9.2.4. Токи небаланса в дифференциальной защите

9.2.4.1. Общие сведенья

При внешних КЗ и нагрузке обеспечить полный баланс вторичных токов, поступающих в реле не удается:

I_нб = I₁ – I₂(9.5.)

В общем случае ток небаланса можно разложить на ряд составляющих:

I_нб = I_нб.ТА + I_нб.рег+ I_нб.ком+ I_нб.нам(9.6.)

где: I_нб.ТА– ток небаланса из-за погрешностей трансформаторов тока;

I_нб.рег– погрешность при изменении коэффициента трансформацииNсилового трансформатора;

I_нб.ком– ток небаланса из-за неточности компенсации токов в плечах защиты;

I_нб.нам– составляющая, вызванная наличием тока намагничиванияI_наму силового трансформатора.

Составляющая I_нб.ТАимеет наибольшую величину и является основной:

I_нб.ТА = I_IIнам – I_Iнам(9.7.)

где: I_Iнам,I_IIнам— токи намагничивания трансформаторов тока.

I_нб.рег— Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогательного автотрансформатора, обеспечивается при определенном значении коэффициента трансформации силового трансформатора

N. Этот коэффициент может изменяться, особенно значительно у силовых трансформаторов оснащенных РПН. Обычно параметры компенсирующих устройств подбираются для среднего значенияN. При отклонении от него наNпоявляется ток небаланса:

(9.8.)

где: I_скв— сквозной ток, протекающий через трансформатор.

I_нб.ком— Появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирующих устройств не позволяют подобрать расчетные значения_yилиn_a, необходимые для полной компенсации.

I_нб.нам— Ток намагничиванияI_намсилового трансформатора нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора:

I_нб.нам = I_нам(9.9.)

В нормальном режиме I_намсоставляет 1–5% отI

_ном. Ток намагничивания резко возрастает при увеличении напряжения на трансформаторе, при КЗ ток намагничивания резко уменьшается.

9.2.4.2. Причины повышенного тока небаланса в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса достигает значительной величины у трансформаторов с РПН, из-за составляющей — I_нб.рег.

Из-за конструктивных ограничений часто бывает значительна составляющая I_нб.ком.

Особенна велика составляющая I_нб.ТА– причины этого:

1. Конструктивная разнотипность трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего и низшего напряжения силовых трансформаторов. Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (

   U_НОМ= 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформаторов тока, применяемых на напряжении 10 и 6 кВ.

2. Большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока и значительным различием сопротивлений плеч.

3. У трех обмоточных трансформаторов, кратность токов при внешних КЗ для различных групп трансформаторов тока получаются неодинаковыми. Через одну группу протекает суммарный ток КЗ, через две другие лишь часть этого тока. В результате группа ТА3 (см. рис. 9.2.6.) будет намагничиваться сильнее, токи намагничивания этих трансформаторов увеличатся.

Рис. 9.2.6.

9.2.4.3. Расчет тока небаланса

Ток небаланса оценивается по приближенной формуле, исходя из предположения, что при максимальном токе короткого замыкания, погрешность трансформаторов тока не превышает 10%:

I_нб.ТА = k_одн 0,1 I_к.макс(9.10.)

где: k_одн— коэффициент однотипности, учитывающий различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему;k_одн= 0,5–1. При существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока —

k_одн= 1.

Значение полного тока небаланса:

(9.11.)

29.Ток небаланса продольной дифференциальной защиты линии. Способы отстройки от токов небаланса.

В действительности трансформаторы тока работают с погрешностью: I₁–I₂=I_нб чтобы не произошло ложного срабатывания защиты: I_С.З.

>I_{нб.макс}.

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

При внешнем КЗ:

I_нб=I_II.нам–I_I.нам

Для уменьшения тока небаланса необходимо выровнять токи намагничивания трансформаторов по величине и фазе. Ток намагничивания трансформаторов тока зависит от магнитной индукции или вторичной ЭДС (см. рис. 8.2.5.)

Выполнить характеристики намагничивания идентичными у разных трансформаторов тока практически не удается.

Ток небаланса особенно возрастает при насыщении магнитопровода трансформатора. Даже при максимальном токе протекающем по первичной обмотке при КЗ, трансформаторы тока не должны насыщаться.

Для уменьшения тока небаланса подбирают ТТ с одинаковыми характеристиками намагничивания. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления диф.защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5-10 Ом.

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии. Очевидно, что 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 (рис. 6-1). Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам

защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми

коэффициентами трансформации.

Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового

реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии. 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.

30. Дифференциально – фазная высокочастотная защита. Канал токов высокой частоты.

Дифференциально-фазная высокочастотная (в.ч.) защита относится к

быстродействующим защитам с абсолютной селективностью и применяется на линиях средней и большой длины в случаях, когда по условиям устойчивости требуется быстрое отключение к.з. в любой точке защищаемой линии.

Удовлетворяющие этому же требованию обычные продольные дифференциальные защиты из-за большой стоимости соединительного кабеля и большого его сопротивления для длинных линий непригодны.

Принцип действия дифференциально-фазной в.ч. защиты основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии.

Принимая положительное направление тока от шин в линию можно сделать вывод о том, что при внешнем к.з. токи по концам линии имеют различные знаки и следовательно, сдвинуты по фазе относительно друг друга на

1800. При к.з. на линии токи по её концам имеют одинаковый знак и их можно считать совпадающими по фазе. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии можно установить место к.з.

Дифференциально-фазная в.ч. защита состоит из 2-х одинаковых полукомплектов, расположенных по концам защищаемой линии, а сравнение фаз токов осуществляется косвенным путём с помощью токов высокой частоты, которые передаются по высокочастотному каналу с использованием проводов защищаемой линии.

Высокочастотным (в.ч.) каналом называют путь, по которому замыкаются токи высокой частоты.

На рис. 6-9 показан в.ч. канал по схеме фаза-земля, при которой в.ч. сигнал передаётся по одному из проводов линии и возвращается по земле.

На каждом конце линии устанавливается в.ч. пост 1. Выходная цепь в.ч. поста одним зажимом подключается к земле, а другим к линии через в.ч. кабель 2, фильтр присоединения 3 и конденсатор связи 4. В сторону шин подстанций по концам провода линии электропередачи используемого для передачи в.ч. сигнала, устанавливаются в.ч. заградители 5.

Конденсатор связи предназначен для присоединения в.ч. поста к

линии высокого напряжения.

Фильтр присоединения соединяет нижнюю обкладку конденсатора

связи с землёй, образуя замкнутый контур для токов высокой частоты и

предназначен для согласования (уравнивания) входного сопротивления

кабеля с входным сопротивлением линии.

Заградитель преграждает выход токов высокой частоты за пределы

линии.

Высокочастотный пост состоит из передатчика ГВЧ, генерирующего токи высокой частоты в диапазоне частот от 40 до 500 КГц и приёмника ПВЧ настроенного на одну частоту с передатчиком.

Высокочастотный кабель предназначен для соединения в.ч. поста с

фильтром присоединения и представляет собой коаксиальный кабель (одножильный с экраном) типа РК входное сопротивление которого близко к 100 Ом, имеющий небольшое затухание.

Упрощённая принципиальная схема дифференциально-фазной защиты и диаграмма, поясняющая принцип её действия приведены на рис. 6-11.

Защита состоит из в.ч. поста, включающего в себя в.ч. генератор ГВЧ, приёмник ПВЧ, реле отключения РО, подключенного к выходу приёмника и двух пусковых реле П1 и П2, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты. В.ч. генератор управляется (манипулируется) непосредственно током промышленной частоты при помощи специального трансформатора ТМ, который подключается к ТТ линии.

Защита выполнена таким образом, что генератор передаёт в.ч. сигнал только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты.

При внешних к.з. (вне зоны действия защиты) фазы первичных токов по концам линии противоположны, генератор на конце линии m работает в течение первого полупериода первичного тока, а на конце n – в течение второго полупериода. В.ч. сигнал протекает по линии непрерывно и питает приёмники на обеих сторонах линии. При этом выходной ток приёмников и в цепи реле РО отсутствует и защита не работает.

При к.з. на линии (в зоне действия защиты) фазы первичных токов по концам линии совпадают, генераторы обоих комплектов защиты работают одновременно. При этом в.ч. сигнал на входах приёмников имеет прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду первичного тока. В этом случае приёмники работают в промежутки времени, тогда в.ч. сигнал отсутствует и не работает при наличии в.ч. сигнала. В выходной цепи приёмника появляется прерывистый ток, реле РО срабатывает и отключает линию. Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам линии, определяется по характеру в.ч. сигналов (сплошные или прерывистые), на которые при помощи приёмника реагирует защита.

29. Поперечная дифференциальная токовая защита. Ток небаланса.

Поперечная дифференциальная токовая защита.

Принцип действия основан на сравнении токов одноименных фаз.

Трансформаторы тока устанавливают в начале защищаемой линии у источника. Берут трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации.

Реле тока включается на разность токов двух фаз.

При нормальной работе и внешних КЗ (т. К1) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле.

— коэффициент отстройки, =1,3.

Максимальный расчетный ток небаланса.

Например, при КЗ в точке К2 равенство токов нарушается.

Если >, то защита срабатывает и отключает выключатель.

Рассмотрим КЗ, близкое к шинам п./ст. (точка К3). В этом случае токи отличаются незначительно и защита может не действовать. Появляется мертвая зона. Ее величина по правилам не должна быть более 0,1 линии.

Величина мертвой зоны определяется по формуле

Достоинства защиты.

1. Имеет абсолютную селективность.

1.1 Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2 Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

Недостатки.

1. Имеет мертвую зону. Не защищает конец линии и шины подстанции. Не может использоваться в качестве основной защиты.

2. В случае отключения одной из линий должна выводиться из действия.

3. Не может определить на какой линии произошло КЗ. Не может быть использована на линиях с автоматичекими выключателями, когда требуется отключать только поврежденную линию.

В общем случае при срабатывании защиты нужно определить поврежденную линию, отключить ее вручную, вывести защиту из действия, а затем включить оставшуюся линию.

Ток небаланса

Схема замещения трансформатора тока.

где , — первичные токи трансформаторов тока, приведенные ко вторичному;

, — токи намагничивания, приведенные ко вторичному току;

Ток в реле при нормальной работе Iр=I_2I-I_2II

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

Ток срабатывания реле выбирают с учетом тока небаланса

Ток небаланса рассчитывается по формуле

где ε=10% — полная максимально возможная погрешность трансформаторов тока при заданной вторичной нагрузке и пре­дельной кратности тока КЗ;

=0,5…1,0. — коэффициентом однотипности. Учитывает разброс параметров трансформаторов тока.

=2.0 – коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на ток небаланса;

Коэффициент чувствительности должен быть в пределах =1,5…2.

При использовании обычных реле тока чувствительность диф. защиты часто оказывается недостаточной.

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты.

1. Отстройка от переходных токов небаланса по времени.

Преимущество. Простота.

Недостаток. Не дает использовать главное преимущество дифференциальной защиты — ее быстродействие

2. Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока.

Применяется редко. Например, в дифференциальных защитах генераторов малой мощности.

3. Исключение апериодической составляющей из переходного тока небаланса.

Этот способ реализован в реле РНТ с насыщающимся трансформатором тока (НТТ). При синусоидальном токе насыщающийся трансформатор не оказывает существенного влияния на работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляющая, то магнитопровод НТТ сильно насыщается, сопротивление намагничивания резко падает, ток намагничивания увеличивается, а вторичный ток уменьшается. Коэффициент трансформации НТТ автоматически увеличивается. Нормальная работа насыщающегося трансформатора восстанавливается после исчезновения апериодической составляющей.

Защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. При расчете тока небаланса можно не учитываь влияния апериодической составляющей. =1,0-1,3.

4. Использование в дифференциальной защите реле с торможением.

Токи небаланса могут быть большими не только в переходном, но и в установившемся режиме внешнего КЗ. В этом случае апериодическая составляющая отсутствует и реле РНТ непригодно.

Используется реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ.

Реле позволяет автоматически с изменением тока внешнего КЗ I’к.вн. изменять ток срабатывания реле Iс.р. Реле имеет тормозную обмотку. Реле включается так, что обеспечивается пропорциональность между тормозным током и током внешнего КЗ I’к.вн. Ток срабатывания реле определяется условием

Преимущества продольной дифференциальной защиты.

2. Имеет абсолютную селективность.

1.1 Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2 Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

3. Для участков небольшой длины проста и надежна.

Недостатки.При увеличении зоны защиты, увеличивается длина соединительных проводов, снижается надежность из-за отказов вспомогательных проводов. Требуется специальное устройство, контролирующее их исправность. Появляется дополнительный ток небаланса. Часто приходится использовать реле с торможением. Возрастает стоимость защиты.

29.Ток небаланса продольной дифференциальной защиты линии. Способы отстройки от токов небаланса.

В действительности трансформаторы тока работают с погрешностью: I₁–I₂=I_нб чтобы не произошло ложного срабатывания защиты: I_С.З.>I_{нб.макс}.

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

При внешнем КЗ:

I_нб=I_II.нам–I_I.нам

Для уменьшения тока небаланса необходимо выровнять токи намагничивания трансформаторов по величине и фазе. Ток намагничивания трансформаторов тока зависит от магнитной индукции или вторичной ЭДС (см. рис. 8.2.5.)

Выполнить характеристики намагничивания идентичными у разных трансформаторов тока практически не удается.

Ток небаланса особенно возрастает при насыщении магнитопровода трансформатора. Даже при максимальном токе протекающем по первичной обмотке при КЗ, трансформаторы тока не должны насыщаться.

Для уменьшения тока небаланса подбирают ТТ с одинаковыми характеристиками намагничивания. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления диф.защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5-10 Ом.

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии. Очевидно, что 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 (рис. 6-1). Следовательно, сравнивая величину и фазу (направление) токов по концам линии можно определять, где возникло повреждение – на линии или за её пределами.

Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии.

Для осуществления продольной дифференциальной защиты по концам

защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми

коэффициентами трансформации.

Параллельно вторичным обмоткам ТТ включается обмотка токового

реле Т, которое совместно с ТТ1 и ТТ2 образует дифференциальную защиту. Вторичные Рис.6‐1. Токи по концам линии (а) при внешних к.з. и (б) на линии. 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.

30. Дифференциально – фазная высокочастотная защита. Канал токов высокой частоты.

Дифференциально-фазная высокочастотная (в.ч.) защита относится к

быстродействующим защитам с абсолютной селективностью и применяется на линиях средней и большой длины в случаях, когда по условиям устойчивости требуется быстрое отключение к.з. в любой точке защищаемой линии.

Удовлетворяющие этому же требованию обычные продольные дифференциальные защиты из-за большой стоимости соединительного кабеля и большого его сопротивления для длинных линий непригодны.

Принцип действия дифференциально-фазной в.ч. защиты основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии.

Принимая положительное направление тока от шин в линию можно сделать вывод о том, что при внешнем к.з. токи по концам линии имеют различные знаки и следовательно, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 1800. При к.з. на линии токи по её концам имеют одинаковый знак и их можно считать совпадающими по фазе. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии можно установить место к.з.

Дифференциально-фазная в.ч. защита состоит из 2-х одинаковых полукомплектов, расположенных по концам защищаемой линии, а сравнение фаз токов осуществляется косвенным путём с помощью токов высокой частоты, которые передаются по высокочастотному каналу с использованием проводов защищаемой линии.

Высокочастотным (в.ч.) каналом называют путь, по которому замыкаются токи высокой частоты.

На рис. 6-9 показан в.ч. канал по схеме фаза-земля, при которой в.ч. сигнал передаётся по одному из проводов линии и возвращается по земле.

На каждом конце линии устанавливается в.ч. пост 1. Выходная цепь в.ч. поста одним зажимом подключается к земле, а другим к линии через в.ч. кабель 2, фильтр присоединения 3 и конденсатор связи 4. В сторону шин подстанций по концам провода линии электропередачи используемого для передачи в.ч. сигнала, устанавливаются в.ч. заградители 5.

Конденсатор связи предназначен для присоединения в.ч. поста к

линии высокого напряжения.

Фильтр присоединения соединяет нижнюю обкладку конденсатора

связи с землёй, образуя замкнутый контур для токов высокой частоты и

предназначен для согласования (уравнивания) входного сопротивления

кабеля с входным сопротивлением линии.

Заградитель преграждает выход токов высокой частоты за пределы

линии.

Высокочастотный пост состоит из передатчика ГВЧ, генерирующего токи высокой частоты в диапазоне частот от 40 до 500 КГц и приёмника ПВЧ настроенного на одну частоту с передатчиком.

Высокочастотный кабель предназначен для соединения в.ч. поста с

фильтром присоединения и представляет собой коаксиальный кабель (одножильный с экраном) типа РК входное сопротивление которого близко к 100 Ом, имеющий небольшое затухание.

Упрощённая принципиальная схема дифференциально-фазной защиты и диаграмма, поясняющая принцип её действия приведены на рис. 6-11.

Защита состоит из в.ч. поста, включающего в себя в.ч. генератор ГВЧ, приёмник ПВЧ, реле отключения РО, подключенного к выходу приёмника и двух пусковых реле П1 и П2, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты. В.ч. генератор управляется (манипулируется) непосредственно током промышленной частоты при помощи специального трансформатора ТМ, который подключается к ТТ линии.

Защита выполнена таким образом, что генератор передаёт в.ч. сигнал только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты.

При внешних к.з. (вне зоны действия защиты) фазы первичных токов по концам линии противоположны, генератор на конце линии m работает в течение первого полупериода первичного тока, а на конце n – в течение второго полупериода. В.ч. сигнал протекает по линии непрерывно и питает приёмники на обеих сторонах линии. При этом выходной ток приёмников и в цепи реле РО отсутствует и защита не работает.

При к.з. на линии (в зоне действия защиты) фазы первичных токов по концам линии совпадают, генераторы обоих комплектов защиты работают одновременно. При этом в.ч. сигнал на входах приёмников имеет прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду первичного тока. В этом случае приёмники работают в промежутки времени, тогда в.ч. сигнал отсутствует и не работает при наличии в.ч. сигнала. В выходной цепи приёмника появляется прерывистый ток, реле РО срабатывает и отключает линию. Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам линии, определяется по характеру в.ч. сигналов (сплошные или прерывистые), на которые при помощи приёмника реагирует защита.

10.2. Токи небаланса в дифференциальной защите

Выразив в (10.2) вторичные токи через первичные, с учетом погрешности ТТ получим I_нб в реле:

I_нб =(I_I/K_I — I_Iнам ) – (I_II/K_I — I_IIнам), (10.5)

где I_Iнами I_IIнам токи намагничивания, отнесенные ко вто­ричным обмоткам ТТ (ТАI и TAII). Так как при внешнем КЗ, сквозных токах нагрузки и качаний первичные токи в начале и конце ЛЭП одинаковы, I_I и I_II , (из 10.5) получим

I_нб = I_IIнам — I_Iнам . (10.5а)

Это выражение показывает, что значение тока небаланса определяется различием значении токов намагничивания ТТ. Следователььно. для уменьшения тока небаланса необходи­мо выравнивать токи намагничивания I_Iнам и I_IIнам по значе­нию и фазе. Ток намагничивания ТТ (см. § 3.2) зависит от маг­нитной индукции В_т, а также от вторичной ЭДС Е_В ТТ (рис. 10.2, а). Из сопоставления характеристик 1 и 2 на рис. 10.2, а следует, что ток небаланса будет равен нулю при совпадении характеристик намагничивания 1 и 2 TAI и ТАII (рис. 10.2, а) и равенстве вторичных ЭДС Е_В в режиме сквозных токов. Ток небаланса возрастает с увеличением магнитной индукции В, которая, в свою очередь, повышается при увеличении первич­ного тока КЗ I_к и вторичной нагрузки Z_H. Ток I_нб особенно воз­растает при работе в области насыщения ТТ, так как неболь­шое расхождение в их характеристиках намагничивания вы­зывает большое различие в токах намагничивания даже при одинаковых значениях вторичных ЭДС Е_В (В_т) [см. рис. 10.2, а при В_т(Е_В) в точке С]. Поэтому стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего КЗ магнитопроводы ТТ не на­сыщались и работали в линейной части характеристики. Ког­да различие их I_нам невелико, погрешность ТТ ене превышает допустимых значений (10%).

Для выполнения этого условия применяются ТТ, насыща­ющиеся при возможно больших значениях Е_В. Этому требова­нию наилучшим образом удовлетворяют ТТ класса Р, специ­ально изготовляемые для дифференциальных РЗ (рис. 10.2, б).

Принимаются также меры для ограничения значения Е_В, от которого зависит значение магнитной индукции В_т, а сле­довательно, I_{нам .}

Чтобы избежать насыщения и увеличения I_нб, необходимо иметь Е_В < Е_нас (рис. 10.2, а), поскольку

Е_В = I_B(Z_B + Z_H) =(Z_B + Z_H), (10.6)

где Z_B и Z_H — сопротивления вторичной обмотки ТТ и подклю­ченной к ней нагрузки.

Как было показано в (8.3), при заданном значении тока I_К и Е_нас необходимо уменьшать нагрузку Z_H ТТ и увеличивать коэффициент трансформации К_I. Кроме того, при однотипных ТТ для выравнивания токов I_Iнам и I_IIнам необходимо выравни­вать нагрузку обмоток ТТ, т. е. обеспечивать условие Z_Ih = Z_IIh , при котором Е_IВ = E_IIb . В схеме с циркуляцией токов на­грузку каждого ТТ составляет сопротивление соединительных проводов от зажимов ТТ до ИО тока. Входное сопротивление ИО не учитывается, так как при внешних КЗ и других сквозных токах ток в нем отсутствует. Допустимые значения Z_Ih и Z_IIh при которых ТТ работают в линейной части характеристики намагничивания, выбираются по кривым предельной кратно­сти, обеспечивающим погрешность ТТ не более 10%. Такой режим работы ТТ и уровни небаланса могут быть обеспечены при соблюдении указанных выше условий в установившемся режиме КЗ.

В переходном режиме I_нам ТТ может во много раз превосхо­дить значения установившегося режима, что влечет за собой резкое увеличение I_нб.

Токи намагничивания и небаланса в переходном режиме КЗ. При внезапном КЗ возникает переходный процесс, во время которого в токе КЗ I_к (рис. 10.3) кроме вынужденной периоди­ческой составляющей I_к.п = I_m sin(t — 90°) появляется свобод­ная апериодическая составляющая I_к.a = —I_m. Время зату­хания ее зависит от постоянной времени первичной цепи, по которой проходит первичный ток, Т₁ = L/R, но не превышает долей секунды. В начальный момент i_к.a = — i_к.п.

Каждая составляющая тока КЗ I_к, проходящего по первич­ной обмотке ТТ, делится на две части: одна часть (i_к.а и i_к.п) трансформируется во вторичную обмотку ТТ, а вторая — боль­шая идет на намагничивание магнитопровода, образуя ток i_нам, как показано стрелками на схеме замещения ТТ (рис. 10.4). Из рис. 10.3 ясно, что скорость изменения (di/dt) апериодической составляющей i_к.а значительно меньше ско­рости изменения переменной составляющей i_к.п. Поэтому ток i_к.а плохо трансформируется во вторичную цепь и большая его часть I_а.нам идет на намагничивание магнитопровода, что ухуд­шает трансформацию i_к.п и увеличивает его часть, поступа­ющую в ветвь намагничивания. Из сказанного следует, что основной причиной, ухудшающей работу ТТ в переходном ре­жиме, является появление апериодической составляющей в токе КЗ, приводящее к насыщению магнитопровода и резкому увеличению тока намагничивания.

Дополнительное ухудшение работы ТТ вносит внезапное появление в замкнутом контуре цепи намагничивания и вто­ричной обмотки токов I_п.нам и I_а.нам (кривые 2 и 3), обусловлен­ных составляющими тока КЗ I_к.п и I_к.а. Так как во вторичной цепи ТТ, содержащей индуктивности L_нам, L_B, L_H (Х_нам, Х_B, Х_H), ток изменяться скачком не может, то в начальный момент t = 0 в ветви намагничивания и во вторичной обмотке возни­кают свободные апериодические токи I_св.п (кривая 4) и I_св.в (кривая 5), компенсирующие в первый момент времени вынуж­денные составляющие I_п.нам и I_а.нам соответственно.

Свободные токи замыкаются в контуре, образованном вет­вями намагничивания и вторичной обмотки ТТ и затухают с постоянной времени Т₂ = (L_нам + L_B + L_H)/(R_B + R_H). Кривая 6 представляет результирующий апериодический ток I_{а.нам.рез} = I_а.нам + I_св.п — I_св.а. Суммируя мгновенные значения кривых 6 и 2, получаем результирующее значение полного тока I_нам ТТ (кривая 1). Асимметричный характер изменений I_нам в неустановившемся режиме определяется наличием апериоди­ческой составляющей в I_к. Затухание результирующей аперио­дической составляющей I_{а.нам.рез}происходит медленнее, чем затухание вызвавшего его апериодического тока КЗ I_к.а и I_а.нам так как постоянная времени цепей ТТ Т₂ << Т₁. В резуль­тате переходный процесс во вторичной цепи проходит дольше, чем в первичной, где появляется и проходит ток КЗ I_к. Резкое увеличение токов I_нам трансформаторов тока и их разности при­водит к резкому увеличению значения тока небаланса в не­установившемся режиме. Кривая тока небаланса имеет две характерные особенности (рис. 10.5, а, б). Во-первых, I_нб дости­гает наибольшего значения не в момент максимума первичного тока I_к, а несколько позже и затухает медленнее тока I_к. Во-вторых, кривая I_нб имеет явно выраженный асимметрич­ный характер, означающий, что ток небаланса содержит апе­риодическую составляющую I_а.нб . Эта составляющая, явля­ющаяся следствием тока I_а.нам ,в основном определяет продолжительность затухания небаланса, его максимальное значе­ние и отставание последнего во времени от максимума I_к. В этом можно убедиться, разложив кривую I_нб на ее составля­ющие, как это показано на рис. 10.5, б. Таким образом, возник­новение КЗ сопровождается переходным процессом как в пер­вичной, так и во вторичной цепи ТТ, появляющиеся при этом апериодические свободные токи ухудшают работу ТТ, вызы­вая повышенное намагничивание их магнитопровода. В ре­зультате этого в дифференциальной РЗ во время переходного периода возникают повышенные токи небаланса.

Для приближенной оценки влияния апериодической со­ставляющей тока КЗ в неустановившемся режиме при выбо­ре ТТ вводится коэффициент k_а, с учетом которого К_расч =k_а. Для быстродействующих РЗ (с t = 0,1 с) принимают k_а = 2, для РЗ с t = 0,1 — 0,3 с k_а = 1,5 и при t = 1 с k_а = 1. Сущест­венное влияние на увеличение тока небаланса оказывает так­же остаточное намагничивание магнитопровода ТТ.

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 ТТ остается магнитный поток Ф_ост, который был в нем в момент отключе­ния тока. Если при последующем КЗ остаточный поток Ф_ост совпадает по знаку с магнитным потоком Ф_КЗ, обусловленным током КЗ (особенно его апериодической составляющей), то об­разуется результирующий поток, равный их сумме Ф_ост + Ф_к. Этот поток может достигать весьма большого значения и вызы­вать насыщение магнитопровода, в результате чего резко возрастает I_нам и, как следствие, увеличивается I_нб.

11. Как рассчитать ток небаланса в дифференциальной защите

трансформатора?

Вследствие неравенства вторичных токов в реле в указанных режимах появляется ток небаланса , который может вызвать неправильную работу защиты. Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов то-ка; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; неполной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вносящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую Iнб. Составляющая Iнб.т.т вызывается наличием погрешностей) трансформаторов тока, питающих защиту.

;

Составляющая Iнб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового трансформатора или автотрансформатора.

;

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифференциальной защите трансформаторов при внешних к. з. определяется в основном Iнб.т.т и Iнб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток Iнб.комп, вызванный неточностью компенсации неравенства топов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

Расчетным путем ток небаланса Iнб.т.т оценивается по приближенной формуле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з. Iк.макс погрешность трансформаторов тока ε не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где kодн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему, kодн = 0,5 ÷ 1; при существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока различие их погрешностей достигает максимального значения и тогда kодн принимается равным 1.

С учетом всех вышеуказанных расчетное значение полного тока небаланса примет вид:

12. Принцип действия электромеханических реле, понятие коэффициента

Возврата.

На рисунке представленаосновная разновидность конструкций электромагнитных реле. Конструкция содержит электромагнит 1, состоящий из стального сердечника и обмотки, стальной подвижный якорь 2, несущий подвижный контакт 3, неподвижные контакты 4 и противодействующую пружину 5.

Проходящий по обмотке электромагнита ток Iр создает намагничивающую силу (н. с.) Ipwp, под действием которой возникает магнитный поток Ф, замыкающийся через сердечник электромагнита 1, воздушный зазор и якорь 2. Якорь намагничивается и в результате этого притягивается к полюсу электромагнита. Переместившись в конечное положение, якорь своим подвижным контактом 3 замыкает неподвижные контакты реле 4. Начальное положение якоря ограничивается упором 6.

Током возврата реле Iвоз называется наибольший ток в реле, при котором якорь реле возвращается в начальное положен и е.

13. Особенности работы реле на переменном токе рп-25

Промежуточное реле РП-25 применяется в схемах защиты и автоматики на переменном оперативном токе. Схема внутренних соединений аналогична реле РП – 23.

Рисунок 1 – Схема внутреннего соединения реле серии РП – 25

Технические характеристики

реле промежуточный ремонт регулировка

Реле выпускается на номинальное напряжение 100, 127 или 220 В, номинальная частота 50 Гц.

Диапазон рабочих температур составляет –20 ÷ +40 °С.Напряжение срабатывания реле не превышает 85% Uном, напряжение возврата – не менее 3% Uном.Время срабатывания реле при номинальном напряжении не более 0,06 с.

При изменении частоты на ±3 Гц от номинального значения напряжение срабатывания изменяется не более чем на ±10%, а напряжение возврата не более чем на ±15% значения, измеренного при частоте 50 Гц.При изменении температуры окружающего воздуха в диапазоне –20 ÷ +40 °С отклонение напряжения срабатывания может находиться в пределах ±15%, напряжение возврата – в пределах ±60%, а время срабатывания – в пределах ±70% значения, измеренного при температуре +20° С.

Мощность, потребляемая катушкой реле при номинальном напряжении и притянутом якоре, не более 6 Вт.Реле длительно выдерживает напряжение 110% Uном, при притянутом якоре.

Механизм реле выдерживает без отказа в работе 100 000 срабатываний, контакты реле – 10 000 срабатываний с предельной электрической нагрузкой.

Электромагнит клапанного типа состоит из шихтованного сердечника 1 с катушкой 2 и якоря 4, смонтированных на скобе 7. Для снижения вибраций якоря полюс сердечника у рабочего зазора расщеплен и снабжен короткозамкнутым витком 3.

Сердечник крепится к скобе болтами 5, отверстия для болтов имеют увеличенный диаметр, что обеспечивает возможность регулировки взаимного положения сердечника и якоря.

К якорю приклепан хвостовик 8, передающий усилие электромагнита на колодку 9 подвижной контактной системы. Якорь вращается на оси, проходящей через скобу 7 и хвостовик 8.

Ось удерживается от выпадания П-образной пружиной 6 с выдавленными углублениями, фиксирующими ее положение.

Реле выпускаются с четырьмя замыкающими и одним размыкающим контактами. Перестановкой (поворотом на 180°) угольников неподвижных контактов можно получить еще несколько комбинаций замыкающих и размыкающих контактов:

— два размыкающих и три замыкающих;

— три размыкающих и два замыкающих;

— четыре размыкающих и один замыкающий.

Электромагнит переменного тока сообщает подвижной контактной системе значительно большее ускорение. При переделке замыкающих контактов на размыкающие и отсутствии ограничения прогиба контактной пружины снизу пружины подвижных контактов при срабатывании реле из-за большого прогиба при ударе о нижний упор работают в очень тяжелых условиях. Поэтому не рекомендуется применение реле с числом размыкающих контактов, большим двух. Переделка в этом случае производится поворотом на 180° контактных угольников на зажимах 5 и 6 и удалением второго сверху контактного мостика.

ток небаланса 🎓 ⚗ перевод с немецкого на русский

&nbsp

;

продольная дифференциальная защита
Защита, действие и селективность которой зависят от сравнения величин (или фаз и величин) токов по концам защищаемой линии.
[ http://docs.cntd.ru/document/1200069370]

продольная дифференциальная защита
Защита, срабатывание и селективность которой зависят от сравнения амплитуд или амплитуд и фаз токов на концах защищаемого участка.
[Разработка типовых структурных схем микропроцессорных устройств РЗА на объектах ОАО «ФКС ЕЭС». Пояснительная записка. Новосибирск 2006 г.]

продольная дифференциальная защита линий
—
[Интент

]

EN

longitudinal differential protection
line differential protection (US)
protection the operation and selectivity of which depend on the comparison of magnitude or the phase and magnitude of the currents at the ends of the protected section
[ IEV ref 448-14-16

]

FR

protection différentielle longitudinale
protection dont le fonctionnement et la sélectivité dépendent de la comparaison des courants en amplitude, ou en phase et en amplitude, entre les extrémités de la section protégée
[ IEV ref 448-14-16

]

Продольная дифференциальная защита линий

Защита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для сравнения вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 7.17. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I 1 и I 2. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.
Ток в обмотке этого органа всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока: I Р = I 1 + I 2 Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка K1 на рис. 7.17, а) вторичные токи равны по значению I 1 =I2 и направлены в ОТ встречно. Ток в обмотке ОТ I Р = I 1 + I 2 =0, и ОТ не приходит в действие. При КЗ в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 7.17, б) вторичные токи в обмотке ОТ совпадут по фазе и, следовательно, будут суммироваться: I Р = I 1 + I 2. Если I Р >I сз, орган тока сработает и через выходной орган ВО подействует на отключение выключателей линии.
Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке органа тока реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами тока ТА1 и ТА2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии.
Практическое использование схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.
Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух органов тока: одного на подстанции 1, другого на подстанции 2 (рис. 7.18). Подключение двух органов тока привело к неравномерному распределению вторичных токов между ними (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в ТО с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле тока с торможением KAW, обладающие большей чувствительностью.
Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены специальные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в п раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n2 раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока). В защите эту функцию выполняют промежуточные трансформаторы тока TALT и изолирующие TAL. В схеме защиты изолирующие трансформаторы TAL служат еще и для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты цепей реле от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ

.

Рис. 7.17. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линии и прохождение тока в органе тока при внешнем КЗ (а) и при КЗ в защищаемой зоне (б)

 

Рис. 7.18. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии:
ZA — фильтр токов прямой и обратной последовательностей; TALT — промежуточный трансформатор тока; TAL — изолирующий трансформатор; KAW — дифференциальное реле с торможением; Р — рабочая и T — тормозная обмотки реле

Распространенные в электрических сетях продольные дифференциальные защиты типа ДЗЛ построены на изложенных выше принципах и содержат элементы, указанные на рис. 7.18. Высокая стоимость соединительных проводов во вторичных цепях ДЗЛ ограничивает область се применения линиями малой протяженности (10-15 км).
Контроль исправности соединительных проводов. В эксплуатации возможны повреждения соединительных проводов: обрывы, КЗ между ними, замыкания одного провода на землю.
При обрыве соединительного провода (рис. 7.19, а) ток в рабочей Р и тормозной Т обмотках становится одинаковым и защита может неправильно сработать при сквозном КЗ и даже при токе нагрузки (в зависимости от значения Ic з .
Замыкание между соединительными проводами (рис. 7.19, б) шунтирует собой рабочие обмотки реле, и тогда защита может отказать в работе при КЗ в защищаемой зоне.
Для своевременного выявления повреждений исправность соединительных проводов контролируется специальным устройством (рис. 7.20). Контроль основан на том, что на рабочий переменный ток, циркулирующий в соединительных проводах при их исправном состоянии, накладывается выпрямленный постоянный ток, не оказывающий влияния на работу защиты. Две секции вторичной обмотки TAL соединены разделительным конденсатором С1, представляющим собой большое сопротивление для постоянного тока и малое для переменного. Благодаря конденсаторам С1 в обоих комплектах защит создается последовательная цепь циркуляции выпрямленного тока по соединительным проводам и обмоткам минимальных быстродействующих реле тока контроля КА. Выпрямленное напряжение подводится к соединительным проводам только на одной подстанции, где устройство контроля имеет выпрямитель VS, получающий в свою очередь питание от трансформатора напряжения TV рабочей системы шин. Подключение устройства контроля к той или другой системе шин осуществляется вспомогательными контактами шинных разъединителей или. реле-повторителями шинных разъединителей защищаемой линии.
Замыкающие контакты КЛ контролируют цепи выходных органов защиты.
При обрыве соединительных проводов постоянный ток исчезает, и реле контроля КА снимает оперативный ток с защит на обеих подстанциях, и подастся сигнал о повреждении. При замыкании соединительных проводов между собой подается сигнал о выводе защиты из действия, но только с одной стороны — со стороны подстанции, где нет выпрямителя.

Рис. 7.19. Прохождение тока в обмотках реле KAW при обрыве (а) и замыкании между собой соединительных проводов (б):
К1 — точка сквозного КЗ; К2 — точка КЗ в защищаемой зоне
В устройстве контроля имеется приспособление для периодических измерений сопротивления изоляции соединительных проводов относительно земли. Оно подаст сигнал при снижении сопротивления изоляции любого из соединительных проводов ниже 15-20 кОм.
Если соединительные провода исправны, ток контроля, проходящий по ним, не превышает 5-6 мА при напряжении 80 В. Эти значения должны периодически проверяться оперативным персоналом в соответствии с инструкцией по эксплуатации защиты.
Оперативному персоналу следует помнить, что перед допуском к любого рода работам на соединительных проводах необходимо отключать с обеих сторон продольную дифференциальную защиту, устройство контроля соединительных проводов и пуск от защиты устройства резервирования при отказе выключателей УРОВ.
После окончания работ на соединительных проводах следует проверить их исправность. Для этого включается устройство контроля на подстанции, где оно не имеет выпрямителя, при этом должен появиться сигнал неисправности. Затем устройство контроля включают на другой подстанции (на соединительные провода подают выпрямленное напряжение) и проверяют, нет ли сигнала о повреждении. Защиту и цепь пуска УРОВ от защиты вводят в работу при исправных соединительных проводах

.

[ http://leg.co.ua/knigi/raznoe/obsluzhivanie-ustroystv-releynoy-zaschity-i-avtomatiki-5.html

]

Тематики

Синонимы

EN

DE

• Längsdifferentialschutz, m

FR