29. Продольная дифференциальная защита линий.

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.

Как видно из рисунка 6.1 при внешнем к.з. токи по концам защищаемой линии направлены в одну сторону и равны по величине, а при к.з. на линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны по величине. Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рисунок 6.1 – Токи по концам линии при внешних к.з. (а) и при к.з. на линии (б).

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Участок, ограниченный трансформаторами тока, называется зоной действия продольной дифференциальной защиты.

Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются при помощи соединительных проводов и подключаются к дифференциальному реле таким образом, чтобы при внешних к.з. ток в реле был равен разности токов в начале и конце защищаемой линии, а при к.з. на линии – их сумме.

Имеются две принципиально различные схемы дифференциальных защит:

– схема с циркулирующими токами;

– схема с уравновешенными напряжениями.

В схеме с циркулирующими токами, представленной на рисунке 6.2– Прохождение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами.

При прохождении по защищаемой линии сквозного тока (нагрузки или внешнего к.з.) по соединительным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току трансформаторов тока:

Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. токи в соединительных проводах имели одинаковое направление, а ток в реле был равен разности вторичных токов трансформаторов тока: I_р = I₁ - I₂.

При идеальной работе трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2: I_р = 0.

Поэтому защита не требует выдержки времени, т.е. является селективной по своему принципу действия.

Однако из-за имеющихся погрешностей трансформаторов тока в реле будет проходить ток небаланса I_р = I₁ - I₂ = I_нб ≠ 0.

Для того, чтобы дифференциальная защита не срабатывала ложно от токов небаланса, ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока небаланса при внешних к.з.: I_с.з. = k_н I_{нб.макс}, где k_н – коэффициент надёжности, больший единицы; I_{нб.макс} – максимальное значение тока небаланса при внешнем к.з.

При к.з. на защищаемой линии в условиях одностороннего питания (рисунок 6.2, б) от подстанции А ток к.з. проходит только через трансформаторы тока ТТ1.

Вторичный ток разветвляется по 2-м направлениям: в сторону обмотки реле Т и в сторону вторичной обмотки ТТ2. Однако, поскольку сопротивление вторичной обмотки ТТ, находящегося в режиме холостого хода, во много раз больше сопротивления обмотки реле, то практически весь ток I₁ замыкается через реле: , т.е. в реле проходит полный ток к.з., дифференциальная защита срабатывает и производит отключение поврежденной линии.

При к.з. на линии с двухсторонним питанием (рисунок 6.2, в) первичные токи I₁ и I_II по концам защищаемой линии направлены к месту к.з. от шин подстанций в линию. При этом направление первичного тока на одном из концов линии меняет направление на противоположное по сравнению с режимом внешнего к.з. В этом случае ток в обмотке реле Т суммируется:

.

В реле дифференциальной защиты проходит полный ток к.з., следовательно, дифференциальная защита, реагируя на полный ток к.з., в сети с двухсторонним питанием обладает большей чувствительностью, чем токовые защиты, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу линии.

В схеме с уравновешенными напряжениями, представленной на рисунке 6.3, вторичные обмотки ТТ соединяются так, чтобы при внешнем к.з. их э.д.с. были направлены встречно, а реле включаются последовательно в цепь соединительных проводов:

В схеме дифференциальной защиты на равновесии напряжений при внешних к.з., а также при прохождении токов нагрузки вторичные э.д.с. ТТ равны и совпадают по фазе и т.к. токи по концам защищаемой линии равны и равны коэффициенты трансформации ТТ, то ток в реле:

,

где Z – полное сопротивление контура «трансформаторы тока – реле».

Из-за погрешностей ТТ появляется э.д.с. небаланса (Е_нб = Е_вI - Е_вII) и в реле появляется ток небаланса I_нб , от максимального значения которого (при внешних к.з.) необходимо отстраивать ток срабатывания защиты.

При к.з. в зоне защиты вторичные э.д.с. Е_вI и Е_вII складываются и вызывают появление тока в реле под действием, которого защита срабатывает.

Коэффициент чувствительности продольной дифференциальной защиты определяется по формуле:

,

где I_{к.з. мин} – минимальное значение тока к.з. при к.з. на защищаемой линии; I_с.з. - ток срабатывания дифференциальной защиты