Направленная защита нулевой последовательности, реагирующая на установившиеся токи и напряжения.

Если в установившемся режиме собственный емкостный ток линии I_0л⁽¹⁾ в сетях с изолированной нейтралью соизмерим с полным током замыкания на землю, то токовую защиту, реагирующую на установившееся значение емкостного тока, осуществить нельзя. В таких случаях применяется направленная защита нулевой последовательности или устройство сигнализации, контролирующее не только значение, но и направление тока замыкания на землю.

Из анализа векторных диаграмм напряжения и тока нулевой последовательности (см. рис. 13.1) следует, что максимальной чувствительностью обладает реле мощности с внутренним углом α=π/2. Поэтому для выполнения защиты требуется синусное реле, подключаемое к фильтрам напряжения и тока нулевой последовательности. Защита не имеет измерительного органа тока, поэтому для исключения неправильного ее срабатывания реле направления мощности отстраивается от мощности небаланса, обусловленной погрешностями фильтров. Такую защиту можно применять и в сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящие реакторы; тогда для ее действия при возникновении замыкания на землю необходимо автоматически отключать дугогасящие реакторы или изменять на них ответвления так, чтобы емкостный ток, проходящий по поврежденной линии, оказался достаточным для срабатывания защиты. Отключать дугогасящие реакторы не требуется, если для действия защиты используется не емкостный ток, а активная составляющая тока замыкания на землю, обусловленная потерями в дугогасящем реакторе и активной проводимостью фаз сети. Необходимо отметить, что так как ток компенсации и емкостный ток в поврежденной линии имеют противоположные направления, то в перекомпенсированной сети направление тока в поврежденной и неповрежденной линиях одинаковое, поэтому для действия направленной защиты можно использовать только активный ток, который не превышает нескольких процентов от полного тока реактора. Поэтому реле направления мощности должны обладать высокой чувствительностью по углу, a фильтры нулевой последовательности—иметь малые погрешности.

В схемах можно использовать индукционные реле направления мощности высокой чувствительности. Однако такие реле потребляют большую мощность. Защита же в целом, как показывает опыт эксплуатации, работает ненадежно.

Промышленность выпускает более совершенную направленную защиту нулевой последовательности от замыкания на землю типа ЗЗП-1 на полупроводниковой элементарной базе. Защита предназначена для селективного отключения защищаемого присоединения при однофазных замыканиях на землю в сетях торфоразработок, карьеров, шахтных сетях и тяговых сетях электрифицированного транспорта напряжением 2—10 кВ с током замыкания на землю от 0,2 до 20 А. Защита имеет малую потребляемую мощность и реагирует на ток замыкания, составляющий I_з⁽¹⁾=0,07...2 А. Она состоит (рис. 23.5, а) из

Рис. 13.5. Схема направленной защиты от замыканий на землю типа ЗЗП­-1 и векторные диаграммы

вторичного измерительного преобразователя тока нулевой последовательности в виде промежуточного трансформатора TLA, нагруженного конденсатором С6 (называемого согласующим устройством), двухкаскадного избирательного усилителя переменного тока на транзисторах VT1 и VT2, схемы сравнения фаз на транзисторах VT3 и VT4 дзух электрических величин, пропорциональных току 3I₀ и напряжению 3U₀ нулевой последовательности, и реагирующего элемента ЕА.

Согласующее устройство преобразует ток 3I₀ в напряжение (на конденсаторе С6), сдвинутое по фазе на угол π/2 относительно тока нулевой последовательности, позволяет изменять ток срабатывания защиты (изменением числа витков обмотки трансформатора) и обеспечивает термическую стойкость защиты при двойных замыканиях на землю (разрядник VF).

Двухкаскадный усилитель переменного тока выделяет и усиливает составляющую промышленной частоты выходного напряжения согласующего устройства Для этой цели на выходе усилителя включен резонансный контур С2—TL с частотой ƒ₀=50 Гц.

Схема сравнения осуществляет сравнение фаз двух синусоидальных величин: напряжения U_б вторичной обмотки трансформатора TL, пропорционального току нулевой последовательности 3I₀ и смещенного по фазе относительно него на угол π/2, и напряжения U_k, автотрансформатора TLV, пропорционального напряжению нулевой последовательности 3U₀. Сравнивается время совпадения t_c их мгновенных значений по знаку с установленным временем t_у. Реагирующий элемент ЕА срабатывает при t_c≥t_y.

Из векторных диаграмм тока I₀⁽¹⁾ и напряжения U₀⁽¹⁾ (см. рис. 13.1) следует, что при замыкании на защищаемой линии, когда через защиту к точке замыкания проходит ток 3I_оэк⁽¹⁾, обусловленный емкостями неповрежденных линий, сравниваемые напряжения U_б и U_k, совпадают по фазе (риc. 13.5, б). На неповрежденной линии ток 3I_ол⁽¹⁾, обусловленный собственной емкостью линии, направлен к шинам, а сравниваемые ее защитой напряжения смещены по фазе на угол π (рис. 13.5, в). Из этого следует, что защита срабатывает, имея максимальную чувствительность, если угол φ сдвига фаз между U_б и U_к равен нулю, и не действует при φ=π. Таким образом, зона срабатывания определяется углом сдвига фаз -π/2≤φ≤π/2. На рис. 13.5, б, в она ограничена линией нулевой чувствительности.

Схема сравнения является двухполупериодной. На ее выходе включен реагирующий элемент ЕА в виде поляризованного реле. Ток в обмотке реле в один из полупериодов определяется состоянием транзистора VT3 и диода VD3, а в другой полупериод — состоянием транзистора VT4 и диода VD4. Для прохождения тока необходимо, чтобы в первом случае одновременно были открыты VT3 и VD3, а во втором—VT4 и VD4. Состояние транзисторов и диодов зависит от полярностей мгновенных напряжений u_б и u_к. Они открыты, если эти напряжения имеют одинаковую полярность. При совпадающих по фазе U_б и U_к (рис. 13.5, б) в течение одного из полупериодов открыты VT3 и VD3, а в течение другого — VT4 и VD4. При этом ток в обмотке реагирующего элемента ЕА максимален. По мере увеличения угла сдвига фаз между U_б и U_к время совместного открытого состояния соответствующих транзистора и диода в каждом полуперноде сокращается, поэтому среднее значение тока в обмотке ЕА уменьшается. Для получения указанной выше зоны срабатывания ток срабатывания реагирующего элемента выбран равным среднему значению тока при φ=π/2.

14 Лекция. Дифференциальные токовые защиты. Назначение и виды дифференциальных защит. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты. Ток небаланса и ток срабатывания дифференциальной защиты с циркулирующими токами. Продольная дифференциальная защита линии и ее особенности.