Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты
Эта защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации.
Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и обмотка реле соединяются так, чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.
Применяются две возможные схемы выполнения дифференциальной защиты: с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжения. С циркулирующими токами: схема получается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока ТАI, ТAII и обмотки реле тока КА. При этом ток в реле İр определяется с учетом принятых условных положительных направлений токов İ1I и İ1II по концам защищаемой линии Л.
С учетом положительных направлений в нормальном режиме, а также при внешних коротких замыканиях ток в реле равен геометрической разности вторичных токов:
İp = İ2I – İ2II .
При равенстве первичных токов İ1I и İ1II и отсутствии погрешностей измерительных трансформаторов вторичные токи İ2I = İ2II , поэтому ток в реле Iр = 0 и защита не срабатывает. В этом случае вторичные токи İ2I и İ2II циркулируют только по вспомогательным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока.
При повреждении в зоне токи İ1II и İ2II при показанном условном положительном направлении становятся отрицательными, вследствие чего токи İ2I и İ2II в обмотке реле складываются: İр= İ2I + İ2II =İ2к . При одностороннем питании один из токов, например İ2II , равен нулю. При этом ток İ2I не может замыкаться через вторичную обмотку второго трансформатора тока, так как трансформатор тока работает в режиме источника тока (сопротивление обмотки реле во много раз меньше внутреннего сопротивления трансформатора тока). Весь ток İ2I проходит через реле. Таким образом, при коротком замыкании в зоне ток в реле İр определяется током İк в точке повреждения. При этом защита срабатывает, если IР > Icp.
Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждениях в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания и токи нормальной работы, т.е. она обладает абсолютной селективностью. Эта принципиальная особенность дает возможность выполнять защиту без выдержки времени, а при выборке тока срабатывании — не учитывать токов нагрузки.
В действительности трансформаторы тока имеют погрешности. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи İ2I и İ2II при нормальной работе и внешних коротких замыканиях не одинаковы по абсолютному значению и не совпадают по фазе и в реле появляется ток, называемый током небаланса Iнб . Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса.
Поперечная дифференциальная токовая защита
Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания.
Эта защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин А. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами. При принятом условном положительном направлении токов от шин в линию ток в реле İр = İ2I – İ2II . Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределами сдвоенной линии в точке K1) по обмотке реле проходит только ток небаланса.
Ток срабатывания реле тока выбирается по условию Iс.р = kзап Iнб.рсч.max при kзап = 1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с одинаковыми параметрами определяется по выражению :
Iнб.рсч.max = 0,1kодн kап I(3)к.вн.max /(2KI).
Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и о апериодической составляющей, можно принять kодн kап =1,0.
При коротком замыкании на одной из линий равенство токов İ2I и İ2II нарушается, в реле появляется ток. Если İр = | İ2I – İ2II | > İc.p, то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.
Мертвая зона защиты.
При удалении точки короткого замыкания от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток Iр в обмотке реле уменьшается так, что при повреждении вблизи шин противоположной подстанции, он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка lм.з , при повреждении в пределах которого защита не работает из-за недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифференциальной токовой защиты.
lм.з = (İс.з / İк )lл .
Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать lм.з < 0,1lл .
Оценка защиты.
Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.
Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение, поэтому она не может быть использована для параллельных линии с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию. Такая возможность появляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллельных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением. В этом случае действие защиты может быть согласовано с работой устройства АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защита сначала отключает выключатель Q , после этого отключается разъединитель QS1 или QS2 поврежденной цепи, а затем выключатель включается.
