Н.В. Чернобровов Релейная защита
.pdf
Выражение (10-4) показывает, что для уменьшения тока небаланса необходимо вырав-
нивать токи IIнам и IIIнам (рис. 10-2, б) по величине и фазе, тогда их разность будет минимальной.
Ток намагничивания (см. § 3-2) зависит от магнитной индукции В или от вторичной э. д. с. Ев трансформаторов тока (рис. 10-4, а), поскольку В и Ев пропорциональны.
Из сопоставления характеристик 1 и 2 на рис. 10-4, а следует, что ток небаланса будет равен нулю при полной идентичности (совпадении) характеристик намагничивания 1 и 2 трансформаторов тока Т1 и ТII (рис. 10-2, а) и равенстве вторичных э. д. с. Ев.
Выполнить эти требования с абсолютной точностью, на практике не удается, и поэтому ток небаланса всегда имеется. Он возрастает с увеличением магнитной индукции В, которая в свою очередь повышается при увеличении первичного тока Iк и вторичной нагрузки zн.
Ток Iнб особенно возрастает при насыщении трансформаторов тока, так как при этом резко усиливается различие в токах намагничивания трансформаторов тока. Поэтому, помимо, обеспечения наибольшей идентичности характеристик намагничивания, стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего к. з. магнитопроводы трансформаторов тока не насыщались.
Для выполнения этого условия используются следующие пути:
1. Применяются трансформаторы тока, насыщающиеся при возможно больших кратностях тока к. з. и вторичной нагрузки zн.
201
Кроме того, для выравнивания токов IIнам и IIIнам необходимо выравнивать нагрузку вторичных обмоток трансформаторов тока, т. е. обеспечивать условие z1н = zIIн.
В схеме с циркуляцией токов нагрузку каждого трансформатора тока составляет сопротивление соединительных проводов от трансформаторов тока до места включения реле. Сопротивление реле не учитывается, так как в условия х внешнего к. з. ток в нем отсутствует.
Т и п и ч н а я к р и в а я т о к а Iнам трансформатора в переходный период при к. з. с током Iк по рис. 10-7, а приведена на рис. 10-6, б. Как показано на рис. 10-6, а, при к. з.
в сети в ветви намагничивания появляются вынужденные периодические и апериодические токи намагничивания: Iп.нам и Iа.нам. Так как в цепи, содержащей индуктивность, ток изменяться скачком не может, то в ветви намагничивания появляются свободные апериодические токи Iсв.п и Iсв.а, компенсирующие в первый момент времени вынужденные состав-
ляющие: Iп.нам и Iа.нам.
Диаграмма вынужденных и свободных токов небаланса показана на рис. 10-7, в. Свободные токи замыкаются в контуре вторичной обмотки (рис. 10-6, а) и затухают с
постоянной времени Т2, определяемой параметрами этого контура:
Результирующий ток намагничивания Iнам (рис. 10-6, б) равен в каждый момент времени алгебраической сумме четырех составляющих Iнам = Iп.нам — Iсв.п + Iа.нам — Iсв.а. Из рис. 10-6, б
203
видно, что величина и время затухания Iнам зависят в основном от свободного тока Iсв.а. Постоянная времени Т2 » Т1, что и приводит к запаздыванию нарастания и увеличению
продолжительности переходного процесса в токе намагничивания, а следовательно, и в токе небаланса. Из с к а з а н н о г о в ы т е к а е т , что характерные особенности кривой Iнб обусловливаются появлением свободной составляющей в токе намагничивания, замыкающейся в контуре вторичной обмотки трансформаторов тока. После затухания апериодических токов изменение Iнб прекращается и его величина достигает установившегося значения.
Таким образом, возникновение к. з. сопровождается переходным процессом как в первичной, так и во вторичной цепи трансформаторов тока, появляющиеся при этом апериодические свободные токи ухудшают работу трансформаторов тока, вызывая повышенное намагничивание их магнитопровода. В результате этого в дифференциальной защите во время переходного периода возникают повышенные токи небаланса.
Точных и удобных для практики способов расчета тока небаланса пока еще не разработано. На практике пользуются приближенными расчетными формулами, приведенными в «Руководящих указаниях по релейной защите». В частности, для приближенного учета влияния апериодической составляющей тока к. з. в неустановившемся режиме при выборе
трансформаторов тока вводится коэффициент kа, с учетом которого mрасч = |
kаIк.макс/ Iном.т.т. |
|
Для быстродействующих защит t≤ 0,1 с принимают ка = 2, для защит с t |
= 0,1 ÷ 0,3 с |
|
kа = 1,5 и при 1 с kа = 1. Такой способ |
учета влияния апериодической составляю- |
|
щей является приближенным и требует уточнения. |
|
|
Существенное влияние на увеличение тока небаланса оказывает также о с т а т о ч - |
||
н о е н а м а г н и ч и в а н и е магнитопровода |
трансформаторов тока. |
|
Трансформатор тока остается в намагниченном состоянии» если проходящий через него ток прерывается (отключается) в момент времени, когда он и создаваемый им магнитный поток не равны нулю. В этом случае в сердечнике трансформатора тока остается магнитный поток Фoст) который был в нем в момент отключения тока. Если при последующем к. з. остаточный поток Фoст совпадает по знаку с магнитным потоком Фк.3, обусловленным током к. з. (особенно его апериодической составляющей), то образуется результирующий поток, равный их сумме Фост + Фк.з. Результирующий поток может достигнуть весьма большой величины и вызвать насыщение магнитопровода, в результате которого резко возрастает ток намагничивания и, как следствие этого, увеличится ток небаланса.
Поэтому при разработке мер, предупреждающих ложное действие дифференциальных защит от токов небаланса, необходимо считаться с влиянием остаточного намагничивания.
10-4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ
В основе всех разнообразных схем и конструкций дифференциальных защит лежат некоторые общие принципы, обусловленные особенностями условий работы этих защит на линиях. Рассмотрим основные из них.
1. В дифференциальных защитах линий трансформаторы тока, соединяемые в дифференциальную схему, находятся на значительном расстоянии. Соединительные провода между ними имеют большое сопротивление и во много раз превышают допустимые пределы нагрузки самых мощных современных трансформаторов, тока. Так, например, при длине линии 10 км сопротивление одного соединительного медного провода сечением 1,5 мм2 составляет:
в то время как трансформаторы тока допускают нагрузку 1—2 Ом. Это затруднение преодолевается при помощи промежуточных трансформаторов тока ПТ (рис. 10-8, а), которые уменьшают ток в соединительных проводах в пП раз и снижают благодаря этому нагрузку
204
соединительных проводов, приведенную к зажимам основных трансформаторов тока, в nÏ2 раз.
Покажем это с помощью рис. 10-8, б и в. Мощность, отдаваемая трансформатором тока в нагрузку.
Указанный способ снижения нагрузки соединительных проводов используется во всех дифференциальных защитах линий.
2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключение выключателей на обоих концах защищаемой линии. Для осуществления этого устанавливаются два дифференциальных реле 1 и 2 — по одному на каждом конце линии (рис. 10-9). Каждое из этих реле действует на свой выключатель.
Введение в схему второго, параллельно включенного реле вносит следующие изменения в условия работы защиты по схеме с циркуляцией токов:
а) Ток, поступающий от трансформаторов тока Т1 и ТII, распределяется между ближним и дальним реле обратно пропорционально сопротивлениям их цепей (рис. 10-9). В контуре дальнего реле участвуют соединительные провода, и поэтому ток, направляющийся в дальнее реле, меньше, чем ток, поступающий в реле, расположенное вблизи данных трансформаторов тока.
205
3. Токи небаланса в дифференциальных защитах линии при сквозных к. з. могут достигать значительных величин не только в переходных режимах, но и в установившихся. Повышенное значение токов небаланса может обусловливаться большими кратностями токов внешнего к. з., вынужденной разнотипностью трансформаторов тока по концам линии, их значительной загрузкой, сопротивлением соединительных проводов и появлением I´нб.
Для отстройки от токов небаланса получили распространение дифференциальные реле с т о р м о ж е н и е м. Ток срабатывания у таких реле возрастает с увеличением тока внешнего к. з.
206
207
По вертикальной оси координат откладывается рабочий ток IР, а по горизонтальной — тормозной ток Iт = IК (см. рис. 10-12). Считая что kт имеет постоянное значение, зависимость Iр.с р = f (IТ), согласно уравнению (10-8), изображается в виде прямой 1. Ее наклон (и, следовательно, величина kТ) выбираются из условия недействия реле от тока небаланса (кривая
3) при внешнем к. з., т . е . из условия Iс.р > Iнб при Iк.макc. Этому условию удовлетворяет точка М на рис. 10-11, а. Соответствующий ей ток в рабочей обмотке
208
Отсюда следует вывод, что при одинаковых условиях отстройки от Iнб при внешнем к. з. (уравнение 10-9) реле с тормозной характеристикой обладает большей чувствительностью по сравнению с простым дифференциальным реле. Таким образом, реле с торможением надежно отстроено от Iнб и имеет большую чувствительность при к. з. в зоне по сравнению
среле без торможения.
4.Во всех рассмотренных схемах подразумевалась установка реле на трех фазах в тех случаях, когда защита должна реагировать на все виды к. з. Для выполнения таких схем необходимо шесть дифференциальных реле и не менее четырех соединительных проводов.
Д л я у м е н ь ш е н и я ч и с л а р е л е и соединительных проводов реле включаются через фильтры симметричных составляющих или суммирующие трансформаторы, как показано на принципиальной схеме рис. 10-14.
Помимо уже рассмотренных элементов, в этой схеме предусмотрены р а з д е л и т е л ь - н ы е (изолирующие) т р а н с ф о р м а т о р ы ИТ, с помощью которых цепь соединительного кабеля АВ отделяется от цепей реле. Такое разделение исключает появление в цепях реле высоких напряжений, наводимых в жилах кабеля при протекании токов к. з. по защищаемой линии или возникающих в них по любым другим причинам.
В н о р м а л ь н о м р е ж и м е и п р и в н е ш н и х к. з. по соединительным жилам, цепям промежуточного и изолирующего трансформаторов и тормозным обмоткам реле циркулирует ток, пропорциональный первичному току линии, а в рабочих обмотках проходит ток небаланса
П р и к. з. на л и н и и токи в рабочих обмотках суммируются, и хотя в тормозных обмотках реле протекает ток к. з., защита срабатывает, так как действие рабочей обмотки превосходит противодействие тормозной обмотки реле. В соединительных проводах А и В проходит небольшой ток,
равный разности токов II — III.
209
10-5. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ
Повреждения проводов. Повреждение соединительных проводов может вызвать неправильную работу дифференциальной защиты. Возможны обрывы соединительных проводов, короткие замыкания между ними и замыкания на землю одного из проводов.
При обрыве соединительного провода (рис. 10-15, а) весь ток, поступающий от трансформаторов тока, замыкается через рабочие обмотки дифференциальных реле. Ток в тормозной и рабочей обмотках реле становится одинаковым, вследствие чего реле может срабо-
.
тать при нормальной нагрузке или сквозном к. з. в зависимости от величины I с.з. Замыкание между соединительными проводами (рис.10-15, б) шунтирует рабочие об-
мотки реле, благодаря чему защита может не подействовать и отказать в работе при к. з. в зоне.
Замыкание на землю не нарушает токораспределения и не угрожает поэтому непосредственной опасностью неправильного действия или отказа защиты. Однако если в жилах соединительного кабеля появятся э. д. с, наведенные токами вблизи расположенных
210