3. Распределение мощности прямой, обратной и нулевой последовательности при различных видах кз и обрыве провода. Возможные области применения рнм в рза, преимущества и недостатки.

На рисунках выше представлено распределение мощности при разных видах КЗ, а также при обрыве одной из фаз. Полученные диаграммы могут быть получены с помощью формул для симметричных составляющих мощностей:

Реле направления мощности – это органы, обеспечивающие направленное действие защиты.

В сети, где подстанции имеют двустороннее питание, при КЗ в любой точке токи повреждения протекают как по защитам, которые должны действовать при этом КЗ, так и по защитам, которые не должны действовать. Токовые реле, входящие в защиту, не могут определить, должна ли действовать защита. Этого не могут определить и реле напряжения, ибо понижение напряжения на шинах подстанции происходит при любом КЗ на любой линии. И только совместное использование позволяет определить, какой же защите необходимо сработать.

Назначение: Реле направления мощности применяют в схемах РЗиА, когда требуется определять направление (знак) активной или реактивной мощности для селективного срабатывания защиты. Различные модификации реле реагируют на токи и напряжения прямой, обратной или нулевой последовательности.

В основном, направленные защиты применяются в качестве основной в сетях до 35 кВ. В сетях 110–220 кВ применяется в качестве резервной, иногда в сочетании с токовой отсечкой применяется как основная защита.

К основным недостаткам данных защит можно отнести:

• Большие выдержки времени вблизи источников питания;

• Сложность согласования защиты в сетях с большими нагрузками и небольшими по кратности токами КЗ;

• Наличие мертвой зоны при трехфазных замыканиях;

• Необходимость постоянного контроля цепей напряжения питающих реле мощности.

4. Выбор и обоснование схем подключения реле направления мощности. Односистемное и трехсистемное исполнение реле. Использование векторных диаграмм для анализа направленных защит. Линии нулевых и максимальных моментов.

Схемы направленных защит

Рисунок 7 (а: векторная диаграмма напряжений и тока фазы А при трехфазном КЗ на линии. б: Векторная диаграмма токов и напряжений на зажимах реле и линии моментов РНМ)

Напряжения и токи, подводимые к реле при 90^о и 30^о схемах включения. Недостатком 30^о схемы является возможность отказа в действии реле при двухфазных КЗ из-за недостаточной величины напряжения. Ввиду этого для двухфазных защит 30-градусная схема не применяется.

В отечественных энергосистемах в направленных токовых защитах принято использовать 90-градусную схему включения реле направления мощности смешанного типа. При этом в токовую катушку первого реле подается через ТТ ток фазы А, а к его потенциальной катушке подводится через ТН линейное напряжение ВС (рис. 7, а). Угол между этими векторами составляет 90º. Отсюда и произошло название схемы включения реле. Такое сочетание сигналов, подводимых к реле, улучшает работоспособность реле при близких коротких замыканиях.

Для трехфазного исполнения защиты , , , , , , где – векторы токов в токовых катушках первого, второго и третьего реле направления мощности; – векторы напряжений, подведенных к потенциальным катушкам первого, второго и третьего реле направления мощности; – векторы вторичных линейных напряжений.

Векторная диаграмма реле направления мощности соответствует 90 градусной схеме включения реле с углом внутреннего сдвига α, равном 45° ( , равном - 45°, где – угол максимальной чувствительности реле – угол между током и напряжением на реле, при котором момент максимален, подробнее – см. Елфимов «Реле направления мощности») (рис. 7, б) в симметричном режиме контролируемого объекта. Сдвиг в 45° появляется за счёт трансреактора. Вектор тока отстает от вектора напряжения при КЗ на контролируемом объекте (например, линии) на угол определяемый соотношением активной и реактивной составляющих сопротивление контролируемой линии (см. рис. 7 а). Вектор имеет два предельных положения. Одно – при КЗ за чисто индуктивным сопротивлением ( , равном 90^о). Другое – при КЗ за чисто активным сопротивлением ( , равном 0^о, например, при КЗ вблизи места установки реле). Это означает, что угол между векторами тока и напряжения , подведенными к реле, равен – ( ) и может изменяться в симметричном режиме от 0 до 90^о (вектор тока опережает вектор напряжения).

Линия 0-0 на рис. 7, б, называется линией нулевых моментов (или линией изменения знака М_вр). Она всегда расположена под углом   к вектору   и совпадает с вектором  .

Линия ММ, лежащая под прямым углом к линии 0-0, называется линией максимальных моментов.

Как видно на рис. 7, б, вращающий момент реле при трёхфазных КЗ в зоне действия защиты положителен и близок к максимальному; следовательно, реле надёжно срабатывает. При трёхфазных КЗ вне зоны вращающий момент изменяет своё направление на противоположное значение и реле столь же надежно не срабатывает.

Схема 3U0+3I0

Односистемной называется защита, состоящая из одного комплекта реле, а трёхсистемная – из трёх комплектов реле.

Трехсистемные защиты отличаются от односистемных большей простотой и четкостью схемы, большей надежностью и быстротой действия вследствие отсутствия в них переключений в цепях тока и напряжения.

Рисунок – Внутреннее устройство РНМ

Индукционное реле направления мощности имеет две обмотки, размещенные на полюсах замкнутого стального магнитопровода 1. Одна из них, токовая (4) включается во вторичные цепи ТТ, и ток в ней (Ip) определяется вторичным током ТТ. Вторая – потенциальная (5) – подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), и ток в ней (Iн) пропорционален подведенному напряжению (Uн). Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 2 цилиндрической формы и алюминиевый ротор 3, имеющий форму стакана. На роторе укреплен контактный мостик 6. При направлении мощности КЗ от шин в линию этот мостик замыкает неподвижные выходные контакты 7 (реле срабатывает). Возврат реле происходит под воздействием противодействующей пружины 8.

1. Рабочий момент реле М_вр пропорционален мощности S_p, подводимой к зажимам реле от измерительных ТА и ТV, и направлен от оси опережающего потока к оси отстающего.

2. Знак электромагнитного момента М_вр определяется знаком   и зависит от угла, а следовательно и М_вр положительны при угле , лежащем в пределах от 0º до 180º; и отрицательны от 180º до 360º .

3. За положительное направление М_вр принято действие момента на замыкание контактов

4. Момент М_вр достигает максимальной величины при  = 90º , т.е. когда I_p опережает I_н на 90º

5. Угол между током и напряжением, при котором угол составляет 90º, а момент М_вр достигает максимума, называется углом максимальной чувствительности .

6. Реле не действует, если U_p = 0, или I_p = 0, или если   .

Последнее условие имеет место при   и   .