисправности соединительных проводов (обрыв провода в одном плече дифференциальной защиты или замыкание проводов) возможны ложные срабатывания защиты или отказы. Так при обрыве соединительного провода одного из плеч защиты (рисунок 2. 5) нарушается баланс вторичных токов, поступающих в дифференциальную обмотку реле от трансформаторов тока, в результате чего защита ложно срабатывает, несмотря на то, что защищаемый элемент работает в нормальном режиме.

Рисунок 2.5, поясняющий работу дифференциальной защиты линии при обрыве

провода вторичной цепи

При условии, если в нормальном режиме работы защищаемой линии окажется меньше тока срабатывания реле КА, то защита может не подействовать ложно. Однако при внешнем КЗ (на участке W2) сквозной ток резко возрастает и станет значительно больше , что приведет к излишнему срабатыванию реле. Защита может ложно подействовать и без КЗ в сети в том случае, когда линия будет работать в максимальном режиме (с большим сквозным током).

При замыкании соединительных проводов между собой (рисунок 2.6) измерительный орган КА оказывается зашунтированным. При этом большая часть вторичных токовпроходит через место замыкания. В этом случае защита может не подействовать при КЗ в защищаемой зоне.

Рисунок 2.6 , поясняющий работу дифференциальной защиты линии при замыкании

проводов вторичных цепей

2.2 Ток небаланса в продольной дифференциальной защите,

обусловленный различными полными погрешностями в работе

измерительных трансформаторов тока

В продольных дифференциальных защитах в случае нормального режима и при внешних КЗ даже при равенстве первичных токов () и при равенстве коэффициентов трансформации ТТ вторичные токи в плечах защиты несколько отличаются по величине и по углу (относительно своих первичных приведенных токов) из-за наличия погрешностей в работе ТТ.

При учете токов намагничивания () измерительных ТТ ток в обмотке дифференциального реле определяется выражением:

где

-- первичный приведенный ток одного плеча дифференциальной защиты линии;

-- первичный приведенный ток второго плеча дифференциальной защиты;

В дифференциальной защите линии геометрическая разность первичных приведенных токов равна 0.

Геометрическая разность токов намагничивания трансформаторов ТА1 и ТА2 называется током небаланса дифференциальной защиты.

В дальнейшем при изучении дифференциальной защиты силовых трансформаторов мы рассмотрим три составляющие тока небаланса. Первое из которых и является разностью токов намагничивания измерительных трансформаторов тока. Вторая составляющая тока небаланса появляется при наличии на силовом трансформаторе устройства регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой (РПН), которое, изменяя коэффициент трансформации силового трансформатора, приводит к нарушению баланса в дифференциальной защите. Третья составляющая обусловлена конструктивными особенностями дифференциальных реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10. Соотношение составляющих тока небаланса может быть различным от чего в значительной степени зависит функционирование реле серии ДЗТ-10. Ниже будет подробно рассмотрена степень зависимости магнитного торможения реле серии ДЗТ-10 от характера происхождения тока небаланса.

Первую составляющую тока небаланса дифференциальной защиты поясняют векторные диаграммы, приведенные на рисунках 2.7 и 2.8.

Рисунок 2.7 поясняющий угол сдвига фаз между током небаланса и вторичными токами в плечах защиты

Если предположить, что измерительные ТТ имеют абсолютно одинаковые токовые и угловые погрешности (т.е.) , то первая составляющая тока небаланса в дифференциальной защите будет равна нулю. (Рисунок 2.8)

Рисунок 2.8, поясняющий равенство нулю тока небаланса в случае одинаковых полных погрешностей в работе измерительных трансформаторов тока

При расчете уставок по току срабатывания измерительных органов дифференциальной защиты принимают:

- один ТТ работает идеально, без погрешностей;

- второй ТТ работает с полной относительной погрешностью , равной 0.1.

В этом случае первая составляющая тока небаланса () в дифференциальной цепи защиты будет максимальной . Здесь возможны два варианта:

1) трансформатор ТА1 работает с , ТА2 - с

2) трансформатор ТА1 с , ТА2 – с .

При этом будем иметь две векторные диаграммы, приведенные на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 Векторные диаграммы первичных приведенных, вторичных токов и токов намагничивания измерительных ТТ

Из рисунков 2.8, 2.9 следует, что реально ток небаланса первой составляющей () в дифференциальной цепи защиты может иметь значение в пределах от нуля до .

Угловые погрешности измерительных ТТ невелики, поэтому с некоторым допущением можно считать, что вторичные токи в плечах дифференциальной защиты совпадают по фазе. Из рисунков 2.7 и 2.9 следует, что угол сдвига фаз между током небаланса и вторичным током в плече защиты близок к (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10

В дифференциальном реле с магнитным торможением серии ДЗТ-10 вторичный ток плеча защиты используется в качестве тормозного, роль которого заключается в дополнительном подмагничивании сердечника насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле и тем самым в загрублении чувствительности реле на время протекания большого сквозного тока внешнего КЗ. Тормозной ток (он же вторичный ток внешнего КЗ) возбуждает в сердечнике НТТ дополнительный магнитный поток , в результате чего возрастает магнитное сопротивление магнитной цепи рабочему потоку . Тем самым в той или иной степени происходит загрубление чувствительности реле ДЗТ и защита не срабатывает (излишне) от тока небаланса внешнего КЗ, проходящего по дифференциальной обмотке и создающего рабочую МДС . На рисунке 2.11 приведена упрощенная схема включения реле ДЗТ в дифференциальной защите силового трансформатора.

Степень загрубления чувствительности реле серии ДЗТ определяется, главным образом двумя факторами:

1. значением тормозной МДС ;

2. углом сдвига фаз между током небаланса в рабочей обмотке и тормозным током (вторичным током КЗ в плече защиты).

Известно, что в дифференциальной защите трансформатора результирующий (суммарный) ток небаланса слагается из трех составляющих

где - – первая слагающая тока небаланса, обусловленная полной погрешностью ТТ;

- – вторая слагающая тока небаланса, которая возникает в результате работы устройства РПН:

- – третья слагающая тока небаланса, обусловленная конструктивными особенностями реле, в частности, невозможностью скоммутировать в рабочих и уравнительных обмотках дробных чисел витков, полученных в результате расчёта.

Рисунок 2.11 Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора с реле

серии ДЗТ-10

Возникают вопросы: отчего зависит угол сдвига фаз между и в тормозной обмотке, каковы пределы изменения угла сдвига фаз и третий вопрос: каковы физические основы влияния величины угла сдвига фаз на степень загрубления чувствительности реле ДЗТ-10?

Для ответа на два первых вопроса рассмотрим несколько примеров.

1. Пусть измерительные ТТ работают без погрешностей, т. е. (или работают с абсолютно одинаковыми погрешностями). Тогда результирующий ток небаланса будет определяться второй и третьей слагающими

В этом случае суммарный ток небаланса совпадает по фазе с вторичными токами в плечах защиты, как показано на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12

2. Пусть на защищаемом силовом трансформаторе устройство РПН находится в среднем положении, тогда вторая слагающая тока равна нулю. Кроме того, предположим, что расчетные числа витков в рабочей и уравнительной обмотках оказались в результате расчета целыми числами. В этом случае также будет равна нулю.

Но! Предположим, что один ТТ работает идеально , его , а второй ТТ работает с полной погрешностью . Тогда угол сдвига фаз между вторичным током(тормозным) и суммарным током небаланса будет близок к (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13

3. Если уменьшать полную погрешность в работе второго трансформатора тока, т.е. уменьшать первую слагающую, а небаланс от работы устройства РПН увеличивать, то получим следующую динамику изменения суммарного тока небаланса и угла сдвига фаз между ( рисунок 2.14)

Рисунок 2.14 , поясняющий зависимость угла сдвига фаз между током небаланса и

вторичными токами в плечах дифференциальной защиты

Выводы: 1. В зависимости от происхождения результирующего тока небаланса фазовый сдвиг вектора относительно вектора вторичного тока в плече дифференциальной защиты может изменяться в пределах от до .При идеальной работе одного трансформатора тока угол сдвига фаз может изменяться в пределах от до . При идеальной работе второго ТТ – в пределах от до .

2. При неидеальной работе обоих ТТ и при работе устройства РПН угол сдвига фаз является величиной случайной, могущей принимать значения в пределах от ; такое поведение угла сдвига фаз приходиться учитывать при рассмотрении принципа действия реле ДЗТ-10, а также при расчете уставок дифференциальной защиты с реле серии ДЗТ.

Не рассмотренным остался третий вопрос, - каковы физические основы влияния величины угла сдвига фаз на степень загрубления чувствительности реле ДЗТ-10. Рассмотрение этого вопроса отложим на потом и ответим на него в подразделе, посвященном функционированию реле с магнитным торможением серии ДЗТ-10.