8.3.2. Токовая поперечная дифференциальная защита

8.3.2.1. Принцип действия защиты

Токовая поперечная дифференциальная защита предназначена для параллельных линий с общим выключателем. При одностороннем питании защита устанавливается со стороны источника питания, при 2х-стороннем, с обоих сторон.

Принципиальная схема защиты для одной фазы представлена на рис. 8.3.3. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока n_T1=n_T2=n_T. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются разноименными зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных проводах и параллельно к ним включается обмотка токового реле.

В нормальном режиме и при внешнем КЗ (рис. 8.3.3. а)): , I_I=I_II, поэтому при отсутствии погрешностей у трансформаторов тока I_P=0. Защита не реагирует на внешние КЗ, нагрузку и качания. Её выполняют без выдержек времени и не отстраивают от токов нагрузки.

С учетом погрешностей трансформаторов тока, в нормальном режиме через реле протекает ток небаланса, его можно условно разделить на две составляющие:

I_нб=I_нб+ I_нб (8.7.)

где: I_нб – вызвана погрешностью трансформаторов тока;

– вызвана различием первичных токов из-за неточности равенства сопротивления линий.

Ток срабатывания защиты должен быть больше тока небаланса:

I_C.P. > I_нб (8.8.)

Рис. 8.3.3.

При КЗ на одной из параллельных линий (рис. 8.3.3. б)) ток протекающий по поврежденной линии больше тока протекающего по неповрежденной: I_I > I_II если при этом I_P > I_C.P. – защита отключает линии.

8.3.2.2. Мертвая зона защиты

При удалении точки КЗ К от места установки защиты соотношение токов I_I и I_II по поврежденной и здоровой линиям изменяется (см. рис. 8.3.4.).

Соотношение токов можно вычислить как:

(8.9.)

При повреждениях на некотором участке m вблизи подстанции B ток I_P оказывается меньше тока срабатывания I_С.З. и защита перестаёт работать. Участок линий при КЗ в пределах которого ток в защите недостаточен для её срабатывания, называется мертвой зоной защиты. Защита, реагирующая на разность токов параллельных линий не может охватывать своей зоной действия защищаемые линии полностью.

Наличие мертвой зоны – существенный недостаток поперечной дифференциальной защиты. Для отключения КЗ в мертвой зоне требуется дополнительная защита.

Рис. 8.3.4.

Длина мертвой зоны

Из формулы (8.9.), при КЗ на границе мертвой зоны следует:

(8.10.)

где: I_К – ток при КЗ на шинах противоположной подстанции. (Для упрощения расчетов в курсовой работе.)

Защита признаётся эффективной, если длина мертвой зоны не превышает 10% от длины линии.

При отключении одной из параллельных линий, поперечная дифференциальная защита превращается в мгновенную максимальную защиту оставшейся в работе линии и действует неэффективно. Поэтому при отключении одной линии поперечная дифференциальная защита должна выводиться из действия.

8.3.2.3. Схема токовой поперечной дифференциальной защиты

Схема защиты изображена на рис. 8.3.5.

Рис. 8.3.5.

В сетях с изолированной нейтралью защита выполняется 2-х фазной, в сетях с глухо-заземленной нейтралью – 3-х фазной.

8.3.2.4. Оценка токовой поперечной дифференциальной защиты

Достоинства:

1. проста и надежна;

2. обладает высоким быстродействием;

3. не реагирует на токи и качания.

Недостатки:

1. наличие мертвой зоны;

2. необходимость отключения защиты при работе одной из параллельных линий;

3. необходимость дополнительной защиты.

8.3.3. Направленная поперечная дифференциальная защита

8.3.3.1. Принцип действия

Принципиальная схема направленной поперечной дифференциальной защиты представлена на рис. 8.3.6.

Рис. 8.3.6.

Данная защита применяется на параллельных линиях с самостоятельными выключателями. К защите таких линий предъявляется требование – отключать только поврежденную линию. Схема по сути представляет собой токовую поперечную дифференциальную защиту, дополненную реле направления мощности двустороннего действия или двумя реле направления мощности одностороннего действия.

Контактная система реле направления мощности двустороннего действия представлена на рис. 8.3.7.

Токовое реле КА используется в качестве пускового органа, реле направления мощности KW служит для выявления поврежденной линии.

Для двустороннего отключения поврежденной линии, защита устанавливается с обеих сторон параллельных линий.

Рассмотрим работу схемы.

Внешние КЗ (нагрузка и качания)

I_I и I_II равны по величине и совпадают по фазе. I_P = I_I - I_II  0 = I_нб I_С.З. должен быть больше тока небаланса I_нб.

Рис. 8.3.7.

КЗ на параллельных линиях

Векторные диаграммы U_P и I_P на реле направления мощности при КЗ на линиях w1 и w2 на питающем конце показаны на рис. 8.3.8., на приемном конце – на рис. 8.3.9.

Рис. 8.3.8. Рис. 8.3.9.

В зависимости от того где КЗ на w1 или w2 реле будет замыкать либо контакт 1 либо 2. При наличии источников питания на приемной стороне характер распределения первичных токов не изменится, поведение защиты будет аналогичным.