Глава 4
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
4.1. Назначение и основные виды защиты
Дифференциальные токовые защиты - это защиты с абсолютной селективностью. Для работы абсолютно селективной защиты, которая должна достоверно различать КЗ в защищаемом элементе и вне его, необходима информация о значениях электрических величин одновременно во всех присоединениях элемента к электрической сети. Поэтому абсолютно селективные защиты, в отличие от относительно селективных, например, МТЗ со ступенчатым выбором выдержек времени, используют специальные каналы связи, объединяющие все стороны защищаемого элемента. В качестве каналов применяются проводные (вспомогательные или соединительные провода), высокочастотные и радиоканалы. Здесь рассматриваются лишь дифференциальные токовые защиты с соединительными проводами. В пределах электрической станции или подстанции такими проводами являются жилы контрольных кабелей.
Дифференциальными токовыми защитами называются защиты, в измерительных органах которых непосредственно сравниваются электрические данные в двух (или более) присоединениях защищаемого элемента. В дифференциальных токовых защитах с проводными каналами определяется геометрическая сумма или разность токов всех сторон защищаемого элемента: всех концов защищаемой линии, всех сторон защищаемого силового трансформатора (автотрансформатора), двух сторон (в нейтрали и на выводах) генератора, в полной дифференциальной защите шин.
4.2. Принцип действия дифференциальной токовой защиты
Для иллюстрации работы дифференциальной
токовой защиты (ДТЗ) на рис. 4.1 показано
прохождение токов при КЗ вне зоны и в
зоне действия защиты. Участок, ограниченный
ТТ, называется зоной действия ДТЗ.
В качестве защищаемых элементов
рассмотрены ЛЭП W
или силовой трансформатор Т.
При рассмотрении принципа действия ДТЗ
условно принимается, что с обеих сторон
защищаемого элемента устанавливаются
ТТ ТА1 и ТА2 с одинаковыми
коэффициентами трансформации
.
Кроме того, дополнительно условно
при-
|
Рис. 4.1. Действие дифференциальной токовой защиты: а – при КЗ вне зоны защиты; б – при КЗ в зоне защиты |
нимается, что защищаемый силовой трансформатор Т имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и малое значение намагничивающего тока в нормальном режиме, которым можно пренебречь. Параллельно вторичным обмоткам ТТ ТА1 и ТА2 включается обмотка токового реле КА, которое вместе с ТТ образует ДТЗ.
Для пояснения принципа действия ДТЗ
рассмотрим случай, когда ТТ ТА1
и ТА2 работают без погрешности.
На рис. 4.1,а показаны первичные и вторичные
токи при внешнем КЗ в точке К1,
когда через защищаемый элемент
проходит сквозной ток
.
В этом случае в соединительных проводах
циркулирует ток, равный вторичному току
ТТ. На основании первого закона Кирхгофа,
можно для узла а написать
следующее равенство:
|
(4.1) |
,
где
и
- вторичные токи ТА1 и ТА2
соответственно;
-ток, проходящий через реле дифференциальной
токовой защиты КА.
Из соотношения (4.1) следует, что
|
(4.2) |
.
В рассматриваемом случае при прохождении
через защищаемый элемент сквозного
тока
и допущении о работе ТТ без погрешности
вторичные токи равны друг другу
и поэтому
.
Таким образом, при прохождении через защищаемый элемент тока нагрузки или внешнего КЗ ток в реле ДТЗ отсутствует и, следовательно, дифференциальная токовая защита на такие режимы не реагирует. Отсюда следует, что, поскольку ДТЗ не реагирует на КЗ на других элементах, она не требует выдержки времени, т.е. является селективной по принципу действия.
На рис. 4.1,б показаны первичные и вторичные
токи при КЗ на защищаемом элементе в
точках К2 или
в условиях двухстороннего питания
места КЗ от ПС А и В.
В этом случае первичные токи
и
проходят к месту КЗ в одном и том же
направлении от шин в линию. Поэтому токи
в первичной и вторичной обмотках ТТ ТА2
имеют по сравнению с рис. 4.1,а обратное
направление. В этом случае ток в реле
КА согласно соотношению
(4.2) для узла а будет равен:
или
.
Таким образом, в случае КЗ в зоне защиты
в реле КА ДТЗ проходит полный
ток КЗ
приведенный к числу витков вторичной
обмотки ТТ.
Из 2.1 известно, что реальные электромагнитные ТТ работают с погрешностью, которая обусловлена наличием намагничивающего тока. Тогда при внешнем КЗ (см. рис.4.1,а) будут иметь место следующие соотношения:
;
,
где
,
и
- намагничивающие токи и первичный ток
ТТ ТА1 и ТА2,
приведенные к числу витков вторичной
обмотки. Подставляя эти выражения для
вторичных токов ТТ в выражение (4.2),
получаем:
,
откуда
.
Таким образом, в условиях прохождения через защищаемый элемент тока внешнего КЗ ток в реле КА ДТЗ равен разности намагничивающих токов ТТ и называется током небаланса:
.
Как уже отмечалось в 2.1, погрешности ТТ
зависят от кратности первичного тока
КЗ по отношению к номинальному току ТТ
К и сопротивления нагрузки
.
При внешних КЗ в ДТЗ различие в
сопротивлениях нагрузки
и
ТТ ТА1 и ТА2 приводит
к различию намагничивающих токов и, как
следствие, к увеличению тока небаланса.
Для того чтобы ДТЗ не сработала излишне от токов небаланса при внешнем КЗ, ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока небаланса
,
где - коэффициент отстройки, больший единицы; _ максимальное значение тока небаланса при внешнем КЗ.
Коэффициент чувствительности ДТЗ определяется по формуле
, |
(4.3) |
где - минимальное значение тока двухфазного КЗ на защищаемом элементе.