3. Дифференциально-фазная высокочастотная защита.

Дифференциально-фазная высокочастотная (в.ч.) защита относится к быстродействующим защитам с абсолютной селективностью и применяется на линиях средней и большой длины в случаях, когда по условиям устойчивости требуется быстрое отключение к.з. в любой точке защищаемой линии.

Удовлетворяющие этому же требованию обычные продольные дифференциальные защиты из-за большой стоимости соединительного кабеля и большого его сопротивления для длинных линий непригодны.

Принцип действия дифференциально-фазной в.ч. защиты основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии.

Принимая положительное направление тока от шин в линию можно сделать вывод о том, что при внешнем к.з. токи по концам линии имеют различные знаки и следовательно, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180⁰. При к.з. на линии токи по её концам имеют одинаковый знак и их можно считать совпадающими по фазе. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии можно установить место к.з.

Дифференциально-фазная в.ч. защита состоит из 2-х одинаковых полукомплектов, расположенных по концам защищаемой линии, а сравнение фаз токов осуществляется косвенным путём с помощью токов высокой частоты, которые передаются по высокочастотному каналу с использованием проводов защищаемой линии.

Высокочастотным (в.ч.) каналом называют путь, по которому замыкаются токи высокой частоты.

На рис. 6-9 показан в.ч. канал по схеме фаза-земля, при которой в.ч. сигнал передаётся по одному из проводов линии и возвращается по земле.

На каждом конце линии устанавливается в.ч. пост 1. Выходная цепь в.ч. поста одним зажимом подключается к земле, а другим к линии через в.ч. кабель 2, фильтр присоединения 3 и конденсатор связи 4. В сторону шин подстанций по концам провода линии электропередачи используемого для передачи в.ч. сигнала, устанавливаются в.ч. заградители 5.

Рис. 6-9. Принципиальная схема в.ч. канала.

Конденсатор связи предназначен для присоединения в.ч. поста к линии высокого напряжения. Сопротивление конденсатора зависит от частоты проходящего через него тока . Для токов промышленной частоты 50 Гц сопротивление конденсатора велико, а при частотах более 50 кГц сопротивление Х_с резко уменьшается, поэтому токи высокой частоты проходят через него с малыми потерями энергии (с малым затуханием).

Фильтр присоединения соединяет нижнюю обкладку конденсатора связи с землёй, образуя замкнутый контур для токов высокой частоты и предназначен для согласования (уравнивания) входного сопротивления кабеля с входным сопротивлением линии.

Заградитель преграждает выход токов высокой частоты за пределы линии. Для токов высокой частоты передаваемых по данному в.ч. каналу, сопротивление заградителя Z_загр велико, а для токов промышленной частоты оно очень мало.

Заградитель представляет собой резонансный контур (рис. 6-10) настроенный на определённую частоту (или полосу частот) в.ч. поста; он состоит из силовой индуктивной катушки и элемента настройки выполненного в виде регулируемой ёмкости. Величина ёмкости подбирается так, чтобы контур заградителя был настроен на резонанс (тока) на заданную частоту f_p т.е. чтобы . Такая настройка заградителя называется резонансной или одночастотной. При широкополосной настройке заградителя, запирающие токи могут иметь широкий диапазон частот f₁-f₂. Широкополосная настройка применяется в случаях, когда по в.ч. каналу передаются несколько в.ч. сигналов с разными частотами (например, в.ч. канал используется для организации в.ч. телефонной связи).

Высокочастотный пост состоит из передатчика ГВЧ, генерирующего токи высокой частоты в диапазоне частот от 40 до 500 КГц и приёмника ПВЧ настроенного на одну частоту с передатчиком.

Высокочастотный кабель предназначен для соединения в.ч. поста с фильтром присоединения и представляет собой коаксиальный кабель (одножильный с экраном) типа РК входное сопротивление которого близко к 100 Ом, имеющий небольшое затухание.

Рис. 6-10. Высокочастотный заградитель

а) резонансный (одночастотный)

б) широкополосный

в) резонансные характеристики заградителей.

Часть энергии, генерируемой в.ч. передатчиком, теряется в элементах в.ч. канала (в кабеле, фильтрах присоединения, конденсаторах связи, проводах линии) и уходит через заградители. Поэтому в.ч. передатчик должен с запасом перекрывать потери мощности в.ч. сигнала в канале и обеспечивать достаточный уровень в.ч. сигнала на приёмнике противоположного конца.

Упрощённая принципиальная схема дифференциально-фазной защиты и диаграмма, поясняющая принцип её действия приведены на рис. 6-11.

Защита состоит из в.ч. поста, включающего в себя в.ч. генератор ГВЧ, приёмник ПВЧ, реле отключения РО, подключенного к выходу приёмника и двух пусковых реле П1 и П2, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты.

В.ч. генератор управляется (манипулируется) непосредственно током промышленной частоты при помощи специального трансформатора ТМ, который подключается к ТТ линии.

Рис. 6-11. Упрощённая принципиальная схема и диаграмма токов дифференциально-фазной высокочастотной защиты.

Защита выполнена таким образом, что генератор передаёт в.ч. сигнал только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты.

При внешних к.з. (вне зоны действия защиты) фазы первичных токов по концам линии противоположны, генератор на конце линии m работает в течение первого полупериода первичного тока, а на конце n – в течение второго полупериода. В.ч. сигнал протекает по линии непрерывно и питает приёмники на обеих сторонах линии. При этом выходной ток приёмников и в цепи реле РО отсутствует и защита не работает.

При к.з. на линии (в зоне действия защиты) фазы первичных токов по концам линии совпадают, генераторы обоих комплектов защиты работают одновременно. При этом в.ч. сигнал на входах приёмников имеет прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду первичного тока. В этом случае приёмники работают в промежутки времени, тогда в.ч. сигнал отсутствует и не работает при наличии в.ч. сигнала. В выходной цепи приёмника появляется прерывистый ток, реле РО срабатывает и отключает линию.

Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам линии, определяется по характеру в.ч. сигналов (сплошные или прерывистые), на которые при помощи приёмника реагирует защита.

Выводы: