6.Состав, принцип действия и область применения дифференциальных защит. Выражение для тока и баланса и графическая иллюстрация поясняющая данный ток.

На ЛЭП отходящих от шин электростанций или подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости работы требуется отключение КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени. Обеспечить это требование с помощью рассмотренных ранее токовых отсечек невозможно, так как токи КЗ в начале и в конце линии не имеют существенного различия. В таких случаях используют защиты, которые обеспечивают отключение поврежденной линии без выдержки времени в пределах всего защищаемого участка, в том числе и на коротких ЛЭП, а так же обладающие селективностью при КЗ за пределами защищаемого участка – к таким защитам относятся дифференциальные защиты, которые подразделяются на продольные и поперечные. Первые служат для защиты как одинарных, так и параллельных ЛЭП, вторые для защиты только параллельных ЛЭП.

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 Iнб.

I_нб=I_p=I_2I-I_2II=I^’_намII-I^’_намI

Таким образом, ток небаланса определяется токами намагничивания намII намI I' , I' , которые для любых двух трансформаторов тока (TAI, TAII) не равны, в следствие не идентичности их характеристик намагничивания (см. рис. 2.20). С увеличением первичного тока разница в токах намагничивания, а, следовательно, и ток небаланса возрастает.

7.Пояснить принцип действия направленной защиты с высокочастотной блокировкой и дифференциально – фазной высокочастотной защиты, пояснения сопровождать графическими иллюстрациями..

Н аправленные защиты с высокочастотной блокировкой.

И х принцип действия основан на сравнении направлений мощности КЗ по концам защищаемой линии. Сравнивая направления мощности по концам ЛЭП можно определить, где возникло повреждение, на линии или за ее пределами. Определение направления мощности при КЗ (от шин в линию или наоборот) осуществляется при помощи реле мощности КW рис. 3.7, которые устанавливаются на обоих концах ЛЭП, и включаются так, чтобы при КЗ на защищаемой линии они разрешали действие защит на отключение. Так при КЗ в точке К рис. 3.7, на отключение подействуют защиты 3 и4. На неповрежденной ЛЭП – участок АВ - реле мощности защиты 1 также замыкает свои контакты, разрешая действовать защите на отключение, однако на другом конце линии АВ, реле направления мощности защиты 2, под влиянием мощности КЗ, направленной к шинам, размыкает свои контакты, чем запрещает действие на отключение своей защиты и одновременно блокирует действие защиты 1. Блокировка действия защиты 1 осуществляется посылкой сигнала тока высокой частоты по проводам этой же линии. Блокирующий ток посылается специальными генераторами токов высокой частоты ГВЧ рис. 3.8, управляемыми реле мощности KW и принимается специальными приемниками высокой частоты (ПВЧ). Приняв сигнал, ПВЧ выпрямляет полученный ток и подает его в обмотку блокирующего реле Б, которое размыкает цепь отключения своей защиты, не позволяя ей действовать на отключение. При КЗ на защищаемой ЛЭП, блокирующий сигнал отсутствует, так как срабатывает реле мощности и не позволяет действовать ГВЧ, в этом случаи контакты блокирующего реле Б, остаются замкнутыми, разрешая действовать защите на отключение.

На рассмотренном принципе выполняются защиты сравнивающие направление мощностей в фазах или мощности нулевой или обратной последовательности. Реле мощности в двух последних случаях включаются через соответствующие фильтры на токи и напряжения нулевой или обратной последовательности.

Таким образом, высокочастотная защита состоит из двух комплектов (А и В – рис. 3.8), каждый из которых содержит: релейную часть – та часть которая реагирует на мощность КЗ и ее направление; и высокочастотную часть, генерирующую и принимающую токи высокой частоты. Следует отметить, что в релейную часть, помимо указанных на упрощенной структурной схеме рис. 3.8 органа направления мощности KW и блокирующего реле Б, входит пусковой орган. Пусковой орган защиты, выполняется при помощи двух реле, одно из которых запускает передатчик ГВЧ, а второе реле управляет цепью отключения защиты, то есть его контакты включены последовательно с контактами реле KW, и замыкаются при возникновении повреждения. В качестве таких реле, используются токовые реле, а в случаи недостаточной их чувствительности – реле сопротивления.

Дифференциально-фазная высокочастотная защита.

П ринцип действия этой защиты основан на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии. Направление тока от шин в линию считаем положительным. Так при внешнем КЗ (точка К₁) рис. 3.9а, токи по концам защищаемой ЛЭП I_m I_n имеют различные знаки, следовательно, их можно считать сдвинутыми на 180⁰. В случаи же КЗ в точке К₂ рис. 3.9б, можно принять что токи I_m I_n совпадают по фазе, если пренебречь сдвигом векторов Е_m и E_n, и различием углов полных сопротивлений Z_m и Z_n. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии, можно установить местоположение КЗ.

Упрощенная схема и диаграмма, поясняющие принцип действия данной защиты приведены на рис. 3.10,3.11.

З ащита состоит из высокочастотного генератора (ГВЧ) и приемника (ПВЧ), реле отключения (РО); и двух пусковых реле (П₁, П₂), одно из которых пускает ГВЧ, второе контролирует цепь отключения защиты.

Токи высокой частоты передаются по каналу, образованному проводом защищаемой линии и землей. Выход токов за пределы ЛЭП ограничивается заградителями 1. Подключение ГВЧ и ПВЧ (высокочастотный пост-2), осуществляется через конденсаторы связи 3. Генератор (ГВЧ), управляется непосредственно токами промышленной частоты, при помощи специального трансформатора Т. ГВЧ, вырабатывает посылая в линию токи высокой частоты, при положительной полуволне промышленного тока и не работает при отрицательной полуволне. Приемник ПВЧ, выполнен так, что, при наличии токов высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсутствии высокочастотного сигнала, появляется выходной ток.

П ри внешнем КЗ, фазы первичных токов по концам линии противоположны рис. 3.11а, следовательно высокочастотный ток протекает по линии непрерывно и питает приемники на обеих сторонах ЛЭП, в результате выходной ток в цепи ПВЧ отсутствует. Следовательно, отсутствует и в РО, в итоге защита не работает. При КЗ в зоне защиты рис. 3.11б, ГВЧ на обоих концах ЛЭП работают одновременно, следовательно высокочастотный ток в линии будет иметь прерывистый характер, с интервалами равными полупериоду промышленного тока. В результате приемники работают в промежутке времени, когда высокочастотный ток отсутствует. Таким образом, в выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО, в результате РО срабатывает и замыкает цепь на отключение выключателя. Таким образом, в дифференциально–фазной высокочастотной защите сравнения фаз осуществляется косвенным путем, посредством токов высокой частоты, в отличии от обычных дифференциальных защит, где сравнение фаз осуществляется непосредственно сравнением токов проходящих в начале и конце линии.

Таким образом, дифференциально-фазная защита состоит из трех основных элементов: пускового органа П₁ и П₂; органа манипуляции, управляющего с помощью трансформатора Т_М генератором высокой частоты и органа сравнения фаз токов. Данная защита не реагирует на нагрузку, поэтому пусковой орган в схемах этой защиты не является обязательным, однако при каком либо нарушении непрерывности высокочастотных токов в линии, защита сработает, поэтому во всех схемах защиты применяется пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.

При рассмотрении принципа действия защиты предполагалось, что при внешних КЗ, токи I_m I_n, сдвинуты на угол ψ=180⁰, а при КЗ в зоне совпадают по фазе, то есть ψ=0. В действительности из-за погрешности трансформаторов тока, разницы фаз ЭДС Е_m и E_n, разницы углов в сопротивлении Z_m и Z_n, и наложения токов нагрузки на токи КЗ фазы вторичных токов искажаются, и поэтому угол ψ отличается от 180⁰ и 0⁰, в результате возможны неправильные действия защиты. В связи с этим, параметры защиты выбираются так, чтобы она блокировалась (не срабатывала) в условиях внешнего КЗ, при ψ=180-β и работала при КЗ в зоне, когда ψ>0. Предельное значение угла β при котором защита должна блокироваться называется углом блокировки защиты.

Защита значительно упрощается и становится более надежной если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие, получаемые от фильтров, на выходе которых получается ток пропорциональный или , где , , - соответственно токи прямой, обратной и нулевой последовательностей. Такие фильтры обеспечивают действие защиты при всех видах КЗ.