- •Дистанционная защита
- •11.1. Назначение и принцип действия
- •11 2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит
- •11.3. Принципы выполнения селективной защиты сети с помощью ступенчатой дистанционной защиты
- •11.4. Структурная схема дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой
- •11.5. Схемы включения дистанционных и пусковых измерительных органов на напряжение и ток сети
- •11.6. Характеристики срабатывания реле сопротивления и их изображение на комплексной плоскости
- •11.7. Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в дз в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям
- •11.8. Реле сопротивления на диодных схемах сравнения абсолютных значений двух электрических величин
- •11.9. Реле сопротивления на сравнении фаз двух электрических величин, выполняемые на имс
- •11.10. Схемы трех основных функциональных элементов pc, построенных на сравнении фаз
- •11.11. Реле сопротивления со сложными характеристиками срабатывания, выполненные на имс
- •11.12. Пусковые органы дистанционных защит
- •11.13. Погрешность срабатывания pc, обусловленная током iр
- •11.14. Искажение действия дистанционных органов
- •11.16. Выполнение схем дистанционных защит
- •11.17. Дистанционная защита типа шдэ-2801, выполняемая на имс
- •11.18. Выбор уставок дистанционной защиты
- •11.19. Оценка дистанционной защиты
11.6. Характеристики срабатывания реле сопротивления и их изображение на комплексной плоскости
Использование комплексной плоскости для изображен характеристик PC. Сопротивление является комплексной в чиной, поэтому характеристики срабатывания PC (,) и сопротивления на их зажимахудобно изображать на комплексной плоскости в осяхR, jX (рис. 11.13). В этом случае по ос вещественных величин откладываются активные сопротивления R, а по оси мнимых величин - реактивные сопротивления X. Полное сопротивление на зажимах реле =UР/ может быть выражено через активные и реактивные составляющие в виде комплексного числа =RР + jXР = и изображено в осяхR, jX вектором с координатами RР и jXР (рис. 11.13, а).
Величина этого вектора характеризуется модулем || =, а его направление - углом, который определяется соотношениемXР и RР, поскольку tg=XР / RР. На рис. 11.13,6 видно, что угол равен углу сдвига фаз между векторами тока и напряжения UР, следовательно, можно считать, что на комплексной плоскости вектор IР совпадает с осью положительных сопротивлений R, а напряжение UР - с вектором . Любой участок сети, напримерW1 (рис. 11.13, в), можно представить в осях R, jX вектором ZAB = Zwl, имея в виду, что каждая точка ЛЭП характеризуется определенными сопротивлениями Rwl и Хwl. Если сопротивление всех участков сетиимеет один и тот же угол =arctg, то их геометрическоеместо на комплексной плоскости изображается в виде прямой, смещенной относительно оси R на угол (рис. 11.13, г). Начало защищаемой ЛЭП, где установлена рассматриваемая ДЗА, совмещается с началом координат (рис. 11.13, в, г). Координаты всех участков сети, попадающих в зону ДЗ А, считаются положительными и располагаются в I квадранте комплексной плоскости (рис. 11.13, г). Координаты участков сети, расположенные на рис. 11.13, в слева от точки Л, считаются отрицательными и располагаются в III квадранте. Сопротивление линии W1 показано на диаграмме отрезком АВ, W2 - отрезком ВС и W3 - отрезком AD. Сопротивление от места установки ДЗ до точкиК изображено отрезком АК под углом =к осиR (рис. 11.13, в, г). Если КЗ произошло через электрическую дугу, имеющую активно противление RД, то сопротивление до места КЗ будет изображаться вектором АК' равным геометрической сумме векторов ZK и RД (рис. 11.13, д):
АК' = ZK + RД. (11.8)
Исследования показали, что значение RД пропорционально длине дуги , м, и тем меньше, чем больше ток КЗIK, A:
RД = K/ IK, (11.9)
где К - постоянная величина, равная 1200-1500.
С учетом этого на рис. 11.13, д сопротивление RД при КЗ в начале ЛЭП показано меньшим, чем в конце, поскольку IК в первом случае всегда больше, чем во втором. Вектор сопротивления при нагрузке показан на рис. 11.13, г расположенным под углом <.
Графическое изображение характеристик срабатывания реле.
Характеристики срабатывания основных типов PC, изображенные на рис. 11.14, представляют собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию =. Заштрихованная часть характеристики, где, соответствует области действия реле. При, выходящих за пределы заштрихованной части, т. е. при>, реле не работает.
Характеристика срабатывания реле должна обеспечивать работу реле при КЗ в пределах принятой зоны действия (Z'). С учетом сопротивления электрической дуги вектор = + RД может располагаться при КЗ на защищаемом участке ЛЭП в пределах площади четырехугольника 0КК'К" показанного на рис. 11.13, д. Действие реле при КЗ будет обеспечено, если характеристики срабатывания реле, показанные на рис. 11.14, будут охватывать область комплексной плоскости, в которой может находиться вектор сопротивления при КЗ на ЛЭП (площадь0КК'К" на рис. 11.13, д). Однако область срабатывания PC имеет ограничения: реле не должно действовать при сопротивлении нагрузки (при ) и при качаниях. Для этого векторыидолжны располагаться за пределами области срабатывания реле, т. е. должно соблюдаться условие<и по возможности<.
Ненаправленное реле полного сопротивления (рис. 11.14, а). Характеристика этого реле имеет вид окружности с центром в начале координат и радиусом, равным К. Реле работает при К при любых углах между вектороми осьюR. Характеристика срабатывания PC выражается уравнением
=К, (11.10)
где К-постоянная величина.
Зона действия реле расположена в четырех квадрантах, в том числе в I и III. Реле с характеристикой, изображенной на рис. 11.14, а, работает как ненаправленное PC.
Направленное реле полного сопротивления имеет , зависящее от угла(рис. 11.14,6). Его характеристика срабатывания изображается окружностью, проходящей через начало координат. Сопротивление срабатывания имеет максимальное значение при=, где- угол максимальной чувствительности реле, при котором= т. е. равен диаметру окружности 0В.
Зависимость срабатывания этого реле от угла может быть представлена уравнением
= cos (-). (11.11)
Реле не работает при , расположенных вIII квадранте. Это означает, что оно не может действовать, если мощность направлена к шинам подстанции. Следовательно, рассмотренное реле является направленным. Как и РНМ, направленное PC имеет "мертвую зону" при повреждениях в начале защищаемой ЛЭП.
Реле с круговой характеристикой, смещенной относительно начала координат. На рис. 11.14, в показана характеристика, смещенная в III квадрант на расстояние Z". Такое реле рассчитано на работу при КЗ на защищаемой линии W1 (рис. 11.13, в) и включает в зону своего действия питающие эту ЛЭП шины и часть длины (пропорциональную Z") других отходящих от шин ЛЭП (на рис. 11.13, в это шины А и часть ЛЭП W3). Уравнение смещенной характеристики в векторной форме имеет вид
= 0. (11.12)
Уравнение (11.12) можно получить из рассмотрения треугольника 00'С. Как видно из чертежа, геометрическая разность вектора Z'- Z" равна диаметру окружности, отсюда
= r. (11.12а)
Из того же чертежа видно, что = 00' с учетом
, (11.126)
где С - любая точка окружности; r - радиус окружности.
Приравнивая левые части уравнений (11.12а) и (11.126), получаем (11.12). Для дистанционных органов второй и третьей ступеней находят применение реле с характеристикой, смещенной в сторону I квадранта. Такая характеристика позволяет увеличить зону действия и улучшить отстройку от нагрузки.
Реле с эллиптической характеристикой. На рис. 11.14, г изображена характеристика направленного реле, имеющая вид эллипса. Сопротивление срабатывания такого реле зависит от угла и имеет наибольшее значение при=. Угол, как и в предыдущем случае, равен. Сопротивлениеравно большой оси эллипса 2а.
Как известно, эллипс является геометрическим местом точек, сумма расстояний которых до фокусов b и d постоянна и равна большой оси 2а. На основании этого, обозначая координаты фокусов b и d, Z' и Z", а координаты любой точки С эллипса , получаем уравнение эллиптической характеристики
|-Z'| + |-Z''| = 2а. (11.13)
По сравнению с круговой характеристикой эллиптическая характеристика имеет меньшую рабочую область. Это дает возможность лучше отстроить реле от качаний и перегрузок, но ухудшает чувствительность при КЗ через переходное сопротивление RП.
Реле с характеристикой в виде многоугольника. Подобная характеристика направленных PC, имеющая форму четырехугольника, показана на рис. 11.14, д. Сопоставляя эту характеристику с площадью ОКК'К" на рис. 11.13, д, можно установить, что четырехугольная характеристика реле в большей мере, чем другие характеристики, совпадает с контуром области расположения векторов при КЗ и является с этой точки зрения наиболее рациональной.
Пунктиром показан вариант характеристики ОА' и ВС', предусматривающий расширение зоны реле для обеспечения его действия при двустороннем питании КЗ через переходное сопротивление.
На рис. 11.14, е показана характеристика, имеющая форму треугольника, применяемая для третьей зоны ДЗ. Она позволяет отстроиться от при больших значениях тока нагрузки, чему соответствует минимальное значение= 0,9Uном/, и допускает срабатываниеPC при значительном переходном сопротивлении RП в случае удаленных КЗ.
Реле реактивного сопротивления срабатывает при =sin,=К, где К - постоянная величина. Характеристика таких PC изображается прямой линией, параллельной оси X (рис. 11.14, ж), отстоящей от нее на расстоянии =К.