Lekcija_No_3

В соответствии с таблицей 3- коэффициент схемы при 2-х фазных к.з. для разных реле соответствует значениям Êñõ(2)= 2 или 1 , а при 1 фазных к.з. - Êñõ(1)=1 или 0.

Схема соединения 2-х ТТ и одного реле, включённого на разность токов двух фаз

ТТ устанавливаются в 2-х фазах (обычно А и С), их вторичные обмотки соединяются разноимёнными зажимами, к которым параллельно подключается токовое реле. В некоторой литературе эту схему (рис. 3-12, г) называют схемой неполного треугольника.

В рассматриваемой схеме ток в реле равен геометрической сумме токов двух фаз, в которых установлены ТТ:

При симметричной нагрузке и в режиме 3-х фазного к.з. ток в реле:

I(P3)= 3 IÔ и Ê ñõ(3)= 3

При 2-х фазных к.з. между фазами, в которых установлены ТТ (А и С) в реле будет протекать двойной ток, т.к. в этом случае IC = −Iα и следовательно:

I&(P2)= 2Iô , Êñõ(2)AC = 2

При замыканиях между фазами А-В или В-С в реле поступает ток той фазы, в которой установлен ТТ (Iα или IC), поэтому:

I(P2)=Iô , Êñõ(2)AB, DC =1

При 1 фазных к.з. на фазах, в которых установлены ТТ (А или С) в реле появляется фазный ток, при этом Êñõ(1)=1, а при 1ф. к.з. на фазе, в которой ТТ не устанавливается (В)

ток в реле будет отсутствовать и Êñõ(1)=0 .

Очевидно, что схема на разность токов двух фаз имеет существенные

недостатки:

1. Разную чувствительность при различных видах междуфазных к.з. т.к.

коэффициенты схемы при разных видах к.з. различны

2. При 1ф. к.з. на фазе, не имеющей ТТ (фаза В), ток вреле равен нулю, поэтому

схема не может использоваться в качестве защиты от 1ф. к.з.

Рассматриваемая схема соединения ТТ с одним реле, включённым на разность токов двух фаз применяется только для защит линий от междуфазных к.з. и только в тех случаях, когда она обеспечивает необходимую чувствительность при 2-х фазных к.з.

Схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности

ТТ устанавливаются во всех фазах, а одноимённые зажимы их вторичных обмоток соединяются параллельно и к ним подключается обмотка реле (рис. 3-12, д).

В рассматриваемой схеме ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов трёх фаз:

I&P = I&α + I&â + I&c = 3I0

Эта схема является фильтром токов нулевой последовательности.

Ток в реле появляется только в режимах 1ф. к.з. и 2-х фазных к.з. на землю, так как только в этих режимах появляется ток нулевой последовательности.

В режимах симметричной нагрузки и междуфазных к.з. без земли сумма первичных и вторичных токов трёх фаз равна нулю и реле не действует.

Однако, в этих режимах из-за погрешностей ТТ в реле появляется ток небаланса Iн.б., который необходимо учитывать при применении схемы.

Рассматриваемую схему часто называют 3-х трансформаторным фильтром токов I0 и применяют для защит от однофазных и 2-х фазных к.з. на землю.

Рис. 3 12 Схемы соединения ТТ и реле:

а) полная звезда;

б) неполная звезда;

Для обеспечения правильного действия токовых защит (двухфазных), при двойных замыканиях на землю в радиальных сетях с односторонним питанием необходима установка ТТ в двухфазных схемах на всех элементах в одноименных фазах (например А и С).

В режимах 2-х фазных к.з. за трансформаторами с соединением обмоток Υ/ и /Υ и при 1 фазных к.з. за трансформаторами с соединением обмоток Υ/Υ различные схемы соединений ТТ и реле работают не одинаково.

Распределение токов к.з. в фазах линии при перечисленных к.з. за трансформаторами характеризуется тем, что токи проходят во всех фазах, причем в одной из фаз ток в 2 раза больше, чем в двух других, и сдвинут по отношению к ним по фазе на 1800 (IАΥ+ IВΥ+ IСΥ=0). На рис. 3-13 в виде примера приведён случай 2-х фазного к.з. между фазами А и В за силовым трансформатором Υ/ -11 с пт=1.

Рис.3 13. Замыкание между двумя фазами за трансформаторомссоединениемобмоток Υ/ 11.

Защита по схеме полной звезды реагирует всегда на больший из токов, проходящий по одному из 3-х реле.

Защита по схеме неполной звезды может оказаться в фазах с меньшими токами, поэтому она будет иметь в 2 раза меньшую чувствительность.

Защита по схеме неполного треугольника вообще будет не работать, т.к. ток в ней окажется равным нулю.

чувствительность при двухфазных к.з. за трансформаторами Υ/ и /Υ и однофазных к.з. за трансформаторами Υ/Υ с заземлённой нейтралью могут быть устранены включением в обратный провод третьего реле тока. Ток в этом реле будет равен:

Ip = −(I&a + I&c)= I&B ,

nT

т.е. равен току третьей фазы (где отсутствует ТТ) и эта схема работает как схема полной звезды.

Схема неполного треугольника по сравнению со схемой неполной звезды имеет ряд недостатков: непригодна в качестве резервной защиты от двухфазных и однофазных к.з. за трансформаторами, а также имеет пониженную чувствительность для МТЗ при двухфазных к.з. между фазами в одной из которых отсутствует ТТ.

Схема полной звезды не нашла широкого использования как наиболее дорогая, т.к. требует установки 3-х ТТ.

Схема полного треугольника используется только на понижающих трансформаторах с глухозаземлёнными нейтралями для предотвращения излишнего срабатывания токовых защит при однофазных и двойных замыканиях (включение реле этой схемы на разности токов фаз исключает прохождение через них слагающих нулевой последовательности).

Выводы:

1.Основные схемы соединения ТТ и токовых реле защит от междуфазных к.з.:

−неполная звезда;

−полная звезда;

−неполный треугольник;

−полный треугольник.

2.Схема полной звезды реагирует на все виды к.з. и отличается надёжностью, так как при любом между фазном к.з. срабатывают не менее 2-х реле.

3.Схема неполной звезды реагирует на все виды междуфазных к.з. и обладает достаточной надёжностью, т.к. при любом междуфазном замыкании срабатывают по крайней мере 2 реле в схемах с тремя реле.

4.Схемы соединения в треугольник реагируют на все виды междуфазных к.з. и не могут использоваться для подключения защит от однофазных замыканий.

5.Схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности применяется для подключения защит от однофазных к.з. в сетях с заземленной нейтралью.

6.Однотрансформаторные фильтры токов нулевой последовательности (с использованием ТНП или ТНПШ) применяются для подключения земляных защит в сетях с изолированной нейтралью.

Токи и времена срабатывания вторых ступеней защит (ТО с выдержкой времени) отстраиваются от токов и времени срабатывания первых ступеней защит предыдущего участка сети:

Параметры срабатывания третьих ступеней защит (МТЗ) определяется как у обычной максимальной токовой защиты.

Чувствительность вторых ступеней защит определяется минимальным током к.з. в конце защищаемой линии и считается приемлемой, если

Кч≥1,3÷1,5.

Очевидно, что при к.з. на линии будет действовать первая (при к.з. в начале линии) или вторая (при к.з. в конце линии) ступень защиты, а третья ступень будет выполнять функции резервной защиты при повреждениях на соседних (следующих) участках сети.

Выводы:

1.Токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени, представляющие собой сочетание токовых отсечек и максимальной токовой защиты обеспечивают быстрое отключение к.з. на защищаемой линии.

2.Токовые ступенчатые защиты нашли широкое применение для защиты от междуфазных к.з. в радиальных высоковольтных сетях напряжением до 35 кВ с односторонним питанием.

3.По принципу действия ступенчатые токовые защиты не обеспечивают требование селективности в кольцевых сетях и сетях с несколькими источниками питания.

1.7.Токовые направленные защиты линий

Необходимость в применении направленных защит возникает в кольцевых сетях, в сетях с 2-х сторонним питанием и, особенно в сложных сетях с несколькими источниками питания, так как простые (ненаправленные) токовые защиты в большинстве случаев не обеспечивают необходимую селективность. Защиты в таких сетях должны не только реагировать на появление тока к.з., но и для обеспечения селективности должны также учитывать направление (знак) мощности к.з. в защищаемой линии (фазу тока в линии относительно напряжения на шинах).

Действительно, в сетях с 2-х сторонним питанием (рис. 3-15) направление тока

и мощности к.з. зависит от места возникновения к.з. и может иметь два противоположных направления. Например, при к.з. в точке К1 через защиту 5 проходит ток IК1В от источника питания В к точке к.з. При к.з. в точке К2 ток IК2А, проходящий через защиту 5, направлен от источника А и противоположен току IК1В.

Рис.3 15. Схема сети с 2 х сторонним питанием и размещение защит.

Исходя из векторной диаграммы, представленной на рис. 3-16, в первом случае, ток IК1 отстаёт от напряжения на шинах UШ подстанции 3 на угол ϕК1, а мощность к.з. положительна и направлена от шин в линию, то во втором случае ток IК2 имеет противоположное направление (сдвинут относительно тока IК1 на 1800) и соответствующая ему мощность к.з. отрицательна и направлена из линии к шинам.

Рис.3 16. Векторная диаграммы токов и напряжений в месте установки защиты 5 (рис. 4 1) при к.з. в точках К1 и К2.

Таким образом, определяя направление мощности к.з., проходящей по линии, можно выявить, где возникло к.з. – на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.

На основании изложенного, направленной называется защита, действующая

только при определённом направлении (знаке) мощности к.з.

Направленные защиты для обеспечения селективности в сетях с 2-х сторонним питанием должны устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линию, а выдержки времени защит, работающих при одном направлении мощности, должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания, от тока которого они действуют.

Максимальная токовая направленная защита

Защита, реагирующая на значение тока и направление (знак) мощности к.з., называется максимальной токовой направленной защитой.

Защита должна приходить в действие при соблюдении 2-х условий: ток превышает заданное значение (уставку тока срабатывания); знак мощности к.з. соответствует к.з. в защищаемом направлении.

Орган, определяющий знак мощности к.з. называется органом направления мощности.

Кроме измерительного органа (реле тока), органа направления мощности (реле направления мощности), защита имеет орган выдержки времени (реле времени).

Упрощенная схема максимальной токовой направленной защиты представлена на рис. 3-17, а.

Рис.3 17. Упрощённая схема максимальной токовой направленной защиты.

В качестве реле направления мощности могут применяться электромеханические реле или реле на полупроводниках. Поведение этих реле зависит от знака проведённой к зажимам реле мощности:

SP = UP IP Sin (α -ϕP)

где:

αимеет постоянную величину, равную 0, 900 или α1 (900>α1 >0)

Реле направления мощности в схемах максимальных токовых направленных защит могут подключаться к токовым цепям и цепям напряжения по различным схемам так как мощность, подводимая к реле SP может иметь недостаточную для срабатывания реле величину (при близких к.з. за счёт снижения напряжения UP или при неблагоприятных

значениях угла ϕР когда Sin (α-ϕP)равен или близок к нулю).

Наибольшее применение нашли так называемые 90-градусные и 30-градусные схемы подключения реле направления мощности. (Схемы условно именуются по углам

ϕp между током и напряжением, подведённым к реле в симметричном 3-х фазном

режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями). В таблице 3-2 даны указания по различным сочетаниям токов и напряжений применительно к схеме включения реле направления мощности, представленной на рис. 3-18. На этом же рисунке представлены векторные диаграммы токов и напряжений при 90 и 30 градусным схемам подключения реле направления мощности.

Рис.3-18. Схема включения реле направления мощности и векторные диаграммы токов и напряжений, подводимых к реле:

а) при 90-градусной схеме; б) при 30-градусной схеме.

Следует иметь ввиду, что реле направления мощности включенные на ток неповреждённых фаз может действовать неправильно, поэтому в схемах направленных токовых защит применяют пофазный пуск, принцип действия которого заключается в том, что пусковые реле разрешают замыкать цепь на отключение только реле мощности включённым на токи повреждённых фаз. Схема максимальной токовой направленной защиты с пофазным пуском приведена на рис. 3-19.

Рис.3 19 Схемая максимальной направленной защиты с пофазным пуском.