Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты

Известно несколько способов повышения чувствительности защиты. Среди них отстройка от переходных токов небаланса по времени, включение последовательно с цепью тока измерительного реле тока добавочного сопротивления, использование апериодических слагающих в переходном токе небаланса, применение реле с торможением.

Способ отстройки от переходных токов небаланса по времени не может считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать принципиальное свойство дифференциальной защиты — ее быстроту действия.

Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока применяется сравнительно редко, например в дифференциальных защитах генераторов небольшой мощности.

Способ использования апериодической слагающей в переходном токе небаланса. Этот способ реализован в реле РНТ с насыщающимся трансформатором тока (НТТ). Принцип работы НТТ и устройство реле РНТ рассмотрены выше. Здесь лишь напомним, что чувствительность реле РНТ зависит от формы кривой тока, проходящего в рабочей обмотке. 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, и чувствительность защиты уменьшается. Нормальная работа насыщающегося трансформатора восстанавливается, как только исчезает апериодическая составляющая.

Таким образом, защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. Это дает возможность при определении тока небаланса не учитывать влияния апериодической составляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установившегося тока небаланса I_{нб рсч}, определяемого по выражению (14.4) при k_ап=1,0...1,3.

Необходимо иметь в виду, что при к.з. в защищаемой зоне ток повреждения в общем случае также будет содержать апериодическую составляющую. Однако это не ведет к отказу защиты, так как после исчезновения апериодической составляющей нормальная работа НТТ восстанавливается и защита срабатывает. При этом она действует с замедлением, не превышающим длительности двух периодов, что не является большим недостатком.

Использование в дифференциальной защите реле с торможением. В дифференциальной защите токи небаланса могут быть, значительными не только в переходном, но и в установившихся режимах при отсутствии апериодической составляющей. В таких случаях реле РНТ оказывается непригодным для повышения чувствительности защиты. На рис. 14.3, а характеристика 3 отражает изменение расчетного тока небаланса в зависимости от приведенного тока внешнего короткого замыкания I′_к.вн. Для получения селективно действующей защиты необходимо использовать реле с током срабатывания, отстроенным от тока небаланса I_{нб рсч}, при

Рис. 14.3. Дифференциальная защита с торможением выпрямленным током (а, б, в) и с магнитным торможением (г, д)

максимально возможном токе внешнего к.з. I′_{к.вн. max}. При этом в случае использования обычного реле тока или реле РНТ характеристика их тока срабатывания, определяемая уставкой и не зависящая от I′_к.вн изображается прямой 1, параллельной оси абцисс.

Ток I′_к.вн в зависимости от режима работы, места и вида короткого замыкания может быть меньшим тока I′_{к.вн.mах}. При этом защита оказывается загрубленной. Ее чувствительность можно повысить, если вместе с изменением тока I′_к.вн автоматически изменять в соответствии с характеристикой 2 ток срабатывания реле I_с.р, сохраняя при этом требуемую отстройку от соответствующих токов небаланса. Реле с такой характеристикой, как уже отмечалось, называется дифференциальным реле тока с торможением. Принцип действия одного из них рассмотрен выше. В схему дифференциальной защиты реле с торможением должно включаться так, чтобы при внешних к.з. обеспечивались пропорциональность тормозного тока I_трм току I′_к.вн и условие:

I_с.р=I_{с.р min}+k_трмI_трм

На рис. 14.3, б показана схема полупроводниковой защиты, удовлетворяющая указанным требованиям (рис. 14.3, в). В настоящее время находят применение дифференциальные реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ (см. 12.1), в которых тоже используются рассмотренные выше промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока TLAT, имеющие тормозные обмотки. Схема включения такого реле в цепи дифференциальной защиты показана на рис. 14.3, г. Секции тормозной обмотки ω_трм включены в плечи дифференциальной защиты, а первичная рабочая обмотка ω_раб включена дифференциально. При принятом условном положительном направлении токов I_1I и I_1II учетом полярности обмоток ток в рабочей обмотке I_pаб=I_2I+I_2II, а тормозной ток I_трм=0,5(I_2I-I_2II). Насыщающийся трансформатор, как обычно, автоматически загрубляет защиту, когда в токе небаланса, проходящем по рабочей обмотке ω_раб, имеется апериодическая составляющая. Наличие же тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших значений периодического тока небаланса. При нормальной работе и внешних коротких замыканиях тормозной ток наводит в магнитопроводе TLAT магнитный поток, замыкающийся только по крайним стержням и насыщающий их.

Для исключения влияния на работу реле ЭДС, индуцированных этим потоком в секциях вторичной обмотки ω₂, секции включены так, что ЭДС уравновешиваются. При этом магнитный поток от тока в рабочей обмотке ω_раб индуцирует в секциях обмотки ω₂ ЭДС, действующие согласно и возбуждающие ток в измерительном реле тока КА. Таким образом, трансформаторная связь между обмотками ω_раб и ω₂ при нормальной работе и внешних к.з. зависит от степени насыщения магнитопровода TLAT. С увеличением тормозного тока степень насыщения возрастает и трансформация тока обмотки ω_paб в обмотку ω₂ ухудшается. Поэтому ток срабатывания защиты с ростом тормозного тока тоже увеличивается (рис. 14.3, д). Некоторой особенностью реле, как отмечалось, является зависимость коэффициента торможения k_трм от угла ψ сдвига фаз между токами I_раб и I_трм. Поэтому характеристика тока срабатывания реле располагается в некоторой зоне (заштрихована), ограниченной характеристиками 1 и 2 при ψ=0 и ψ=π/2.

Наряду с реле типа ДЗТ промышленность выпускает дифференциальные токовые реле с торможением на современной микроэлектронной элементной базе. Одно из таких реле, используемое в комплектном устройстве ЯРЭ-2201, рассмотрено выше (см. 16.3). Реле предназначено для защиты понижающих трансформаторов и высоковольтных электродвигателей. Его высокая чувствительность обеспечивается оригинальным способом отстройки от переходных токов небаланса (см. 16.3).