Лекция 12. Продольные дифференциальные токовые защиты

Для защиты элементов электрических установок широко ис­пользуется дифференциальный принцип, на котором осуществля­ются продольные и поперечные дифференциальные защиты с абсо­лютной селективностью. Продольные дифференциальные токовые защиты используются в основном для защиты элементов с сосре­доточенными параметрами, например трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий небольшой длины. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты. Продольная дифференциальная токовая защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации. Применяются две возможные схемы выполнения дифференци­альной защиты — с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжениями.

Используются преиму­щественно защиты, выполнен­ные по схеме с циркулирую­щими токами (рисунок 12.1).

Рисунок 12.1 - Распределение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами и их векторные диаграммы

Схема получается путем параллель­ного соединения вторичных об­моток трансформаторов тока ТАI, ТАIIи реле тока КА. При этом ток в реле I_р определяет­ся с учетом принятых услов­ных положительных направле­ний токов I_II и I_III по концам защищаемой линии Л.

С учетом положительных направлений, указанных на рисунке 12.1, а, ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов:

I_P=I₂₁+ I_2II (12.1)

При одностороннем питании один из токов, на­пример I_III, равен нулю, поэтому вторичный ток I_2II отсутствует. При этом ток I₂₁не может замыкаться через вторичную обмотку трансформатора тока ТАII, так как трансформатор тока работает, как указывалось, в режиме источника тока (сопротив­ление токовых цепей реле во много раз меньше внутреннего сопро­тивления трансформатора тока). Весь ток I_2I проходит через реле. Таким образом, при коротком замыкании в зоне ток в реле опре­деляется током I_к в точке повреждения. При этом защита сра­батывает, если I_P ≥ I_c.p. В нормальном режиме работы, при кача­ниях, а также при внешних коротких замыканиях (точка К₂) пер­вичные токи I_1Iи I_1II равны и сдвинуты по фазе на угол π. Если не считаться с погрешностями трансформаторов тока, то I_2I = -I_2II(рисунок 12.1, б), поэтому в соответствии с (12.1) ток в реле I_Р = 0 и за­щита не срабатывает. Следовательно, продольная дифференциаль­ная защита действует при повреждении в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания, токи качаний и токи нормальной работы, т. е. она обладает абсолютной селективностью.Эта прин­ципиальная особенность дает возможность выполнить защиту без выдержки времени, а при выборе тока срабатывания не учитывать токов качаний и нормального режима. В действительности транс­форматоры тока имеют погрешности. Поэтому, несмотря на то, что в указанных режимах первичные токи I_II и I_III равны и сдвинуты по фазе на угол π, вторичные токи I_2I и I_2II не одинаковы по абсо­лютному значению и сдвинуты по фазе на угол, отличной от π. В связи с этим в реле появляется ток, называемый током небалан­са I_НБ. Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом тока небаланса.

Ток небаланса и ток срабатывания дифференциальной защиты с циркулирующими токами. Из схем замещения измерительных трансформаторов тока имеем:

Поэтому при нормальной работе и внешних коротких замыканий ток в реле дифференциальной защиты

(12.2)

Таким образом, ток небаланса определяется токами намагни­чивания, которые для любых двух трансформаторов тока не одинаковы вследствие неидентичности их характеристик намагничивания (рисунок 12.2,а). С увеличением первичного то­ка разница в токах намагничивания, а следовательно, и ток небаланса воз­растают. Для выбора тока срабаты­вания защиты необходимо знать мак­симально возможное значение тока не­баланса при внешних коротких замы­каниях.

Особенности продольной дифференциальной защиты линий обусловлены значительным расстоянием между концами защищае­мой зоны. При этом между подстанциями А и Б (рисунок 12.3)про­кладываются вспомогательные провода, необходимые для соеди­нения трансформаторов тока ТАI и ТАII, расположенных на кон­цах защищаемой линии.

Рисунок 12.2 - Характеристики трансформаторов тока дифференциальной защиты

В схему защиты включаются два комп­лекта реле KAI и КАII по одному на каждом конце линии, необходимые для отключения выключателей с обеих сторон. Выполне­ние указанных требований усложняет защиту, увеличивая затра­ты на ее осуществление, и отрицательно влияет на чувствитель­ность и надежность.

Рисунок 12.3 - Продольная дифференциальная защита линии

Литература 1осн [293-314], 2 осн [165-216]. Контрольные вопросы: 1. Назначение дифференциальной токовой защиты. 2. Объясните принцип продольной дифференциальной защиты. 3. Поясните токи небаланса в продольной дифференциальной защите.