ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

Принцип действия основан на сравнении токов по величине и фазе в начале и конце защищаемого элемента, для этого на концах линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, вторичные обмотки которых и обмотка токового реле соединяется так чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной трансформаторами тока, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри этой зоны был равен току в точке КЗ с учетом коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Для удовлетворения перечисленных требований возможны две схемы соединения: с циркулирующими токами и с уравновешивающими напряжениями. Наибольшее распространение получила схема с циркулирующими токами (рис. 2.18). С учетом принятых положительных направлений первичных токов I_1I и I_1II, ток в реле в нормальном режиме или при внешних КЗ – точка К₁ (рис. 2.18а) равен геометрической разности вторичных токов трансформаторов тока, то есть

. (2.41)

При равенстве первичных токов и отсутствии погрешности трансформаторов , то есть =0 и защита не срабатывает. При повреждении в зоне защиты – точка К₂ (рис. 2.18б), направление тока I_1II изменяется на противоположное следовательно, на противоположное изменится и направление тока I_2II, таким образом I_2II и I_2I в обмотке реле складываются – защита срабатывает. В случаи одностороннего питания (например отсутствует генератор G₂), при повреждении в зоне защиты (точка К₂), ток I_2II будет отсутствовать, а весь ток I_2I весь будет проходить через обмотку реле (так как сопротивление обмотки реле значительно меньше сопротивления II трансформатора тока), при этом защита срабатывает, если этот ток будет не меньше тока I_с.р. Из сказанного следует, что продольная дифференциальная защита обладает абсолютной селективностью, так как не реагирует на внешние КЗ и токи нормальной работы, что дает возможность делать защиту без выдержки времени и при выборе I_с.р – не учитывать ток нагрузки.

Ток небаланса.

В действительных условиях трансформаторы тока имеют погрешность, а именно при равенстве первичных токов, вторичные токи при внешних КЗ и нормальной работе не равны по величине и не совпадают по фазе, то есть в реле появляется ток небаланса I_н.б.

, (2.41)

таким образом, ток небаланса определяется токами намагничивания , которые для любых двух трансформаторов тока (TAI, TAII) не равны, вследствии не идентичности их характеристик намагничивания (см. рис. 2.19). С увеличением первичного тока разница в токах намагничивания, а следовательно и ток небаланса возрастает. Для выбора I_с.р, необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних КЗ. Расчетные методы определения максимального тока небаланса I_{н.б. max. расч.}, основаны на предварительном определении токов намагничивания. Значительная величина тока намагничивания при переходных процессах во вторичных цепях трансформатора тока обусловлена наличием в токе КЗ плохо трансформируемой апериодической составляющей, которая приводит к насыщению сердечника и увеличению тока намагничивания, что ухудшает трансформацию периодической составляющей тока КЗ, следовательно, ток намагничивания еще больше растет. Поэтому максимальный ток небаланса в схеме дифференциальной защиты, имеет место если повреждение возникло в момент, когда апериодическая составляющая наибольшая. Наряду с апериодической составляющей на величину токов намагничивания сильно влияет величина и знак остаточной индукции сердечника (т. к. остаточная индукция по знаку может совпадать с индукцией от апериодической составляющей тока КЗ), следовательно, ток намагничивания в переходном режиме может сильно возрасти).

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты I_с.р. выбирается с учетом I_{н.б.мах расч.}; т. е.

, (2.42)

где

. (2.43)

При определении I_{нб.max.расч.}, исходя из того что трансформатор тока в схеме выбраны так, что полная погрешность ε не превышает 10%, при заданной вторичной нагрузке; К_апер.=2 – коэффициент апериодичности, учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на величину тока небаланса; К_одн.=0,5÷1 – коэффициент однотипичности трансформаторов тока.

Коэффициент чувствительности, представляет собой отношение минимального значения тока в точке КЗ I_к.з.min, при повреждении в зоне, к току срабатывания защиты I_с.з. коэффициент чувствительности должен быть не меньше 2.

Одним из способов повышения чувствительности защита, (т.е. уменьшения I_с.з.) является отстройка от переходных значений тока небаланса по времени. однако этот способ не эффективен, т. к. он не дает использовать в полной мере основное свойство дифференциальной защиты – быстродействие. Поэтому для повышения чувствительности дифференциальных защит применяют следующие способы:

- включение токового реле через промежуточный быстронасыщающийся трансформатор тока (БНТ).

- применение дифференциальных реле с торможением.