Text
77
5c?
I О}, 316. q2-
/oi)
rс ю
МI 11 ",. 11 1 I "81 1 11' Л 1 11' \IIL 1
I 1 'ф
l' '" l' И t 1 с" НI\' 1 It '1 11111 .IИ 11 "'НИ' 11 I<ИИ
11 11" 1 '( И 1 I
'"
1\ f l' '/Н/Х
I I 11 И. 'А I
11 I( 11 ( 111
{
I
и \
Ч
\.....
1" Щ,,,, " It '(1114
\
О"
1 11'( 111. 00 1
ОМАТИКА
СИСТЕМ
.".,.... ""' +.
.....
,;/'/. JC)J?
УДК 621.316.925
3
Библиотека
Абонемснт
R
Р r/,T...\T
uЯ ,1 ..
.
,1
"!\Тс ;.
J ,. . ti
. j
rолrовских А.В. Релейная защита и автоматика злектроэнерrети
ческих систем: Конспект лекций."КИРОВ, изд. вятrтУ,
165. 100 с.
. ................
Надежное и экОномичное Функцишm:РQвание электроэнерrетичееких сие..
тем возможно ТОЛЬКО при автоматическом управлении ими. Для этой цели
исполыуется комшекс автоматических устройств, среди которых первосте
пенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики.
Курс «Релейная защита и автоматика электроэнерrетических систем» co
стоит из двух основных частей: релейной защиты и автоматики. В первой
части изучаются схемы и устройства релейной защиты, предназначенные
для автоматическоrо управления выключател ми в аварийных режимах.
Воздействуя на отключение выключателей, УС1ройства релейной защиты
локализуют повреждение. Во второй части рассматриваются основные YCT
ройства автоматики, предназначенные для автоматическоrо управления BЫ
ключателями и осуществляющие автоматическое реryлирование при ПрОИз
водстве и распределении электроэнерrии. Следует подчеркнуть, что разде
лени е курса на части «релейная защита» и «автоматиКа» условно и сложи
лось исторически, так как первые устройства противоаварийной автоматики
начал осуществляться с использованием электромеханических аппаратов,
названных реле. Устройства релейной защиты также являются устройствами
системной автоматики с определенным функциональном назначением и
особой спецификой.
в конспекте лекций изложены основы техники релейной защиты и
автоматики электрознерrетических систем.
КонспеkТ лекций nреДН83Н8чен ДПЯ студеНТОI спеЦИIПlaНОСТИ
100200 обучающихся по сокращенной форме обучения.
,.)
\
#-
"
. .
1 " f{'
"
'
IJ.
1
1
. ...}
{Ч G("
3{О ОЧ
;1 t e.
"
у
..
..
164
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие вопросы релейой защиты и аВтоМатИI<и..................................4
1.1. Реле и их классификация.............................................................4
1.2. Основные требования к релейной защите .................................7
1.3. Виды повреждений и ненормальных режимов работы сетеЙ...8
1.4. Оперативный ток И ero ИСТОЧНИКИ ...........................................1 О
1.5. Первичные измерительные npеобразователи в релейной
защите и их схемы соединения с нarрузкой ................................15
2. Релейная защита ЛЭП ...........................................................................28
2.1. Токовые защиты ЛЭП :"............................................................28
2.2. Токовые направлеШfые защиты ...............................................46
2.3. Дистанционная защита ....................... .........:....... .............. ....... .50
2.4. Защита от замыканий на землю ...............................................:54
2.5. Защиты ЛЭП с абсолютной селективностью ..........................63
з. Заrцита трансформаторов .......................................................................79
3.1. rазовая з щита траНсфорМатора....................................................80
3.2. Максимальная токовая защита трансформатора .........................82
з.з. МаксималЬf!ая токовая защита от переrpузки ..............................88
3.4-. Токовая отсечка ... .... ..... ... .............. ............ ..... ...... ...... ............ .........89
3.5. Токовая защита нулевой последовательности .............................90
3.6. Дифференциальная токовая защита траНсфорМатора..................91
3.7. Особенности защиты трансформаторов, не имеющих
выключателей на стороне высшеrо Напряженйя... ...................lОО
4. Релейная защита шин станций и подстанциЙ ....................................104
4.1. Токовые защиты ............................................................................104
4.2. Дифференциальная защита ..........................................................106
5. Защита синхронных reHepaTopoB ........................................................112
5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы .............112
5.2. Виды защит, применяемыx для reHepaTopoB ..............................113
5.3. Особенности защит синхронных компенсаторов .......................133
6. Защита электродвиrателей ....................................................................134
7. Резервирование отказов в действии релейной защиты и
выключателей ........ ....................... ........ .......'.............................. ........... .137
8. Автоматическое повторное включение ...............................................142
9. Автоматический ввод резервноrо питания ..........................................147
10. Автоматическая частотная разrpузка ...................................................155
rОЛ20вских Александр Владимирович
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
ЭЛЕКТРОЭНЕРrЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
KOHcrzeKт лекций
Подп. в печ. Формат ЗОх42 1/8. Бумаrа писчая NQ 1.
Печать матричная. УСЛ.печл. 10.25. Уч.-И3Д.Л. 9. Тир. 100. Зек. NQ 254
Изrотовление Кировекий областной комитет rосударственной
статистики, r. Киров, ул. rорбачева.40
/
4
1 Общие вопросы релейной З81ЦИТЫ и автоматики
При эксплуатации _ электрооборудования повреждения, возникающие
вследствие пробоя изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий пер
сонма и друrих причин, ПрИВОДЯТ К коротким замыканиям (КЗ), сопровож
дающимся понижеlшем напряжения и высокотемпературной дуrой. Дежур
ный персонал не в состоянии 8 требуемое малое время отметить В'рзникно
вение КЗ, выявить поврежденный элемент и дать сиrнал на отключение еI'О
выключателей. В тоже время быстрое отключение повреЖДенноrо элемента
позволяет существенно сократить размеры повреждений, а иноrда и пре
дотвратить их. Поэтому электроустановки снабжаются автоматически дей .
ствующими устройствами релейной защитой или предохранителями (по
следние преимущественно в системах с напряжением менее 1 кВ), осущест
вляющими защиту от повреждений и некоторых ненормальных режимов pa
боты.
т аk71М образом, основНЫll{ назначением релейной защиты является вblяв
ление места возникновения К3 и быстрое отключение повреждеЮЮ20 уча
стка сети.
Кроме повреждений возможны такие нарушения нормальных режимов
работы, как переrpузка, замыкание на землю в сетях с незаземленной ней
тралью и друrие, которые не представляют непосредственной опасности для
оборудования.
Вторъии назначением релеuпой защиты является выявление нарушений
НОРЛ,1дllЬНЫХ режимов работы оборудования u подача предупредительных
СИ2налов.
На подстанциях без 06служивающеrо персонала в таких режимах релей
ная защита производит отключение оборудования с выдержкой времени, так
как нарушения нормальных режимов работы зачастую бывают KpaTKOBpe
менными и MorYT самоустраняться.
1.1 Реле и их классификация
в технике релейной защиты и автоматики под термином «реле» в COOT
ветствии с ['ОСТ Понимают автоматически действующий аппарат, предна
значев:ный при заданном значении воздействующей величины производить
скачкообразное изменение в цепях управления.
При определенном значении величш-Iы XzXc.P., изменяет свое значение
выходной сиrнал У, при возврате реле (XSXc.p) сиrнал У принимает перво
начальное значение (Рис. 1). Наиболее распространены электрические реле.
В соответствии с rOCT электрические реле имеют пять основных Функ
ционалъны частей: воспринимающую (1); преобразующую (2); сравни
вающую (3); исполнительную (4); замедляющую (5) (Рис. 2).
.
5
х
v
х
С.Р.
У 1 . -
к
11
t 2
t
t 1
12 t
Рис. 1. люстрация работы реле
U p
.
f
,
.
, . . . .. . - . .. . . - - .
,
,
,
,
Ip
,
.
.
f
I
I
I
I .
: Ш :
:.. .._-- 6 ... --- -- - ----- - ._ ----_: '
Рис. 2 . Функциональные части реле
В реле, реаrируюIЦИХ более чем на одну величину, может иметься
несколько однотипных частей:
в воспринимающей части воздействующие величины преобразуются в
непрерывные,\ удобные для дальнейшеrо использования;
в преобразующей род тока, характер. изменения во времени или ВИД
энерrии преобразуются в удобный для сравнения сиrнал;
в сравнивающей производится сравнение преобразованных величин и
обеспечивается дискретная величина на выходе;
в исполнительной усиливаются дискретные сиrналы и она обеспечива
ет скачкообразное изменение состояния управляемых электрических цепей;
в замедляющей обеспечивается требуемая выдержка времени.
MoryT быть дополнительные функциональные части, например, задаю
щие (6), в которых производятся определенные настройки.
6
7
Достоинства: изолированы от BbIcoKoro напряжения, MoryT выполняться
на стандартные токи и напряжения.
Классификация реле.
1) В зависимости от величины, на которую реаrирует реле различают:
а) электрические реле реаrируют на электрические величины;
б) механические реле реаrируют на механические величины: давление,
уровень rаза;
в) тепловые реле реш'ируют на изменение температуры ИЛИ количество
тепла.
2) В зависимости от действия реле на повышение или ПОнижение контроли
руемой величины различают реле маКСИ1\lIaльноrо и минимальноrо дейст
вин.
а) Реле МQ1<СlUl,юЛЫЮ20 действия срабатьшает и замыкает контакты при
повышении измеряемой величины выше допустимоrо значения. Пр,и
уменьшении возвращаются в исходное положение.
б) Реле }t<!инu.малЬНО20 действия срабатывает при понижении электриче
ской величины ниже допустимоrо значения. При :увеличении нзмеряе
мой величины возвращается в исходное состояние.
Отношение ВХОДНОЙ и выходной величины называется коэффициентом
возврата:
Кв = lвоз/ [ер'
rде Iвоз параметр возврата реле, Icp параметр срабатывания реле.
у реле МинимальнOI'О действия Кв> 1, у реле маКСИмальноrо деЙствия
Ke<l.
3) По назначению:
а) реле измерительные реле тока, напряжения;
б) реле лоrических операций;
в) ИСIюлнительные реле.
4) По принципу действия:
а) статические (отсутствуют подвижные части);
б) электромеханические (индукционные, маrнитоэлектрические, элек
тромаrнитные ).
5) Электромеханические реле классифицируют:
а) по способу включения воспринимающсrо орrаиа: на первичные и BTO
ричные (рис. З).
Первичные реле непосредственно включаются в цепь.
Достоинства: экономичность, не требуют дополнительных затрат на
трансформаторы тока и напряжения, контрqльные кабели.
Недостатки: связаны с Высоким напряжением, что увеличивает затраты
на изоляцию и повышает сложность обслуживания. Для Н8.i'IaДКИ нужен дo
Полнительный источник тока.
Вторичные реле включаются через измерительные трансформаторы тока
и напряжения.
... l
,
!
Первичное реле
Вторичное реле
Рис. 3
Первичные реле применяются на элеК1 родвиrателях и мелких
трансформаторах в сетях 6 1 О кВ, rде защита выполняется по простейlIШМ
схемам и не требует большой точности. Во всех остальных случаях
применяются вторичные реле.
б) ПQ способу воздействия на коммутационное устройство различают pe
ле прямоrо и KocBeHHoro действия. .
Реле прямоrо действия не имеет контактной системы и непосредственно
действует на расцепитель выключателя.
Реле KocBeHHoro действия имеет контактную систему, упраБ.rlЯЮЩУЮ цe
пью ОIIеративноrо тока. На расцепитель действует с:оленоид ОТКЛlQчения.
Достоинства -реле прямоrо действия: простота, экономичность.
Недостатки реле прямоrо действия: большая потребляемая мощность,
низкий коэффициент возврата, трудная реryлировка параметра срабатыва
нмя.
Перечисленные недостатки отсутствуют у реле KOCBeHHoro действия.
Однако конструкция ero сложнее. возникает необходимость в
дополнительном источнике тока, снижается экономичность.
1.2 Основные требовання к релейной защите
1) Быстродействие.
Быстрое отключение релейной защиты уменьшает размеры повреждений,
сохраня :r нормальную работу потребителей неповрежденной части YCTa
новки, предотвращает нарушение параллельной работы reHepaтopoB.
Современные устройства релейной защиты имеют время деЙствия
0,02+0,1 с.
2) Селективность.
......
8
Селективностью называют способность релейной защиты отключать
толысо поврежденные элементы.
Требование селективности не должно исключать возможность действия
друrих защит как резервных в случае отказа защит или выключателей смеж-
ных элементов.
Защиты, моryщие по принципу действия работать в качестве резервных
при КЗ на смежных участках называют защитами с абсолюпюй селективно-
.
стью.
Защиты С абсолютной селективностью работают только при К3 на защи
щаемом элементе.
3) Чувствительность.
Защита должна обладать чувствительностью к тем видам повреждений и
нарушений НОРМRльноrо режима, на которые она рассчитана, чтобы было
обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения.
Чувствительность защиты должна так же, как правило, обеспечивать ее
действие на смежных участках. Такое действие защиты называется дальним
резервированием смежноrо или следующеrо участка.
Чувствительность защит в большинстве случаев оценивается коэффици
ентом чувствительности. Это отношение минимальн:оrо значения тока при
металлическом К3 в защищаемой зоне к установленному на защите пара.:.
метру срабатывания.
4) Надежность.
Защита должна безотказно действовать лишь в режимах, для которых она
предназначена (надежность срабатывания) и не действовать в тех случаях,
коrда должна сработать друrая защита (надежность несрабатывания).
1.3 Виды Ifоврежденпй и ненормальных режимов работы сетей
Повреждения в эле 'Трической системе чаще Bcero возникают на линиях
сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких ап
параТОБ, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иноrда
имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (межвит
ковые КЗ) и MorYT привести к тяжелым последствиям.
При 1I4НО20фазных К3 в поврежденных линиях протекают большие токи,
которые должны отключаться релейной защитой.
Однофазные К3 представляют ДЛЯ системы в целом также тяжелый вид
повреждения, хотя и не такой опасный с точки зрения устойчивости и co
хранения наrpузки, чем мноrофазные К3. Поэтому установка достаточно
быстродействующей защиты от этоrо вида повреждения является также He
обходимой. Защита может действовать на отключение трех фаз или только
одной поврежденной с последующим ее автоматическим повторным вклю
чением.
9
Однофазные К3 характеризуются Появлением симметричных составляю
щих всех последовательностей. Особенно эффективным оказывается ис
Пользование для защиты от коротких замыканий на землю слarающих Нуле
вой последовательности (независимость от рабочих токов, напряжений и т.
п.)
При однофазном замыкании на землю в сетях с малЫМ током замыкания
На землю искажаются ТОЛько фазные напряжения. Треуrольник междуфаз
ных напряжений остается неизменным. Поэтому к фазам нarpузки продол
жают подводиться нормальные напряжения и бесперебойная работа потре
бителей не нарушается. Токи в месте пробоя имеют небольшие значения и
быстро произвести большие нарушения не мотут.
Таким образо однофазные замыкания при правильно поддерживаемом
режиме заземления нейтрали непосредственной опасности для потребителей
и сети в целом не представляют. Поэтому защиту от замыкания на землю в
рассматриваемых сетях выполняют обычно действующей только на ситнал.
В наиболее ПрОСТОМ виде это устройства контроля изоляции, устанавли
ваемые на шинах питающих установок (например, на шинах низшеrо Ha
пряжения 6 1 О кв понизительных подстанций).
Режим не является опасным видом повреждения и допуск ется работа в
течении двух часов. ".
Б сетях с изолированной нейтралью опасным видом повреждения ЯВЛяет
ся двойное :замыкание на землю. Требует немедленноrо отключения. Целе
сообразно автоматически Отключать только одно место пробоя. При этом
предполаrается, что пробой во втором месте может самоликвидироваться
ИЛИ будет устранен обслуживающим персоналом.
Отключение ОДноrо места повреждения повышает надежность электро
снабжения потребителей. Обеспечение оТключения по возможности ОДНШ о
места повреждения (примерно в 2/3 случаев) осуществляется посредством
двухфазноrо (а не трехфазноrо) исполнения защит.
Двойные замыкания На землю возникают обычно в местах с ослабленной
изоляцией, в основном вследствие перенапряжений, ПОЯБЛЯЮЩИХСЯ в систе
ме при однофазных замыканиях на землю.
При отказе в работе части фаз автоматических выключателей (характерно
для воздушных ВЫключателей с пофазным приводом) может возникнуть
разрыв фазы.
Разрыв фазы линии в отличие от К3 не осредственной опасности для сис
темы может не представлять и не требовать немедленной Ликвидации,
однако появляющиеся при этом составляющие токов и напряжений обрат
ной и. нулевой последовательности MOryT обусловить ряд нежелательных
последствий. Поэтому разрыв фазы в ряде случаев было бы желательно aB
томатич-ески селективно ликвидировать (так часто и удается делать, если
разрыв сочетается с К3 на том же участке).
10
Некоторые типы защит обратной и нулевой последовательности
воспринимают появление несимметрии от разрыва подобно К3 на том же
участке и вне ero. Если их срабатывание недоnyстимо, должны приниматься
соотве:rствующие меры.
Ненормальные реЖ UJ"lЫ
1) Переrpузки или К3, возникающие rде JIибо на друrих элементах СИс
темы, обуславливающие сверхтоки (то есть токи превышающие номиналь
ные для данной линии).
Приводят к иаrреву машин и аппаратов, оказывают термическое воздей
ствие и ускоренный износ пр ОВОДОВ. от сверхтоков, вызванных внешними
К3. обычно используется защита, действующая как резервная в случаях -OT
каза защит или выключателей поврежденноrо элемента. При сверхтоках пе
реI'РУЗКИ немедленноrо отключения Не требуется. Необходима сиrнализа
ЦИЯ.
2) Колебания напряжения и токов при качаниях и нарушениях синхро
низ:ма. Повышения или понижения напряжения.
НаиБОJlе часто интенсивные качания возникают вследствие недостаточно
быстроrо отключения К3 в системе. В наиболее тяжелых случаях возможно
возникновение .KpaTKoBpeMeHHoro или затяжноro нарушения синхронизма.
Опасный режимы, контролируются устройствами автоматики.
3) Понижение частоты.
Опасный режим, контролируется устройством автоматики автоматиче
екой частотной разерузкой.
1.4 OnepaTIIBBoro ТОК 11 ero ИСТОЧНИКИ
11
Основное достоинство простой источник тока, работа которото не зави
СИТ от состояния основной системы.
Недостатки постоянноrо оперативноrо тока:
сложность выполнения защиты от повреждений в цепях постоянноrо тока;
требуют специальноrо помещения;
требуют квалифицированноrо обслуживания;
дороrие (большой расход цветных металлов).
Оперативный постоянный ток в первую очередь используется в электро
установках, rде батареи требуются для включения мощных выключателей с
электромаrнитными приводами\ и ряда друrих нужд (например, на Узе,
мощных rэе и подстанциях).
2) Оперативный переменный ток.
Источниками оперативноrо nepeMeHHoro тока MorYT быть трансформато
ры тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных
нужд, включаемые соответственно на токи и напряжения элементов защи
щаемой установки.
Трансформаторы тока МОУ)'Т являться надежными источниками питания
защит только от повреяqI:ений, СОПРОВОЖДaIOщихся значительными токами,
КОТДа они в состоянии отдавать мощцость, достаточную кроме веето для pa
боты привода выключателя (при однофазных замыканиях На .землю не под
ходят). _
Трансформаторы собственных нужд и трансформаторы напряжения в
общем случае, наоборот, неприrодны для питания защит от К3, сопровож
ДaIOЩихся снижением напряжения до нуля, и MOryт применяться для управ
ления в режимах, характеризуемых напряжениями близкими к рабочим (Ha
пример, однофазное замыкание на землю). -
Таким образом, перечисленные источники питания не являются универ
сальными (как аккумуляторные батареи), а имеют оrраниченные области
применения. Поэтому часто используются несколько раздельных источни
ков переменноrо оперативноrо тока или комбинированные устройства.
Схемы с использованием переменното оперативноrо тока:
1) Схемы с деШУllтuрованием катушки отключения привода вblключате
ЛЯ.
Однолинейный ВИД совмещенной схемы токовой защиты с реле тока КАТ
с выдержкой времени с имеющим специальный переключающий контакт
без разрыва цепи представлена на рис. 4.
В рабочих режимахlпроцессе сра6атывания реле тока КАТ размыкаюшей
частью CBoero контакта, имеющей большую отключающую способность (с
дуrоrасящим устройством), lnyнтирует цепь катушки электромш нита OT
ключения выключателя УА Т (нормально разорвана замыкающей частью
контакта). Наrрузка трансформатора тока ТА определяется относительно
небольшой мощностью цепи обмотки реле тока, и трансформатор работает с
Оперативным называется ток, при помощи KOToporo производится управ
ление первичной коммутационной аппаратурой (выключателями,
отделителями и т. д.), а также питание цепеЙ релейной защиты и
автоматики, разных видов управления и сиrнализап;ии. Основное требование
ИСТQЧНИКИ оперативноrо тока ДОЛЖНЫ быть вееrда rOTOBbI к действию во
всех необходимых случаях (независимость от режима работы сети).
Используют два вида оперативноrо тока постоянный и переменный.
1) Оперативный постоянный ток.
Источниками постоянноrо тока являются аккумуляторные батареJ1, рабо
тающие в режиме ПОСТОЯlIноrо подзаряда. Рабочее напряжение батарей
110 220 В (используемое ранее напряжение 24 48 В теперь не peKOMeHДY
ется). В качестве подзарядноrо устройства' используется МОЩНЫЙ тиристор
ный преобразователь, снабженный элементным коммутатором, с помош.ью
KOToporo можно изменять число участвующих в химической реакции ПЛа
стив. Для повышения надежности сеть оперативноrо тока секционируют на
ряд участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.
12
необходимой точностью (E 10%). После срабатывания защиты электромаr
нит выключателя включается последовательно с обмоткой реле и через нее
проходит полный вторичный ток трансформатора тока, определяющий OT
ключение выключателя. При этом трансформатор тока сильно переrpужает
ся (е> 1 0%), по для срабатывания защиты это уже
несущественно.
rлавное, чтобы ток, протекающий по вторич
ной обмотке трансформатора тока был больше
или равен току срабатывания катушки элеКIрО
мarнита отключения выключателя и был не
меньше тока возврата реле тока.
Достоинствами схем с дешунтированием Ka
тушки отключения ПРИБода выключателя ЯВЛЯ
ются простота и экономичность. А недостатками
являются: зависимость от режима работы сети;
ооорудование на переменн:ом ТОКе имеет ооль
шие rабариты; вибрация контактов.
Рассмотренные схемы МOIут применяться в
сетях с номинальным напряжением до 35 кВ при
пружинных приводах у выключателей (преиму-
IЦecTBeHHo на тупиковых подстанциях, rде ток
дешунтирования не превышает 50 А). CoвpeMeH
ные специальные реле тока и npомежуточные pe
ле имеют контакты, способные отключить ток до
150А.
Q
.....------.....,
I
УАТ
ТА
..
Рис. 4. Схема с деmyнти
ров ани ем катушки OT
ключения выключателя
2) СХeJИЫ С блоками питания выпрямленным током, напряжением.
ПОД блоками питания понимaIOтся устройства питаемые от трансформа
ropOB l'ОКа, трансформаторов напряжения и трансформаторов собственных
нужд, выпрямляющие ток, напряжение и обеспечивающие напряжение, ис
пользуемое ДЛЯ оперативных цепей.
Блоки делятся a токовые (БПТ), напряжения (БПН) и комбинированные,
состоящие из БПТ и Бflli, работающих параллелъно на стороне Быпрямлен
Horo напряжения. На рис. 5 представлен пример схемы комбинированноrо
блока питания оперативным выпрямленным током.
БПН обеспечивает питание при замыканиях между двумя фазами за си
ловым трансформатором с труппой соединения обмоток У/6., дIY, а также
при однофа.зном К3 за трансформатором с IРУППОЙ соединения обмоток
Y/Y o с нулевым проводом, коrда разность токов с питающей стороны равна
нулю, но междуфа.зное напряжение близко к рабочему.
L.o
13
+
ТА
I
С
LD
......
с::
LD
TV
.
Рис. 5. Схема комбинированноrо блока питания выпрямленным током
Достоинства схем с блоками питания вьmрямленным ТОКОМ и напряжени
ем:
возможность индивидуальноrо обеспечения питания оперативным током
ОДНоrо защищаемоrо присоединения (однако при значительнОМ числе при
соединений экономически целесообразным оказывается rpynповое пита
иие);
возможность применения защитной аппаратуры, изrотовляемой для YCTa
НОБОК с аккумуляторными батареями.
Недостатки схем с блоками питания выпрямленным напряжением и TO
ком:
недостаточная мощность ДЛЯ питания катушек включения эпектромат'Нит
ных приводов (обычно осуществляется ОТ выпрямительных блоков, питае
мы,Х от трансформаторов собственных нужд подстанции);
не возможность использования для минимальных защит напряжения, а
также при отключении подстанции с упрощенной схемой соединений со
стороны Вf:>Iсшеrо напряжения для управления отделителем в бестоковую
паузу;
,..
неооходимость отдельных сердечников трансформаторов тока, коrда Tpe
буется большая отдаваемая мощность.
Схемы с блоками питания выпрямленным током широко применяются на
понижающих подстанциях с номинальным напряжением до 35 кВ, а также
на подстанциях с номинальным напряжением 11 O 220 кв с упрощенными
схемами электрических соединений - со стороны высшеrо напряжения (не
имеется выключателей на этом напряжении).
,
14
Некоторые из недостатков MorYT быть устранены при одновременном ис
ПОЛЬЗ0вании энерrии предварительно заряженных конденсаторов.
3) Схемы с предварительно заря:женны.",,1U конденсаторш.ш (рис. 6).
Состоит из зарядноrо ус:тройства, условно показаннOI'О на схеме проме
жуточным трансформаТОрО 1 TL, и блока конденсаторов С, заряжаемоrо че
рез выпрямитель J7D. Для предотвращения разряда конденсаторов через об-
ратное сопротивление выпрямителя блок конденсаторов автоматически OT
ключается от зарядноrо устройства замыкающим контактом минимальноrо
реле напряжения КУ при значительном понижении выходноrо напряжения
зарядноrо устройства.
Основным недостатком схем с предварительно заряженным KOHдeHcaTO
ром является импульсность действия, поэтому каждый элемент должен при
соединяться к отдельному блоку конденсаторов.
Достоинствами схемы является возможность проведеиия оперативных
операций на подстанции, потерявшей питание (например, отключеоое OTдe
лителей в бестоковую паузу) и возможность отключения выключателей с
любыми тяжелыми приводами.
Основная область применения: питание цепей отключения выключателей
и отделителей. .
VD R
+
t
KV
Рис. 6. Схема с предварительно заряженным конденсатором
4) Схемы с реле пРЯМО20 действия.
Защиты с реле прям:оrо действия также MoryT быть условно отнесены к
работающим на оперативном переменном ТОКе. Простота и автономность
защит с реле прямоrо действия обуславливают продолжающееся их исполь
зование для осуществления защит, если их параметры и поrpешности явля
ются приемлемым (оБМОТЮI реле питаются непосредственно от трансформа
торов тока и трансформаторов напряжения, а исполнительные орrаны дей
ствуют непосредственно на отключение выключателей).
15
1.5 Первичные измерительные преобразовзтели в релейной
защите и их схемы соединения с Н31 рузкой
Наиболее распространенными измерительными преобразователями ЯВ
ляются электромаrнитные трансформаторы тока и напряжения. Кроме Toro,
используют трансреакторы, трансформирующие первичный ток в пропор
цио:налъную ему вторичную ЭДС. в отличие от трансформаторов тока
трансреакторы имеют сердечник с немаrнитным зазором. Режим работы их
близок к режиму холостоrо Хода.
Измерительные преобразоватеJIИ выполняют две основные ФУНКЦИИ:
осущеСТВJIЯЮТ rальваническую развязку вторичных цепей от цепей BЫCO
Koro напряжения. Это облеrчает обслуживание и повышает безопасность;
обеспечивают во вторичной цепи стандартные значения токов (1 и 5 А) и
напряжений (100 и lOO/.J3 В) при различных токах и напряжениях в пер
вичной цепц.
1.5.1 Трансформаторы тока
По своему назначению трансформаторы тока делятся на предназначен
ные для устройств измерений и для релейной защиты. К точности их рабо-
ты, в зависимости от назначения, .предъявляются различные требования.
Основным режимом работы трансформатора тока, предназначенноrо для
измерений, ЯRlIяется нормаJIЫIЫЙ рабочий. В пределах рабочих токов он
должен обеспечить необходимую точность трансформации, в соответствии
СО СБОИМ классом точности. Работа трансформаторов тока в
схемахмноrих типов релейных защит происходl'IТ в аварийных
режимах, котда ТОКИ К3 значительно превосходят нормальные
рабочие. Поэтому допускается значительно большая поrpеш
ность 10%.
у трансформаторов то](а имеется три вида поrpешностей:
токовая, полная и )ТЛQвая, значения которых тесно связаны
друr с друrом и зависят от степени насыщения маrнитопрово
да трансформатора тока и сопротивления наrpузки Zи,
Величина &, равная разности между I{ и /2 (рис. 7) называ
ется токовой поrрешностью, обозначается буквой f, выражает
ся чаще Bcero в процентах и вычисляется по формуле:
I := 1 2 l{ .100.
l'
1
Уrол д показывает на сколько действительный ток i 2 сдвинут относи
тельно «идеальноrо» тока 12, рассчитанноrо по формуле. Он определяет yr
ловую пшрешность трансформатора тока и указывается в rрадусах. Если
i]
.11
Рис. 7
....
16
jslO%, то уrловая поrрешность не более 10 rрадусов. Однако при rлубоком
насыщении мarнитопро ода трансформатора тока в случаях близких к К3
уrловая поrpешность может достиrнуть больших значений и вызвать непра
вильное срабатывание направленных реле, поэтому в таких схемах .не дo
пускается работа с трансформаторами с 8>450, что COOTBeTCTByeTj>SO%.
rеОМ6трическая разность L1l полная поrрешность трансформатора тока:
I j Ha.wI . 100
& IIп .
Это выражение с,праведливо для синусоидальноrо вторичноrо тока.
Соrласно ПУЗ все трансформаторы тока, используемые в релейной за
щите ДОЛЖНЫ обеспечивать:
точную работу измерительных ортнов защиты в конкретных расчетных
условиях, для чеrо полная ПOl-решность трансформатора не должна превы
шать 10%;
надежную (без вибрации) работу контактов измерительных opraHOB за
щиты при максимальном токе К3, коrда MorYT быть повышенные поrpешно
сти трансформатора тока и искажение формы кривой вторичноrо тока;
отсyrствие опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформа
торов тока при максимальном значении тока К3.
Все трансформаторы тока выбираются по номиналыюму току и :напряже
нию, проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при
КЗ. Кроме Toro, трансформаторы тока, используемые для включения релей
ной защиты, проверяются на значение поrpешности, которая не должна
превышать 10 % ПО току и 7 % по. уrлу. Последняя проверка может прово
дитея па кривым зависимости предельной кратности от сопротивления Ha
I]JУЗКИ, подключенной к вторичной обмотке.
Предельной кратностью klO На3ывцется наибольшее отношение первич
Horo тока, проходящеrо через трансформатор тока, к ero номинальному току
I 1 . max /11110.41' при котором полная поrрешность трансформатора 1;'ока при за
данной вторичной нarрузке не превышает 10%. Кривые предельной кpaTHO
СТН дЛЯ большинства отечественных трансформаторов тока приведены в
справочной литературе.
При про верке в начале определяется значение предельной кратности:
k 1 о =: /1 расч. щах /I tHoM
rде [1 шах максимально возможный расчетный ток, протекающий через
первичную обмотку трансформатора тока; 1 1HOM номинальный ток, проте
КaIOщий через первичную обмотку трансформатора тока.
Затем определяется наrрузка вторичной обмотки трансформатора:
Zн,расч. = Zкаб. + Zпp. + Zp + ZlШН.'
17
rде ZJ(.аб"ZпР.'ZР'Z1{ОН. сопротивления соединительных кабелей, приборов,
реле, контактов соответственно.
По кривой предельной кратности (рис. 8), соответствующей типу, юraссу
вторичной обмотки и коэффициенту трансформации трансформатора тока,
находится допустимое значение наrрузки ZH'
Если ZH Zн.расч. то поrpешность трансформатора тока в любом режиме
работы оборудования не превысит 10%.
При ZH < Zн.расч. необходимо уменьшить вторичную наrpузку или заме
нить трансформатор.
k 10
Кривая предельной
кратности
ZH
Рис. 8. Определение допустимой наrpузки по кривой
предельной кратности
Увеличить допустиМую наrpузку мож}ю последовательным соединение
Вторичных обмоток одноrо и тото же трансформатора.
1.5.2 Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и
обмоток реле
в зависимости от назначения защитыI и предъявляемых к ней требований
применяются следующие схемы соединения трансформаторов тока и обмо
ток реле:
схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду;
схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звез
ду; -
схема соединения трансформаторов тока в треуrОЛЬНИК t а обмоток реле в
звезду;
однорелейная двухфазная схема соединения трансформаторов тока в
неполный треуrольник;
1.0..
18
схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последо
вателыIOСТИ.
Для каждой схемы соединений можно определить коэффициент схемы,
который равен отношению тока в реле 1 р к вторичному току в фазе 1 в :
1
k == .J!..
сх 1
в
Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувстви
тельности защиты.
1.5.2.1 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в
полную звезду
19
При двухфаэном К3, например фаз А и В, первичный ток К3 проходит
Только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных
к трансформаторам тока поврежденных фаз. Ток в неповрежденной фазе OT
сутствует.
При двухфазном К3 на землю ток проходит в двух реле, включенных на
поврежденные фазы (например, В и С). В нулевом ПрОБоде проходит. [eo
метрическая сумма этих токов, всеrда отличная от нуля.
Коэффициент схемы kf;) :; 1.
При однофазном К3 первичный ток К3 проходит только ПО одной
поврежденной фазе. Соответствующий ему вторичный ток проходит также
только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.
Коэффициент схемы k == 1.
Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмот
ки трансформаторов тока и обмотки реле соединяются в звезду и их 'Нулевые
ТQЧКИ связываются одним ПрОБОДОМ, называемым нулевым. В нулевую ТОЧ
К) объединяются одноименные зажимы обмоток трансформаторов тока.
Схема соединения приведена на рис. 9.
1" Ib Те 1
Особенности схемы
1. При всех видах К3 1;':оки повреждения проходят во всех или части реле
KA1 КA3, поэтому защита реаrирует на все виды К3, имея при этом равную
чувствительность при одинаковых токах повреждения токи в реле равны
вторичным фазным токам, поэтому коэффициент схемы k ;J) == k ;) ::= 1.
,2. Ток в нулевом ПрОБ оде равен сумме фазных токов
(lA + !...В + l.c ) = 3 '[0' поэтому в нормальном режиме. и при ОТСутствии за
мыканий на землю в нулевом ПрОБоде протекает только ток небалааса; БОЗ
можный обрыв нулевоrо провода не может повлиять на работу схемы, OДHa
ко при замыканиях на землю по нулевому проводу проходит ток поврежде
нин при обрыве нулевоrо провода ток повреждеюiой фазы может заМJ:..l
каться только через вторичные обмотки трансформаторов тока неповреж
денных фаз, которые представляют для Hero оч.ень большое сопротивление,
поэтому выполнение схемы соединения трансформаторов тока и обмоток
реле в полную звезду без нулевоrо ПрОБода недопустимо.
З. При двойных замыканиях на землю в сетях с изолированными или за
земленными через дуrоrасящие реакторы нейтралями, если точки замыка
ния расположены на разных линиях (рис. 1 О), MorYT подействовать на OT
ключение защиты обеих линий (1 и П) при равенстве выдержек времени, что
нежелательно.
Схема применяется только в защитах, действующих при всех видах К3.
1 1 А 1 I B 1 Ic КА 1
КА2 КАЗ
............
Ic
Рис. 9. Схема соединения 1рансформаторов тока и обмоток реле
в полную звезду
При нормальном режиме и: трехфазном К3 в реле KA1 KA3 проходят
вторичные токи трансформаторов тока одноименных фаз, а в нулевом про
воде их rеометрическая сумма, которая при симметричных режимах раВНа
нулю:
[llп ;::: [а + lь + l.c ,
r д е 1 =с 1 А I Ь == [в 1 == Iс
а , , с
п/ п] п]
Коэффициент схемы k ) = 1.
1.5.2.2 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле 8
неполную звезду
Трансформаторы тока устанавливают в двух фазах (обычно А и С) и co
единяют так же, как и в схеме звезды (рис. 11).
20
I А )
...,. /-
21
Il
Особенности схемы
1. Схема рею'ирует на все виды КЗ" за исключением KopOTKoro замыка
иия на землю фазы, в которой трансформатор тока ие установлен, поэтому
схема применяется только для защит, действующих при мноrофазных по
вреждениях; в симметричных режимах в реле проходят вторичные фазные
токи, поэтому ДJIЯ схемы неполной звезды коэффициент схемы
k (т) ;:;: k (З) = 1
сх сх .
2. ТОК в обратном проводе ПРОХОДИТ не только при некоторых замыкани
ях на землю, но и при мноrофазных КЗ" а также при нормальном режиме,
поэтому обратный провод необходим для правильной работы схемы, ТО есть
выполн ть схему без обратноrо про вода недопустимо.
3. В сетях с изолированной ИЛИ заземленной через дуrоrасящий реактор
нейтралью при двойных замыканиях на землю, кот'да точки повреждения
находятся на двух линиях, отходящих от общих IIIИН, причем одна из точек
расположена на фазе без трансформатора, действует на отключение только
одна защита и отключается только одна линия; ПрИ установке трансформа
торов тока в одноименных фазах на BC X Присоединенных данноrо напряже
нин в большинстве случаев (2/3) двойных замыканий на землю ОТЮIючается
только одно место повреждения.
4. В сетях с изолированной или заземленной через дуrorасящий реактор
нейтралью при двойных замыканиях на землю защита может действовать не
селективно, если точки повреждения располаl'аются на смежных участках,
причем на более удаленном уч.астке повреждаеr ся фаза без трансформатора
Тока.
5. Чувствительность защиты может оказаться iз два раза меньшей по
сравнению со схемой полной звезды при некоторых двухфазных К3 за
трансформатором с соединением обмоток YII1 и AN.
Если чувствительность двухрелейной схемы неполной ЗВезды HeДOCTa
точна, то в обратный ПрОБОД схемы дополнительно включается реле КА2. по
обмотке KOToporo. как и в обратном ПрОБоде, проходит сумма токов фаз А и
С (трехрелейная схема неполной звезды). По чувствительности эта схема
равноценна схеме полной звезды. ..
Iв
А
В
С
КА1 КА2
.
КА1 КА2 КАЗ
1
I A
......
, -
".
JB
... _.
......
..
Рис. 10. К анализу работы схемы при двойных замыканиях на землю
l IA 1 In ! Ic КА1
КАЗ
Ic
Ia+1cj
Рис. 11. Схема соединения трансформаторов тока и
обмоток реле в неполную звезду
1.5.2.3 Схема соединения трансформаторов тока в треуroльник,
а обмоток реле в звезду
в реле КА 1 и КА3 проходят токи соответствующих фаз, а в обратном
ПрОБоде ток, равный ИХ rеометрической сумме:
!ОБ =la + lс,
Вторичные обмотки трансформаторов тока, соединенные последователь
но ра..зноименными выводами (рис. ] 2), образуют 'g'еуrольник.
Реле, соединенные в звезду, подключаются к вершинам этоrо треуrоль
НИка. При такой схеме соединения в каждом реле проходит ток, равный
rеометрической разности токов двух фаз:
!А !В
....... ! Р'
!Р2
........ J РЗ
23
3. При К3 на землю токи нулевой последовательности не проходят в реле
(проходят только токи прямой и обратной последоваТельности, то есть толь
ко часть тока КЗ); схема соединения TAl TA3 в треуrольник является как
бы комбинированным фильтром токов прямой и обратной последователь
ности.
4. Дает сдвиr на 30 электричесюlХ rpaдycoE.
Схема применяется в основном для дифферею1Иальных и дистанционных
защит.
22
!.Рl -=::'/..а [Ь' {Р2 == !.Ь Iс, !.Р3 -=::. !..С {а .
1.5.2.4 Двухфазная однорелейная схема соединения в неполныЙ
треуrольник (на разность ТОКОВ двух фаз)
ТА1 ТА2 ТАЗ
Для выполнения схемы вторичные обмотки трансформаторов тЬка, YCTa
новленных в двух фазах, соединяются разноименными :выводами. К TpaHC
форматорам тока реле присоединяется так, что по ero обмотке проходит ток
равный reометрической разности фазных токов. В соответствии со схемой
на рис. 14:
Рис. 12. Схема соединения трансформаторов тока в треУI'ОЛhНИК,
а обмоток реле в звезду
[р = l.a lс .
.
!Р2
Рис. 13. ВеКТОР1Jая диаrрамма вторичных токов в схеме при
трехфазном К3
,-
ТА1 ТАЗ
Рис. 14. Схема соединения; трансформаторов тока и обмотки реле
на разность токов двух фаз
Особенности схемы
1. Ток в реле проходит при всех вида.х К3.)и следовательно, схема
реаrирует на все виды коротких замыканий.
2. Соотношения между токами в реле и вторичными фазными токами
трансформаторов тока зависят ОТ вида К3, поэтому схема имеет различные
коэффициенты схемы, а именно:
k(З) ==.J3 k(2) == 2 k(l) == 1
сх 'СХ 'СХ .
Так как коэффициенты схемы k т) #: k ) , то защита имеет разную чувст
вительность.
Особенности схемы
1. Схема защиты реаrирует На все виды К3, за исключением замыкания
на землю фазы, в которой тра:uсформатор не установлен, поэтому применя
ется только для действия при мноrофазных повреждениях; существенным
недостатком схемы является то, что при двухфазном К3 за трансформатором
с сшщинением обмоток Y/6. защита может отказать в действии в связи с тем,
что токи в фазах с трансформаторами тока равны и совпадают по фазе.
24
2. Соотношения Между токами в реле и вторичными фазными токами
трансформаторов тока зависят от вида К3 и сочетания поврежденных фаз,
поэтому коэффициент схемы k ) принимает различные значеЮ1Я. В HOp
мальном режиме и при 1рехфазном К3 k ;) ;;;;: JЗ. в случае двухфазных К3
коэффициент схемы зависит от сочетания поврежденных фаз. Так, при К3
между фазами A коэффициент схемы k ;) == 2 . Защита наименее чувстви
тельна к двухфазным К3 между фазами A B и В----С. коrда k ) ::= 1.
Схема применяется для защитыI от междуфазныx К3 в основном для дви
rателей и не применяется для защиты от К3 за трансформаторами со cxeMa
ми соединения обмоток У/6. и ЫУ.
I д l в J lc
КА
25
В сетях с изолированной или заземленной через дyrоrасящий реактор
нейтралью защита, выполненная по схеме полной звезды, может при Двой
ных замыканиях на земто отюпочить оба места повреждения, что нежела
тельно, поэтому для отключ ния мноrофазных К3 и ликвидации З8.J.\1ыканий
на землю в сети с изолированной нейтралью защиту следует выполнять по
схеме иеполиой звезды или по схеме включения реле на разность токов двух
фаз.
В сетях с rлухозаземлевными нейтралями к защите предъявляется требо
вание действовать на отключение защищаемоrо элемента при К3 между фа
зами и при К3 на землю. Такую защи1У можно выполнить двумя способа.\r1И:
по схеме включения трансформаторов тока и реле в полную звезду; в виде
двух комплектов одноrо от междуфазных К3 с соединением трансформа
торов тока и реле в неполную звезду и друrоrо от К3 на землю с соединени
ем трансформаторов тока в фильтр нулевой последовательноrти.
Как показано выше реле тока, включенные на ток фазы (схема полной
звезды), при К3 на землю менее чувствительны чем комплект защиты от
замыканий на землю с соединением трансформаторов тока в фильтр тока
нулевой последовательности.
1.5.2.5 Схема соединения трансформаторов тока в фильтр НУ.i1евой
последовательности
t
1.5.3 Трансформаторы напряжения и схемы соединения их обмоток
и реле
la
Рис. 15. Схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов
нулевой последовательности и векторная диаrрамма вторичных токов схемы
Измериrельные орrаны, в частности измерительные реле напряжения,
включаются на фазные и междуфазные напряжения, а также на напряжения
нулевой и обратной последо ательностей_ Для получения этих напряжений
используются однофазные или трехфазные трансформаторы напряжения и
фильтры напряжения обратной последовательности. Трансформаторы в
этом случае имеют различные схемы соединения обмоток> при выполнении
которых придерживаются следующих правил:
. в случае включения первичных обмоток на фазные напряжения их Ha
чала при соединяются к соответствующим фазам, а концы объединяются и
соединяются с землей;
при включении первичных обмоток на междуфазные напряжения их
начала присоединяются к предыдущим, а концы к последующим фазам в
порядке их электрическоrо чередования.
Ток в реле протекает лишь при К3 на землю. Возникает несимметричный
режим и тоrда I p ==3 10.
При наrpузках, трехфазных и двухфазных К3 сумма первичных токов
равна нулю и реле не действует. На практике из за поrpешностей тр(ffiСфОр
маторов тока в реле протекают неболъшие токи небаланса.
Схема часто назьmается трехтрансформаторным фильтром нулевой no
следовательности.
Рассмотренные схемы включения измери ельных реле неравноценны как
ПО количеству оборудования, так и по друrим параметрам (чувствитель
ность, надежность селективность и пр.) Выбор той или иной схемы опреде
ляется в первую очередь назначением защиты. При условии ВЫполнения
всех требований, предъявляемых к защите, предпочтительна наиболее про
стая схема, требующая наименьшеrо количества оборудования.
Включение одиофаЗDоrо трансформатора напряжения (рис. 16а).
Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух лю-
бых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, коrда достаточно иметь
одно междуфазное напряжение, например напряжение !l.вc.
Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в OTKpЫ
ТЫЙ (неIlОЛIIЫЙ) треуrольник (рис. 166).
26
Первичные обмоТI<И двух однофазных трансформаторов напряжения
включаются на два любых междуфвзных напряжения. Вторичные обмотки
соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле
на все междуфазные напряжения (реле KV 1 kvз) и на напряжения фаз по
отношению к искусственной нейтральной точке системы межд;уфазных Ha
пряжений. В последнем случае ВКJlючение можно выполнить тремя реле,
обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду (реле
KV4 KV6). Схема соединения двух однофазных трансформаторов в откры-
тый треуrольник является наибол е распространенной. Она не может при
меняться в тех случаях, коrда необходимо иметь фазные напряжения OTHO
сительно земли.
АВС
А)
.
KV
KV 1КV2КVЗ KV4 KV5 KV6
Б)
КV1КV2КVЗКV4КV5КV6КV7КV8КV9
АВС
KV П
Рис. 16. Схемы соединения измерительным трансформаторов напряжения и
обмоток реле
27
Схема соединения обмоток трансформаторов папряжеНllЯВ звезду
(рис. 16в).
Как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треу.'олышк,
Дает возможность включать реле на любые междуфазные напряжения (реле
КV] -КVЗ) и на напряжения фаз относительно искусственной нейтральной
точки системы междуфазных напряжений (реле KY4 KY6), а также по OT
ношению к земле, то есть на любые фазные напряжения (реле KV7 KV9).
Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных
трансформаторов напряжения или ОДноrо трехфазноrо пятистерЖневоrо.
Применение трехфазныIx трехстержневыx трансформаторов напряжения в
данном случае не допускается в связи с тем, что при замыкании На землю в
сети по 'первичным обмоткам трансформатора через ero заземленную ней
траль проходят большие токи намаrничивания нулевой последовательности
и трансформатор сильно переrpевается.
Схема соединения обмоток траllСфОрМ3ТОрОВ напряжения в фильтр
напряжения НУ.!Iсвой последовательности (рис. 16r).
Напряжения отдельных последовательностей можно ВЫДелить из полных
фазных напряжений посредством фильтров напряжений. Так, для получения
напряжения нулевой посiIсдовательности первичные обмотки трансформа
торов должны соединяться в звезду с заземленной нейтралыо. Полученные
при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем соединения
вторичных обмоток Б разомкнутыЙ треутольник, к которому подключается
реле. Напряжение на обмотке реле КУ будет равно 3. U О .
В)
28
2. Релейная защита ЛЭИ
29
По с;n:особу обеспечения селективности различают защиты с абсолютной
и относительной селективностью. Защиты с абсолютной селективностью
запускаются и срабатывают лишь при К3 на защищаемом участке (напри
мер, дифференциальная защита). Защиты с относительной селективностью
запускаются 11: срабатывают при К3 как на защищаемом, так и на смежных
участках, например, максимальные токовые защиты. Селективность их дей
ствия обеспечивается правильным выбором уставок срабатывания.
Все защиты подразделяются на основные и резервные. .
Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или
части видов К3 в пределах Bcero защищаемоrо элемента со временем, MeHЬ
ШИМ, чем у друrих защит.
Резерв пой называется защита предусматриваемая для работы вместо oc
НОБНОЙ данноrо элемента в случае ее отказа или вывода из работы (ближнее
резервирование), а также вместо защит смежных элементов при их отказе
или в случаях отказов выключателей смежных элементов (дальнее резерБИ
рование).
Наличие в сети резервных защит считается обязательным. для выполне
НИЯ ФУНКЦИЙ дальнеrо резервирования защиты должны обладать относи.
тельноЙ селективностью.
В некоторых случаях используются также дополнительные защиты, BЫ
полняющие некоторые вспомоrателъные функции, например, ускорение PT
ключения К3 на части участка, защиту «мертвых зою>, и т. Д.
2.1.1. Защита линий с помощью максимальной токовой защиты
Максимальная токовая защита является одной из основных защит в ради.
альных сетях напряжением До 35 кВ.
В радиальных сетях с односторонним питанием максимальная токовая
защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источ
ника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет caMO
стоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней
самой или на шинах питающейся от нее подстанции.
По характеру зависимости времени действия максимальной ток вой за
щиты от тока они подразделяются на защиты с независимой характеристи
кой и зависимой.
По способу питания оперативных цепей максимальные токовые :-lащиты
делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током.
Максимальные токовые защиты MorYT выполняться по двухфазным и
трехфазным схемам.
2.1.1.1. Схемы максимальных токовых защит
2.1. Токовые защиты ЛЭП
Наиболее распространенные схемы максимальных токовых защит для се.
тей с изолированной нейтралью приведены На рисунках 17 18. Особенно
стью ЭТИХ сетей является отсутствие однофазных К3, что дает возможность
применять для защиты от междуфазных К3 двухфазные схемы максималь
ных токовых защит. Эти же схемы MorYT при меняться и для защиты сетейt
заземленной нейтралью, если для защиты от однофазных К3 применяется
дополнительная защита, включенная на ток нулевой последовательности.
Для расширения зоны действия максимальной токовой защиты ее токо.
вые реле подключаются к трансформ торам TOKa установленным ближе к
шинам. Если выключатель имеет встроенные трансформаторы тока, то за
. щита подключается к ним со стороны шин.
На рис. 17 приведена схема максимальной токовоЙ защиты снезависимой
характеристикой времени срабатывания на постоянном оперативном токе.
Схема включает два пусковых TOKOBbIX реле MrHoBeHHoro действия КА 1 и
КА2 (типа PT 40), одно реле времени КТ.{типа ЭВ 121 или ЭВ lЗl) и одно
указательное реле КН (пша PY 21). Контакты токовых рел.е соединены па-
раллелъно, поэтому при срабатывании любоrо из них по ним обоим OДHO
временно подается плюс на обмотку реле времени, ко второму ВЫВОДУ KOTO
рой постоянно подведен минус оперативноrо тока. Реле времени, сработав с
установленной выдержкой времени, подает своим контактом плюс опера
Одним из признаков возникновения К3 является увеличение тока в ли-
нии. Этот признак используется для выполнешfя защит, называемых TOKO
выми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах
линии сверх определенноrо значения. В качестве реле, 1Jеarирующеrо на
возрастание тока, служат максимальные токовые реле.
Токовые защиты подразделяют на максимальные токовые защиты и
токовые тсечки. rлавное различие между этими защитами заключается в
способе обеспечения селективности.
Селективность действия максимальных защит достиrается правильным
выбором выдержек времени. Селективность действия токовых отсечек
обеспечивается соответствующим выбором ТОl<а срабатывания.
....
30
1'ивноrо тока на отключающую катушку У АТ привода выключателя через
указательное реле кв и вспомоrательный контакт SQ, связанный с приво
Дом вык..тlючателя. Указательное реле фиксирует срабатывание защиты и
прохождение тока через УА Т.
31
точных реле КI.Jl и КL2 (типа РП З41). токо ырелеe при срабатывании за
мыкают цепь вторичных обмоток промежуточных трансформаторов реле
времени ТL л и TLc на обмотку электродв:иrателя реле времени КТ. При этом
во избежание отказа реле времени при двухфазном К3 между фазами А и С
цепь обмотки ТL c разрывается размыкаюЩИМ контактом KAJ .2.
+
кт
SQ
+ {}J{Н ·
КА 1 УДТ1
кт
KL2.1
Цепи реле времени
Рис. 17. Схема двухфазной максимальной токовой защиты снезависимой
характеристикой времени срабатывания на постоянном оперативном токе.
Вспомоraтельный контакт SQ, замыкающийся при включении и размы
кающийся при ОТкЛючении выключателя, имеет два назначения. При OT
ключении ВЫключателя прекращается прохождение тока К3, вследствие че:...
ro происходит возврат в исходное положение в начале токовых реле, а затем
реле времени. Так как контакты реле времени не рассчитаны на размыкание
цепи катушек отключения, которые имеют большое потребление (2,5+ 1 О А),
то размыкание этой цепи производится ВСПОМОf'ательным контактом до Toro;J
как начнут размыкаться контакты реле времени. Таким образом, первым Ha
значением вспомоrательноrо контакта является предотвращение повреЖДе
ние контактов реле времени при возврате защиты после отключения выклю
чателя.
Если после ОТключения выключателя контакты реле времени останутся в
замкну ом состоянии (например, из за неисправности реле), то по ОТКЛЮ
чающеи катушке будет длительно протекать ток, который Может привести к
повреждению, так как она рассчитана только на кратковременное прохож
дение тока. Вспомоrательный кшrrакт, размыкая цепь отключения, защища
ет отключающую катушку от повреждения, что и является ет'о вторым Ha
значением.
На рис.18 приведена также двухфазная схема максималъной токовой за
щиты с независимой характеристикой времени срабатывания, но на опера
ТИВНОМ перемеННQМ токе. Схема включает в себя два пусковых токовых реле
мrновеиноrо действия КА! и КА2 (типа PT 40), одно токовое реле времени
КТ (типа PBM 12 или PBM 13)) одно указательное реле КН и два промежу
Токовые цепи и цепи отключения
TL1
KL1
TL2
Цепи выпрямленноro тока
Рис.18. Принципиз..."Iьная схема двухфазной максимаJIЬНОЙ токовой защиты
с независимой характеристикой времени срабатывания
на персменном оперативном токе
Реле времени, сработав, своим юнтактом КТ.! замыкает цепи вторичных
обмоток промежуточных трансформаторов на обмотки промежуточных реле
КLl и КL2. Промежуточные реле, сработав, производят следующие дейст
вия: мощными переключающими контактами KLl.l. КLl.2, КL2.1 и KL2.2
включают соответствующие отключающие катушки УА Тl и УА Т2 в цепи
ТА1 и ТА2, а контактами КLl.З и КL2.3 ШУIIТИРУЮТ контакт реле времени
KT.l.
IIlунтирование контактов реле времени необходимо потому, что после
включения отключающих катушек ток от трансформаторов тока может Ha
32
ЗЗ
электродвиrателей. Асинхронные элекrpодвиrатели, составляющие значи
тельную часть наrрузки, ВО время К3 тормозятся вследствие возникающеrо
при этом понижения напряжения. После отключения К3 напряжение BOC
станавливается и все оставшиеся в работе двиrатели самозапускаются, по
требляя повыш нный пусковой ТОК. Э;rот ток постепенно затухает и в линии
устанавливается рабочий ток, который не превышает.1 раб.тах. .
столько снизиться, что пусковые токовые реле и реле времени разомкнут
свои контакты и ПРQизойдет преждевременный возврат промежуточных pe
ле. Шунтирование контактов реле времени обеспечивает в этих случаях Ha
дежное действие защиты независимо от состояния контактов пусковых реле
и реле времени.
При использовании такой схемы поrpешность трансформаторов тока не
должна превышать 10% только до момента срабатывания промежуточных
реле. После их срабатывания и подключения отключающих катушек тpaHC
форматоры тока должны давать ток, обеспечивающий надежное действие
(срабатывание) отключающих катушек. Поrрешность трансформатора тока
при этом значения не имеет. .
После срабатывания отключающих катушек и отключения выключателя
ток в цепи трансформатора тока прекращается и Все реле возвращаются в
исходное положение при отсутствии оперативноrо ТОКа. Поэтому при пита
нии защиты оперативным переменным током вспомоrательный контакт в
цепи катушки отключения выключателя становится ненужным.
\V1
к2
W2
SH
РИс.19
2.1.].2 Выбор тоI01 срабатывания маКСИМЗJlЬНОЙ токовой защиты
Увеличение 1 раб.тах' вызванное самозапуСКОl\.f двиrателей, оценивается
коэффициентом запуска k з :
l с . з > k3.[ раб.тах.
С учетом всех трех условий ток срабатывания максимальных токовых
защит определяется по формуле:
I с . з = k oтc , k з . 1 раб.тах/ k 6 ,
rДе k oтc коэффициент отст:uойки, учитывающий поrpешности расчета и
работы реле, ПРИНИМаемый равным k Qтc ==1,1+1,2.
Вторичный ток срабатывания реле 'с.р находится с учетом коэффициен
та трансформации трансформаторов тока k I и коэффициента схемы включе
ния реле kcx :
Ic.p == kcx' l с . з /k j .
Чувствительность защиты проверяется ПО минимальному значению тока
l кз . miп при повреждении в конце ЗОНЫ защиты (точка К1). Коэффициент
чувствительности для lvIT31 должен быть не менее 1,5:
k == 1 кз.rniп(к]) 1 5
чl > , .
/с.з
При К3 на резервируемом участке (линия W2) допускается коэффиц..чент
чувствительности больший или равный 1,2:
k = 1 кз.miп(к2) > 1 2
ч2 1 "
С.3
rде l кз . miп (к2) миншltшльный ТОК К3 в конце резервируемOl О участка (ли
ния W2).
Исходным для выбора тока срабатывания маКСИМ8J"lЬНОЙ токовой защиты
от К3 является требование, чтобы она надежно работала при тювреждениsrх,
но в то же время не действовала при максимальных токах наrрузки, KpaTKO
временном увеличении тока, вызванном пуском и самозапуском двиrателей,
колебанием наrpузки.
Условия выбора тока срабатывания:
1. Токовые реле защиты не долж;ны приходить В действие при макси
мальном рабочем токе наrpузки 1 раб.шах .
2. Токовые реле, сработавшие при внешнем К3 должны надежно Воз
вращаться в исходное положение после отключения К3 и снижения тока до
максимальноrо тока наrpузки. Например, при К3 точке К2 (рис. 1 9) после
отключения повреждения защитой мrЗ2, прохождение тока К3 прекращает
ся и пришедшее в действие токовое реле защиты ЛrfТЗl должно возвратиться
в начальное положение, так как иначе произойдет неселективное отключе
ние неповрежденной линии Wl. Поэтому ток возврата защиты 1 должен
в.З
быть больше тока наrpузки линии, проходящеrо через защи'I)' МТЗl после
отключения кз:
/в.з > 1 раб.rnа.х
Так как k(J = 16о3/1с.з ' то ток срабатывания защиты по второму условию:
1с.з > 1раб.тах/kв .
З. в первый момент времени после отключения К3 ток, проходящрй че
рез защиту МFЭl (рис. 19) имеет повышенное значение из за пусковых токов
34
2.1.1.3 Выбор времени срабатывания действия максимальной
токовой защиты
Выдержки времени мзксимаЛLНОЙ ТОКОВОЙ защиты снезависимой к.а..
рактеристикой времени срабатывания выбираются по ступенчатому
принципу, который состоит в том, что каждая последующая защита в Ha
правлении от потребителей к источнику питания имеет выдержку времени
больше предыдущей. Выбор выдержек времени должен начинаться с самых
удаленных от источника питания потребителей (рис.20).
Для Toro чтобы при повреждении на наrрузке {Sf{) не отключилась ЛИНИЯ
\\13, ее защита должна иметь выдержку времени t с . зз бс;!ьшую чем t с . з4 на
величину At называемую ступенью селективности:
t с . зз :::::: t c . 54 + I1t .
Ступень селективности 111 должна быть такой, чтобы успели сработать
защита и отключиться выклю'чатель на поврежденном участке, прежде чем
истечет выдержка времени защиты на следующем неповрежденном участке:
I1t == ( вЫ /\ + Ы ктI + I1t/(m2 + t"on,
rде t вьж время отключения выключателя; Дf кт1 И AtKт2 поrрешности
реле времени защит поврежденноrо участка и следующеrо :к источнику пи
тания соответственно; t зап время запаса.
МТ31
9t01J
. .
МТ32
W1 LCJ
f\НЗЗ
W2
МТ34
wz tG 'щJ... ",
tс.з
,...
,
,
li.t
6t
tc. . f
!..
,
J
iбt
I t с . з , э
+-
, .. . 1
. t
, С,;;,.
I
lc.3.
,
1
РИс.20. Выбор времени срабатывания максимальных ТОКОВЫХ защит с
независимой характеристикой времени срабатывания
35
Ступень селективности должна вычисляться с учетом типов установлен
ных выключателей и типов реле времени и обычно составляет:
8./ ==o,4+0, с. .
При выборе выдержки времени максимальной токовой защиты с зави
симой характеристикой времени срабатывания дейс:rвует ТОТ же прин
ЦИП, что и у максимальных токовых защит с независимой характеристикой
наиболее удаленная от источника питания защита должна иметь' меньшую
выдержку времени срабатывания. С учетом Toro, ЧТО время срабатывания
максимальной токовой защиты с зависимой характеристикой времени cpa
батывания определяется величиной тока протекающеrо через защиту, соrла
сование следует ПРОИЗБОДИТЬ при cTporo определенных значениях токов К3.
В качестве расчетной точки принимается начало следующеrо элемента.
Выдержки времени защит с зависимой характеристикой определяются по
условию селективности:
t с . зз == t с . з4 + At .
Но поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо за
давать пределы тока, при которых это условие должно выполняться.
Пусть линии Wl и W2 оборудованы макс:m.1аЛЬНЫМИ токовыми защитами
с зависимой характеристикой и требуется выбрать характеристику защиты
линии Wl (МТЗI) (рис.21) и СOIласовать ее с характеристикой защиты ли
нии W2 (МТЗ2), которая известна.
МТ31
W1
Б МТ32 , К1
W2
в
t .
..
М'
I /: , . , :
It 2рАСч :
I ,
,
t, РАС
РИс.21. Соrласование максимальных токовых защит с зависимой
характеристикой
Защита линии Wl должна иметь время срабатывания на ступень селек
ТИВНQСТИ больше защиты линии W2 при всех К3 в пределах COBMecTHoro
действия МТЗl и МТ32, то есть на линии W2. Если при КЗ в точт<е Кl (нача
36
ло линии W2) ток, ,про одящий через защиты равен Iкз(кI)mах то при всех
К3 за точкой Кl, то ееть в зоне работы защиты МТ32 токи будут меньше.
Следовательно, если выполнить условие селективности в точке Kl, То защи
та ltt/ТЗl будет действовать селективно и при К-3 в ДРУI':ИХ точках W2.
Порядок выбора зависимых характеристик:
1. Строится исходная характеристика защиты МТ32 t==f(1) (рис.22);
2. Определяется максимальное значение тока К3 lКЗ(Кl)mах при повреж
дении в начале линии W2 (точка К 1 рис.22);
t
37
МаКСИМЗJIЬные токовые защиты получили наиболее широкое распростра
нение в радиальных сетях всех напряжений. В сетях 1 О кВ и ниже они явля
ются основными защитами.
2.1.2. Токовые отсечки
Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяющей 06ec
печить быстрое отключение К3. Токовые отсечки подразделяются на отсеч
ки MrHOBeHHOro действия и отсечки с выдержкой времени (порядка
0,3+0,6 с).
2.1.2.1. Мrновеilная токовая отсечка
A t
2
I кз МАХ
I p
Селективность действия мrновенных токовых отсечек ДО ТИI'ается oтpa
ничением их зоны работы так, чтобы они не действовали при К3 на смеж
ныIx участках сети, защита которых имеет равную или большую выдержку
времени. для этоrо ток срабатывания отсечки должен быть больше макси
мальноrо тока К3, проходящеrо через защиту при повреждении в конце BЫ
бранной зоны действия.
МТ32
Рис. 22
К1
rt I I
W2
3. Пользуясь заданной характеристикой защиты lIJТЗ2, находят ее BЫ
держку t 1 при токе lкз(кl)mах;
4. По условию селективности выбирается время срабатывания защиты
А1ТЗl при,кз в точке Кl:
t 2 t 1 + l1t .
5. По точке с координатами (lK3(Kl)max, t1) строят характеристику защиты
MT31.
CUr, J ТО1 J
\'..:I""ТLJ L.....)
W1
IK3
2.1.1.4. Общая оценка п область применения макспма.ilЬНЫХ токовых
З31ЦИТ
1 к3 МАХ
I сз
Достоинствами максимальных токовых защит являются: I1ростета Ha
дежность, небольшая стоимость.
Недоутатки максимальных токовых защит:
большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания, в то
время как именно вблизи шин станций по условmo устойчивости необходи
МО быстрое отключение кз;
недостаточная чувствительность при К3 в разветвленных сетях с большим
числом параллельных цепей и значи-tельны:ми токами наrрузки;
селективность соблюдается, как правило, только в радиальных сетях с oд
носторонним питанием.
111;
:...."'::;.
. .
Рис. 23. Определение защищаемой зоны токовой отсечки
Выбор тока срабатывания токовой отсечки ТО 1 производится из условия
несрабатывания при К3 в точке Кl:
k /3)
I с . з отс' кз(кl)mах'
38
[де k aтc """ 1 ,2+ 1,3 коэффициент отстройки, учитывающий поrpешность
в расчете тока К3 и поrpешность в токе С р абатывания Р еле; ](3) ( 1) MaK
1(3 к тах
симальное значение тока К3 в точке Кl.
Зона действия токовой отсечки опредеШJeТСЯ rpафи.чески. Обычно cтpo
ятся кривые тока КЗ l/(з = [(Р) (рис. 23) для минималъноrо и максимальноrо
режимов.
Зона действия отсечки зависит от крутизны кривой спада тока по длине
линии. Чем больше различаются токи К3 в начале и конце линии, тем боль
те получается зона, охватываемая отсечкой.
Соrласно ПУЗ рекомендуется применять :токовую отсечку, если ее зона
действия (f min ) охватьшает не меньше 20% защищаемой линии.
При схеме работы линии блоком с трансформатором (рис.24) отсечку OT
страивают от тока К3 за трансформатором в точке Кl. В этом случае отсечка
защищает всю линию и оказывается весьма эффективной.
39
максимальных токов К3 от источников А и Б соответственно при перемеще
НИИ точки К3 вдоль защищаемой линии. Токи срабатывания отсечек должны
быть выбраны таким образом, чтобы при внешних К3 (точки Кl и К2) защи
ты не действовали.
w
Е д х 1А
I K
w
I сэ
!3
IKBHMAx1
К1.
(3)
IKBHМAX2
I кз
I сз
I
['(о
I 1
! 2
_.
1
.
11
РИс.25. Применение токовой отсечки в сети с двусторонним питанием
\.--
J M1N
I
Бремя действия токовой отсечки t с . з ==- 0,04+0,06 с.
О б 1 (3) ] (3) В
тстроика от ольшеrо из двух значении токов 1( (1(1)тax И кз(к2)mа.,< Я
ляется первым условием выбора параметров срабатьiвания защиты:
1 . ] k .1(3)
С.зl с.з2 отс К'З.6'1I.mах
. [ (3) б Й ] (3)
rде k oтc -= 1,2+1,3, 1(з.вll.mах ОЛЬШИ из двух токов кз{кl)mах И
] (3)
ю(к2)mах .
В эксплуатации возможны случаи качаний rеиераторов источника А OT
носитеЛЬRО rеиераторов источника Б и выхода их из синхронизма. При этом
по линии W MOryт протекать большие уравнительные токи. Отсечки в этом
случае не должны действовать:
lсзl :::: ]сз2 :::: k oтc1 .] ур.тах'
. . .
. . ...' ' _"". ' .'H . . .". ._. . .:_
Рис.24.Применение токовой отсечки'для защиты блока
линия трансформатор
Токовые отсечки MorYT ИСПользоваться на линиях с ДВУХСТОРОННИМ пита
нием. В этом случае отсечки ус анавливаются с обеих сторон защищаемой
линии (защиты ТО] и ТО2 рис. 25). Кривые 1 и 2 показывают изменение
II
40
rде 1 ур.шах максимальный ураJшительный ток, при смещении векторов
эквивалентных ЭДС БА И ЕЕ На уrол J'C.
Принимая ЕА=:=.ББ=:Е, ток 1 ур_тах можно определить по выражению:
Iyp.max ::::2'Е'(ХIА + Худ ..e+XIS)'
rде xIA и Х]Б сопротивления прямых последовательностей систем А и
Б; Худ удельное сопротивление линии w.
Ток срабатывания выбирается большим ИЗ значений полученных по двум
условиям.
Для защиты всей линии с минимальным временем действия, применяется
токовая отсечка с выдержкой времени.
41
I ТОВ11
W1
I
w2.
в
1
I K
2.1.2.2. Мrновенная токовая отсечка
,
!
IСЗТО1 i
11сз ;081
I .
: IсзтоJ . .:
(3)
I K ВН МАХ
Зова действия токовой отсечки с выдержкой времени ТОВ 1 соrласуется с
зоной и временем мrновенной отсечки ТО2 (рис.26) исходя из требования
обеспечения селективности. Для выполнения э'Тоrо время действия отсечки
ТОВ] ((TOEI) выбирается на ступень At больше времени срабатывания OT
сечки ТО2 иТО2):
(тот == (Т02 + Д! .
Ступень селективности А! == 0,3+0,6 с, поэтому выдержка врёмени отсеч
ки ТОВ] не превышает 0,6 с.
! .
I lT01 :
I '
: l ТО2
+...; . JIt"
t
,
!
I
tTOB1i
t T o 2 r
I .
t T01
2.1.2.3. Выбор тока срабатывания токовой отсечки с выдержкой
времени
1
РИс.26. К определению тока срабатывания токовой отсечки с выдержкой
времени
Минимальная длина зоны l ТОЕ должна быть не менее 40%.Длины линии.
Достоинствами токовых отсечек являются: простота, экономичность и
быстродействие.
Недостатками токовых отсечек являются: неполный охват зоной действия
защищаемой линии и непостоянство зоны действия под влиянием сопротив
ления в месте повреждения.
Тока срабатывания токовой отсечки с выдержкой времени выбирается по
условию:
Iс.з.тоВl = k oтc2 . Iс.з.ТО2 ,
rДе k oтc2 =: 1,05+1,1; Iс.з.ТО2 ток срабатывания токовой отсечки ТО2
(рис. 26).
При таком выборе тока срабатывания защиты ТОВl в зону ее действия
входит участок линии Wl (.е ТОВ1 .е тOl ), Кроме Toro, она обеспечивает
дальнее резервирование в случае отказа отсечки ТО2 при К3 в начале линии
W2 и ближнее резервирование в случае отказа защиты ТО 1 на участке f ТО1 .
Защищаемая зона токовой отсечки с выдержкой времени .опр деляется
rрафически (рис.27).
2.1.3 Общая оценка токовых защит
Токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени и максимальная
токовая защита образуют первую, вторую и третью ступени трехступенча
той токовой защиты. Вместе с тем каждая из них может использоваться и
как отдельная защита.
42
43
недостатки, она широко применяется в радиальных сетях всех напряжений с
одним источником питания; в системах электроснабжения 1 О кв и ниже она
является основной защитой.
Максимальная токовая защита обычно объединяется с токовыми отсеч
ками, образуя вместе с ними защиту со ступенчатой характеристикой BЫ
держки времени. Такая защита дает возможность, особенно при наличии
устройства автоматическоrо повторноrо включения, сравнительно быстро
отключать повреждения в любой точке сети и во мноrих случаях отказаться
от более сложных защит. Однако следует иметь в виду, что в целом токовые
защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени обеспечивают
селективное действие только в сетях с односторонним питанием. При этом
чувствительность в ряде случаев оказьшается недостаточной. Уменьшить
ток срабатывания и тем самым повысить ее чувствительность можно либо
применением комбинированноrо измерительноrо opraHa (реле тока и реле
напряжения), либо введением в схему различных блокировок, предотвра
щающих излишние срабатывания защиты.
1 К3 MiN
I сз ТО2 .. . ..Ш ..... . Ш .
lro i
.:
,i I
] lw I
jo« ... ""...."...". ".... "". ...". . . . " Jao.i
i '
РИс.27. Определение защищаемой зоны токовой отсечки с выдержкой
времени
2.1.4. Комбинированная отсечка по току и напряжению
Основными достоинствами токовых отсечек без выдержки времени ЯВ
ляются: селеКТИВное действие и в сетях сложной конфиrурации с любым
числом ИС't'очников питания; быстрое отключение наиболее тяжелых К3,
возникающих вблизи шин станций и подстанциЙ; простота схемы. OcHOB
ными недостатками являются: защита только части длины линии; зависи
мость защищаемой зоны от режима работы системы и переходноrо сопро
тивления в месте К3. В связи с указанным токовые отсечки без выдержки
времени как отдельные защиты применяются в виде дополнительных защиr,
предназначенных для сокращения времени отключения наиболее тяжелых
повреждений. При ЭТОМ защищаемая ЗОНа Должна быть не менее 15 20%
ДЛИНЫ линии.
Токовая отсечка с выдержкой времени имеет сравнительно небольшое
время срабатывания, способна осуществлять даЛьнее и ближнее резервиро
вание, селективна в сетях с двухсторонним питанием. Однако в рЯДе случаев
чувствительность ее оказывается недостаточной.
Максимальная токовая защита обеспечивает отключение повреждения
только в радиальных сетях с ОДНОСТОрОННИ,м питанием. При этом в связи с
выбором выдержек времени по ступенчатому принципу MoryT быть Heдo
пустимо большие времена отключения повреждений вБШ1:3И источников ли
тания. Требуемая чувствительность защиты обеспечивается не всеrда, oco
бенно при дальнем резервировании. Вместе с тем максимальная токовая за
щита сравнительно проста и Достаточно надежна. Несмотря на отмеченные
Токовые отсечки часто не обладают достаточной чувствительностью. По
вышение чувствительности защит может быть достиrнуто применением
комбинированной отсечки по току и напряжению.
Комбинированная отсечка по току и напряжению представляет собой за
щиту, селективность действия которой при К3 ВНе защищаемой зоны дости
rается комбинированной отстройКой по току и напряжению (ДЛЯ отсечки с
выдержкой времени также и по времени срабатывания).
2.1.4.1 Выбор парамеТРОБ срабатывания защиты
Ток срабатывания защиты определяют исходя из требования достаточной
чувствительности защиты при минимальном значении тока двухфазноrо К3
в конце защищаемой линии 1 ;l/('2)min (точка К2, PIic.28):
(2)
1 = 1 ю(к2} min
С.3 k
чl
rде k ч1 требуемый коэффициент чувствительности по току.
для предотвращения неправильноrо действия защиты при нарушении
цепей напряжения ток срабатывания защиты должен быть отстроен от MaK
симальноrо рабочеro тока 1 раб.тах :
1 = k omc . 1 раб.тах
С.З k
в
К2 .
К1
45
[де k oтc "'" 1 ,2; Xw и ХТ сопротивления линии и Ч?ансформатора.
Такой выбор напряжения срабатывания исключает возможность срабаты
вания защиты при любых токах повреждения, проходящих по линии при
внешних К3.
Вторым условием выбора напряжения срабатывания защиты является OT
стройка ero от минимальноrо рабочеrо напряжения по условию:
.
44
w
I
t
I
I
I
I
I
.J
!
:!?I
b l
!::!.о
;:)1
I
i
I
U с . з = и раб:тjn . k oтc 0.7. и IЮМ.
Принимается меньшее значение и С.3 .
При К3 в КОНЦе защищаемой линиrr (точка К2) защита должна обладать
достатояной чувствительностью по напряжению. Допускается МИIIИМаль
ный коэффициент чувствительности:
и
k ч2 = С.3 ::;;;: 1,4...1,5.
U ост. тах 2
1(2) И (3)
К ОСТ
,
t
I
I
I
Для токовой отсечки с выдержкой времени расчет параметров произво
дится аналоrично.
i
:.:,
, I '
. M .
:ti:w:
'-=t
Q
КА1
КV1 КV2 КVз
ТУ
Рис. 28
OTТV
,?кончательно ток срабатывания выбирают по большему из двух значе
нии. -
Обычно расчетным является первое вы жение,, при этом не искшрчена
возможность срабатывания реле тока защиты при К3 за трансформатором
то есть вне защищаемой зоны. '
Для исключения неселективной работьх защиты в целом при внешних К3
напряжение срабатывания защиты U с . з выбирается меньшим остаточноrо
напряжения и ;п В месте включения защиты (на шинах А) при трехфазном
К3 за трансформатором (точка Кl):
":"
+
KL
УДТ
Kl
+P
u =: .J3 . /с.з . (XIY + ХТ)
З k '
атс
Рис.29. Схема комбинированной отсечки по току и напряжению
46
2.2. Токовые направленные защиты
Применяются в кольцевых сетях и сетях с двухсторонним питанием, rде с
помощью простых токовых реле не всеrда можно обеспечить селективность
действия.
2.2.1. Максимальная токовая направленная защита
в кольцевых сетях и сетях с двухсторонним питанием с помощью про
стой МТ3 не удается обеспечить селективность действия.
Так например, при К3 в точке Кl.(рис.30) время срабатывания защиты 3
должно быть больше времени срабатывания защиты 2:
t с . зз >t с .з2 .
При КЗ в точке К2 время срабатывания защиты 2 должно быть больше
времени срабатывания защиты 3:
t с . з2 > t с . зз .
У словня исключают друr друrа.
I!I
.
..- <1(...
..... ..... ,...
Рис.зо. Использование максимальной токовой направленной защиты в
кольцевой сети
Для обеспечения селективной работы максимальной токовой защиты в
сетях с двухсторонним питанием и кольцевых сетях в нее вводят opraH,
фИксирующий направление мощности и разрешающий защите срабатывать
только при направлении мощности от ШИН в линию, реле направления мощ
ности KW.
Все защиты сети разбиваются на две rpуппы в зависимости от направле
ния Мощности (рис.3I). Первая rруппа защиты 1, З, 5. Вторая rpуппа за
ЩИТЫ 2, 4, 6.
l
47
Е.
tC'3
tсз!
6t
t .
СЭО,
tсз ,i
I
tC25
i
I
t
I
Рис. 31. Выбор выдержек времени срабатывания у направленной
максимальной токовой защиты
Выдержка времени для каждой rpуппы защит выбирается как для ради
альной сети. рервая rpуппа защит питается'только от источникаЕ 1 (исклю
чена Е 2 ).
Вторая rруппа защит питается только от источника Е 2 (исключена Е,). Ta
кой выбор выдержек времени называется встреч.,.ю ступi;нчат?lМ.
Выбор тока срабатывания производится по трем условиям:
1) Защита не должна срабатывать при максимально возможном рабочем
токе:
1 k ll . k3
С.3 == k .1 раб.тах'
fi
rде kf{ коэффициент надежности; k3 коэффициент самозапуска; k e
коэффициент возврата; 1 раб.тах максимальный рабочий ток, протекающий
через защиту в направлении ее срабатывания.
2) Защита не должна срабатывать от номинальноrо тока протекающеrо
через нее в направлении противоположном срабатыванию:
1 kll J
С.З =Т' НОМ'
в
I'oдe 1 НОМ ток, протекающий через защиту в направлении противополож
ном срабатыванию.
Это условие предотвращает ложную р-з-боту реле направления мощности
при обрыве цепей напряжения.
3) Данное условие исключает неселективную работу защиты в кольцевой
сети.
При К3 в точке К3 (рис. 30) возможно наДежное срабатывание только за
щиты 6, так как ток, ПрОТекающий через защиту 5 мал. Если ДЛЯ выбора TO
ка срабатывания защит 5 и 3 определяющим будет условие 2, то ток сраба
48
тывания защиты З, находящейся близко к точке ПQТОRораздела, будет
меньше тока срабатывания защиты 5:
1с.зз < 1с.З5'
При несрабатывании защиты 5 защита 3 срабатывает и отключает свой
участок неселективно. Чтобы это исключить вводят третье условие.
Чем ближе расположена защита к источнику питания, при котором она
работает, тем она имеет больший ток срабатывания;
1сз6 > IC34 > 1 С ,З2'
I ot > [с.з3 > 1с.З5'
Если это условие выполнено, то К3 в рассматриваемом случае будет OT
ключено защитой 5 после Toro, как сработает защита 6 и отключит свой BЫ
Кil.IOчатель, так как в этом случае меняется потокораспределение в схеме.
Для тока К3 остается один путь. Он течет через защиту 5. Такое действие
защиты называют каскадным или поочередным.
Реле направления :мощности ДОЛЖНЫ включаться таким образом, чтобы
сочетание токов и напряжений, подводимых к реле, обеспечивало срабаты
вание при различных видах К3 на защищаемом элементе. В схемах токовых
направленных защит используется так называемая 90 rрадусная схема. Ha
звание схемы носит условный характер и определяется уrлом qJP между Ha
пряжением Jl.p и опережающим ero током [Р, подведенным к одному и тому
же реле.
TV
КТ1
УАТ
....................R
+
КА1 КW1.1
Оперативные цепи
+ .1
КW1.2
Цепи сиrнализации
УАТ
+ .
Цепи управления выключателем
Рис.з2. Схема максимальной токовой направленной защиты
а
Ь
с
l
49
В 90 rpадусной схеме включения обычно применяют реле смешанноrо
типа с yrлом а==п/4. В этом случае реле четко срабатывает при всехвидах
К3 при включении на ток поврежденной фазы; может сработать неправиль
. но при двухфазных и однофазных К3 на землю; может иметь мертвую зону
только при трехфазных К3.
2.2.2. 'Соковые направленные отсечки
у токовой направленной защиты первая ступень может быть ненаправ
ленной, так как она селективна Б сети любой конфиrурации. Необходимость
в opraHe направления мощности появляется, если требуется повысить чувст
Бительность токовой отсечки. Например, направленной целесообразно BЫ
полнить отсечку ТО] (рисунок 25), при этом с К3 в точке К2 МОЖНО,не счи
таться и ток срабатывания токовой направленной отсечки 1 [с..з.НТО1 oтcтpo
ить ОТ максимальноrо тока Бнешнеrо К3 1 ; KI)max' Таким образом, на линии
с ДВУХСТОРОННИМ питанием направленной может быть только одна из TOKO
вых отсечек.
81
I )
. . .....
W1
82
РИс.33
1(3)
.л..
W2
К1
к2
у сло ия выбора парам тров направленной токовой отсечки с выдержкой
времени такие же, как условия выбора параметров .iоковой отсечки с BЫ
держкой времени не направленных токовых защит. Это значит, направлен
иая токовая отсечка с выдержкой времени защиты Аl должна быть OTcтpoe
на по времени от направленных токовых отсечек защит В 1 и 82, а ее ток
срабатывания должен быть выбран по БОJ};ьшему из их токов срабатывания:
{ I с.з.НТОВ.Аl 2:: k Qтc . k p.w .1 с.зЯТО.ВI
(3) ,
1 с . з . Н /'ОВ.Аl '2:. k oтc . k p . T - 1 КТ
50
rде k p . w и k p . T
коэффициенты токораспределения
показывающие
уменьшение тока I
) Б месте установки защиты А 1 по сравнению с токами
протекающими при повреждениях на смежных элементах (I;;
v и 1
;!.T)'
k 1
)
pJfI =: /3) ,
кзJV
. [ (3)
k 1(3
р.Т ==
.
1"з .Т
Токи 1
;1v и I;
!T больше тока 1;;) за счет подпитки ОТ rеяератора G2.
51
2.2.3. Краткая оценка ТОКОВЫХ направленных защит
.
невозможность выполнения на их основе селективных защит в HeKOTO
рых кольцевых схемах.
Все эти недостатки оrраничивают их применение. Параметр их срабаты:
вания
фазный ток зависит от режима работы системы и поэтому не всеrда
определяет действительное положение защищаемоrо объекта..
В дистанционных защитах информация о наличии или отсутствии повре
ждения определяется соотношением напряжения и тока защищаемой линии
и
1 =: Z , то есть сопротивлением. В нормальном режиме работы это cooтнo
теиие велико, так как напряжение близко к номинальному и ток не превы
тает маКСИМ8.11ЬНЫХ рабочих значений. При кз на защищаемой линии на..
пряжение уменьшается, ток возрастает, сопротивление изменяется с ДВОЙ
ной скоростью:
Принцип действия токовых направленных защит прост и надежён и по
зволяет обеспечить селективную защиту сетей с двухсторонним питанием.
Сочетание токовых направленных отсечек с направленной максимальной
токовой защито
дает возможность получить защиту, во мноrих случаях
обеспечивающую достаточную быстроту отключения К3, чувствительность
и НЗ,L1;ежностЬ.
Недостатки токовых направленных защит:
большие Выдержки времени, особенно вблизи источников питания;
недостаточная чувствительность в сетях с большими наrpузками и He
большшv1И относительно их кратностями тока кз;
имеют мертвую зону при трехфазных кз;
ВОЗМО)I<НОСТЬ неправильноrо выбора направления при нарушении цепи
напряжения, питающей реле направления мощности.
Максимальная направленная токовая защита широко применяется в каче..
стве основной защиты сетей напряжением до 35 кв с двухсторонним пита
нием.
В сетях. 11 О и 220 кВ направленная токовая заrцита применяется в OCHOB
ном как резервная.
u-L- .
lt == Z JJ,
rде z - сопротивление от места установки защиты до точки К3. На YMeHЬ
шенне сопротивления срабатывает дистанционная защита.
Сопротивление до места К3 зависит от расстояния (дистанции), поэтому
защиту и называют дистанционной. Сопротивление до точки К3 не зависит
от режима работы сети.
Выпускаются дистанционные защиты со ступенчатыми характеристика..
ми выдержек времени, плавно
зависимой и комбинированной характеристи
кой выдержек времени. Наибольшее распространение получила дистанци
онная зашита со ступенчатой характеристикой.
КТ2
Q
УАТ
.....ш.......I[=?
КА кw
КZ1
: РМ
кв КА KW
""..........................
КZ2
ТА
+
Токовые цепи
Цеl1И напряжения
Kl УАТ
+
2.3. Дистанционная защита
Цели управления
Оперативные цепи
Дистанционными принято называть защиты, принцип действия которых
основан на измерении расстояния от места установки защиты до точки КЗ.
Необходимость дистанционных защит вызвана тем, что токовые защиты
(направленные и ненаправленные) обладают следующими недостатками:
большие выдержки времени;
в ряде случаев недостаточная чувствительность;
Рис.34. Схема трехступенчатой дистанционной защиты
На рис. 34 приведена схема трехступенчатой защиты, которая включает
следующие орrаны:
1. Пусковой opraH. Предназначен для выявления наличия повреждения.
На схеме ero функции выполняет реле тока КА.
52
2. Дистанционный opraH. Устанавливает удаленность повреждения от
места установки защит r. В соответствии с этим выбирается выдержка Bpe
мени. На схеме это реле сопротивления КZlи KZ2 .
3. Орrаи направления мощности разрешает работать защите при на..
правлснии мощности от ШИН в линию. Функции орrаиа направления мощно
сти В данной защите выполняет реле МОЩНОСТИ KW. Эти функции может
выполнять реле сопротивления, если оно обладает направленностью дейст
вия.
4. OpraH времени служит для создания выдержек времени, необходимых
для обеспечения селективности действия защит. Выполняется на реле Bpe
мени КТ2 11 КТ3.
5. Opr8H блокировок (реле КВ). Защита ложно работает при напичии в
сети качаний и при обрыве цепей напряжения. Поэтому защита дополняется
блокировками:
а) блокировкой при выходе и"з строя трансформатора напряжения;
б) БЛОFJIрОВКОЙ выводящей защиту из действия при наличии качаний.
2.3.1. Выбор параметров срабатыания.я
.
1 ступень защиты включает nyсковое реле КА, реле направления МОЩ
НосТИ K V И промежуточное реле, реле сопротивления KZ. Сопротивление
срабатывания первой ступени выбирается по условию:
1
Zс.з = 0,85 . ZИJ
rде Zw сопротивление фазы защищаемой линии.
Охват первой ступенью защиты всей линии W невозможен в связи с He
точностью задания сопротивления линии, неточностью установки реле и
друrими поrpешностями. Время действия 1 ступени выбирается минимально
допустимым, то есть отстраивается ЛlfШЬ,ОТ действия разрядников:
t с . зI ==0,08-,:--0,1 с
11 ступень защиты включает пусковое реле КА, реле направления МОЩ
ности KW, реле времени КТ2, реле сопротивления KZ2, промежyfоч:ное реле
КL:
· z: з = 1,25. Zw'
Время действия II ступени защиты:
t с . зll := t с . зI + А! 0,6 с.
Зона ДейсТвия второй ступени защищает всю линию \V и шины подстан
ции.
При К3 в зоне действия 1 ступени II ступень выполняет функции резерв
ноЙ защитЫ.
53
... . ZI .
.. Zll .
Z
, оС IIL
:
:
f
I
I
I
i
.
I t сзп I tсзш
t СЗ1 1
[
. Рис.35. Зоны действия и выдержка времени срабатывания ступеней
дистанционной защиты
III ступень защиты: включает пусковое реле, реле направления мощно..
сти KW, реле времени КТ3, промежуточное реле КL.
Если пусковое реле токовое, То третья ступень это максимальная TOKO
вая направленная защита. Ее параметры выбираются следующим образом.
Время срабатывания:
t с . зш :::; lс.зN + 81,
rде t c . 3 N время срабатывания максимальной ТОКОВОЙ защита смежноrо
элемента; /).t ступень селективности.
Ток срабатывания:
1 k H . k3 1
c-зIlI = k . раб.тах'
6
rде k H коэффициентом надежности, k з коэффициент запуска, k e .. KO
эффициент возврата, J раб.тах максимально возможный рабочий ток..
Если третья ступень выполняется на базе реле сопротивления, то ее па
раметры выбираются следующим образом:
Z Uтiп
""с.зIlI r; ,
'" 3 . 1 раб.тах . k e . k H
rде и min минимал:ьное значение рабочеrо напряжения.
Основные достоинства дистанционной защиты:
селективна в сетях любой конфиryрации;
54
обладает хорошей чувствительностью и быстродействием. До 85% за
щищаемой линии отключает без выдержки времени.
55
неповрежденных фю. ПОД влиянием Э1'оrо напряжения реле КН срабатывает
и подает сиrНaJI.
2.4. Защита от замыканий на землю
2.4.1 Защита от заМЫканий на землю в сетях с изолированной и
эффеlcrивно заземленными нейтралями
Замыкание одной фазы на землю в сети с незаземленной или резонансно
заземленной нейтралью не сопровождается протеканием больших токов.
Такой режим работы сети Не является нормальным НО допускается Б тече
нии двух часов, то есть не требует немедленноrо откточения поврежденно
ro участка. Основная задача релейной защиты в этом случае состоит в опре
делении момента возникновения повреждения и определении поврежденной
фюы. .
В течении двух часов после ВОзникновения повреждения (одиофазноrо
замыкания на землю) оно должно быть устранено. Если это невозможно, то
линию разrpужают, а потребителей переводят На друroй источник питания.
В месте замыкания на землю протекает емкостной ТОК, величина KOTOpO
ro зависит от протяженности и разветвленности сети.
Отыскание места замыкания на землю про изводится с помощью общих
или индивидуальных устройств сиrнализации. Общая СИПШJlизация при за
мыканиях на землю выпОлняется ОДНИМ ИЗ способов, ПОКазанных на рис.36.
Наиболее простым способом является включение трех вольтметров PV на
фазные напряжения (рис.36а ). Такие устройства, называемые контролем
изоляции, имеются на кажДОЙ электростанции и подстанции. Нормально
вольтметры показывают равные по значению фазные напряжения. При rлу
хом (меТaJ;IЛическом) замыкании на землю одной из фаз напряжение этой
фазы ОТНосительно земли станет равным Нулю, а напряжения двух друrих
фаз возрастут и станут равными междуфазному. Соответственно этому из
менятся показания вольтметров. Есл замыкание на землю будет не rлухим,
а через переходное сопротивление, то напряжение поврежденной фазы по
низится. а неповрежденных фаз повысится в меньшей степени, чем в первом
случае, что также отразится на ПО,казациях вольтметров. Таким образом, Из
менение ноказаний вольтметров сиrнализируе:r о возникновении замыкания
на землю и указывает поврежденную фазу.
Иноrда для получения звуковоrо сиrнала, В чровод, соединяющий нуле
вую точку вольтметров с нулевым проводом от трансформатора напряжения
TV, Включается указательное реле. Нормально, коrда сумма фазных напря
жений равна нулю, реле не работает. При замыканиях на землю напряжение
нулевой точки вольтметров становится равным сумме фазных напряжений
кн
КV д
KV c
кv
.1 а
Ь
1"'''' с
А N
В 02
С ....
.
01
а)
б)
с)
РИс.36. Устройства общей сиrнализации при замыканиях на землю
Устройство по схеме рис.з6б состоит И . трех pe1Ie МИlIимальноrо напря
жения KV. При замыкании на землю реле, включенное на напряжение по
врежденной фазы, срабатывает и подает сиrнаJI. Поврежденная фаза опреде
ляется по выпавшим флажкам указательных реле КВ (на рис.36 не показа
но).
Устройство по схеме рис.36в состоит из реле напряжения КУ, включен
Horo на специальную обмотку трансформатора напряжения TV, соединен
ную по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности. При воз
НИкновеШ1И замыканИя на землю на специальной, обмотке появляется Ha
пряжение, реле KV срабатывает и подает общий сиrнал. По получении об-
щеrо сиrнала отыскание поврежденной линии про изводится поочередным
кратковременным отключением и обратным включением ЛИНИЙ, питающих
ся от шин подстанции. Поврежденная линия определяется по исчезновению
сиrнала{ «земля» в момент отключения линии. Такой способ применяется в
основном на небольших подстанциях и при неразветвленной сети.
На электростанциях и подстанциях с большим количеством линий и при
разветвленной сети такой способ не обеспечивает достаточно быстроrо OTЫ
56
скания поврежденной линии. Поэтому кроме контроля изоляции устанавли
вается на каждой линии устанавливается селективная защита от замыканий
на землю.
57
торый намотана вторичная обмотка. Первичной обмоткой является кабель
или кабельная вставка на воздушной линии.
W1
I З1
........
КА
I
\
+
КА KL.
4}+
.KL
.. на сиrнал
W2
132
Рис.38. Схема защиты реаrирующей на суммарный емкостный ток
I
.
фв
.....
/ФС
wз
,
.
i
,
Рис.з 7. Прохождение токов замыкания на землю в сети с изолированной
нейтралью
Рис.39. Конструкция трансформатора тока нулевой последовательности
В нормальном режиме работы сумма потоков фаз равна НУЛЮ.
==Ф А +фв +Фс,
При возникновении замыкания на землю суммарный маrнитный поток
равен сумме нескомпенсированныx потоков нулевой последовательности:
==з.фо.
Этот поток наводит во вторичной обмотке э.Д.с., под действием которой в
обмотке реле КА протекает ток, приводящий к срабатыванию защиты.
При замыкании в сети на землю токи повреждения мотут замыкаться как
через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповре
жденноrо, что может вызвать неправильное действие защитЫ. Поэтому BO
ронку И кабель на участке от трансформатора нулевой последовательности
до БОрОНКИ изолируют ОТ земли, а заземляющий провод присоединяют к BO
ронке кабеля и пропускaIOТ через отверстие маrнитопровода трансформато
ра нулевой последовательности в направлении кабеля. При таком исполне
нии иепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабе
ЛЯ, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.
Так как линия является элементом сети с распределенными llараметра и,
то токи нулевой последовательности в различных точках сети различны .
(рис. 37).
Наибольшие токи поврежденной линии протекают в rолове. линии. В по
врежденной линии течет СУ}.1марный ток, обусловленный емкостью всей ce
ти. Направление тока у неповрежденных линий к шинам, у поврежденной от
шин подстанцпи. Поэтому в сетях с малым током замыкания на землю мож
но создать защиту, реаrирующую как некоторую тока, так и на ero направ
ление.
Широкое распространение получила защита, реаrирующая на а6солют
ную величину суммариоrо eMKocTHoro тока (рис. 38).
Величина тока замыкания на землю в сети 6 35 кВ порядка 6 20 А. Это в
десятки раз меньше номинапьиоrо тока измерительноrо трансформатора.
Поэтому обычные трансформаторы тока для защит от замыканий на землю
неприrодны. Используются специальные трансформаторы нулевой последо
вательности Т AZ (рис. 39) состоящие из тороидальноrо сердечника, на KO
58
8
:A
59
Лучшие результаты обеспе.чиваются если защита будет направленной.
Реле мощности подключается к кабельному трансформатору тока и к об
мотке трансформатора напряжения, соединенной по схеме разомкнутоrо
треуrОЛьника. При этом включение ПРОИЗВОДИТСЯ так, чтобы реле действо
вало на замыкание контактов, коrда ток замыкания на землю I.Iроходит в Ha
правлении от шин подстанции в линию, что имеет место только на повреж
денной линии. На неповрежденных линиях ТОК замыкания на землю направ
лен к шинам подстанции, поэтому защита на неповре:ж:денных линиях рабо
тать не будет. Блаrодаря направленности действия защита этоrо типа не
требует отстройки от собственноrо eMKOCTHoro тока линий и поэтому, как
правило, обеспеч:ивает необходимую чувствитель:ц:ость.
В схемах защиты используются специальные реле мощности, которые
имеют значительно меньшее потребление, чем ищ:{укционные реле мощно
сти. Защита может применяться в некомпенсированных или не полностью
компенсированных сетях. В перекомпенсированных сетях она применяться
Не может, так как ток замыкания на землю в таких сетях имеет одинаковое
направление в поврежденной и неповрежденных линиях.
Данная защита оказывается чувствительной при емкостном ТОКе 1c 5 А.
Если нейтраль трансформатора заземлена чере:з дуrоrасящий реактор, то eM
костной ток будет скомпенсирован индуктивным. Защита рабо'Тать не будет.
В таких случаях ИСПОЛЬЗУЮТСЯ з щиты, реаrирующие на емкостные
токи переХОДНОl'О процесса и защиты, реаrнрующая на некомпенсиро
ванные токи высших rармоник.
Пробой изоляции фазы обычно ПрО:1СХОДИТ в момент, коrда амплитуда
фаз:ноrо напряжения максимальна. В первый момент времени емкость по.
врежденной фазы разряжается на землю. Фазное напряжение уменьшается
До нуля. ПО ЛИНИИ текут емкостные токи. В следующий момент времени eM
кости здоровых фаз заряжаются и их напряжение во:зрастает до ли:неЙНоrо.
По здоровым фазам текут волны емкостных зарядных токов, в несколько раз
превышающих величину eMKOCTHoro тока установившеrося процесса. ИН
дуктивный ток катушки отстает от eMKOCTHoro и в течении нескольких мик.
росекунд он остается нескомпенсированным.
В защитах, реаrирующие на емкостные токи переходноrо процесса при
меняются специальные бысчюдействующие реле,' реаrирующие на пере
ходный процесс неповрежденной фазы.
В сети имеется большое количество источников высшихrармоник. их
источниками являются [енераторы, силовые трансформаторы, тиристорные
преобразователи и друrой оборудование. При возникновении однофазноrо
замыкания на землю содержание высших rармонических Б сети резко YBe
личивается, причем содержание высших rармонических в токе нулевой По
следовательности поврежденной линии во MHoro раз больше, чем в токе HY
левой последовательности неповрежденных линий. Такой положение Ha
'!
Рис.40. Схема установки трансформатора на кабеле
Чувствительность защиты характеризуется минимальным первичным то-
КОМ замыкания на землю. При использовании электромаrнитноrо реле с
трансформаторами тока нулевоЙ послеДовательности можно выполнить за.
щиту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на землю
13 ==5 А, поэтому эту защиту нельзя применять, например, на линиях торфо
разработок.
УСЛОВИЯ выбора тока срабатывания защиты:
1 с . з == k H .1,.,6'
1 с . з = k H . k бр . I"f.C,
rде k H =1,1; k бр коэффициент, учитывающий бросок тока в первый MO
мент времени после ВОзникновения зас\1ЫкаЮIЯ на землю; k бр :::= 4.. .5, при
[с..1 ==- о; k 6p ==- 2...3. при tс.з>О; 1r.c суммарный емкостноЙ ток, протекаю
щий через данную защиту при замыкании На землю на соседнем присоеди-
нении; 11/6 ток небаланса.
Из двух условий второе является расчетным. Если оно выполняется, то
выполняется и первое.
Чувствительность зarциты оценивается коэффициентом чувствительно
стИ:
3'1 '
k'l l'
с.з
rДе 3 .10 . емкостной ток, протекающий через защиту при повреждении На
данноЙ линии.
Допускаются следующие значения: k ч 1,25 для кабельных линий; k ч 21,5
для воздушных линий.
60
блюдается как в сети с изолированной нейтралью, так и в сети с заземлен
ной через дуrorасящий реактор нейтралью. Дуrоrасящий реактор только
увеличивает содержание ВЫСШИХ rармонических в токе нулевой последова
тельности поврежденной линии. Поэтому для определения замыкания на
землю применяется защита, реаrирующая на некомпенсированные токи
высших rармоник (рис. 41).
61
Horo начальноrо тока нулевой последовательности 3. I o (т) , П р оходящеr'о
.вн. тах
В месте установки защиты при К3 на землю cк(l) и K(l,I») на шинах приемной
подстаНllИИ Б (точка К Ш»).
l' k 3 l (т)
С.З отс' . О.6Н. тах '
rде k oтc КОЭфф:fщиент отстройки; принимается равным 1,3 при исполь
зовании реле РТАО.
КА
РисАl. Схема защиты, реаrирующей на некомпенсированные токи
высших rармоник
+
КТ2
+
.. на сиrнал
На рисАl фильтр ВЫСШИХ rармоник (Фвr) пропускает только токи выс-
ших rармоник, повышая чувствительность защиты.
ТА
УАТ
'Щ' -'rr1
КА1
'
Цепи управления
11
I
'1
I
I
2.4.2. Защита от однофазных коротких замыканий на землю в сети с
заземленной нейтраJlЫО
Токовые цепи
Однофазное К3 является опасным и наиболее часто встречающимся по
вреждением, которое сопровождается большими токами, и требует HeMek
ленноrо отключения поврежденнOI'О участка. Поэтому защиты от однофаз
ных К3 ВЫПОЛНЯЮТСЯ быстродействующими с высокой чувствительностью.
Для зашиты ОТ однофазных коротких замыканий на землю в сети с зазем
ленной нейтралью применяют ступенчатую токовой защиту нулевой по
следователъности. По сравнению с защитами, Бкщо енными на полные
фазные токи. она может иметь меньшие выдержки времени и повышенную
чувствительность. Поэтому токовая защита нулевой последовательности Ha
ходит широкое применепие В сетях с rлухозаземленными нейтралями в Ka
честве защиты от К3 на землю. Схема защиты приведена на рис. 42.
Пусковые орrаны защиты нулевой последовательности включаются на
выход фильтра токов нулевой последовательности. В рабочих режимах и
при К3 без земли ток нулевой последовательности не протекает. Поэтому
защита реаrирует только на замыкания на землю.
1 ступень защиты токовая отсечка нулевой последовательности без
выдержки времени. ТОК срабатывания I .з выбирается по условиям OT
стройки от максимальноrо значения периодической составляющей yтpoeH
Оперативные цепи
Рис. 42. Схема трехступенчатой защиты нулевой послеДовательности
1
,1
1 /3)
КВН т !J C3A
. . ... . ........ i =:-' =.. ..... 11 С3 Ао
. ..r : : . lз i.т
"! ,. ......
: : I
! [д j i
r )О; j
r..: lAo .1
РисА3. Определение защищаемой зоны токовых отсечек
Преимущества токовой отсечки нулевой последовательности перед TOKO
вой отсечкой, включенной на полные токи фаз, заключается в ее большей
защитоспособности. Это связано с тем, что ток нулевой последовательности
I
. ,
62
3 .1 т) (рис.43 кривая 2) при перемещении точки К3 ВДОЛЬ линии изменяет
ся более резко, чем ток трехфазноrо К3 Ir) (рисА3, кривая 1) из за HepaBeH
ства сопротивлений линии нулевой и прямой последовательностей (ZОЛ>ZJЛ).
П ступень защиты токовая отсечка нулевой последовательности с BЫ
держкой времени. При выборе параметров защиты 1 1 .1 необходимо осуще
ствлять отстройку от первой ступени заLЦИТ нулевой последовательности
1
смежных элементов 1 с.3.2 :
63
2.5. Защиты ЛЭП с абсолютной селективностью
Защиты ЛЭП с абсолютной селективностью Позволяют отключить без
выдержки времени поврежденный участок линии. К ним относят дифферен
циаJIьные и высокочастотные защиты.
2.5.1. Дифференциальные защиты ЛЗИ
/ Il > k f 1
с.з.l отс' с.з.2
Дифференциальные защиты делятся на продольные и поперечные.
Продольные дифференциальные заЩИ'lЪJ Mor)'T применяться как На OДHO
цепных, так и двухцепных линиях. Поперечные дифференциальные защиты
использу!Отся только на двухцепных (параллельных) линиях.
Дифференциальная защита может применяться в сетях с любым Количе
ством источников питания.
rде k aтc ::::: 1 ,1.
Выдержки времени t{J второй ступени обычно не превышают 0,5 с.
III ступень заЩIfТЫ маI(СИМальная токовая защита нулевой пос.тrедова
т'елъности.
В нормальных режимах и при мноrофазных повреждениях в реле. прохо
Дит только ток н бaJ1анса 1 нб' ток срабатываюIЯ заIЦИТЫ можно выбирать
без учета рабочих токов по условию:
1с.з =k и .lнб.mах,
rде kH коэффициент надежности; kH I.3...1,5; [н6 тах. максимальный
ТОК небаланса:
2.5:.1.f.,Продольная дифференциальная зап.щта ЛЗИ
ПРОДОЛЬНОЙ дифференциальной токовой защитой называется защита, ос-
нованная на ПРИНIщпе сравнения амплитуд и фаз ]ОКОВ по концам защи
щаемоrо элемента.
Наиболее широко распространена IJродольная дифф ренциальная защита
с циркулирующими токами (рис. 44).
11
k ( Е ) 1(3)
од1l' 100 . К.6н.тах
l нб . mах ::::: k j
,rде I К (З . ) действующее значение установившеrося тока внеIIшеrо
.8Н. шах
трехфазноrо К3 при повреждении в начале следующеrо участка.
ТОК устаНОВИБшеrося режима К3 принимается потому, что защита деЙст
вует с выдержкой времени, достато-;ной для затухания апериодической co
ставляющеЙ.
Выдержка времени срабатывания максимальной токовой защиты нулевой
последовательности {р выбирается по аналоrии с выдержкой времени cpa
батывания максимальной ТОКОВОЙ защиты от междуфазных коротких замы
каний.
Достоинства защиты: простота, надежность и экономичность. ОСНОВНОЙ
недостаток без выдержки времени защищается лишь часть линии.
Защита применяется в качестве основной в сетях напряжением 11 O 220
кВ, а в качестве резервной на более высоких напряжениях.
кт
,I . p
i \
; J ,.
/ I \
Ir\ t/Il
\1/
У
1<3 е точке 1<'4
1
IJ
'р I1 11 О
К3 в точке К:
1'1
11
I
1
1
I
11
I
I
Рис. 44. Схема поясняющая принцип действия продольной
дифференциальной защиты ЛЭП
Для выполнения защиты по концам заЩИI.цаемой ЛИнии устанавливаются
ОДНОтипные трансформаторы тока. Вторичные обмотки трансформаторов
тока соединяются таким образом, чтобы при внешнем К3 (точка К3) ток в
реле КА 1 р был равен разности токов 161 f c2 , которая приблизительно
I
64
равна нулю. При повреждении на защищаемой линии (точка К4) через реле
протекает сумма токов T el + 182, которая значительно больше нуля. Реле
срабатывает и отключает поврежденную линию.
Зона действия защиты располаrается между трансформаторами тока.
Некоторое неравенство вторичных токов 181 И ]в2(ТОК небаланса) при oт
сутствии повреждения на линии обусловлено наличием поrpешностей у
трансформаторов тока. не идентичностью их кривых намаrничивания
трансформаторов и неодинаковыми токами намаrничивания. Ток небаланса
равен:
2
k == lкэ.miп > 2
ч ,
Ic.3
0&
65
1. Б продольной дифференциальной защите линий трансформаторы тока
находя rся на значительном расстоянии друr от друrа (по концам линии).
Соединительные провода между ними имеют СОПРОТИ Jlение превышающее
допустимые нarрузки 'Ipансформаторов тока. Например, при длине R. == 1 О км
сопротивление медноrо провода сечением 8==1,5 мм 2 составляет 130 Ом, а
трансформаторы тока имеют допустимую натрузку 0,5...2 Ом.
Для уменьшения наrpузки применяют промежуточные трансформаторы
ТLl(рисунок 45), уменьшающие ток в соединительных проводах на коэффи
циент трансформации пт, соответственно в пт раз уменьшается наrрузка На
трансформатор тока.
2. Дифференциальная защита должна воздействовать на отключение BЫ
ключателей . на обоих концах линии одновременно. Поэтому устанавливают
два дифференциальных реле КА - по одному на каждом конце линиц.
3. Если защита должна реаrировать на все виды повреждений, то необ-
ходимо устанавливать по два трансформатора тока в каждой фазе. Тоrда для
выполнения схемы требуется не менее четырех соединительных ПрОВОДОБ и
шесть реле. Для сокращения числа реле и количества соединительных про..
БОДОВ защиты включают через фильтры симметричных составляющих или
суммирующие фильтры (F).
4. Для исключения появления в цепях реле высоких напряжений, HaBO
димых в жилах соединительных проводов токами КЗ, протекающими по за-
щищаемой линии, цепь соединительноrо провода отделяют от цепей реле с
помощью изолирующеl О трансформатора (TL2).
5. Для избежания ложноrо действия защиты при обрыве соединительно
ro провода з щИ'rу снабжают устройством, контролирующим исправность
соединительноrо провода. Распространение получило устройство контроля,
основанное на наложении на рабочий переменный ТОК непрерывно цирку-
лирующеrо постоянноrо. Чтобы переменный ток не попадал в обмотку реле
контроля КВ, на ero пути устанавливают конденсатор С. При обрыве соеди
нительноrо ПрОБода цепь протекания постоянноrо тока прерывается и YCT
ройство контроля выводит защиту из действия.
С учетом всех этих принципов схема продольной дифференциальной
защиты имеет ВИД представленный на рис. 45.
Для предотвращения выведения защиты из работы при К3 на защищае
мой линии, Iшrда напряжение на выходе выпрямительноrо устройства сни
жается до нуля, предусматривается подпитка реле контроля КВ в течении 1.
3 с от емкости С'.
Достоинства продольной дифференциальной защиты: быстродействие,
высокая чувствительность, защищает целиком всю линию.
Недостатки защиты: не защищает шины подстанции, высокая стоимость.
Защита прим няются для линий длиной не более 15 км.
11
I
1 k . с' . 1 (3)
"б одн "" КЗ.811.mах '
rде k Одll . коэффициент однотипности; & поrрешность трансформатора.
Ток срабатывания защиты:
I с . з := k1J . [нб'
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности
при повреждении на линии:
rде ](2) . ток минимаJIьноrо двухфазноrо К3 на защищаемой линии.
кз. mш
При возрастании первичноrо тока токи небаланса также возрастают.
Особенно большоro значения ток небаланса достиrает в период протекания
по трансформатору тока апериодической составляющей тока внешнеrо КЗ,
так как апериодическая составляющая производит сильное одностороннее
намаrниqивание железа трансформатора тока. В таких случаях, если не при
нять специальных мер, то защита может оказаться малочувствительной.
Для повышения чувствительности применяют следующие меры:
1. Введение небольшой выдержки времени L1t :::::: 0,2+0,4 с. За это время
происходит существенный спад апериодической составляющей. Чувстви
тельность реле повышается в два раза, но теряется быстродействие.
2. Последовательно с реле включают активное сопротивление, оrpаничи
вающее ток небаланса.
З. ИСIюльзование реле с быстро насыщаю щимс я трансформатором (реле
типа РНТ). Наличие БНТ позволяет отстроить работу реле ОТ ТОКОВ небалан
са при внешних КЗ.
4.Использование реле с торможением (реле типа ДЗТ). ТОК срабатыва
ния этих реле при внешних К3 возрастает с увеличением тока в плечах диф
ференциальной защиты за счет торможеш я, создаваемоrо этими токами.
Б основе всех разработанных схем продольной дифференциальной защи
ты ЛИНИЙ лежат общие nринципы:
I
l'
11
,[
l'
! 11
TL1 пт
ФТ
+
+
66
67
цов. Защита устанавливается только ва линиях с одинаковым сопротивлени
ем и выполняется по схеме с циркулирующими токами.
На одноименных фазах каждой линии устанавливают трансформаторы
тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмотки
трансформаторов тока соединяются разноименными зажим ми по схеме с
циркулирующими токами. Реле тока (КА) включается на разность токов
двух линиЙ.
В нормальном режиме работы и при внешнем кз (точка К2 рис.46) токи в
обеих линиях равны по величине и через защиту течет лишь небольшой ток
небаланса 1 нб :
.
ВУ
ФТ
1 з -:::: / 1 12 =- 1 нб .
KL
+
..
. /.
I
I .,
'.
УАТ
0+
.'.
-. ........ ... ,'-
Рис. 46
При повреждении на одной из линий (точка Кl рис.46) равенство токов
нарушается вследствие нарушения баланса сопротивлений до точки кз:
/} »12 =>1з ::=:/} /2'
Если / з > / СЗ' то защита срабатывает и отключает общий выключатель
обеих линий.
По своему принципу действия защита не реаrирует на внешние К3, токи
наrрузки и Качания. Поэтому ее выполняют без выдержки времени.
ТОК срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от тока He
баланса lнб:
1 >/ ' / "
С.З нб + liб,
rде ['... ток небаланса вызванный поrрешностью траНСфОрI\iаторов тока;
но
1" ТОК небаланса обусловленный неравенством сопротивлений ли
нб
Рис. 45. Схема продольной дифференциальной защиты
2.5.1.2. Поперечная дифференциальная защита
Применяется на параллельных линиях, имеющих одинаКОВое сопротив
леНИе. Работа защиты основана на сравнении по величине и по фазе ТОКОВ,
ПРОТСI(ающих по обеим линиям. Различают поперечные дифференциальные
защиты двух тlШОВ:
1. Дифференциальная токовая поперечная защита.
2. Направленная токовая дифференциа.i'IЬНfi Я защита.
ДJIЯ защиты двух параллельных линий, присоединяемых к подстанции
через один общий выключатель, используется диффереНЦllаJIьная токовая
поперечная защита. При одностороннем питании защита устанавливается
со сТороны источника питания, при двухстороннем питании с двух KOH
НИЙ.
68
При повреждении вблизи приемной ПQдстанции разница ТОКОВ 1 1 12
становится меньше OKa срабатывания защиты 1 С.З' Участок линии при К3 в
пределах KOToporo ток в защите недостаточен для ее срабатывания, называ
ется мертвой зоной защиты.
Длина мертвой зоны:
т Iс, ЗХ l
1 ,
/(
rде ll( ток К3. Определяется при К3 на шинах противоположной под
станции.
Защиту считают эффективной, если мертвая зона не превосходит 10%
длины линии.
При о'i'Ключении одной из линий вторая может быть немедленно отклю
чена защитой. Чтобы этоrо Не произошло, защита здоровой линии блокиру
ется.
ДОСТШIНствами защит Taкoro типа ЯВЛЯЮТСЯ: npостота конструкции и
быстрота действия.
Недостатки защиты:
может применяться лишь ДЛЯ линий с одинаковым сопротивлениям;
имеет мертвую зону;
не защищает шины приемной подстанции;
необходимость выведения из действия при К3 на одной из линий.
Защита применяется на напряжении 3S 220 кв и требует установки дo
полнительной защиты, отключающей повреждение в мертвой зоне.
Для защиты параллельных линий, каждая из которых имеет отдельный
выключатель, применяется направленная токовая поперечная диффе.-
ренциальная защита. К защите таких линий предъявляется требование
Отключать только ту из двух линий, которая повредилась. Для выполнения
этоrо требования заЩита дополняется реле направления мощности ДBYXCTO
pO Hero действия или двумя реле направления мощности одностороннеrо
деиствия. .
Токовые цепи защиты Выполняются так же, как и у токовой поперечной
дифференциаJIЬНОЙ защитыI. Токовые обмотки реле направления мощности
и реле тока соединяются последовательно и включаются пар алле ль но BTO
РИЧИ:IМ обмоткам трансформаторов тока на разность токов параллельных
ЛИНИИ.
Токовые реле выполняют функции пусковых реле защиты. Реле направ
ления мощности служат для выявления поврежденной линии. Оно замыкает
один из контактов в зависимости от Toro, в какой линии протекает больший
ток, подrотавливая цепь отключения ВЫЮIючателя поврежденной линии.
омплекты защиты устанавливаются с обеих сторон параллельных ли
НИИ.
69
Напряжение к реле KW подводится от трансформатора напряжения под
станции. Оперативный ток к защите подается через БЛОК КОIIТакты SQl и
SQ3 выключателей линий Wl и W2. При отключен:'Ии выключателя блок
контакт размыкает оперативную цепь и автоматически выводит из действия
защиту. Такая блокировка необходима для прав ильной раб ты защиты в
следующих случаях:
а) Если при К3 на линии, например W2, выключатель QЗ отключится
раньше Q4, то реле мощности зauшты подстанции А под действием тока К3,
протекающеrо к месту повреждения по линии Wl, разрешит защите под
станЦИИ А неповрежденную линию Wl. Такое неправильное действие защи
ты предотвращается посредством блок контактов, автоматически размы
кающих оперативную цепь защиты при отключении выключателя Q2.
б) При отключении одной из линий защита превращается в мrновенную
направленную защиту и может отключить оставшуюся неповрежденную
линию. Она может неправильно работать при внешних К3 и поэтому должна
выводиться из действия.
При равных величинах сопротивлений параллельных линий в нормаль
НОМ режиме работы и в режиме внешнеrо KopoTKoro замыкания в точке К 1
(зона срабатывания оrpаничена местами установки трансформаторов тока в
начале И конце параллельных линий) токи в линиях равны по величине и
совпадают по фазе (Рис.47). Токи в.обмотках токовых реле равны нулю и
защита не работает. Это справедливо для обоих комплектов защиты, YCTa
новленных по концам линий.
При возникновении повреждения на одной из защищаемых линий TOKO
распределение в них нарушается (Рис.48). ТОКИ KOP?TKOrO замыкания, TeKY
щие по линиям к месту повреждения, распределяются обратно пропорцио
нально сопротивлениям от шин передающей подстанции до места повреж
дения. По поврежденной линии будет протекать'" большиЙ ток, чем по непо
врежденной. В токовом реле комплекта защиты, установленноrо у шин под
lKW2 I1<:Wl
станции А, протекает разность токов двух линий JA = . .. » О, а в
р К}
токовом реле комплекта защиты установленноrо у шин приемной подстан
Б 1 к WI ( 1 к Wl) ,
ции Б будет протекать ток 1 ::::: »0. Защиты А и Б срабо
р К!
тают и отключат выютючатели поврежденной линии.
".
70
п!сА 1 к f.'t'2 п/сБ
I еж. t 5э
с W2
Кl
Qti...
с.. SH
Wl
1 Kf.'t']
71
поврежденной линии W2 будет отключен. После этой коммутации ток 11< WI
станет значительно меньше по величине тока [к W2 (1 К W2» 1 к fYl) и KOM
плект защиты подстанции А окажется чувствителен к повреждению так как
А 1 к W2 1 к WI
1 == »0, защита сработает и отключит выключатель поврсж
Р К!
денной линии со стороны подстанции А. Такое последовательное срабаты-
вание комплектов защиты 110дстанций А и Б называется каскадным.
Для каждоrо комплекта защиты имеется зона каскадноzо дейсmвUЯ t pac
положенная вблизи шин противоположной подстанции по отношению к
месту ero установки, при возникновении повреждения в которой ток в токо-
вом реле не достаточен для срабатывания защиты. Величина ее не должна
преВЫшать четверти длины защищаемой линии.
При К3 в мертвой ЗОНе реле направления мощности может не подейство-
вать из за недостаточной величины подводимOI'О напряжения, то есть мерт-
вая зона по напряжению сохраняется.
Рис.47. Распределение токов в направленной поперечной дифференци
аJIЬНОЙ защите при внешнем коротком замыкании (точка К 1)
п/сА
I KW2
l KW1
п/сБ
К2
Q5 S
Выбор парамеТРО8 срабатывания
Производится по четырем условиям:
1) Пусковое реле не должно действовать при внешнем К3. для этоrо ток
срабатывания должен бьiть больше тока небаланса 1116 при при К3 на шинах
противоположной подстанции:
1 сие
...........
.. .ос
с
W2
При повреждении на линии W2 вблизи ШИН подстанции Б по линиям бу
дут протекать при6лизительно равные и комплект защиты подстанции А
окажется нечувствительным, так как ток в обмотке TOKOBoro реле этоrо KOM
А I KW2 IKWl
плекта 1 Р == KJ J::j О , ['Де l1(wl R1],<:w2' Комплект защиты подстан
, Б 1 '( Wl ( 1 к Wl )
ции Б сработает, так как ток в обмотке TOKoBoro реле 1 I .
Р К[
будет достаточным ДЛЯ срабатывания и выключатель поврежденной линии
I с . з = k H I H6 ;
rдеk н - коэффициент надежности, равен lt5 2.
Ток неба."Iанса обусловлен поrpешностью трансформаторов тока I б и
неравенством сопротивлений линий [;6:
1 , k . k . со. ] (3)
н6 одн а':" 1<3.8н'
[де k одн коэффициент однотипности трансформаторов тока; ka коэф
фициент учитывающий наличие апериодической составляющей в токе ко-
pOТKoro замыкания; & допустимая поrpеruность трансформаторов тока;
I ; B1i максимальный ток внешнеrо трехфазноrо KopoTKoro замыкания;
]" Zl Z2 ](3)
н6 + . КЗ.811'
z2 zl
rде zl и Zz сопротивления параллельных линий.
Тс-з == k H . (1:6 + I;tб).
2) Пусковое реле должно быть отстроено от cyммapHoro тока наrpузки
. линий ] для предотвращения ложноrо действия защиты при отключе
Н.тах
НИИ одной из линий с противоположной стороны в нормальном режиме. В
таких условиях по оставшейся в работе линии протекает весь ТОК наrрузки:
Wl
(Wl
Рис.48..Распределение токовв направленной. поперечной дифференциаль
ной защите при п()вреждении на одной из линий (точка Kl)
111
72
IC.3 k H . I H . max .
3) Пусковое реле ДОЛЖНО быть отстроено от токов протекающих в непо
вреЖДенных фазах 1 неп.ф при двухфазных и однофазных К3. ДЛЯ ЭТОЙ цели
Ic.3 == k n . I неп . ф ,
у словие отстройки ОТ тока J неn.ф при каскадном отключении замыкания
между ДВУМЯ фаз./:tми.является расчетным только для защиты, установленной
с питающей стороны на линиях с односторонним питанием. Для комплекта
защиты, установлеRIЮI'О у шин Jlриемной подстанции, ток срабатывания по
условию 3 не выбирается, так как при каскадном действии защиты линии,
коrда второй работает защита приемноrо конца, ток 1 l1еп . ф направлен к ши
нам (B наrрузку ) и нет опасности ложноrо срабатывания защиты, YCTaHOB
леннои на приеМRОМ конце.
4) Пусковое реле должно надежно возвращаться при максимальной Ha
rрузке линий. При выборе тока срабатывания без учета возврата OHTaKTЫ
пусковоrо реле Moryт остаться замкнутыми после отключения внепшеrо К3
(при работе одной линии). Если при этом под действием тока наrpузки ера..
ботает реле направления мощности, то цепь отключения от защиты будет
разомкнута только блок контактами отключенноrо выключателя. В момент
включения BToporo выключателя блок контакт замкнется и защита подаст
импульс на qтключение работающей линии.
у словие возврата обеспечивается, если:
Ic.3 =-ku '/1I.max 1k G'
Если условие 3 является определяющим при выборе тока срабатывания
защиты, то целесообраздей комплекто ать защиту от мноrофазных К3 и BЫ
водить ИЗ действия при К3 на землю. При этом определяющим будеТ усло
вне 2.
Чувствительность защиты оцениваеТGЯ в зоне каСКадноrо действия и в
точке равной чувствительности.
Длина зоны каскадноrо действия определяется выражением:
I'.к.д'=lс.з .R./ I к >
rде 1 к .. ток в месте короткоrо замыкания при повреждении на rpанице
зоны каскадноrо действия; с некоторым приближением принимается paB
ным току трехфазноrо KopOTKoro замыкания На шинах противоположной
подстанuии; 1! длина линии.
ЛЯ параллельных линий без обходных связей при одинаковых токах
сраЬатывания обоих комплектов защит зона каскадноrо действия комплеl\'J'а
от замыкания между фазами не должна превышать 30 % длины линии при
любых параметрах сети, если обеспечивается требуемая чувствительность
защиты (К ч 2) к повреждениям в середине линии при вкшоченных выклю-
чателях с обеих сторон.
73
Оценить чувствительность защиты в режиме KaCKaдHOI'O действия можно
по выражению:
K'I = [з1 Iс.з 1,5 ,
rде 13 ток,. протекающий через данный комплект защиты, при двухфаз
НОМ коротком замыкании у шин противоположной подстанции и отюпочен
ном выл:ючателе ближайшем к месту повреждения, в минимальном режи..
ме работы сети (1 =:; 1(2) = . [(3»).
3. кз 2 1(3
Определить положение точки равной чувствительности можно по сле
дующему выражению:
1 А
f == . с.з . JI
р.ч ]А. +]Б >
С.З С.З
rде f - расстояние до точки равной чувствитель}{ости от места YCTaHOB
р.ч '
ки комплекта защиты, расположенноrо вблизи подстанции А; ]А И I Б -
. . с.3 с.з
токи срабатывания комплектов защиты, расположенных, соответственно,
вблизи подстанций А и Б.
Чувствительность комплектов защит к повреждению в точке равной чув
ствительности может быть оценена по выражению:
1 А I Б
1<. = ==......L....>2
Ч А Б ,
lс.з lс.з
rде 1; , 1: токи в протекающие в защитах А и Б пр металлическом за-
мыкании между двумя фазами в точке равной чувствительности В мини
мальном режиме работы энерrосистемыI.
Недостатки направленной поперечной дифференциальной защиты:
действует правильно только дЛя параллельных линий;
при К3 в зоне каскадноrо действия имеет большое время срабатывания;
в случае применения проводов разных марок защита может оказаться He
чувствительной;
требует установки дополнительной защиты для отключения К3 в мертвой
зоне 7 а также заменяющей ее, коrда в работе остается только одна из линий.
Достоинства защиты:
быстродействие;
защищает целиком Всю линию;
хорошая чувствительность;
- простота, экономичность.
Применяется в распределительных сетях напряжением З5 110 кВ.
.,
74
2.5.2. Высокочастотные защиты ЛЭП
75
В качестве выокочастотноrоo кабеля 2 используется кордельный кабель
типа ФКБ. входное сопротивление KOToporo БЛИЗКОI< 100 Ом.
На линиях электропередачи напряжением 11 О кВ и выше средней и
бодьшой Длины (несколько десятков и даже сотен километров) продоль
ные дифференциальные защиты с соединительными ПрОБодами не MorYT
быть применен:ы вследствие высокой стоимости и недопустимоrо увели
чения сопротивления соединительноrо кабеля. В связи с этим на таких ли
ниях в качестве быстродействующих защит, обеспечивающих отключение
без замедления повреждений на всем протяжении линии, используются
высокочастотные защиты. В этих защитах обмен информацией между
КОМШIектами, установленными по концам защищаемой линии, осуiцеств
ляетея с помощью орrанизованноrо по ней специальноrо высокочастотно
ro. канала.
На рис. 49 показана схема орrанизации высокочастотноrо канала по ли
нии электропередачи. Ток высокой частоты в этой схеме передайся ПО oд
ной из фаз линии и возвращается через землю. На каждом конце линии yc
танавливается высокочастотный аппарат (ВЧА) 1, состоящий из передат
чика (reHepaTopa) сиrналов высокой частоты rвч и принимающеrо их
приемника ПВЧ. Выходные цепи ВЧА подключаются одним зажимом к
земле, а вторым к линии электропередачи через кабель 2, фильтр присое..
динения 3 и конденсатор связи 4.
Сопротивление конденсатора связи, через который ВЧА подключается к
линии электропередачи, зависит от частоты проходящеrо через Hero тока.
для токов ПРОМЫlШIeННОЙ частоты 50 I ц оно велико (больше 1 Ivl0M) И по
этому ток утечки весьма мал. При ВЫСОКИХ частотах (больших 1 О кrц) co
противление конденсатора резко у-1\1еньшается. В результате ток высокой
частоты, ПРОХОДЯЩИЙ по линии, будет ответвляться в конденсатор и дальше
через фильтр присоединения проходить в ВЧА.
Для Toro чтобы токи высокой частоты не выходили за пределы защищае
мой линии, по концам ее устанавливаются специальные заrрадители 5. За
rpадитель представляет собой резонансный контур, состоящий ИЗ СИЛОВОЙ
индуктивной катушки L и элемента' настройки (реryлируемой емкости CJ
Значение емкости подбирается так, чтобы контур заrpадителя был настроен
в резонанс (тока) На частоту настройки БЧА. Такой заrpадитель называется
резонансным, или одночастотным. При резонансной частоте сопротивление
контура имеет максимальное значение, блаrодаря чему предотвращается
растекание тока ВЫСОКОЙ частоты. Резонансное сопротивление зarpадителя
. . должно быть не меньше 1000 Ом. Для защиты конденсатора С К от rpозовых
И коммутационных пере напряжений предусматривается разрядник РУ
to
5
. .;. ...1.
' Ф6
> ,
ТА : i
........ :, , t
. . '. L :
!. .... шJС ....: 4 С 1
5
.. ... .... .. ...I .
: С .. ;
Jr!J i ТА 01
: ; .................
1. : L K i'"
С1 4 : . ..ш... .""....
2
.. ,
,
! . _. .. . . ... ._
2
....
"::"
Рис. 49. ПРИНЦИПИfulъная схема высокочастотноrо канала
С помощью фильтра присоед нения соrласовывается (уравнивается)
входное сопротивление высокочастотноrо кабеля и лиНl И. Фильтр при
соединения образует замкнутый контур для токов высокои частоты и KOM
пенсирует емкость конденсатора связи, что позволяет уменьшить до МИ
нимума сопротивление конденсатора для токов высокой частоты. Фи ьтр
присоединения представляет собой воздушный тРансформатор с отпаика
МИ, позволяющими менять самоиндукцию ero обмоток и взаимную индук
тивность между НИМИ.
Высокочастотными защитами оснащено. большинство линии напряже
нием 220 кв и выше, а так)Ке большое число линий 110 кВ. Наибольшее
распростра ение получили дифференциалъно фазные высокочастотные
защиты.
Принцип действия дифференциально фазной высокочастотной защиты
(ДФЗ) осно.вана на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. На
рис.50 показ.(j.ны схемы токораспределения при внешнем КЗ (точка К.] на
рис.50а) и при повреждении на защи цаемо линии (точка К2 на рис.50б).
Считая положительными токи, направленные от шин в ЛИНИЮ, можно CKa
зать, что при внешнем К3 токи 1т и I Y1 сдвинуты на 1800 (имеют противо
положные знаки), а при К3 в зоне совпадают. Последнее утверждение
справедливо, если пренебречь сдвиrом по фазе между векторами ЭДС т
76
и Е п по концам электропередачи и различием уrлов полных сопротивле
ний Zm И Zп,
Таким образом, сравнивая фазы токов по концам защищаемой линии,
можно определить место повреждения. В отличие от обычных дифферен
циальных защит, в которых значения токов сравниваются непосредственно
в реле, в дифференциально фазной защите для передачи информации о фа
зе токов, проходящих по концам защищаемой линии, используется канал
высокой частоты.
Структурная схема защиты показана На рис.51. Защита состоит из BЫCO
кочастотноro аппарата ВЧА, включающеrо в себя rвч и ПВЧ, реле OT
ключения РО. питающеrося током приемника, и пусковых реле ПО} и
ПО2, первое из которых пускает твч. а второе замыкает цепь отключения.
Особенность ДФЗ как высокочастотной защиты состоит в том, что 113Ч
управляется непосредственно током промышленной частоты. reHepaTop BЫ
сокочастотных колебаний включен так, что при положительной полуволне
промышленноrо тока он работает, посьшая в канал ток высокой частоты, а
при отрицательной запирается, прекращая выдачу высокочастотных сиrна
ЛОВ. Приемник ВЧА выполнен таким образом, что при наличии ТОКОВ высо"
кой частоты, поступающих в ero входной контур, выходной ток, питающий
реле РО. равен нулю, а при отсутствии высокочастотноrо сиrнала появляет
ся выходной ТО!С, поступающий в реле РО.
. При внешнем К3 (рис.50а), коrда фазы первичных токов по концам линии
противоположны, rвч на конце т линии работает Б течение первоrо полу
периода промышленноro тока, а на КОНЦе п в течение следующеrо полу
периода. В результате по лшши непрерывно проходит ток высокой частоты,
питая приемники, установленные на обеих сторонах защищаемой линии.
При этом в ВЬLХОДНЫХ цепях ПВЧ ток отсутствует, реле РО не работает и
защита на отключение не действует. При К3 в зоне (рис.50б) rВЧна обоих
концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов промышлен
ной частоты совпадают. Высокочастотный ток, поступающий при этом в
приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами, равными по-
лупериоду промышленноrо тока. В этом случае приемник работает в про
межутки времени, коrда ток высокой частоты отсутствует и заперт во время
ero прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый
ТОК, который сrлаживается и поступает в реле РО. последнее срабатывает и
замыкает цепь включения. Таким образом, сдвиr фаз токов промышленной
чаетоты, проходящих по обоим концам защишаемой линии, определяется по
характеру высокочастотных сиrnалов, принимаемых ЛВ Ч (сплошные или
прерывистые). По принципу действия ДФЗ не рею-ирует на нarpузку и кача..
НИЯ, так как в этих режимах фазы сравниваемых токов по концам защищае
мой линии противоположны.
Ток [,.,
77
lп,
АМ
! 1\;1
' . . - ,
I I . . I
I . I . I
. I I . I
I r , . I
I I , . 1
I r . . 1
I . . . ,
I I I .
. I I
. , . .
" .
" .
, .
, ,
1 1т
а)
ТОК In
Высокочастотные
импульсы от защиты m
Высокочастотные
импульсы ОТ защIfrы n
ВЫСOl(очастотные
импульсы в линии
на входе приеМНIIКОВ
ТОК в выходной цепи
приемника
ТОК в реле РО
Рис.50. Диаrpамма токов ДФЗ
lт In
б)
f\ А .
i r J:
! i Vi iVI
J
L
Правильное поведение защиты при внешних К3 будет обеспечено лишь Б
случае работы rвч на обоих концах защищаемой линии. Если один из rвч
не будет запущен или окажется неисправным, защита подействует непра
вильно и отключит неповрежденную линию, так как ПВЧ будут принимать
прерывис'IЫЙ ток только одноrо передатчика. Для предотвращения этоrо в
схеме защиты (см. рис.51) имеются два пусковых opraHR разной чувстви
тельности: ПО} более чувствительный, осуществляющий пуск rв.ч, и Т/О2
более I'Рубый, замыкающий цепь отключения
78
79
3. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
.... f-
+
.....
в процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на
их соединениях с коммутационными аппаратами. Мотут быть также опас
ные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением транс..
форматора или ero соединений. Возможность повреждений и ненормапьных
режимов обусловливает необходимость установки на трансформаторах за:--
щитных устройств.
Основными видами повреждений являются мноroфазные и однофазные
короткие замыкания в обмотках и на выводах трансформа:тора, а также «по
жар стали» МaI'НИТОIIрОВQда. Однофазные повреждения бывают двух видов:
на зеМЛЮ и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее Bepo
ятны мнш'офазные и однофазные короткие замыкания на выводах тpaHC
форматоров и однофазные витковые замыкания в обмотках. Значительно
реже возникают мноrофазные короткие замыкания в обмотках. Для rрупп
однофазных трансформаторов они вообще исключены. Защита от коротких
замыканий выполняется с действием на Отключение поврежденноrо TpaHC
форматора. Для оrpаничения разМеров разрушений ее выполняют быстро
действующей.
З&'\fыкание ОДНОЙ фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к
сетям с rлухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна OT
Ю1ючать трансформатор и при однофазных коротких замыканиях в ero об
мотках на землю. В сетях с нейтралями изолированными или заземленными
через дутоrасящие реакторы, защита от однофазных замыканий на земJПО с
деЙствием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае,
если такая защита имеется в сети. При витковых замыканиях в замкнувших
ся витках возникает значительный ток, разрушающий изоляц:mo и маrнито
провод трансформатора, потому такие повреждения должны откjlючаться
быстродействующей защитой. Но использовать для этоrо токовые, диффе
ренциальные или дистанционные защиты не представляется возможным.
При малом числе замКНУВIIIИХСЯ; витков ток в поврежденной фазе со сторо.
ны питания может оказаться даже меньше значения номинальноrо тока, а
напряжение на выводах трансформатора практически не изменится.
Опасным внутренним повреждением является также «пожар стали» Mar
нитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами
маrнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемаrничивание и
вихревые токи. Потери ВЫЗЫВают местный HarpeB стали, ведущий.к даль
нейшему разрушению изоляции. Защиты, основанные на использовании
электрических величин, на этот ВИД повреждения тоже не рею'ируют, по
этому возникает необходимость !3 применении специальной защиты от вит
.:t..--:
РИс.51. Структурная схема ДФЗ
Достоинетва высокочастотных защит:
возможность использования в сетях любой конфиrурации;
высокая чувствительность;
Достаточная надежность;
высокое быстродействие.
Основной недостаток высокочастотных защит высокая стоимость.
..
80
81
ковых замыканий и от «пожара стали». Для маслонаполненных трансфор
маторов такой защитой является rазовая, основанная на использовании яв
лений rазообразования. Образование rаза является следствием разложения
масла и дрyrих изолирующих материалов ПОД действием электрической дy
rи при ВИТКОВЫХ замыканиях или недоnyстимоrо HarpeBa при «пожаре CTa
ли». Электрическая дyra возникает и при мноrофазных коротких замыка:ни
ях в обмотках. Поэтому rазовая защита явля ся универсальной защитой от
всех внутренних повреждениЙ трансформатора.
Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внеш..
ними короткими замыканиями и переrpузками. В этих случаях в обмотках
трансфОРl\1 ато ра появляются большие токи (сверхтоки). Особенно опасны
токи) проходящие при внешних коротких замыканиях; эти токи MOryT зна
чительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длитель
Horo прохождения тока (что может быть при коротких замыканиях на шинах
или при не отключившемся повреждении на отходящем от шин присоеди..
нении) возможны интенсивный HarpeB изоляции обмоток и ее повреждение.
Вместе с этим при. коротком замыкании понижаетСJI напряжение в сети. По..
этому на трансформаторе должна предусматриваться защита, отключающая
ero при появлении сверхтоков, обусловленных не отключившимся внешним
коротким замыканием.
Переrpузка трансформаторов не влияет на работу системы элеI<троснаб
.,
жения в целом, так как она обычно не сопровождается видением напряж
нмя. Кроме Toro. сверхтоки переrpузки относительно невелики и их прохо
ждение допустимо в течение иеICотороrо времени, достаточноrо ДЛЯ TOro.
чтобы персонал принял меры к разrрузке. Так, соrласно нормам, переrpузку
током [пер 1,61 11I . Nом можно допускать в течение t == 45 мин. В связи с этим
защита трансформатора от переrpузки при наличии дежурноrо персонала
должна въmолняться с действием на сиrнзл. На подстанциях без дежурноrо
персонала защита от переI"РУЗКИ Должна действовать на разrpузку или OT
ключ ние. .
К ненормальным режимам работы трансформаторов относите также He
допустимое понижение уровня масла, :которое может произойти) например)
вследствие повреждения бака.
6)
Рис. 52. rазовое реле защиты трансформатора
3.1. rазовая защита трансформатора
Принцип действия rазовой защиты основала на использовании явления
rазообразования в баке поврежденноrо трансформатора. Интенсивность rэ
зообразования зависит от харю(тера и размеров повреждения. Это дает воз
можность выполни:rь rазQВУЮ защиту, способную различать степень повре
ждения и в зависимости от этоrо действовать на сиrнал или отключение.
Основным элементом rазовой защиты является rазовое реле KSG, YCTa
навливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис.52 а). Ранее
выпускалосъ поплавковое rазовое реле Ш..22. Более совершенно реле рrчз
66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис.52 б).
Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек) Bpa
щающихся вместе с подвижными контактами 4 BOKpyr осей 3. Эти контакты
замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В HOp
мальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются
пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отреryлирована
так, что масса чашки с маслом явл ется достаточной для преодоления силы
пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня
масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих
контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сиrнал.
При интенсивном rазообразовании возникает сильный поток масла и rазов
из бака в расширитель через rазовое реле. На пути потока находится лопасть
7, деЙствующая вместе с нижней' чашкой Щl общий контакт. Лопасть пово
рачивастся и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если
скорость движения масла и rазов достиrает определенноrо значения, YCTa
НОБленноrо на реле. ПреДУСМО'lрены три уставки срабатывания отключаю
щеrо элемента по скорости потока масла: 0.,6; 0,9; 1,2 M.lC. При этом время
срабатывания реле составляет t c . p == 0,05 ...0,5 с. У ставки по скорости потока
масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.
В нашей стране широко используется rазовое реле с двумя ша
рообразныии пластмассовыми ПOIшавками типа BF80/Q. Реле имеет HeKOTO
рые конструктивные особенности. Однако принцип Действия ero такоЙ же,
как и друrих rазовых реле.
Монтаж raзовой защиты связан с выполнением некоторых специфических
требований:
для беспрепятственноrо прохода raзов в расширитель должен быть He
82
83
большой подъем (1, 1,5% у крышки траНСФ9рматора и 2 % у масло
провода) от крышки к расширителю (рис.53 а);
- действие rазовой защиты на отключение необходимо выполнить с само..
удерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае
KpaTI<OBpeMeHHoro ЗШ'Iыкания или вибрации нижнеrо контакта rазовоrо pe
ле, обусловленных толчками потока масла при бурном rазообразовании.
Достоинства rазовой защиты:
высокая чувствительность и реarирование практически на все виды по..
вреждения внутри бака;
- сравнительно небольшое время срабатывания;
простота J3ыполнения;
способность защищать трансформатор при недопустимом понижении
уровня масла по любым причинам.
Наряду с этим защита имеет ряд с.ущественных недостатков, основной ИЗ,
которых не реаrирование ее на повреждения, расположенные вне, бака, в
зоне между трансформатором и выключателями. Зашита может подейство
вать ложно при попадании :воздуха в бак трансформатора, что может быть,
например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др.
Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, YCTa
новленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях дo
пускается ВОЗМО)$НОСТЬ перевода действия отключающеrо элемента на сиr
нал.
В связи с этим rазовую защиту нельзя использовать в качестве единствен
ной защиты трансформатора от внутренних повреждений.
Необходимо также отметить, что начальная стадия витковоrо замыкания
может и не сопровождаться появлением дyrи и rазообразованием. В таком
случае rазовая защита не действует и витковые замыкания в трансформато
ре Moryт длительно оставаться незамеченными.
rазовая защита обязательна для трансформаторов мощностью 6300 кВА и
более. опускается устанавливать rазовую защиту и на трансформаторах
меньшеи мощности. Для внутрицеховых подстанций rазовую защиту следу
ет устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой
. мо ности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия дpy
]'ои быстродействующей защиты.
3.2. МаКСllмальная токовая защита трансформаторов
Служит для отключения трансформатора от Источника питания в случае
К3 на выводах или внутри трансформатора, а также на сборных шинах ИЛИ
линиях СО стороны потребителя.
в качестве основной максимальная токовая защитаприменяется лишь на
трансформаторах малой мощности, так как по условиям селективности она
имеет недопустимо большую выдержку времени. На трансформаторах,
имеющих отдельную защиту от повреждений в самом трансформаторе и на
ero выводах максимальная токовая защита применяется в качестве дополни..
тельной.
На понижающих трансформаторах применяется простая максимальная TO
ковая защита. На повышающих она имеет недостаточную чувствительность
к повреждениям на высшей стороне. Чувствительность максимальной TOKO
вой защиты повышают применением блокировки по напряжению или вклю
чением TOKOBOro реле через фильтр токов нулевой последовательности.
Защита трансформаторов и автотрансформаторов от сверхтоков является
резервной, предназначенной для отключения их от источника питаНия как
при повреждениях самих трансформаторов ( автотрансформаторов) и отказе
основных защит, так и при повреждении смежнOI'О оборудования и отказах
ero защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин
защита трансформаторов от свеРХТОКОБ осуществляет также защиту этих
шин.
В качестве защиты от сверхтоков при междуфазных К3 используется Maк
симальная токовая защита, максимальная токовая защита с пуском п6 Ha
пряжению, максимальная направленная защита, максимальная токовая за
щита обратной последоватеJ1ЬНОСТИ. Защита устанавливается со стороны ис
точника питания, а при наличии нескольких источников со стороны rлав
Horo источника.
Для защиты от сверхтоков при однофазном К3 используется максимальная
токовая защита и максимальная направленная защита нулевой последова
тельности. Защита устанавливается со стороны обмоток, соединенных по
схеме звезды с заземленной нулевой точкой.
на рис.53 изображена схема максимальной токовой защиты двухобмоточ
Horo понижающеrо трансформатора. .
Защита устанавливается только со стороны источника питания. Действует
на отключение одноro ВЫКJ".JOчатедя в случае одностороннеrо питания, и
двух выключателей при ДBYXCTopo eM питании. Наиболее широкое распро
странение получила схема включения пусковыхорrанов в неполную звезду.
Ток срабатыIанияя защиты выбирается по двум условиям:
1. Максимальная токовая защита Не должна работать при пере,rрузках
трансформатора.
2. Максимальная токовая защита не должна работать при самозапуске.
С учетом этих условий:
Ic.3 :;: k oтc . k з 'lраб.mахjk в , .
84
rде k oтc коэффициент отстройки, учитывающий поrрешности расчета и
работы реле принимаемый равным k Qтc == 1,1 + 1,2; k з .. коэффициентом за
пуска;lрйб.mах" максимальный рабочий ток наrpузки.
УАТ
.....0 КА1 КА2
I
.}
КА1
. Kl1 УАТ
H
Цепи отключения
+
Рис. 53. МТЗ двухобмоточноrо трансформатора
Чувствительность защиты проверяется при КЗ Б конце линий, отходящих
от ШИН низшеrо Н!lпряжения'
k ч ::::: lКЗ.lniп > 1,3.
lс.з'
ВыдерЖка вреМени максимальной токовой защиты выбирается ПО условию
сt;лективности действия, на .11 больше ВЫдержки времени присоединений,
питающиХся от тин НИзшеrо напряжения.
На рис.54 изображена схема максимальной Токовой защиты трех06моточ"
Horo трансформатора.
В этом случае максимальная токовая защита должна:
1. При повреждении внутри трансформатора отключить ero со всех CTO
рон, откуда возможна подпитка места кз; .
I
J
8S
2. При внешнем К3 селективно отключить лишь ту сторону, на которой
произошло повреждение.
При одностороннем питании устанавливается ДВа комплекта максималь
ных токовых защит. Один комплект СО СТОРОJiЫ обмотки низшеrо напряже
иия действует на отключение выключателей этой обмотки. Друrой комплеIcr
со стороны обмотки высшеrо напряжения действует с двумя выдержками
времени, с меньшей на отключение выключателей обмотки среднеrо Ha
пряжения и с большей на выключение всех Выключателей трансформатора
(рис.54).
СН
КТ1
+
Kl1
+ ....../
.. а1
КТ1.1
+ 02
:J
КТ2.1
+ QЗ
Наrрузка Наrрузка
Рис. 54. МТЗ трехобмоточ}!оf'О трансформатора
в целях упрощения допускается не устанавливать защиты на одной из пи
таемых сторон, например среднеrо напряжения, при этом со стороны пита
ння защита имеет две выдержки времени: с меньшей из них она действует
на ОТIC.тrючение той стороны, ['Де защиты отсутствуют, а с большей на BЫ
ходное реле.
На трех06моточных трансфор:маторах с ДБух или трехсторонним: питани
ем для обеспе1:Iения селективности действия максимальная токовая защита
дополняется орrанами направления мощности.
На неответственных трансформаторах, имеющих АПВ и АВР допускается,
и б .
U == _ pa .тш
С.3 . k . k '
в .н
rде k H коэффициент надежности, равен 1,1 ; U раб.miп минимальное pa
бочее напряжение; U раб.miп ::;;; (0,9...0,95). ином,
Напряжение срабатывания реле минимальноro напряжения, включенноrо
на ВЫХОД фильтра напряжения обратной последовательности:
U 2с . з == 0,06. ином,
При недостаточной чувствительности максимальной токовой защиты с
блокировкой минимальноrо напряжения применяют максимальную ТОКО--
вую защиту обратной последовательности.
Защита имеет ПУСКОВОЙ орrаи токовое реш , включенный через фильтр
нулевой последовательности. Защита приходит в действие при протекании
через трансформатор токов обратной последовательности, вызванных He
симметричными внешними К3 или внутри трансформатора.
To срабатывания защиты выбирается по условиям: отстройки ОТ токов
небаланса фильтра токов обратной последовательности в режиме макси
мальной наrpузки и соrласованию по чувствительности с заЩ?тами присое
динений со стороны высшеrо напряжения.
86
применять ненаправленную максимальную токовую защиту. Неселективное
действие защиты в этом случае исправляет действие автоматики.
. .
На повышающих трансформаторах простая максимальная токовая защита
не удовлетворяет по чувствительности, поэтому применяется макс.ималь"
ная токовая защита с пуском по напряжению.
Защита устанавливается на ту сторону трансформатора откуда подается
питание. Наличие реле напряжение позволяет выбрать ток срабатывания
защиты без учета тока переrpузки
k
Ic.3 =: k 1i . I HoM ,
в
rде J но.\.! . номинальный ток трансформатора.
Блокировка по напряжению может быть выполнена или на базе двух реле
минимальноrо напряжения, включенных на междуфазные напряжеНИ5!
(рис.55а), или (для трансформаторов мощностью 16 МВ-А и более) на базе
одноrо реле минимальноrо напряжения, ВЮIЮченноrо на ВЫХОД фильтра Ha
пряжения обратной последовательности (рис.55б).
КV1
КV1
КV2
OTТV
OTТV
кт
+
KL2.
+ ......./'
.. на сиrнал
УАТ
+ _.
кт
+J
)t на отключение
,
а)
.
Рис. 55. Схемы МТ3 с пуском по напряжению
б)
Напряжение срабатывания принимается равным:
87
кv
кт
кv
КА1
. I(О1, О2
+
oTТV
Рис.56. Схема МТЗ обратной последовательности
88
89
. k
Ic.3 == k H . IIf M'
в
Практика показала, что эти условия выполняются при
I с . з = (O,5...0,7).I HoM ' Однако защита обратной последовательности не дей
ствует пrш симметричных К3. Поэтому она дополняется приставкой, реаrи
рующей на симметричные К3. Приставка представляет собой максимальную
токовую защиту с пуском м:инимальноro напряжения в однофазном испол
нении (рис.56).
3.4. Токовая отсечка
3.3. Максимальная токовая защита от переrрузки
Токовая отсечка применяется на трансформаторах мощностью ниже 6300
кВ.А, работающих одиночно и 4000 кВ.А, работающих параллелыю. В зону
действия токовой отсечки ВХОДЯТ ошиновка, выводы и часть обмотки Tpaнc
форматора со стороны питания. Токовые отсечки предназначены для защи
ты от междуфазных К3 и действуют без выдержки времени.
ТОКОI!ая отсечка устанавливается со стороны питания (рис.58).
На двухобмоточных трансформаторах защита от переrрузки устанавлива
ется со C OpOHЫ питания.. На трехобмоточных трансформаторах при ДBYX
стороннем питании защиты устанавливаются с двух сторон, а при TpeXCTO .
роннем с трех сторон (рис.б!).
+ КТ КТ
......... на.
сиrнал
кт
КА KL
+P
KL УАТ
+P -
Рис. 58. Схема токовой отсечки
ТОК срабатывания токовой отсечки выбирается по двум условиям:
1. Токовая отсечка Не должна работать при К3 за трансформатором
lс.з :;;;: k H . I K . max ,
rде k H =1,25...1,5; IK.lnax максимальное значение тока повреждения, Про
текающеrо через защиту при К3 за трансформатором.
2. Токовая отсечка должна отстраиваться от броска тока намаrничивания
l aм' возникающеrо при включении трансформатора под напряжение: .
Iс.з > [нам'
Оба эти требования выполняются, если ТОК срабатьmания выбрать
Ic.3 == (з...s). l ,юм .
Чувствительность отсечки характеризуется коэффициентом чувствитель
насти:
Рис.57.Схема МТЗ от переrрузок
Так как переrpузка обычно симметрична, то защиту выполняют в OДHO
фазном исполнеНИl!: Защита действует с выдержкой времени на сиrнал. На
подстанции без сопровождающеro персонала защита от переrpузки выбира
ется с тремя выдержками времени. Время действия первой ступени на L\t
больше чем у максимальной токовой защиты от внешних К3. Вторая C1Y
пень действует на разrpузку трансформатора, третья ступень на ero OT
ключение.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты от переrpузки выбирает
ся из условия:
[ .
k КЗ.mщ
ч .
Ic.3
90
91
rде 1 . ми нимальный ток П Р ОХО Д ЯЩИЙ через защи'ту, при двухфаз
Ю.mm . ,
ном К3 на выводах трансформатора со стороны источника питания.
Чvвствительность защиты считается достаточной если
.. .
k ч 2.
Защита действует на отключение с выдержкой времени, которую выбира
ют из условия соrласования данной защиты с защитой нулевой последова
теЛI НОС'l'Ц) установленными в сети высшеrо напряжения .
3.5. Токовая защита нулевой последовательности
3.6. Дифференциальная токовая защита трансформаторов
кт
Предназначена для защиты от повреждений внутри трансформатора и на
ero выводах. Применяется:
на одиночно работающих трансформаторах мощностью свыше
6300 кВ.А;
на параллельно работающих трансформаторах мощностью от 4000 кВ.А
и более; .
на трансформаторах мощностью более 1000 кВ. А в случае, если отсечка
не обеспечивает необходимуъо чувствительность, а время' срабатывания
максимальной токовой защиты более 1 с.
Для осуществления защиты с обеих сторон трансформатора установлены
трансформаторы TOKa к ним по схеме с циркулирующими токами подклю
чепо реле (рис.БО).
ПРИНЦИП действия аналоrичен Принципу действия продольной дифферен
· циальной защиты ЛЭП,
При внешнем К3 (точка К 1) ТОК в дифференциальном реле близок к нулю,
так как вторичные токи равны и противоположны по направлению. При К3
в ЗОНе действия защиты (точки К2 и К3) через реле протекает ТОК, защита
сработает и ОТКЛЮЧит выключатель.
Особенностями выполнения продольной дифференциальной защиты
трансформаторов являются:
1. Необходимость компенсации СДБиrов токов по фазе.
Для этоrо у силовых трансформаторов с rруппоЙ соединения 11!У тpaHC
форматоры тока на стороне «6.» силовоrо трансформатора соединяются по
схеМе «y}) . а на стороне «У» силовоrо трансформатора ПО схеме «6.»
(рис.БО). Такое решение позволяет компенсировать сдвиr фаз тока в СИМ"
меТРИЧНQМ и несимметричном режимах. Если обмотки силовоrо трансфор-
матора соединены по схеме У /У, то трансформаторы Тока с обеих сторон
должны быть соединены по схеме «У».
2. Необходимость компенсации неравенств токов.
Коэффициенты трансформации трансформаторов тока стараются подоб
рать такиМ обра'30М чтобы их вторичные токи были одинаковыми. НО KO
эффициенты трансформации cтporo стандартизированы, поэтому полностью
ликвидировать токи небаланса не удается.
В случае значительной разности токов плеч применяют уравнительные
Применяется для защиты от однофазных К3 в сетях с эффективно зазем
ленной нейтралью. Защиты выполняют с помощью трех трансформаторов
тока, включенных. в фильтр ТОКОВ нулевой последовательности, установлен
ных на стороне высшеrо напряжения (рис.59а), или при помощи реле тока,
подключенноrо к трансформатору тока, встроенноМу в неЙ1раль трансфор
матора (рис.59б).
кт
....... на
отключение
выключэтеля
......На
отключение
выключателя
а)
б)
РИс.59. Схема токовая защиты нулевой последовательности
[ок срабатывания защиты определяется из двух условий.
1. Отстройки от небаланса 1116:
1(...з = k oт , 1 н6 ,
rде 1 н6 обусловлен несимметричной наrрузКОЙ трансформатора.
Принимается /с.3 -= (O 25...0,5). 1 нmи ,
2. Соrласования по чувствительности с защитами нулевой после
Довательности установленных в сети высшеrо напряжения:
1 с . з == k oт . 1 mаХ.отсеч.'
92
93
ОПЕР АтивныЕ ЦЕШI
КАТ 1.1
форматора. Нередко на стороне высшеrо напряжения используются BCтpO
синые трансформаторы TOKa а на стороне низшеro напряжения BbIHoCHoro
типа (друrоrо пша и конструкции). В таких случаях измерительные тpaHC
форматоры тока MOryт иметь различные номинальные параметры. В режиме
внешнеrо К3 кратности ТОКОВ у них также неодинаКQВЫ. Эти обстоятельства
обуславливают повышенное значение токов небаланса по сравнению с диф
ференциальной защитой линий. Поэтому при расчете тока срабатывания
дифференциа..llЬНОЙ защиты трансформатора коэффициент однотипности
выбирают большим.
3. ТОКИ небаланса, обусловленные броском тока намаrннчиванпи при
включении трансформатора ПОД нarрузку. В нормальном режиме ток HaMar
ничивания невелик и ero можно не учитывать. Однако при включении
трансформатора ПОД напряжение происходит бросок тока намarнИЧIiвания,
значение KOToporo может Достиraть (6+8)-I lfом трансформатора.
4. Токи небаланса, возникающие из..за "еточной компенсации Hepa
венства токов плеч. Точная установка расчетноrо значения числа витков
реryлировочных устройств Не всеrда возможна, так как число выводов
уравнительных автотрансформаторов, например, оrpаничено.
трансформаторы и. автотрансформаторы.
КАТ1
ЦЕПИ CИТНAJJИЗАЦИИ
кв
ЦЕIШ ОТ:КШОЧЕШIЯ
выкючАтEJIEйй
УАТ
SX 1
Учет тока небаланса при выборе тока срабатывания защиты
При выборе тока срабатывания заЩиты I с . з ИЗ условия отстройки от токов
небаланса рассматривают два случая:
1. Ток срабатывания защиты отстраивается от броска тока намаrничива
ния при включении трансформатора под наrрузку. Друrие составляющие
тока небаланса при этом не учитываются
Ic.3 == k oтc .1"б.нам'
В зависимости от используемых реле и способа отстройки коэффициент
k oтc принимается равным 0,3 ...4,5.
2. ТОК срабатывания защиты выбирается больше, чем максимальный ток
небаланса, проходящий через защиту при внешнем К3. В этом случае бро..
сок тока намаrНИЧИБания при включении трансформатора не учитывается.
Расчетный ток небаланса определяется по трем сос:тавляющими:
а) I б обусловлен поrpешностъю трансформаторов тока:
l б == k n . k одн '8' I K . max , ....
rде kп коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие аперио
дической составляющей тока; k оди коэффициент однотипности трансфор
маторов тока, установленных на стороне высшеrо и низшеrо напряжения
(для расчета дифференциаJIЬНОЙ защиты трансформатора принимается
11
..
РИс.60. Схема продольной дифференциальной защиты трансформатора
Составляющие токов небаланса в дифференциальной защите трансформа
тора:
1. ТОК небаланса обусловленные наличием РПН.
Использование РПН приводит к нарушению соотношения между первич
ныии и вторичными токами, что обуславливает появление в цепях защиты
тока небаланса. У трансформаторов с ПБВ ток небаланса имеет небольшое
значение, так как пределы реryлирования iJlf == :t5%. У трансформаторов с
РIШ L1U::::::: :!: 15%. В послеДнем случае необходимо учитывать ток небаланса
при выборе тока срабатъrвания защиты.
2. Токи небаланса, возникающие из..за разнотипности трансформато..
ров тока, установленных на высокой II низкой сторонах силовоrо TpaHC
94
95
k одм := 1); {; относительное значение полной поrpешности трансформаторов
тока, принимается равным 0,1; 1 ". тах максимальный ток внешнеr-о К3.
б) 1:6 обусловлен наличием РПН:
1=6 ==- 6,и . I K . max >
rде БU половине диапазона реryлирования.
в) 1:6 обусловлен неточным выравниванием токов плеч защиты:
1:6 == lк.шах(Jt .расч Wо)IWо.расч,
rде Wо.расч расчетное значение числа БИТКОВ неОСНОВIIОЙ обмотки; W o
выбранное число ВИТКОВ обмотки.
lс.з = kотс(I б + I б + 1:6)'
Ток срабатывания принимают наибольшим из двух значений" полученных
по этим условиям.
В большинстве случаев ток срабатывания защиты, выбранный по первому
условию значительно превышает ток срабатывания защиты, выбранный по
второму. Поэтому чаще производят отстройку защиты от бросков тока Ha
маrничивания.
Отстройка защиты от броска тока намаrничивания достиrается в основ..
ном тремя путями: заrpублением защиты по току срабатывания; включени..
ем реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ);
выявлением различия между формой кривой тока К3 и формой кривой тока
намаrничивания.
Если определяющим оказывается условие 2, а коэффициент чувствитель
ности получается недостаточным, то используют специальные реле с. TOpMO
жением, например типа Д3Т. Наибольшие возможности для обеспечения
требуемоrо коэффициента чувствительности имеет дифференциальная за
щита Д3Т-21.
Соrласно требованиям, коэффициент чувствительности, определяемый
при двухфа.'ЗНОМ коротком замыкании на выводах низшеI'О напряжения
трансформатора, должен быть k ч 2:::2,0.
Дифференциальные токовые защиты выполняют в виде дифференциаль
Hыx токовых отсечек, дифференциальных токовых защит с быстронасы
щающимися трансформаторами, дифференциальных защит с торможением.
Дифференциальной отсечкой называется дифференциальная защита
MrHoBeHHoro действия, имеющая ток срабатывания больше броска
намаrничивающеrо тока.
. Ток срабатывания дифференциальной отсечки определяется усло ием OT
стройки ОТ броска намаrничивающеrо тока (принимается k oтc ;;;:;::3+4) и OT
стройки от тока небаланса.
Дифференциальная защита с быстронасыщающимися трансформа
торами (БИТ) на реле тока серии РИТ 560. Основными элементами этих ре..
ле являются насыщающиеся трансформаторы тока ТАLТ(рис.61), первичная
обмотка которых W д включается в дифференциальную цепь защиты. К BTO
ричной обмотке TALT fV 2 подключается исполнительное реле тока КА
Для сердечника трансформатора TALT применяется сталь с широкой пет..
лей rистерезиса. Сечение сердечника, параметры реле и обмоток подбира
ются таким образом, что во вторичную цепь хорошо трансформируется
только синусоидальный ток. Апериодический ток практически не тpaнc
формируется и в исполнительное реле не попадает, а производи:т лишь под
маrничивание сердечника. ...
Насыщающийся трансформатор тока TALT работает как обычный TP C
форматор, если через ero первичную обмотку проходит симметричный си
нусоидальный ток. В этом случае маrнитный поток Ф и пропорциональная
ему маrнитная индукция в сердечнике трансформатора В изменяются от по
ложителыюrо В тах до отрицательноrо B min максимальных значений
(рис.62), создавая большую Э.Д.с. е На вторичной обмотке TALT и достаточ
ный для работы исполнительноrо реле КА ток:
dФ
e:::;;; W
dt '
TLAT
Ф Е
WI{
КА
фк
i Е ]
РИс.61.l\t1аmитная система реле серии PHT 560 с БИТ
Ф=В.S,
96
97
dB
e== WS
dt '
трансформируются через насыщающиеся трансформаторы тока и ПРИБОДЯТ
В действие исполнительное реле КА.
В
rде S сечение маrнитопровода.
В
Во В
тах
В пЮХ
1
1
Bтax
l
l
t .
Рис.62. Изменение мarнитной индукции в маrнитопроводе
насыщающеrося трансформатора тока
t
Рис.б3. Изменение маrнитной ИНДУКЦИИ в маrнитопроводе
насыщающеrося трансформатора тока
Иначе работает насыщающийся трансформатор, если через ero первич
ную обмотку проходит ток с несимметричной формой кривой, имеющей oд
ностороннее смещение (рис.б3). Такое смещение кривой тока относительно
оси времени происходит из""за наличия апериодической составляющей. В
этом случ;ае маrнитный поток и маrнитная ИНДУКЦИЯ в сердечнике тpaHC
форматора будут изменяться только от положительноrо максимальноrо зна
чения В тах до значения ВО' Несмотря на большое значение маrнитной ин..
дукции, скорость ее изменения будет небольшой, поэтому на вторичной об..
мотке будет создаваться небольшая Э.Д.с. и недостаточный для работы реле
.
ток.
При включении токовых реле через насыщающиеся трансформаторы тока
они становятся нечувствительными к токам I:Iамаrничивания силовых TpaHC
форматоров и токам небаJIaнса при переходных процесс ах, что дает
возможность повысить чУвствительность защиты. В то же время реле с Ha
сыщающимся 1рансформатором тока надеЖfIО срабатывает при коротком
замыкании в зоне защиты, коrда тOI(И имеют несимметричную форму лишь
в первый момент времени и по истечении нескольких периодов, коrда зату
хает переходный процесс. становятся симметричными. Такие токи хорошо
Для усиления или ослабления поДмш'ничивающеrо действия апериодиче
cKoro тока, поступающеrо в обмотку W д , у реле серии РИТ используется
короткозамкнутая обмотка W K , состоящая из двух секций, расположенных
на среднем и правом СТержнях насыщающеrося трансформатора тока (рис.
61).
Принцип работы насыщающиеся трансформаторы тока TaKoro типа co
стоит в следующем. При прохождении: по рабочей обмотке симметричноrо
синусоидальноrо тока, маrнитный поток Фl В среднем стержне наводит в
первой секции W/( э.Д.с., под действием которой протекает ток i 1 , который,
проходя по второй секции W K . создает в правом стержне маrнитный поток
Ф к' Суммарный маrнитный поток Ф'L:::= Ф} t- Ф к замыкаясь через левый
стержень, наводит во вторичной обмотке ток i 2 , который проходит по об-
мотке реле КА и вызывает ero срабатывание. Таким образом, ток из рабочей
обмотки Н/д трансформируется во вторичную обмотку W 2 как непосредст
венно, так и путем двойной трансформации из обмотки W K . При этом чем
больше число ВИТКОВ короткозамкнутых обмоток или чем меньше их сопро..
тивление, тем больше маrнитный потек и тем, следовательно, сильнее про
является действие двойной трансформации.
98
99
При прохождении по рабочей обмотке насыщающеrося трансформатора
несимметричноrо тока, ero трансформация во вторичную обмотку как непо
средственная, так и особенно двойная существенно ослабляются, блarодаря
чему ток во вторичной обмотке не достиrает значения, paBHoro току сраба
тывания реле.
Ток срабатывания дифференциальной зашиты с БИТ определяется ус..тIO
вием отстройки от броска намаrничивающеrо тока (принимается k oтc = 1,3)
и отстройки от тока небаланса.
Дифференциальная защита с торможением. В ряде случаев, коrда при
внешних К3 через дифференциальную защиту проходят большие токи He
баланса, ток срабатывания, получается очень большими. При этом диффе
ренциальная защита может не обеспечивать необходимой чувствительно
сти.
ДЛя повышения чувствительности дифференциальной защиты в 1аких
случаях используются реле КAW с тормозным действием типа Д3Т. У таких
реле на БНТ кроме обмоток, аналоrичных тем, что имеются у реле типа
РИТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток.
Включение реле с QДНОЙ тормозной обмоткой типа Д3Т 11 покззано на рис.
64. Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты,
по которой проходит ток сквозноrо К3, подмarничивает сердечник БНТ, что
приводит к увеличению тока срабатывания реле и обеспечивает отстройку
от увеличивающихся токов небаланса.
выпускаются дифференциальной защиты с торможением типов Д3Т 21 и
ДЗТ 23, в которых применен новый принцип отстройки от бросков тока Ha
маrничивания и токов небаланса. Эта защита обладает более высокой чувст
вительностью, быстродействием и потребляет меньшую мощность по cpaB
нению с ДРУТИМИ дифференциальными защитами.
На дифференциальных защитах с реле ДЗТ 21 и ДЗТ 2З может быть BЫ
полнена минимальная уставка по току срабатывания O,31 HOM трансформато-
ра. Для ОТСтрОЙКИ от бросков намаrничивающеrо тока трансформаторов и
переходных токов небаланса используется время импульсный принцип 6ло..
кирования защиты в сочетании с торможением от составляющих второй
raPMOHJ-Iческой тока, содержащихся, как показывает анализ, в токах Ha..\1:ar
ничивания.
ВреМЯ"ИМПУЛЬСIfЫЙ принцип основывается на анализе длительности пауз,
появляющихся в кривой дифференциальноrо тока (рис. 65). При апериоди
ческом броске тока намаrничивания паузы между моментами, коrда MrHO
БеНН Iе значения тока намаrничивания превышают ток срабатывания реаrи
рующеrо opraнa защиты (РО), велики (рис 65, а и б). При синусоидальном
токе (режим К3 в защищаемой зоне) паузы между мrновенными значениями
выпрямленноrо тока К3, превыmающими ток срабатывания РО, малы
(рис.65 в и r). Таким образом, оцен вая с. помощью специальной схемы про
должительностъ пауз, защита может отличить режим броска тока намаrни
чивания (блокировка защиты) от режима К3 в зоне (срабатывание защиты).
tAW
(типа ДЗТ 1)
' .
I 2 11 Б tJ, 1 peJ'e O
I т ->'1 .1,.... 8'
I I
I У2 !f >- Р t
I 12 I
L .! !. !l J
11)
LLr
i,,p A A .
. а) t
"'P ::- ::-
. >
б) t е) t
Рис.65. Временные диаrpаммы, поясняющие принцип действия
дифференциальной защиты с реле типа ДЗТ..21:
a . выпрямленный рабочий ток в реле при броске тока намаr.dичивания; б то
же при симметричном токе кз; в импульсы и паузы на выходе opraHa, фор
мирующеrо импульсы при броске тока намаrничивания; r то же при сим
меТрИЧНOI\/l токе К3
о)
t
РИс.64. Принципиальная схема подключения дифференциальной защиты
с реле Д3Т ] 1 для двух06моточноrо трансформатора
Ток срабатывания дифференциальной защиты с ДЗТ..l1 определяется
только условием отстройки от броска намarничивающеrо тока (npинимает
ся k oтc == 1,5).
Для защиты трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности
Сочетание в Д3Т..21 (Д3T 23) двух указанных способов позволяет обеспе
чить отстройку защиты от бросков тока намаrничивания при необходимых
100
101
быстродействии и чувствительности В защите предусмотрено также TOpMO
жение от фазных TOKO в двух Шlечах защиты, улучшающее отстройку от
установившихея и переходных токов небаланса При больших кратностях
тока в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической состаБ
ляющей, может наступить насыщение трансформаторов тока защиты При
этом во вторичных токах трансформаторов появляются паузы которые MO
ryт вызвать замедление или отказ защиты АЛЯ обеспечения надежности и
быстродействия защиты в этих режимах в схеме предусмотрена дополни
тельная отсечка.
3.7. Особенности защиты трансформаторов, не имеющих выключа
телей на стороне высшеrо напряжения
строен от максимальноrо тока наrpузки и соrласован по чувствительности с
защитой. Установленная на стороне низшеrо напряжения трансформатора
rазовая защита в этом случае включается на сиrнал. Данный способ может
применяться На линиях сравнительно небольшой длины при малых токах
наrpузки.
Недостатком является замедление отключения линии максимальной TO
ковой защитой при повреждении трансформатора с малым током К3.
Передача отключающеrо ИМПУ.l1ъса используется, если первый способ
не обеспечивает необходимую чувствительность при К3 в трансформаторе.
В этом случае в трансформаторе устанавливаются все защиты.
При повреждении в трансформаторе ero защиты срабатывают и передают
отключающий импульс на отключение выключателя, установленноrо на пи
тающем конце линии. Для передачи от:ключающеrо импульса можно ис
пользовать жилы контрольноrо или телефонноrо кабеля (рис.66).
в эксплуатации применяются упрощенные подстанции без выключателей
на стороне БН трансформаторов и автотрансформаторов. Подобные схемы
применяются в электроустановках напряжением до 500 КВ} позволяющие
уменьшить стоимость ПОДстанции и сложность ее эксплуатации. Вместе с
тем} из за ОТСУТСТВИЯ выключателей на стороне ВВ трансформаторов необ
ходимо предусмотреть дополнительные мер приятия, обеспечивающие OT
ключение линий в случае повреждения трансформатора.
В этих случаях используют:
а) защиты питающих линий для фиксации и отключения повреждения в
трансформаторе;
б) передачу отключающеrо импульса от защит трансформатора на OT
ключение линейных выключателей;
в) установку специальных аппаратов короткозамыкателей. которые при
срабатывании защиты трансформатора включаются и устраивают К3 на BЫ
ВОДах ВН трансформатора. При возникновении этоrо К3 сработают защиты,
установленные на концах защищаемой ЛИНИИ и подействуют на отключение
выключателей.
Наиболее простым и экономичным способом является использование
защит линий. Если защиты линии достаточно чувствительны, чтобы обес
лечить отключение повреждения в обмотках трансформатора и на ero BЫBO
дах низшеrо напряжения, на самом трансформаторе защиты со стороны
высшеl О напряжения можно не устанавливать.
Например, для защиты трансформатора можно использовать двухступен
чатую МТ3, установленную на питающей линии. Отсечка обеспечивает за
щиту при повреждении на выводах высшеrо напряжения и в части обмоток
трансформатора. К3 В трансформаторе и на стороне низшеrо напряжения
будут отключены второй ступенью МТ3. ТОК срабатывания должен быть .OT
=:
Dрз
РИс.66
На длинных линиях электропередачи напряжением до 500 кв передача
отк68лючающеrо импульса осуществляется с помощью специальноrо YCT
ройства телеотключения.
Достоинством данноrо способа является быстрота отключения, а OCHOB
НЫМ недостатком ВОЗможность отказа в ОТключении при нарушении со-
единительных проводов или ВЧ канала. Поэтому в наиболее ответственных
случаях предусматривают вторую, резервную цепочку соединительных про
ВОДов или второй ВЧ канал связи с передачей ОТЮlючающеrо ИМПульса.
Коrда первый способ по соображениям чувствительности, а передача ИМ-
пульса нецелесообразны по причине ненадежности, Сложности или дороrо
визны, ОТКЛючение повреждения осуществляется с помощью короткоза
мыкателей.
При срабатывании защиты поврежденноrо трансформатора подается им .
пульс на включение короткозамыателя,, управление которым осуществля
102
103
ется с помощью специалышrо привода. Короткозамыкатель включается и
создает на выводах В lсшеI'О напряжения трансформатора искусственную
точку К3. Вследствие этоrо защиты, установленные по концам питающей
линии, срабатывают и отключают выключатели.
В сетях напряжением 11 О кв и выше t работающих с заземленной нулевой
точкой, обычно применяются однополюсные короткозамыкатели, замы
кающие одну из фаз на землю. В сетях, работающих с незаземленной ней
тралью, применяются двухфазные или трехфазные короткозамыкатели, YCT
раивающие междуфазные К3. Короткозамыкатели выполняются для наруж
ной установки в однополюсном исполнении для напряжений 35 220 кВ.
Время включения короткозамыателяя 0,4...0,5 с.
Чтобы не отключать оба трансформатора устанавливают специальные
отделитеWd:, преДставляющие собой трехполюсные разъединители для Ha
ружной установки с автоматическим управлением. Каждый. полюс отдели
теля имеет свою собственную пружину. Отделитель нормально включен.
После отключения линии ВЫI<Лючателя-ми, установленными на ее питаю
щих концах, отделитель поврежденноrо трансформатора отключается, отсо"
едиНЯЯ ero от линии. Вслед за этим линия может быть включена вновь аппа
ратом nOBTopHoro включения (АIШ), блаrодаря этому будет восстановлено
питание друrоrо трансформатора. Время отключения отделителя состаВJLчет
0,5..1 с.
Основные требования к устройствам релейной защиты на трансформато
ре и подстанции:
1. Защита трансформатора, действующая на включение короткозамыка
теля, должна быть чувствительней, чем защита, установленная на питающих
подстанциях;
2. Суммарное время действия защиты и отключение выключателей пи
тающей подстанции должно превышать время срабатывания защиты TpaHC
форматора и механическоrо привода короткозамыкателя. Это необходимо
чтобы обеспечить включение короткозамыкателя и последующее отключе
иие отделителя в бестоковую паузу при повреждении на стороне ВН TpaHC
форматора в зоне действия быстродействующей защиты линии.
З. Время действия отделителя должно быть меньше времени аппарата
повторноrо включения на питающеЙ I10дстанции.
Достоинства данноrо способа:
.. унивеРСRJIЬНОСТЬ установка короткозамыкателя может быть использо
вана На любых линиях, любой длины;
не требует каналов связи.
Недостаток заключается в замедлении отключения повреждения транс-
форматора на время включения короткозамыкателя (0,4. ..0,5 с).
.......
....
QR
QN
rJ:
....
Рис.66а. Защита ПОДL'Танций без выключателей на стороне высшеrо
напряжения с помощью короткозамыкателя
104
105
4. Релейная защита шин станций и подстанций
КА
Системы шин распределительных устройств нахоДЯТСЯ в относительно
блаrоприятных условиях эксплуатации (по сравнению с линиями). Они pac
положены на территории станции или подстанции и защищены от rрозовых
перенапряжений. Часто распределительные устройства ВЫПОЛНЯЮТСЯ закры
тыми, однако и в таких условиях возможны повреждения:
поломки трансформаторов тока и напряжения, расположенных между
выключателями и шинами;
- перекрытие шинных изоляторов и вводов выключателей (особенно зи
мой);
- поломка изоляторов, выключателей, разъединителей от электродинами
ческих УСИЛИЙ или при неправилъных действиях персонала;
отказ в срабатывании реле тока при низких температурах.
И, хотя вероятность повреждения невелика, послеДСТВИЯ MorYT быть
очень тяжелыми. К3 на шинах часто сопровождается отключением целой
подстанции или даже электростанции. Поэтому любое повреждение на ши-
нах должно БЫТI:> устранено как можно быстрее. Для этой цели часто ис
пользуются резервные защиты питающих элементов линий, трансформа
торов, reHepaTopOB. Обычно это МТ3 или дистанционные защиты. Эти за
щиты MOryT быть И основными, и единственными, если шины подстанции
питаются от ОДНоrо источника и несекционироваI:IЫ. В ОСНовном такое pe
шеине применяется на маломощных подстанциях.
Если к шинам присоединено несколько источников или имеется две сис
темы сборных шин, или сборные ШИНЫ секционированы секционным BЫ
ключателем, отключение К3 резервными защитами получается неселектив
ным.
В таких случаях применяются специальные защиты: токовые и диффе
ренциальные,
Рис.б?
КА.! КА2
+
КТl
КА1, KTl, КL. токовая отсечка с выдержкой времени
КА2, КТ2. KL . мтз
РИс.68
4.1. Токовые защиты
В случае если от секционированных шин подстанции с включенным ceK
ционным выключателем отходят реактированные линии, защиту шин можно
ВЫПОЛНИТЬ в ВИДе токовоЙ Мrновенной О'Fсечки (рис.б?).
Ток срабатывания защиты выбирается больше тока К3 за реактором. За
щита действует на отключение секционноrо выключателя без выдержки
времени.
При наличии не реактированных линий (рис.68) применяются токовые
отсечки с выдержкой времени и МТ3. Ток срабатывания и выдержка BpeMe
ни выбирается из условия отстройки ОТ ТОКа срабатывания и выдержки Bpe
мени защит потребителей, например, защит отходящих линий.
Время срабатывания защиты выбирается больше времени срабатывания
защиты потребителей.
Для токовой отсечки: .
l сз > /сзпотр;
t сз == t сз l + I1t ,
rде tсзJ время срабатывания защиты потреби елей.
Для МТ3:
/ k 1i . k3 . / .
сз k B раб шах '
t C:J == t СЗrlOтр + I1t .
Защиты действуют на отключение секционноrо выключателя. Orключе
ине трансформатора происходит под действием ero резервной защиты.
уменьшают сопротивление соединительных ПрОБОДОВ, завышая их сече
ние.
диффереIЩИальную схему собирают непосредственно на распредеШI
тельном устройстве, а к реле протяrивают лишь два провода;
применяют реле с БИТ или торможением.
Ложное отключение шин дифференциальной защитои приводит к серьез
ной аварии. ПОД ложным имеется ввиду ОТКJПOчение, например, из за обры
ва соединительных ПрОБОДОВ. В схеме защиты (рис.70) предусмотрена 6ло
[(ировка, осуществляющая ВЫВОД ее из действия в случае неисправности то:
ковых цепей. Блокировка осуществляется с помощью TOKOBoro реле I улевои
последовательности КАо, ВКJIючеНlюrо в нейтральный провод цепеи защи
ты. В случае обрыва про вода одной из фаз плеча любоrо присоединения He
сбалансированный ток фазы, пройдя через нулевой провод, вызовет cpa6a
тывание реле КАо, которое подаст «+» на обмотку реле времени КТ. По
следнее сработав, подаст «+» на обмотку промежуточноrо .реле КLl. Это
, . контакт а Р азмы
реле самоудерживается через СВОЙ нижнии замыкающии . , .
кающим (верхним) снимает «+» с контактов токовых реле, ВЫВОДЯ защиту из
действия. Возврат блокировки в исходное положение осуществляется с по
МОЩЬЮ кнопки SB 1.
106
Токовая защита применяется на шинах напряжением 6 1 О кв и как ис
ключение 35 кВ.
2. Дифференциальная защита
Для защиты шин напряжением 11 О кв и ВЫШе (а в ответственных случаях
для шин 35 кВ) применяется полная дифференциальная защита.
Защита шин rсисраторноrо напряжения осуществляется Нсполной диф
ференциальной защитой.
ПРИJ-ЩИП действия ПОЛНОЙ дифференциальной защиты шин основан на
сравнении rеометрической суммы токов приходящих и отходящих от шин.
КА
+........""".............
КА
Рис.69. Схема дифференциальной защиты шин
В нормальном режиме эта сумма равна нулю (рис.69):
Iz==I л1 +l л2 ;
.ЕI == О.
При КЗ на отходящей линии сумма также равна нулю (точка Кl):
12 =l л2 ;
.ЕI О.
При К3 на Шинах (точка К2) ток отличен от нуля:
l л ! :::: l л2 :::: о;
"L/ =12'
Для Выполнения защиты На всех при соединениях устанавливают TpaHC
форматоры тока, обмотки которых соединяются параллельно.
Особенности ЦыполнеНIIЯ дифференциальной защиты шин
1. Для правильной работы защиты необходимо чтобы трансформаторы
тока всех присоединений имели одинаковые коэффициенты трансформации.
2. Так как трансформаторы тока находятся в неодинаковых условиях, то
имеет место большой ток небаланса.
Для :уменьшения тока ие6аJIaнса принимают слеДjlОщие меры:
применяют трансформаторы тока класса Д, имеющие Не насыщающийся
сердечник;
.
Рис.70
107
KL2
кт
KI l
I
I
КL2
.............. на отюпочение
выюпочателей
.
Кроме TOKOBoro реле КАо, для контроля за исправностью токовых цепей
предусмотрен миллиамперметр Р А, установленный в нулевом pOBoдe за
щиты. Нормально кнопка 31'oro прибора зашунтирована кнопкам SB2, KOTO
рая размыкается при .производстве замеров. Эти замеры раз в смену произ
ВОДИТ оперативный персонал, проверяя не превышает ли ток небаланса дo
пустимую норму.
109
108
I<А1 ХА2
Недостаток рассмотренной блокировки состоит в том, что она не работа
ет при обрыве соединительных прОБОДОВ всех трех фаз. Для исключения
этоrо недостатка в качестве пусковоrо реле используют реле типа РТ 40/P,
каждая обмотка KOToporo включается последовательно с обмоткой реле за
щиты шин. Эта блокировка будет работать при любом нарушении одноrо ИЗ
плеч токовых цепей.
При повреждении на щинах сработает КА] токовое реле типа РНТ. Че
рез промежуточное реле КL2 оно действует На отключение выключателей
QI, Q2 И Qз. Использование реле с БНТ позволяет лучше отстроиться от TO
ков небаланса и предотвратить -ложное срабатывание защиты при внеmних
К3.
Ток срабатывания пусковых токовых реле в схеме полной дифференци
альной защиты шин выбирается большим по двум условиям:
1) отстройки от максимальноrо тока нarpУЗКИ наиболее наrpужеmюrо
присоединения, что необходимо для предотвращения ложноrо срабатывания
дифференциальной защиты ШИН при обрыве токовых цепей:
lc.3 :=::. k n . lHa2p.max,
rде kH коэффициент надежности, равный 1, 1 1,2 ;
2) отстройки от максимальноrо тока небаланса в дифференциальной за
щите при внешнем КЗ на одном ИЗ присоединений:
I с . з = k H . kаперlнб.расч
rде 1 l1б.расч расчетный ток небаланса; kdnep коэффициент отстройки от
апериодической сотаВЛЯЮЩей тока К3 в переходных режимах (при въшол"
нении защиты на реле РИТ 560 k aпep == 1; k1/ =;1,5).
Чувствительность пусковых реле защиты должна проверяться при мини
малЬНОМ токе К3 на шинах в реальном режиме работы. Коэффициент 't YBCT"
вительности должен быть не меньше 2. В режиме опробования шин коэф"
фициент чувствительности может быть понижен до 1,5.
На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями для за..
щиты шин 6..1 О кВ применяется 'неполная диффереJlциальная защита.
Основное ее отличие от полной дифференциальной защита в то, что она,
включается на сумму токов всех источников питания (рис. 71). Пусковые
орrаны защиты .. реле тока КА 1 и КА2 " включены на токи reиератора,
трансформатора связи с системой и секционноrо выключателя. Защита шин
обычно выполняется в двухфазном исполнении, тан: как применяется для се..
тей б .. 1 О кВ, работающих с изолированноЙ нейтралью.
а)
Рис. 71. Схема неполной дифференциальной защиты тин
;
. Неполная дифференциальная защита шин с rенераторами мощностью до'
60 Мвт обычно выполняется двухступенчатой: первая ступень токовая oт ,
сечка., предназначенная для действия при К3 на шинах; вторая ступень ...
максимальная токовая защита, предназначенная резервирования защиты OT
ходящих линий при К3 за реакторамЦ"_ При К3 на соседней секции, в reHepa
торе или трансформаторе защита в действие не приходит, так как в реле ПР
ЭТоМ будет попадать только ток наrрузки, а ток К3 в реле не попадет.
При К3 за реактором линии в реле защиты проходит ток, равный CYMM
тока кз и тока наrрузки остальных неповрежденных линий данной секци :
для предотвращения срабатывания первой ступени защиты шин в этом слу
чае ее ток срабатывания выбирается по следующему условию:
lс.з = kи(Iк.mах + kншр(Iн + I н . доп ))'
rде k/i коэффициент надежности, равный 1,2 ; kHa?p" коэффициент на..
rрузки, учитывающий увеличение тока наrpузки за счет торможения и самР:-
запуска двиrателей вследствие снижения напряжения при К3 за реактором,
принимается равным 1,2 ; 11(. тах максимальный первичный ток К3 при по
вреждении за реактором защищаемой линии; 1 н суммарный ток наrpузки
питаемых ЛИНИЙ, при соединенных к защищаемой секции шин при работе;
всех секций; 1H.дoп суммарный дополнительный ток наrpузки линий при;
отключении одной из секций.
Ток срабатывания второй ступени максимальной токовой защиты от..
страивается от максималыюrо тока наrрузки: все питаемыхединенных к за
щищаемой секции. При этом рассматриваются режимы, коrда ток наrpузки
будет максимальным:
II
110
1} после отключения К3 за реактором одной из питаемых линий, при
соединенных к защищаемой секции шин в том случае, коrда ее наrрузка бы
ла увеличенной в результате отключения друrой секции шин:
lс.з kH .k HQ2p (IH + Iн..доn)/k в ,
rде ke коэффициент возврата, принимаемый равным 0,8;
2) в момент переключения от устройств АБР приемных подстанций
наrpузки отключенной секции на защищаемую
Iс.з kH(IH + kсамоз . [н.доп)'
rде kсаМQЗ коэффициент самозапуска.
Первая ступень защиты шин действует без вьщержки времени на ОТRПючение
всех источников питания, за исключением rеиераторов, отключение которых
осуществляется их токовыми защитами. Вторая ступень защиты действует с BЫ
держкой времени, отстроенной от максимальной выдержки времени защит OTXO
цящих линий, на отключение трансформаторов, секционных и шиносоединитель
3:ыx выключателей. Обычно на второй ступени защиты предусматривается также
1 вторая вьщержка времени, с которой она действует на отключение rеиераторов,
IIодключенных к поврежденной секции шин, если после отключения трансфор
aTopOB, секционных и шино соединительных выключателей К3 не устранилось.
Чувствительность первой ступени защиты, подсчитанная при металлическом
.ffiухфазном К3 на шинах подстанции должна быть не меньше 1,5. Коэффициент
чувствительности второй ступени защиты шин, определенный при металличе
сюм двухфазном К3 за реактором, Должен быть Не менее 1,2.
Для защиты ШИН с rенераторами мощностью 6З 100 Мвт применяется непол
нзя дифференциальная защита с Использованием комбинированной отсечки по
току и напряжению_ .
Первичный ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям:
1) отстройки от максимальноrо рабочеrо тока защищаемой секции шин:
lс-з;?: kfl(IH + [н.дОI1)lk в ;
2) отстройки реле от тока небаланса и подпитки от асинхронных и синхрон
инх электродвиrателей при внешнем кз:
lс.з ::::: k .l б + kZ .l .д + k " -l;.д,
rде 1:16 ток небаланса при переходном режиме внешнеrо К3 в максимальном
рtжиме работы станции; I .д начальный суммарный ток подпитки от асинхрон
ных элеI<тродвиrателей) подключенных к данной секции при работе всех секций
rpи внешнем кз; I .д сверхпереходный ток подпитки от синхронных двиrателей
J тех же условиях; k коэффициент надежности, учитывающий поrpешности pe
.те и необходимый запас; принимается равным 1,5 ; k коэффициент, учитываю
щий отстройку от тока подпитки асинхронных двиrателей; принимается равным
0,6; k;;' коэффициент надежности, учитывающий подпитку от быстрозатухающе
ro тока подпитки синхронных электродвиrателей; принимается равным 1,2.
111
Расчетным является условие, по которому ток срабатывания защиты имеет
lIаибольшее значение. ,
J Iапряжение срабатывания защиты определяется по условию отстройки ОТ ми
Iшмзлыюrо напряжения на защите, появляющеrося при К3 за реактором на пи
I Щ МЫХ линиях, при токе в защите равном току срабатывания токовых реле:
U с . з =:.JЗ .lс.з . Х р I k1-1'
I 'Де I с . з ток срабатывания реле тока комбинированной отсечки; Х р сопротив
JI ние реактора расчетной питаемой линии, подключенной к защищаемой секции;
k" =1,3.
Минимальный коэффициент чувствительности при замыкании замыкании меж
J Y двумя фазами на шинах в минимальном режиме должен быть не менее 1,5.
I
112
5. 3ап.ита синхронных reHepaTOpOB
Синхронные rенераторы ЯВЛЯЮТСЯ наиболее ответственным оборудова
нием в энерrосистеме. Поэтому к релейной защите rенераТОрОБ предъявля
ются повышенные требования. I'енераторы, как и трансформаторы, снаб
жаются защитами ОТ ненормальных режимов работы и ОТ внутренних по-
вреждений.
5.1. Виды повреждений и ненормалы ыx режимов работы
Наиболее опасными являются повреждения в обмотках reHepaTopa (oco
6енно статора):
1. Междуфазные К3. Сопровождаются rорением дуrи и выrоранием aK
тивной стали статора. .
2. Однофазные замыкания на землю. MOryT приводить к возникновению
дуrи между проводниками обмотки и корпусом. .
3. Замыкания между витками одной фазы. Сопровождаются знаqитель
ным увеличением токов в замкнутых витках, их HarpeBY и порче изоляции.
Кроме Toro, витковые замыкания часто переходят в двухфазные.
Последствия перечисленных повреждений столь серьезны, что любое из
них требует немедленноrо ОТЮlючения.
В обмотке ротора возможны следующие повреждения:.
1. Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора. Этот вид повреж
денил никакоrо ВЛИЯНИЯ На работу reHepaтopa не оказывает.
2. Замыкание в двух точка,х обмотки ротора. Сопровождается протекани
ем больших токов, которые сильно искажают маrнитное ПОЛе ротора. Часто
приводит к Возникновению дуrи. Поэтому reHepaTOp необходимо неМедлен
но отключить.
Серьезную опасность для reHepaTopa представляют ненормальные pe
ЖИМЫ работы, сопровождаются протеканием сверхтоков и возникновением
перенапряжений: . .
1. Переrpузки систематичеекие и аварийные, связанные с отключением
части работающих reHepaTopOB, нарушением синхронизма, потерей воз6уж
дения. Во всех этих случаях возможен переrpев различных частей reHepaTo
ра. Поэтому длительность работы arperaToB в таких режимах cтporo реrла
ментируется. Если I'CHepaTop работает болыце установленноrо срока, то ero
разrpужают или при необходимости отключают.
2. Несимметрия токов в фазах. ПрИВОДИТ к neperpeBY ротора и к механи
ческой вибрации aIperaTa.
3. Повышение напряжения. Часто возникает на reHepaTopax при внезап
ном сбросе наrpузки. Может привести к пробою изоляции. На турбоrенера
113
торах устанавливают быстродействующие реryляторы скорости и поэтому
значительноrо увеличения напряжения не возникает.
5.2 . Виды защит, прпмеияеМLlХ для rеисраторов
1. Продольная дифференциальная защита д.ня ащиты от междуФаз
иых повреждений внутри reHepaTopa.
2. Поперечная дифференциальная защита для защиты от межвитко
вых К3 при наличии выведенных параллельных ветвей обмоток и .ИХ соеди
не нии в звезду.
3..Защита нулевой последовательности для защиты от однофазных
замыка1!ИЙ на землю.
4. Токовая отсечка и максимальная токовая защита':"" для защиты от
внешних К3 (и от внутренних у rенераТОрОБ малой мощности).
5. Токовая защита с четырехплеЧIIЪJМ мостом для защиты от замы
каний в двух точках обмотки возбуждения.
6. Защита от максималъноrо напряжения применяется на
rnдРОI'eиераторах.
7. Заlцита ОТ переrрузки. применяется на reHepaTopax всех МОЩно
стей.
8. Токовая защита обратной ПО JJеДовательности.
5.2.1. Продольная дифференциальная защита
Для защиты reHepaTopa от междуфазных повреждениЙ применяется про
дольная дифференциальная защита. Принцип ее действия основан на cpaB
неним токов с обеих сторон защищаемоrо объекта. Для этоrо защита под
ключается к трансформаторам тока, установленным со стороны rлавныx и
нулевых выводов reHepaTopa. Вторичные обмотки трансформаторов тока
одноименных фаз и реле соединяют между собой таким образом, чтобы при
К3 вне защищаемой зоны, оrpаниченной измерительными 'Iрансформатора
ми ток в реле отсутётвовал ИЛИ был близок к нулю, а при повреждении
ВНYIPИ reHepaTopa был больше уставки срабатывания реле.
В нормальном режиме работы и при внешнем К3 ток, протекающий по
обмоткам реле 1 р , равен току небаланса J нб
lр =:./} 12 =I llб o,
rде /1 и 1 2 токи в плечах защиты.
fIри К3 в зоне действия защиты
1 р =: /1 + 12'
Продольная дифференциальная защита действует на отключение всех
Выключателей rеиератора, rашение поля и останов турбины.
114
G
+0
КА Тl
115
1 =k ./ 6
С3 Н 11 расч'
rде k}/ коэффициент надежности, k n ==-1,3;
1 нб расч =: k aп . k одн . Е . 1 ХЗmах ;
rде k aп учитывает наличие апериодической составляющей в токе К3,
дЛЯ реле типа РИТ и Д3Т k aп == 1; k одн коэффициент однотипности тpaнc
форматоров тока, при однотипных трансформаторах тока принимается
k одн "'" 0,5; Е величина допустимой поrрешности трансформаторов тока;
1 К3тах ТоК трехфазноrо К3 на выводах reHepaTopa.
Если ток максимальный ток аСИНХронноrо хода 1 больше тока
. УРтах
трехфазноrо К3 на выводах reHepaTopa, ТО при расчете тока небаланс;а необ
ходимо подставлять ero величину.
Чувствительность защиты проверяется при двухфазном К3 на выводах
I'енератора:
Поскольку rенераторы работают в сетях с незаземленной или реЗQнансно
заземленной нейтралью, то при мощности reHepaTopa Р ЗО МВт дифферен
циальная защита выполняется по двухфазной схеме. Недостатком этой cxe
мы является то, что она не реarирует на двойные замыкания (коrда одно
произошло в сети, а дpyroe в rеиераторе, на фазе rде нет трансформатора
тока). Поэтому необходима дополнительная установка защиты от двойных
замыканий на землю.
ТА2
КАТ!
. I2
......
Ip
НаотЮ1.
k == 11<Зшiл > 2
ч .
I сз
5.2.2. Поперечная дифференциальная защита
Рис.72. Схема продольной дифференциальной защиты reHepaTopa
Устанавливается на rеиераторах, имеющих несколько параллельных BeT
вей, выведенных наружу и соединенных в звезду. Используется для защиты
от межвитковых К3 одной фазы обмотки статора. Действует без выдержки
времени на отключение всех выключателей reHepaTopa, rашение поля и oc
танов турбины.
Возможно трехсистемное и односистемное исполнение защиты. В OДHO
системной схеме (рис.73) производится сравнение суммы токов 1рех фаз oд
Ной rpynпы ветвей с суммой токов трех фаз дрyrой параллельной rpуппы
ветвей. Реле тока KAZ (применяется реле серии РТ 40/Ф е фильтром Bы
ших rармоник ZF) подключается к трансформатору тока ТА, установленно
му в нулевом I:IрОБоде, соеДиняющем нейтрали. В трехсистемной схеме про
изводится сравнение токов параллельных ветвей кажДОЙ фазы.
В настоящее время используются только односистемные схемы, так как
они отличаются простотой, экономичностью, надежностью и большей чув
ствительностью.
В нормальном режиме в параллельных ветвях каждой .фазы наводятся
Qдинаковые ЭДС. Сопротивления параллельных ветвей равны. Поэтому
равны и токи параллельныx ветвей 1{ и 12 . Сумма токов параллельных вет-
вей трех фаз (ток в реле 1 р) равна току неБВJIанса 1 н6 :
1 р =:. 1 п :, + 121: == 1116,
На мощных reHepaTopax защиту выполняют в трехфазном варианте. что
бы обеспечить срабатывание и при двойных замыканиях на земJПO, коrда
одно из мест пробоя находится вне защищаемой зоны.
Токи небаланса в дифференциальной защите reHepaTopoB MOryT Дости
raTh значительной величины. Причины их появления не идентичность кри
БЫК намаrничивания, неодинаковая вторичная наrpузка и поrpешность
трансформаторов тока.
Для исключения ложноrо срабатывания защиты в режиме внешнеrо К3
ОТ токов небаланса применяются два способа:
1. Уменьшают величину и длительность броска ТОКа небаланса HeYCTaHO
ви:вшеrося режима с помощью сопротивления, включенноrо последователь
но с обмоткой токовых реле. Способ используется на [енераторах малой
мощности.
2. Для защиты мощных [енераторов (более 25 МВт) применяются реле
типа PHT 565 и ДЗТ 11/5, не реаrирующие на броски тока небаланса.
Ток срабатывания для дифференциальной защиты reHepaTopa выбираетс
из условия отстройки от токов небаланса при внешнем кз:
116
117
rде 1 1 "L и 1 2 Е суммы тОКОВ В первых и вторых параллельных ветвей.
ТОК небаланса определяется наличием токов высших rармоник. кратных
ЧJем. и токов нулевой последовательности. вызванных несимметрией ЭДС
фаз. Для отстройки от токов lIебаJIанса высших rармоник реле включают че-
рез фильтр ZF, что дает возможность уменьшить ток срабатывания защиты
примерно в 10 раз.
Недостатками поперечной дифференциальной защиты являются: воз
мох<вость ложноrо срабатывания и наличие мертвой зоны, при малом коли
честве замкнувшихся витков, коrда ток протекающий в перемычке между
нейтралями невелик.
Поперечная дифференциальная защита в некоторых случаях может cpa
60татъ и при мноrофазном К3, резервируя продольную дифференциальную
защиту.
,
5.2.3. Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора
Q
G
KAZ
+0
I кв
r--' На. OTКJl.
Применяется только для reHepaTopoB, работающих на сборные шины.
В сети снезаземленной нейтралью reHepaTop может длительное время
работать с замыканием на землю, если ток не превышает 5 А. В этом случае
персоналу необходимо в течении двух часов устранить повреждение, пока
ОНо не перешло в двухфазное К3. Поэтому защиту выполняют С действием
па сиrнал при 1 с::; 5 А и с действием на отключение при 1 с >5 А.
ДЛЯ выполнения защиты используют трансформаторы нулевой последо
вательности кабельноrо (TНI1) или ШИННOI'о типа (ТНПШ). Трансформато
ры нулевой последовательности устанавливаются непосредственно у BЫBO
дОВ reHepaTopa, чтобы исключить работу защиты при повреждении на TOKO
проводе (рис.74).
Принцип действия трансформаторов нулевой последовательности для
защиты l eHepaTopoB аналоrичен трансформаторам нулевой послеДОБатель
IЮСТИ дЛЯ линий, работающих Б сетях с изолированной нейтралью. Однако в
данном случае значительно сложнее обеспечить симметрию отдельных фаз
токопровода по отношению к мarнитопроводу их охватывающему (в ОТЛИ
чие ОТ кабелей). Это ПРИБОДИТ К возрастанию тока небаланса.
В связи с этliм трансформатор тока нулевой последовательности, исполь
зуемый Б защите rеиераторов, имеет ряд :конструктивных особенностей :
1. На маrН: _iТопроводе, кроме рабочей обмотки, есть обмотка подмаrни
чивания, позволяющая добиться оптимальноrо режима трансформатора HY
левой последовательности с отдачей максимальной МОЩНОСТИ. Цепь под
маrничивания получает питание отоснойНЫХ оБМQТОК трансформатора Ha
пряжения.
2. Вторичные обмотки, от которых питаются реле, разделены на секции и
расположены в различных частях :м:аrнитопровода. Это дает возможность
уменьшить ток небаJIaнса, возникающий за счет несимметри.чнOl'О располо
жения фаз в окне маrнитопровода.
3. Чтобы обмотка подмаrничивания не оказывала влияния на вторичный
ток, маrнитопровод выполняют из двух одинаковых сердечников, располо
женных один под друrим (рисунок 4). Обмотку подмаI'ничивания разбивают
на две секции и располаrают на обоих маrнитопроводах. Соединяют их Me
РИС.7З. Схема исполнения односистемной поперечной
дифференциальной защиты
в елучае замыкания между БИТКами ОДНОЙ фазы сопротивления парал
лельных ветвей становятся различными и равенство токов нарушается. В
перемычке между нейтралями параллельных обмоток статора протекает ток,
вызывающий срабатывание защиты.
По своему принципу работы защита не требует выдержки времени. Ток
срабатывания выбирается из условия отстройки от тока небаланса:
Ic3 = k H . Iнбmах'
На практике ток срабатывания выбирается.:
1 сз := (0,2 -:- 0,3)1 HOM.Z'
rде I,tOM.z номинальный ток ['енератора.
При наладке ток срабатывания уточняется по результатам измерений, и
величина ero может быть существенно снижена.
Поперечной дифференциальной защиты отличается простотой. эконо
МИЧRОСТЬЮ, быстротой действия и высокой чувствительностью.
118
119
жду собой последовательно встречно так, что ЭДС ВО вторичной обмотке
трансформатора нулевой последовательности, созданные за счет потоков от
токов намаrничивания взаимно уравновешиваются и суммарный ток равен
нулю.
TAZr
..
Рабочие обмотки также соединены последовательно.
В цепи рабочей обмотки ТНПШ включены токовые реле КА! (рис.74)
для защиты rеисратора от однофазных замыканий на землю и реле КА2 дЛЯ
защиты от двойных замыканий на земJПO. для предотвращения излишних
срабатываний защиты от токов небаланса ее действие. блокируется защита
ми от внешних симметричных (КАЗ) инесимметричных К3 (КА4).
Защита от однофазных замыканий на землю имеет выдержку времени 1.5
2 с, предусмотренную для отстройки от переходных процессов при внеш
них замыканиях на землю, сопровождающихся бросками eMKocTHoro тока.
ТОК срабатывания защиты от однофазных замыка.чий на землю выбирает
ся по условию отстройки от токов небаланса.
Первичный ток срабатывания защиты
I сз . п = (k .Ic + k;: .luб.n) I ke '
rде 1 с емкостной ток замыкания на землю reHepaTopa; k e коэффици
ент возврата реле КА]; k коэффициент надежности для отстройки от пе
реме ающеrо внешнеrо замыкания на землю (принимается равным 2); k
коэффициент надежности, принимается равным 1,5; lliб.п первичный ток
небаланса.
Первичный ток небалаIiса определяется по выражению
J H6 . п =I нб . в . we(l + Zp I Z:M) ,
rде ).1,1 в ЧИСЛО витков ВТОРИЧНОЙ обмотки ТНПIlI; Z р сопротивление
реле КА1; Zэ.в Эквивалентное сопротивление намаrничивания, приведенное
ко вторичным цепям; J н6.8 ВТОРИЧНЫЙ ток небаJJaнса.
Вторичный ток небаланса состоит из ДВУХ составляющих: одна из них
обусловлена несимметричным расположением первичных обмоток ТfП1llI
относительно вторичных и создается током внешнеrо К3, а вторая не
идентичностью двух сердечников ТНПШ и возникает из за наличия
подмаrничивания:
а
SF
t
ь
с
R КАlКА2
G
+о КА! КАЗ КА4 КТ o
Рис. 74. Схема защиты от замыканий на землю в обмотке статора
rеиератора, реаrирующая на емкостной ток
АВ С
U IlM
КА
Е llб
+
,
Zз.в + Zp Zp
rде Е нб э.д.с. небаланса Во вторичной обмотке ТНПШ в номинальном
режиме; k кратность тока срабатывания реле блокировки относительно
номинальноrо тока тенератора; k 1 коэффициент, учитывающий размеще
иие ТНПlll в закрытом шиноблоке.
Ток срабатывания I сз . n должен бьпь меньше 5А.
k k Е IHQМ.
]. . нб
J НОМ.т
1 нб-в ::::
Рис. 7 5. Конструкция трансформатора тока нулевой последовательности
120
Ток срабатывания защиты от двойных замыканий на землю принимается
200 ЗОО А. При этом она надежно отстроена от TOKO небаланса и имеет BЫ
сокую чувствительность.
для reHepaTopOB, имеющих больший емкостной ток, чем reHepaTophI
ТВФ 6З, ток срабатывания защиты получается больше 5 А. В связи с этим
применяется схема с компенсацией в защите установившеrося eMKocTHoro
Тока.
Для указанной компенсации на обмотку ТНfШl,. предназначенную для
ВКJlючения блокирующеrо реле, п одается напряжение 3 и о от трансформа
тора напряжения через конденсаторы. В остальной части схема не отлича
етея от рассмотренной ранее.
121
кт
Максимальная токовая защита выполнена на токовых реле КА3 и КА4 и
реле времени КТ (рис.76). Трансформаторы тока включены в неполную
звезду.
Выдержка времени максимальной токовой защиты reHepaTopa выбирает..
ся на At больше максимальной токовой защиты шин или потребителей. To
ковая отсечка выполнена на реле КАl и КА2 и действует без выдержки Bpe
мени.
Простая максимальная токовая защита не может отличить сверхтоки
внешнеrо К3, которые требуется отключать по возможности быстрее, от TO
ков переrрузки (rде защите достаточно действовать на сиrнал). Поэтому для
защиты reHepaTopOB мощностью свыше 1 МВт от внешних К3 следует при
менять максимальную токовую защиту с комбинированным пуском по Ha
пряжению, выполненную с оДНИМ минимаJIЬНЫМ реле напряжения, ВКЛЮ
ченным на междуфазное напряжение, и одним устройством фильтр реле Ha
пряже ия обратной последовательности, разрывающим цепь минимал:ьноrо
реле напряжения.
При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты
при любом виде кз как в сети reHepaTopHoro напряжения, так и на стороне
высшеrо напряжения силовых трансформаторов. Токовые реле максимальной
токовой защиты обычно подключаются к трансформаторам тока, YCTaHOB
ленным со стороны выводов обмотки статора. При этом токовая защита обес
печивает резервирование основной продольной дифференциальной защиты re
нератора при мноrофазных К3 в обмотках статора. Так как токовые реле бу
дут срабатывать не только при К3, но и при переI1JУЗКах, коrда нет необходи
МОСТИ ОТКТIЮчать reиератор, в схему защиты вводится блокировка по напряже
ПИЮ. э1у блокировку можно вьmолнить с помощью трех реле минимальноrо Ha
пряжеI-ШЯ. Однако для повьnпения чувствительности защиты к К3 за TpaHC
форматорами и реакторами на reHepaTOpa.x используется обычно блокировка
с двумя реле напряжения: реле напряжения обраТI!ОЙ последовательности и
МШIимальным: реле напряжения, включенным На междуфазное напряжение
(рис.77). .
Реле напряжения в этой схеме ВЮllOчены так, чтобы обеспечить высокую
чувствительность 1\0 всем видам К3. При переrpузках, не СОпрОВОЖДaIOm;иxся
значительным снижением налрЯ"жен:ия, l\1ИНИМaJIЬное реле напряжения КVl будет
держать контакт KVl.1 разомкнутым, предотвращая ложное срабатывание за
ЩИТЫ. При несимметричных К3 сработает реле напряжения обратной последо
вательности KJ/2 и разомкнет контакт KV2.1, снимая напряжение с обмотки
реле KVl. Реле минимальноrо напряжения KVl замыкает свой контакт и с ПО--
мощью промежyroчноrо реле KL подrотавливает цепь обмотки реле времени
KTl. При трехфазно К3 минимальное реле напряжения КVl замкнет свой
контакт, разрешая действовать защите.
5.2.4 Максимальная токовая защита от внешних замыканий
Все rенераторы, работающие на сборные шины снабжаются или просты
ми максимальными токовыми защитами, или максимальными токовыми за
щитами с пуском по напряжению, илп максимальными токовыми защитами
с фильтром токов нулевой последовательности.
Действие этих .защит предусматривается в следующих случаях:
1. При К3 на сборных шинах, не имеющих специальной защиты или при
отказе в действии этой защиты.
2. При К3 на элементах, присоединенныx к сборным шинам при отказе в
действии защит.
3. При отказе в действии основных защит reHepaTopa.
Основное назначение максимальной токовой защиты защита rеиератора
от сверхтоков при внешних К3.
На reHepaTopax малой мощности (до 1 МВт), не подверженных переrpуз
кам в качестве основной защиты от внутренних и внешних К3, применяется
простая максимальная токовая защита вместе с токовой отсечкой (рис.76).
+
+t5 КQI
Рис.76. Схема максимальной ТОковой защиты и токовой отсечки
rеиераторов малой мощности
+
123
становлению цепей напряжения, в схеме npеДУСМО1рена СИI118ЛИЗация, сраба1ы
БаЮщая при их повреждении. Ilmoc на сиrнал подается через вспомоraтeЛЬНЫЙ
контакт SQ ВЫЮIючателя reHepaTOpa, что необходимо для предотвращения дей
ствия сиrnализации, коrда reHepaTOp отключен.
ТОК срабатывания токовых реле отстраивается от НОМИНaJIЬноrо тока reHepa
тора l поА1 ,с:
а
Ь
с
122
КL
КУ2.1 KVI.l
КУI
KTl
/сз == п ,I uOJw . 2 ,
е
rДе k1/ ==1,1 7 1,2; . Номинальный ток reHepaTopa, k e коэффициеlП
возврата.
Реле иапряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую
чувствительность ко всем видам К3. При переrpузках, не сопровождающихся
значительным снижением напряжения, минима.'1Ьное реле напряжения КУl будет
держать KOHTaкrы К Vl.l разомкнутыми, предотвращая ложное срабатывание
защиты. При несим:м:етричных К3 срабotает реле напряжения обратной После
довательности К V2 и разомкнет контакт К V2.1 t снимая напряжение с обмот
ки реле KV1. Реле МИНIL.\1альноrо напряжения KVl замыкает свой контакт и с
помощью промежуточнOI"О реле КL подroтавливает цепь обмотки реле времени
К Tl. При трехфазном К3 минимальное реле напряжения К. VI замкнет свой
контакт, разрешая Действовать защите._
Напряжение срабатывания мини:малЬНОro реле напряжения отстраивается от
минимальноrо значения эксплуатационноro напряжения:
U UHO
СЗ ( k .k ) '
пом 6
дпя предотвращения неправильноro действия защиты при самозanyске элек
тродвиraтелей собственных нужд, коrда напряжение на шинах reHepaTopa зна
чительно снижается, допускается в случае необхоДШvЮСТИ уменьшать напря
жение срабатывания реле напряжения до 0,5 и ,lОм . Снижение уcraвки МИНИМаль
HOro реле напряжения целесообразно также на reиера:roрах, которые MOryr рабо
тать в асинхронном режиме.
Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательнОС'Ш
принимается минимально возможным, отстроенным <?Т напряжения небаланса
на выходе фили:ра. Обычно принимается вторичное напряжение срабатывания
порядка 6 В обратной последовательности, фазное на входе фильтра.
Вьщержка времени защиты устанавливается на oднy двe cryпени больше BЫ
держки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин reHepa
TopHoro напряжения. В ряде случаев защита ВЫПолняется с двумя выдержка
ми времени: с первой через проскал:ьзывающий контакт реле времени КIl.1
подается сиrнал на отключение секционных и шиносоединительных выюnoча
телей трансформатора, связьшающих данную секцию и.rr..и систему шин с coceд
IШМИ, а со второй выдержкой времени КТ1.2 на отключеIШе reHepaTOpa.
OTTV
б)
- 1
КА1
КА2
- п
KL.2
/"
Сиrнал
.
КТ2
.....
м
· Сиrнал
а) в)
Рис.77. Схема максимальной ТОКОВой защиты с комбинированным
пуском по напряжению
Блaroдаря TOl'\ity, ЧТО В цепь обмотки минимальноro реле напряжения ВКЛЮ
чен размыкающий контакт KV2.1, чувствительность блокировки к трехфазным
К3 повышается Поскольку Б первый Момент трехфазнOI'О К3 хотя бы кpaткoвpe
МеННО существует несимме1рИЯ, реле KV2 разомкнет, а реле KVl замкнет KOH
такт независимо от удаленности места 1):3. После тoro как несимметрия исчезнет
й К3 станет симметричным, реле KV2 .замКНет контакт KV2.1 и на обмотл'У
реле KVl будет подано напряжение. Если напряжение во:шра. та минимальноrо
реле напряжения будет больше, чем остаточное напряжение на ero обмотке,
Контакт реле останется замкнутым и защита может подействовать на отключе
ИИе. Поскольку при этом реле KVl в рассматриваемой Схеме работает на ВОЗ
врат, а напряжение возврата МИнимаi'IЬноrо репе напряжения превыаетT нa
пряжение срабатьтания, то обеспеЧJmается более высокая чувствитель
ocть К трехфазным К3.
Реле напряжения KVl может замкнуть свой контакт в нормальном режиме
пр неисправности цепей напряжения, вследствие чеrо будет снята блокировка
токовых реле. для TOro чroбы персонал Mor своевременно принять меры к BOC
124
На reHcpaTopax с непосредствеиным охлаждением ПрОВОДНИКОВ обмоток
вместо указанной з ты может ЫTЬ установлена однорелейная дистанци
онная защита.
125
5.2.5 Токовая защита обратной последовательности
AКIl
КАЗ КА4 КА5
AКI2
КА1 КА2
"
Для заЩиты rеиераторов мощностью более 30 МВт от токов обуслов
ленных внешними несимметричными КЗ, а также от переrpузки током 06
ратной последовательности применяется токовая защита обратной последо
вательности со ступенчатой или зависимой (интеrpалыюй) характеристикой
выдержки времени.
На 'I)'pбоreнераторах мощностью 60:.. lОО:МВт с непосредственным охлаждением
обмоток применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последова
тельности, схема которой показана на рис.78. Защита выполняется с двумя
фильтрами реле тока обратной последовательности типа РТФ.7/1 (РТФ 7/2).
Одно из устройств РТФ 7 применяется в заводском исполнении. Чувстви
тельное реле этоrо устройства КА2 используется для сиrнализации, а rpубое
КА] для второй ступени защиты. С помощью чувствительноrо элемента BTO
poro УС"Ipойства РТФ 7 выполняется третья ступень защиты КА5, а rpубый
элемент КА4 используется для вывода из действия токовой защиты нулевой
последовательности, чтобы предотвратить ее излишнее срабатывание при
внешнем К3. для вьmолнения первой ступени защиты используется допол
нительное токовое реле КАЗ типа PT 40/O,6, подключение KOToporo к фильт
ру BToporo устройства РТФ 7 осуществляется через специальные выводы.
Каждая ступень токовой защиты обратной последовательности действует
на свое реле времени, а для последней третьей ступени, чтобы обеспечить
необходимую выдержку времени, предусмотрена установка двух последова
тельно действующих реле времени КТ4 и КТ5. Первая, наиболее rpубая cтy
пень защиты с одНой и той же выдержкой времени действует на откточение
Ат, выюrючателя reHepaTopa и на промежуточное реле, отключающее ши
носоединительные и секционные выключатели. Вторая же и. третья ступени
действуют с двумя разными выдерЖl<ами времени: с первой через проскаль
зывающие контакты КТ1.l и КТ5.1 на отключение шиносоединительных и
секционных выюnoчателей, а со второй (коmэктЪI КТ1.2, К. Т5.2) на отклю
чение ArП и выюnoчателя reHepaтOpa.
ТОК срабатывания первой ступени выбирается по условию обеспечения
необходимой чувствительности (К ц == 1,2) при двухфазном К3 на выводах за
щищаемоrо reHepaTopa, коrДR, выключатель ero отключен. Выдержка Bpe
мени первой ступени защиты определяласъ в соответствии с характеристи.
кой, определяющей ДОПУСТИlV1)'ю длительность прохождения тока обратной
последовательности при двухфазном К3 на выводах reHepaTopa.
':'
+ КA!.l ..о
КТ!
КТ3
КТ4
:
КТ5
КТ2
1
) Сиrнал
) К ЗaIЦI-rrе 0L
замыкания на
земmo
Рис.78. Токовая заЩI1та обратной последовательности с реле типа РТФ 7
у ставки срабатывания второй ступени защиты по току выбирались Т'аКИМ
образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при He
симмеlРИЧНОМ К3 за резервируемым элементом, например за повышающим
1рансформатором, сохранялась селективность с защитами соседних элементов
и удов етворялись требования защиты rеиератора от тока обратной последо
вательности.
126
127
Ток срабатывания третьей ступени принимается равным 0,251 н 0..41 ' вьщерж
ка времени срабатывания 40 сек.
На reHepaTopaTopax мощностью 160 МВт и выше токовая защита
обратной последовательности с интеrpалъной зависимой характеристикой
выдержек времени выполняется на реле РТФ 6М (AКI 1, рие. 79), содержа
щем пять отдельных opraHOB: пусковой, сиrналъный, интеrpальный и две
отсечки.
+0
AКIl
КL] КL2 КL5 КLЗ КIA
Сиrнальный opraH действует на СИl"нал при появлении несимметрии TO
ков reHepaTopa, которая должная быть устранена дежурным персоналом.
Пусковой opraH обеспечивает пуск интеrpальноrо opraнa.
Интеrpальный opraH предназначен для защиты rеиератора от переrpузки
токами обратной последовательности и действует с выдержкой времени, за
висящей от величины тока обратной последовательности. В типовых схемах
защиты блоков интеrpальный opraH действует обычно с двумя выдержками
времени, для этоrо на ero выходе устанавливается выносное реле времени. С
меньшей выдержкой времени (проскальзывающий контакт реле времени:)
ИIlтеrpальный opraн действует на откmoчение выключателей высшеrо Ha
пряжения блока, а с большей (упорный контакт) на останов блока.
Отсечка 1 ( чувствительная отсечка) является резервной защитой от
внешних несимметричных К3 и действует с ДВУl\IЯ выдержками, устанавли-
ваемыми на отдельном реле времени. С меньшей выдержкой; времени защи
та обычно действует на деление шин ВЫсшеrо напряжения, а с большей на
отключение выключателей высшеrо напряжения блока.
Отсечка II ( rpубая отсечка) предназначена для ближнеrо резервирования
ОСНОВНЫх защит при двухфазных КЗ на выводах rеиератора и в ero cтaTOp
ной обмотке. Используется на блоках с rенераторными выключателями и
действует е вьщержкой времени на отключение этоrо ВЫ:КДIючателя и оста..
нов турбины. Выдержка времени обеспечивается с помощью отдельноrо
реле времени. При наличии на блоке резервной дифференциальной защиты
или при отсутствии rеиераторноrо выключателя отсечка II обычно не ис
пользуется.
Защита ПОДЮlючается к трансформаторам тока, установленным со CTOpO
ны нулевых или линейных выводов reHepaTopa, чем обеспечивается дейст
вие защиты при внутренних несимметричиых К3.
к друrим
защитам
ZЛ2
КТ!.! КТ!
o +0 КТ3.1 КНЗ
КL7
5.2.7 МаКСИlиальнаи токовая защита I'еяератора ОТ симметричных
переrрузок
КТ3
На полное
от:ключение
и останов блока
Защита от переrpузки, дейетвующая на ситн8Л, выполняется с помощью
одноrо TOKoBoro реле КА ( рис.80), так как пере1РУЗК8 имеет место OДHOBpe
менно ВО всех фазах. для TOro чтобы защита не срабатывала при KpaTKOBpeMeH
ных переrpузках, в схему введено реле времени кт
Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени максимат:,..
ной токовой защиты rеиератора. на rидроэлектростанциях без постоянноrо дe
журноrо персонапа защита от переrpузки ВЫПОлняется с двумя выдержками
времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока CTa
тора и с большей на отюnoчение тенератора.
. <
КТ2.2 КН4
+ 2 КТ4 . КL7
I i- На откл.
......... ' ........... reHepaTopa
+с I 1J:.. КТ!.2
.Сиrн8Л
КТ4
КТ2
Рис.79.Схема токовой защиты обратной последовательности с реле РТФ 6М
128
129
+
:
рядка 0,5 с. При срабатыаниии защита действует на отключение I'енератора
иАШ.
На турбоrенераторах защита от повышения напряжения вводится только
на холостом ходу и дополняется реле тока. КОНТРОЛИРУЮЩИМ наличие ТОКа.
..........
5.2.9 Защита ОТ замыканий иа землю обмотки возбуЖдения
КА
) на ОТКJUочение
выкточателя
Одним из наиболее частых повреждений цепи возбуждения являются за
мыкания на землю в одноЙ и двух 'точках цепи возбуждения. Непосредст
венной опасности для reHepaTopa замыкание в одной точке обмотки возбуж
дения не представляет. Однако появление земли во второй точке сопровож
дается значительными изменениями токов и искажениями маrнитноrо поля
ротора. Искажение мarнитноrо поля ротора приводит К несимметрии фаз
ных токов В статоре и, как следствие этоrо, значитель юму HarpeBY обмоток
На турбоrенераторах мощностью 63 МЕт замыкание на землю в одноЙ
точке выявляется при периодических измерениях сопротивления изоляции
цепи возбуждения. После этоrо к reHepaTOpy подключается переносное YCT
ройетво типа КЗР 2, которое является защитой от замыкания на землю в
двух точках цепи возбуждения.
На rидроreнераторах., турбоreнераторах с водяным охлаждением обмотки ро.
тора, а также на всех турбоrенераторах мощностью 300 JvffiT И выше должна
преДУСМа'Iриваться защита от замыканий на землю в одной точке цепи воз6уж
дения. На rидроrенераторах эта защита должна действовать на откточение, а на
турбоrенераторах на сиrнаJI.
На турбоreнераторах с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения
применяется серийно выпускаемая промышленностью защита типа КЗР 3, BЫ
полняемая с наложением на цепь возбуждения переменноro тока частотой 25
rц и измерением активноrо тока, опредеЛяемоrо величиной сопротивления
изоляции цепей возбуждения.
Основные элементы и uепи защиты показаны на принципиальной схеме
(рис.82). Источником тока. частотой 25 rц является маrнитный делитель
частоты (МДЧ), питающийся от сети собственных нужд. ТОК частотой 25 rц
подается через вспомоrательное устройство (ВУ) на обмотку возбуждения
reHepaTopa (LG) и на землю (I"Ia вал rенератора): ВУ содержит частотные
фильтры, запирающие для выхода в защиту слаrающие напряжения часто
той 50, 150, 300 rц, конденсаторы, отделяющие цепи возбуждения от защи
ты, разрядник, защищающий измерительные цепи защиты при появлении
перенапряжения на выходе ВУ.
Чтобы защита реаrировала на изменение сопротивления изоляции, на ее
измерительный opraH должна подаваться только активная составляющая Ha
ложеннOI'О тока. Для ее выделения используется Фаэочувствительная схема,
состоящая из диодов VD2 VD5 и баластных резисторов R6 R9, на KO
Рис.80. Максимальная токовая защита reHepaTopa от переrрузок
в защите используется реле тока с высоким коэффициентом возврата ти
па РТВК, выполненное на полупрОВОДниках.
Ток срабатывания защиты определяется по выражению
1 сз == Коте . [1-/0-М.с. I Кв '
rде Коте. коэффициент отстройки, принимается равным 1,05; Кв KO
эффициент возвр та реле, равен 0,99; I НОМ.с номинальный ток reиератора.
5.2.8 Защита от повышения напряжения
Защита Постоянно введена в действие только на rидроrенераторах, rде
при сбросе наrрузки напряжение на обмотке статора может достиrать
(1,8.. .2) Ином."
+ KY .
КТ
Рис. 81. Защита от повышения напряжения
Такое напряжение опасно для изоляции reнepaTopa и должно быть быст
ро сНИЖено. Вследствие большой инерционности направляющеrо аппарата
rидротурбины рез о уменьшить вращающий момент на валу невозможно.
Поэтому используется специальная защита.
Защита состоит из реле максимальноrо напряжения (рис.81) с напряже
нием срабатывания и ср =:!:.: (1,5...1,7)'И,юм И реле времени с выдержкой по
130
131
торую подаются наложенный ток через трансформатор тока ТА и Ha
пряжение частотой 25 rц от вторичной обмотки мдч.
Среднее напряжение на выходе Фазочувствительной схемы:
и вых == 1 . соsф,
rде Ф - уrол между наложенным током 1 ИСОЗДЗЮЩИМ ero напряжением.
G
LG
ВУ
Результат сравнения этоto напряжения с эталонным, полученным от дe
лителя напряжения (резисторы R12, R14, R16, R18, R22), подается на
'iувствительное маrнитоэлекrрическое реле КА. При срабатывании этоrо
реле, через контакт реле времени KT с выдержкой времени получает
питание выходное реле KL2 и замыкает свой контакт в сиrна.пьной цепи.
Выдержка времени необходима для предотвращения излишних сиrналов
при срабатывании защиты в условиях переходных процессов (при СИН
хронизации, rашении поля и др.).
Для отключения reHepaTopa при замыкании на землю во второй точке цe
пи возбуждения применяется переносное устройство типа КЗР 2 (рис.83).
Одно такое устройство может использоваться на нескольких турбоr'енерато
рах с одинаковыми параметрами цепей возбуждения. Оно подключается к
reHepaTopy И вводится в работу после появления замыкания на землю в oд
ной точке цепи возбуждения, о возникновении KOToporo можно судить по
СИfНалу, поступающему от защиты КЗР З, или по результатам
периодическоrо измерения сопротивления изоляции цепей возбуждения с
помоЩью вольтметра.
50 rц
R5
R4
От возбудителя
.
"
LG
КА
G
+0
+
К валу
ротора
кт
o
SN
Сl
ЗХl<
КL.3 КБ SX2
:-о """"""'""") На откл.
КLA sхз.
+ ..../. , )1 На сиrнал
VD7
R24
KLl
КТ
+ ............./. КL2
КТ
KL2
) На сиrнал
Рис.82. Принципиальная схема защиты КЗР З
Рис.83. Принципиальная схема защиты КЗР 2
Защита КЗР 2 работает по принципу четырехплечевOl'О моста, в диаrо
наль KOToporo включены реаtируЮщие орrаны (реле KVl и КУ2). Плечами
132
133
моста являются сопротивления обмотки возбуждения {'енератора от места
первоrо замыкания на земто до ее полюсов и сопротивления потенциоме
1рОВ устройства Rl и R2.
Перед вводом защиты в работу мост уравновешивается путем установки
ДВИжка потенциометра R2 в положение, при котором показания вольтметра
PV равны нулю или близки к нему. Накладка SXl при этом должна быть
разомкнута. По окончании настройки накладка SXl включается и защита
вводится в работу.
IIри вОзникновении замыкания на земЛJO во второй точке равновесие
моста нарушается и в ero диаrоiIaЛИ появляется ток. Если величина ТОКа
превышает ток срабатывания, то срабатывает поляризованное реле КУI либо
КУ2 в заВИСJfМОСТИ от Toro, к какому из полюсов окажется второе замыка
ние ближе первоrо.
Для предотвращения Излишних срабатываний защиты при переходных
замыканиях во второй точке и в условиях переходных процессов .защита
действует с выдержкой времени (0,5 ... 1,0 с), устанавливаемой на реле КТ.
Недостатком рассматриваемой защиты является наличие у нее «мертвой
зоны», так как чем ближе второе замыкание на землю будет расположено к
первой точке замыкания, тем меньше будет ток в реле. Если первое замыка
нне произошло на кольцах ротора, защита вообще не будет действовать He
зависимо от места BToporo замыкания на землю. Защиту нельзя использо..
вать, если первое замыкание На землю возникнет в ЦСIШ возбуждения воз6уди
теля, так :как в этом случае она может неправильно подействовать при ИЗМе
нении положения реостата возбуждения.
Защита выполняется с помощью одноrо из трех реле сопротивления , BXO
дящих В дистанционную защиту типа БРЭ 2801. Реле -включается на раз
ность фазных токов и линейное напряжение.
Если асинхронный режим недопустим для reHepaTopa или для энерrосис
темы, то защита действует на отключение rеиератора, I'аше
IИе поля и OCTa
нов турбины.
5.3. Особенности защит синхронных компенсаторов
5.2.10. Защита ротора от переrрузки
Конструктивно синхронные п
нераторы и синхронные компенсаторы НИ
чем не отличаются, поэтому у синхронных компенсаторов возникают те же
поврел-щения, что и в синхронных reHcpaTopax. Для защиты от них исполь
зуются известные.виды защит:
1. От междуфазных повреждений в обмотке статора
продольная диф
ференциальная защита;
2. От меЖБИТКОВЫХ замыканий
поперечная дифференциальная защита;
З. От замыканий на землю в обмотке статора
токовые защиты на базе
тр
нсформатора нулевой последовательности с подмаrничиванием;
4. от повреждения в обмотке возбуждения
защита от замыкании в oд
ной точке обмотки возбуждени.я. .
Отличие защит синхронных компенсаторов от синхронных reHepaTopoB
состоит в следующем:
1. Защита ОТ переrрузки синхронно.rо компенсатора действует на раз
rpузку, то есть на уменьшение тока возбуждения.
2. Синхронные компенсаторы не участвуют в подпитке внешних К3, по
это.му защита от внешних КЗ Не применяется. ....
З. у синхронных компенсаторов используют
как правило, реакторныи
пуск. Для исключения прямоro пуска (самозапуска) на синхронных КШl'шен
саторах применяется защита минимальноrо напряжения, отключающая син
хронный компенсатор при исчезновении напряжения.
На турбоrенераторах с непо.средственным охлаждением проводников об
моток рекомендуется устанавливать устройства защиты от асин:ронноrо
режима с потерей возбуждения. При действии указанных устроиств защиты
должен подаваться сиrнал о. потере возбуждения,
rенераторы, не допускающие аеинхронноro режима, а в условии дефи
цита реактивной мощности в системе и остальные rенераторы потерявшие
возбуждение, должны отключаться оТ сети при действии указанных ycт
ройств (защиты или автоматическоrо rашения поля).
Длительная переrpузка обмотки ротора турбоreнераторов с непосредствен-
ным охлаждением не допускается. для предотвращения повреждения ротора
при переrpузке предусматривается специальная защита с помощью реле,
имеющеrо характеристику зависимую. от тока ротора. Такая защита типа РЗР
I М устанавливается на турбоreнераторах мощностью 160 1'v1ВT и более. Защита
имеет две ступени: с. первой она действует на развозбуждение rеиератора, со
второй
на отключение reиератора от сети и raшение поля. Каждая ступень
имеет свою зависимую характеистиl\.'У вьщержки времени, при ЭТОМ выдержка
времени первой сryпени при одних и тех же значениях тока ротора примерно
на 20 % меньше выдержки времени второй ступени.
5.2.11. Защита от асинхронноrо режима при потере возбуждения
Защита от асинхронноrо режима реаrирует на изменение величины и фа
зы полноrо сопротивления на выводах ['енератора при потере возбуждения.
134
135
l
де / пYCK
пусковой ток ДВИI"ателя; kCX =.JЗ (рис.84а), kcx :::: 1 (рис.84б);
k H ==1,8 (реле PT
40), kfi
2 (реле PT
82, PT
84 и реле прямоrо действия).
Токовую отсечку двиrателей до 2000 кВт следует выполнять, как
правило, по более простой и дешевой однорелейной схеме {рис. 84а).
Недостатком этой схемы является более низкая чувствительность, по
С,равнению с отсечкой на двух реле (рис.84б), к двухфазным К3 (фазы А и С)
в Jj раз.
Поэтому на электродвиrателях мощностью 2000...5000 кВт то
ов:я
отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелеинои.
Двухрелейную схему токовой отсечки следует применять на
электродвиrателях МОЩНОСТЬЮ ДО 2000 кВт, если коэффициент
чувствительности однорелейной схемы при двухфа.зном К3 на ВЫвоДах
электродвиrателя менее 2.
На элеКТРОДБиrателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается
продольная дифференциальная защита. Эта защита выполняется в
двухфазном или трехфазном исполнении с реле типа РНТ..567. Ток
срабатывания реле принимается 2.J H OM'
При двухфазном исполнение дополнительно устанавливаетс
защита ОТ
двойных замыканий.
.Ток срабатывания выбирается
1 С3 == k oтc . 1 нб.расч ,
1 нб.расч == kодн . kcx . 'f.I пуск'
. б.Защита электродвиrателей
Повреждения электродвиrателей:
1) Замыкания на землю. Защита от замыкания на землю устанавливается на
них при токе замыкания более 1 О А (Р<2000 Вт), при мощности более 2000
Вт и при токе замыкания На землю более 5 А. Защита действует на
отключение.
2) Междуфазные К3. В качестве защиты используют токовую отсечку или
продольную дифференциальную защиту, действующую на отключение.
Защита от витковых замыканий на элеК':IJJOДВНI
ателях не
устанавливается. Ликвидация повреждения этоrо вида осуществляется
друrими защитами электродвиrателей, поскольку витковые замыкания в
большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят
в междуфазные.
Электродвиrатели напряжением до 500 В защищаются от КЗ всех ВИДОВ
(в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или
быстродействующих автоматических выключателей.
Ненормальные режимы работы:
1) пере:rpузка током больше номинальноrо;
2) неполнофазныц режим;
3) самозапуск .
Защита от МDоrофазных КЗ
При мощности до 500 кВт используется токовая отсечка. Наиболее
просто выполняется токовая отсечка с помощью реле прямоrо деЙствия,
встроеиноrо в ПРИВОД выключателя.
Защ:ита ОТ замыканий на землю электродвиrателей напряжеНltем
3
10 кв
1
+у ' О r
KL
удт
Выполняется с помощью одноrо TOKoBoro реле РТЗ
51, которое
подключается К трансформатору тока нулевой последовательности (рис.85).
Ток срабатывания
I сз '2:.k H .k б '/с'
rде IC
емкостной ток двиrателя; k и ==1,2...1,3; kб
коэффициент,
учитывающий бросок eMKoCТHoro тока электродвиrателя.. при вне
н:йх
перемежающихся замыканий на землю. для защиты, деиствующеи без
выдержки времени kб
З ".4.
ТОК срабатывания не должен превышать 1 О А для электродвиraтелей ДО
2000 кВт, и 5 А для электродвиrателей до 5000 кВт и более. Если расчетная
величина тока срабатывания получается большей, то необходимо время
срабатывания принять [=-1...2 с и kб=1,s...2.
а)
б)
Рис 84
Ток срабатывания отсечки выбирается
1 сз =- k ll . kcx .] пуск,
136
137
Действует защита на отключение допускается на электродвиrателях с
тяжелыми условиями пуска или само.запуска, а также в тех случаях, коrда
отсутствует ВОЗМОЖНОСТЬ своевременной ра.')Ipузки без остановки
электродвиrателей ИЛИ если Нет постоянноrо дежурноro персонала.
ТОК срабатывания защиты
k ll
1 сз :::: . 1 НОМ '
k e
rде k ll == 1,1...1,2.
Время срабатываIiИЯ составляет tсз==(IО...15) с.
Рис.8's.. Сема подключения реле защиты
Если питание электродвиrателя подается по двум параллельным к,\белям,
то трансформаторы тока, надетые на каждый кабель, соединяются
последовательно и подключаются к одному общему реле. На
: лектродвиrателях большоЙ мощности, для питания которых используется
больше двух каб(;:лей, защиту от замыканий на зеМЛIО выполняют одним
общим трансформатором тока нулевой последователыюсти типа тнп
аналоrИЧIi:О защите reHepaTopoB.
для защиты от двойных замыканий на землю на электродзиrатеJUL ,
оснащенных продольной дифференциальной защитой в двухфазном
исполнении к вторичной обмотке трансформатора тока нулевой
последовательности ПОДЮТtOчается второе токовое реле, имеющее уставку
срz.батызашIЯ lOO 200 А (первичный ток}, как н в : ащнте rеиераторов.
ТОК срабатывания при .JJ,воЙных замыканиях на землю
1 сз = Кете .lиб.расч,
1 н6.расч == k одн . k aп ."'iI пуск'
7. Резервирование отказов в действии релейной зашиты п
выключателей
Защита от переrpузки
ПреДУСI",штривается на электродвиrателях, подверженным переrpузкам по
технолоrичсским причинам{вентиляторы, дымососы:, мельницы} дробилки и
т. д.), а также на электродвиrателях с особо тяжелыми УСЛОВF..ями пуска и
са:м:озапуска длительностью более 20 с. Переrрузка симмеТРW-iНЫЙ режим,
поэтому защита от нее может быть вьшшшена одним реле, 6ключенным в
любую фазу электродвиrателя.. Вьщержка времени защиты отстраивается от
длительности пуска злектродвиrателя в нормальном режиме и само anуска
после действия У АВР и У АПВ. Обычно осуществляется инДукционными
элементами реле PT 80, элс:ктромаrнитные элементы которых используются
ДЛЯ выполнения токовой отсечки (токовая отсечка ()существляется.
двухступенчатой защитой).
Неотключенное К3 разрушительно воздействует на поврежденный
элемент. Опасно для данной электроустановки и для сети в целом. Поэтому
резервирование Отключения К3 является обязательным условием при
осуществлении релейной защиты.
Резервирование отключения -КЗ с использованием для этой цели
резервноrо действия защит соседних элементов сети принято называть
дальним рС'зсрвироваllием. Такой способ резервирования обладает
высокой надежностью, так как резервирующее и резервируемое устройство
Не имеют общих элементов конструкции и поэтому не MoryT быть
поврежденными по одной и той же причине. Для осуществления даЛьнеrо
резервирования не требуется специальных устройств релейной защиты. Эти
положительные качества Двльнеrо резервирования определяют ero широкое
распространение.
Основным недостатком дальнеrо резервирования является сложность в
обеспечении требуемой чувствительности защит, осуществляющих дальнее. ..
резервирование, особенно в сложных сетях с протяженными и сильно
заrpуженными линиями при наличии параллельных ветвей и мощных
подпиток.
Наряду с дальним резервированием применяется так называемое
ближнее резервирование. Для резервирования, кроме основной релейной
защиты, данный элемент электроустановки оборудуется резервным
комплектом защиты. Резервная защита действует на отключение тех же
выключателей, что и основная заЩита. При этом релейная защита, как
правило, обеспечивает необходимую чувствительность при повреждениях в
конце защищаемой линии.
Для повышения эффективности БЛижнеrо резервирования защит
необходимо, чтобы основная и резервная защиты имели независимые др)т
138
от друrа измерительные и оперативные цепи, а также независимые
источники питания. Кроме Toro, желательно, чтобы основная и резервная
защиты имели разный принцип действия, реarировали на разные
электрические величины, например, ток и сопротивление или друrие. Такое
выполнение основной и резервной защит в наибольшей степени исключает
возможность отказа обеих защит Из за одной общей причины. Для
обеспечения этих условий применяют подключение основных и резервных
защит к разным 'IрансформаТОр31.-I ТОКа (или чаще к разным вторичным
обмоткам одноrо 1рансформатора тока), использование двух
трансформаторов напряжения, ДВУХ аккумуляторных батарей. К системе
ближнеrо резервирования относят также устройства резервирования
отказа выключателей (УРОВ), которые запускаются защитами
отказавшеrо выключателя и действуют на отключение всех выключателей
данной подстанции, через которые ток К3 подходит к месту повреждения
линии с отказавшим выключателем. УРОВ предназначается для ликвидации
с наименьшими потерями повреждений, сопровождающихся отказов
выключателя, и К3 в зоне между трансформатором тока и выключателем
(если применяются выносные трансформаторы тока).
к
О8
W1
W4
О1
Рис.86. Пример действия УРОВ
139
При К3 на линии Wl (рис.86) в случае отказа выключателя Ql УРОВ
отключит выключатели Q5, Q6 и Q9, отделяя тем самым место повреждения
ит неповрежденной части энерrосистемы. Без напряжения останется только
часть системы шин подетанции А. В том же. случае при дальнем
резервировании действие релейной защиты будут отключены выключатели
Q2 Q4.
Недостатком дальнеrо резервирования является также ero imзкое
быстродействие. Время отключения К3 может Достиrать 3 5 с.
Таким образом, ближнее резервирование обеспечивает более быструю и
селективную ликвидацию повреждения, при этом не возникает задач с
обеспечением необходимой чувствительности пусковых ()praHoB. В тоже
время система ближнеrо резервирования менее надежна, так как
устанавливается на одном и том же объекте и может отказать ПО' той же
причине.
Устройство резервирования отказа выключателя
К схеме УРОВ предъявляются высокие требования наДежности:
с одной стороны должны обеспечить надежное отделение
1I0врежденноrо участка сети в случае отказа выключателя (а в ряде случаев
и основной релейной зшциты повреждеНRоrо элемента);
с друrой стороны не должно срабатывать неправильно (ложно при
ошибках эксплуатационноrо персонала и излишне при К3, отключать
нормально и не сопровождаться отказом выключателей или основной
:JaЩИТЫ поврежденноrо элемента), поскольку при этом может быть
uТключено несколько присоединений.
В связи с этим схема УРОВ выполняется исходя из следующиХ
f1РИНЦИПОВ:
пуск УРОВ осуществляется релейной защитой одновременно с
действием ее на отключение поврежденноrо присоединения;
УРОВ действует с выдержкой времени, необходимой для отстройки от
нормальной операции отключения релейной защитой.. исправноrо
выключателя;
предусматривает дополнительный (второй) контроль НWIИЧИЯ
неотключенноrо К3, независимый от релейной защиты, пускающей УРОВ.
ПУСКJ ОВ осуществляется контактом промежуточноrо реле KL 1,
повтор rо положение соответствующеrо выхода реле Р3.1. Пуск УРОВ
при этом осуществляется в случае откааа выключателя по тобой причине, в
том числе и при обрыве цепи отключающей катушки.
При срабатывании РЗ 1 в цепи отключающей катушки УА Т выключателя
Q] Появляется ток. Одновременно срабатывает КL 1, запускающий схему
УРОВ. Этот контакт (SQ) остается замкнутым, пока Не переключатся
нспомоrательные контакты SQ в цепи ОТКЛЮЧaIOJцей катушки, что
.....
140
141
OТL R
С
О т втор
РИс.88
ПРОИСХОДИТ при нормальном отключении исправноrо выключателя. В
противном случае вспомоrательный :контакт SQ в цепи откmoчит УА Т.
В случае отказа Ql УРОВ отключит ВЫключатели Q6, Q6 и Q9.
Одновременно контактами выходноrо реле осуществляется при
необходимости запрет АПВ отключенных присоединений. I1ромежуточное
реле с токовыми обмотками, аналоI'ИЧНО КL 1, устанавливается в цепях
отключения ВЫЮIЮчателей всех друrих присоединений. Контакты этих реле
присоединяются параллельно контактам КL.
W1
КА1
Р31
SO
KL1
SX2
SХЗ
;- "' I
..,-- B _ E}-----".--G--: :_
, '
+
,
... ... I
кт
КА1.1 KL1.1
,/
KL
сиrнал
+р1 РУ1 SX1 1 УДТ1
отКУ
друrих
защит
+ .2 -- отключение Q 1
Р.2 )It отключение О2
Ко вторичной обмотке через выпрямитель VS подключается
исполнительный ортан (реле РТ -40). Для защиты от перенапряжений, или
пссинусоидальноrо характера, устанавливаются С и R.
Число витков W 2 И v.i з В два раза больше, чем W 1.
Выдержка времени выбирается ПО условию надежности отстройки ero от
времени отключения исправноrо выключателя. При этом кроме времени
действия собственно выключателя необходимо учитывать время
срабатывания и возврата всех. реле защиты и управления выключателем и
УРОВ. Обычно оно составляет 0,2.. .0,5 с.
1 ,
. j - ш -.)t. отключение Q
I
1 ...
отключение 05,06,09
..
Ь 2 : запрет ДПВ 05, а6
. ....
Рис.87. Схема УРОВ с токовыми реле контроля
Контроль наличия неотключенноrо К3 в рассматрn:ваемой схеме
выполнен с помощью токовых реле, что позволяет обеспе ъ более
высокую чувствительность. Для этоrо используют специальные фазные
токовые реле типа РТ 40fP, содержащие промежуточный трансформатор ТL
с первичными обмотками W., W 2 И W З И вторичной W BTOP (рис.88).
142
8. АВТОМАТ ЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮ1.IEНИЕ
143
ЛПВ (НАПВ) в сочетании с самосинхронизацией reHepaTopoB и компенса
юров (АПВС), с контролем синхронизма.
Особое место заНИ1'vfают устройства АПВ, срабатывающие после BOCCTa
IlOвления частоты и напряжения. Первые применяются для АПВ выключа
rелей (ЧАПВ), отключенных устройствами А ЧР вторые ДЛЯ АПВ двиrа
l'слеЙ, ОТIOnoчаемых для обеспечения самозапуска ответственной наrpузки.
К устройствам АПВ предъявляются следующие требования:
схемы АПБ должны приходить В действие при аварийном отключении
выключателя, находящеrося в работе;
схемы АПВ не должны приходить В действие при оперативном отклю
IIСПИИ выключателя персонзлом, а так же, коrда выключатель отключается
РЗ сразу после ero включения персоналом. Запрет на действие АПВ при
t рабатывании rазовой или дифференциальной защит трансформатора; .
схемы АПВ должны обеспечива1.Ъ определенное количество повтор
ных включений;
время действия АПВ должно быть минимальным для обеспечения
HopMaJIbHoro режима работы потребителей и успешноrо саМОЗ8пуска двиrа
L't.тьной нarpузки (наименьшая выдержка времени для линий с OДHOCTOpOH
IIИМ питанием 0,3 0,5 с);
схемы АНВ ДОЛЖНЫ обеспечивать быстрый возврат в исходное поло
жение rотовности к новому действию после включения выключателя.
Преимущество должно даваться устройствам, обеспечивающим наи
большую надежность действия, простоту исполнения и эксплуатации.
На рис.89 изображена схема техфазноrо АПВ однократноrо действия с
IIУСКОМ от несоответствия положения выключателя и положения ключа
управления.
При отключении выключателя релейной защитой возникает HeCOOTBeTCT
l1ие между положениями выключателя и ключа управления SA, которым
JaMKlIyra цепь 4 5 (рисунок 2). По причине этоrо несоответствия, после TO
1'0 как сработает реле КLl, включается реле времени КТ. Это реле KQH1'aKTOM
кт. 2 вводит токооrpан:ичивающее сопротивление резистора R2 (для обеспе
Ilения термической стоЙкости обмотки реле К1), а контактом КТ 1, имею
ЩИМ заданную выдержку времени, замыкает цепь разряда конденсатора С
па параллельную обмотку реле KL2. Реле КL2 срабатывает и удерживается
контактом JrL2.1 во ВКЛfOченном поло ении своей последовательной об
моткой до Toro времени, пока вспомоrательные контакты SQ.l выключателя
РfПОМКНУТ ее цепь после включения.
Однократность действия устройства АПВ создается конденсатором С,
разряд Koтoporo происходит после замыкания цепи контактом КТ 1.
Конденсатор сможет зарядиться вновь только после включения ВЫКЛЮ
'-штеля, коrда реле КLl будет длительно обесточено и ero контакт разомк
"ут. Время заряда конденсатора составляет 16 20 с и может реryлиро
Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на ВОЗДУIllНЫХ линиях
электропередачи (БЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием
проводов, roлоледом и друrими причинами, при достаточно быстром OT
КJlючеиии повреждений релейной защитой самоустраняется. При этом элек
трическая дуrа, ВОЗНИКlпая в месте КЗ, raCHCT, не успевая вызвать сущест
венных разрушений (неустойчивые КЗ). По статистическим данным доля
неустойчивых повреждений составляет 50 90% у спешность действия ЛIIВ
на ЕЛ 11 O 220 КБ достиrает 75 80%. на ЕЛ 330 кв 65 70% и на ВЛ 500
750 кв около 50%. Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с
односторонним питанием, так как в этих случаях каждое успешное деЙствие
АПВ восС':.анавливает питание потребителей и предотвращает аварию.
Неу тоичивые К3 часто возникают не только на ЕЛ, но и на шинах под-
стан ии. Поэтому на подстанциях, оборудованных быстродействующей за
щитои шин, также применяется АПВ . которое производит повторную пода
чу напряжения на шины в случае их ОТКЛЮ1:jения РЗ. Устройствами AIШ oc
нащаются псе одиночно работающие трансформаторы мощностью ) 000
кВА и более и трансформаторы меньшей мощности, питающие OTBeTCTBeH
ную наI1JУЗКУ..
Варианты устройств АПВ МOI)'т быть классифицированы следующим
образом: .
1. по воздействию: на три фа:зы выключателя (ТАПВ) или на одну фазу
(ОАПВ);
2. ",ПО типу коммутационной а.ппаратуры, на которую воздействует
УСТрОИСТ80 АПЯ: воздушные или масляные выключатели, контакторы или
МШ'НИТНЫе пускатели, предохранители;
3. по характеру электропитания объекта, на выключатели КОТОРOl'О
воздействует устройство AIIВ: элементы энерrосистемы, имеющие OДHO
с-:ороннее или двухстороннее питание, входящие в кольцевую схему или
образующие одиночную транзитную связь;
4. по кратности действия: одно- и MHoroKpaTHbIe АПВ;
5. по способу выполнения: механические) пневматические и электри-
ческие;
6. ПО времени дейст ия: быстродей.ствующие АПВ (БАПВ), обеспечи
вающие возможность создания бестоковой паузы с временем 0,5 с и менее,
и обычные с реrулируемым временем беСТОКОБОЙ паузы;
'7. по способу контро.J1Я напря.женив на повторно включаемом объ
екте: АПВ с контролем о'[сутствия или наличия напряжения;
8. по способу проперки синхронизма при АПD: с улавливанием син
хронизма (АПВУС), с ожиданием синхронизма (АПВОС), несинхронное
144
ваться изменением сопротивления резистора R3. При отключенном вылю
чателе конденсатор С зарядиться не может, так как заряд постоянно стекает
по цепи С
замкнутый контакт КТ]
параллельная обмотка реле КL2
отрицательный полюс источника. После отключения выключателя ЮIЮЧОМ
управления один из пакетов ключа размыкает цепь 4
5. Этим снимается
оперативный ток с контакта реле КL2.1. Заряд с конденсатора стекает по
указанной выше цепи, так как реле КТ включено и ero контакт кт] замк
.аут, а также через обмотку реле K
на минус источника оперативноrо тока.
После включения выключателя I
ЧОМ управления или устройством АПВ
ПОБТОрНО<-: действие устройства АПВ может произойти только после Toro,
как зарядится конденсатор С (ДЛЯ РПВ..58 время заряда 20
25 с). Если
включение линии произведено на К3, релейная защита произведет отклю
чение раньше, чем устройство АПВ будет rOTOBo к действию. Для предот..
вращения мноrократных включений и отключений выключателя в случае
длительной подачи включающей команды и неустраняющеI'ОСЯ К3.в схеме
предусмотрено реле КL3. Если по какой
либо причине окажется длительно
замкнутой цепь на включение выключателя (например, из
за приваривания
контакта реле К!-2.1) и выключатель включится на К3, то под действием
защиты он отключится. Обратноrо включения не произойдет, так как в MO
мент отключения последовательная обмотка реле КL3 будет обтекаться TO
ком. Реле КL3 сработает. При этом контакт КL3.2 разомкнет цепь электро
мarнита включения
контактом КL3.1 включится параллельная обмотка реле
KL3 (реле останется во включенном положении до тех -Пор, пока не будет
разомкнута эта цепь самоудерживания) и еще одним контактом KL3 замк
нется цепь сиrнализации о неисправном состоянии устройства AJIВ или
ключа управления.
Бремя действия устройства ЛТП3 реryлируется уставкой времени реле
кт. Предусмотрена возможность осуществлять ускорение защиты после
(или до) работы устройства АПБ. ДЛЯ этоrо возможно использовать замы
кающий (или размыкающий)
OHTaKT KL2.2.
Бремя срабатывания устройства однократноп) АПВ определяется по
двум условиям:
1. соrласование с временем деионизации среды в месте повреждения
t АПВ,J
[ д + LI t ,
rде lд
время деионизации искровоrо промежутка, L1t
время запаса,
учитывающее поrpешность реле времени схемы АПВ (обычно
-'.11 = 0,3+0,5 с);
2. соrласование с временем rотовности привода выключателя
t,ЮВ,J
(
.п. + L1t,
rде t cn .::.: O,2+1,Oc.
время rотовности привода (зависит от типа выключа
теля ).
145
.
+ отРЗ SQ.2 УАТ
,
I КLЗ
....
SA кт.2
1 О В 2
. I R2
I I КТ С
I I 4
I I
I I R3 R4 Запрет АПВ
1 I I 3 i
1
I
....
I I КТ1
КLl
кн
Rl
Рис.89. Устройство трехфазноrо АПБ однократното действия
пуском.от
несоответствия положения выключателя и положения ключа управления
Время автоматическоrо возврата в исходное положение выбирается по
условию обеспечения однократности действия (конденсатор С в схеме АПВ
должен зарядиться не раньше, чем произойдет ОТЮlЮчение выключателя
релейной защитой после ero повторноrо включения на устойчивое КЗ)
t вАПВ Z. t p] + 10т/( + Llt ,
rде t рз
наибольшая выдержка времени защиты;
oтK
время отключения
выключателя.
ОсобеlШОСThЮ выбора времени срабатывания устройств АПВ устанавли
наемых на парзллельных линиях с односторонним питанием является :то,
что АПВ должно начинать действовать только после отключения повреж
денной цепи с двух сторон. Обычно выключатель приемноro конца ОТКЛЮ
qается защитой с малой или отсутствующей выдержкой времени, а выклю
чатель питающеrо конца линии может отключаться резервной защитой с
большим временем срабатывания. Поэтрму время срабатывания AnВ при
eMHoro конца должно быть больше времени срабатывания АПВ питающеrо
конца.
Время срабатывания АПВ питающеrо конца линии можно определить
t
Аl1В := t;з
t
з
t
1(// + t д + L1 t ,
тде t
з и t
з
минимальное время срабатывания РЗ питающеrо конца ли
НИИ и максимальное время срабатывания Р3 приемноrо конца линии COOT
146
.
ветствеин:о; t f3ICл время включения выключателя литающеrо конца линии.
Для исключения действия АПВ приемноrо конца линии после неуспеш
Horo nOBTopHoro включения выключателя питающеrо конца (неустранимое
КЗ) в ero пусковую цепь добавляют opl'aH проверки наJIИЧИЯ напряжения на
линии.
147
У с корение защиты после АПВ (рис.90б) предусматривается как мера По
"1,I1III.:ПИЯ надежности работы энерrосистемы и потребителей и применяется
IliI любых линиях. Вначале действует селективная защита и производит OT
ключение поврежденноrо участка. В момент осуществления nOBTopHoro
IIIшючения устраняется (уменьшается) выдержка времени защиты или же
IILЮ)tиТСЯ 13 работу БЫС'Ipодействующая защита (токовая отсечка). Цепь yc
Мlrепия нормально разомкнута контактом промежуточноrо реле КL2.2, KO
lopoe срабатывает перед повторным включением выключателя и запускает
реле KL5, имеющее замедление на возврат 0,7..1 с. При повторном ВЮIюче
IIИИ на устойчивое К3 защита второй раз действует без выдержки времени
110 цепи уркоре:ния через контакты КТ].2 и КL5. Этот способ ускорения за
щI1IыI наиболее распространен. В качестве реле ускорения обычно исполь
'iУСТСЯ реле типа РП18 1 (РП 252).
Автоматическое ускорение действия защиты при АПВ применяется ДЛЯ
ускорения ликвидации К3 и повышения надежности работы энерrосистемы
и потребителей. Ускорение защиты после АПВ предусматривается, как пра
вило, на всех линиях как мера повышения надежности защиты линии в цe
лом.
Ускорение защиты осуществляется после каждоrо срабатывания устрой-
ства АПВ с использованием контакта КL2.2 (на рис.89 не показан). У CKope
ние заЩиты до АПВ (рис.90а) применяется для сети, состоящей из несколь
ких последовательно вкточенных участков линий и при наличии OДHOCTO
pOHHero питания. Это ускоряет отключение KopoTKoro замыкания действием
максимальной токовой защиты (МТЗ) не зависимо от тото на какой из ли
ний радиальной сети произошло К3, а после повторноrо включения МТ3
действует с нормальной выдержкой времени. При К3 на roловном или сле
дующем за ним участке линии Отключение осуществляется без выдержки
времени действием МТ3 rОЛовНоrо участка. После АПВ при не устранив
шемся К3 поврежденная линия будет отключена с выдержкой времени.
Цепь ускорения нормально замкнута (контакт KL5.1) и при срабатываний
МТ3 отключение будет осуществлено без выдержки времени через KOHTaK
ты КТ1.2 и KL5.1. После АПВ при не устранившемся К3 контакт КL5.1,
имеющий выдержку на замыкание, будет рюомкнут и отключение произой
дет с нормальной селективной выдержкой времени. Недостатком ускорения
релейной защиты ДО АПВ является перерыв электроснабжения потребите
лей при отказе устройства лnв rоловноrо участка.
+ +
КAl.1 КТ1 КА/.] КТ1
КL4
9. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВВОД РЕЗЕРвноrо ПИТАНИЯ
(АВР)
KL4
Все устройства АВР ДОЛЖНЫ удовлетворять следующим O HOBHЫM тpe
Gованиям:
1. Схема АВР должна приходить в действие при и чезновении напряже
ния На шинах потребителя по любой причине, в том числе при аварийном,
ошибочном или самопроизвольном ОТЮlючении выключателей ра60чеrо ис
точ:ника питания, а также при исчезновении напряжения на шинах, от кото..
r ых осуществляется питание рабочеrо источника. .Вкточенне резервноrо
источника часто допускается также при КЗ на шинах потребителя.
2. Для Toro чтобы уменьшить длительность перерыва питания потреби
тсней, включение резервноrо источника питания должно производиться
сразу же после отключения рабочеrо источника.
З. Действие АВР ДОШКНО быть однократным, чтобы не допускать He
скольких включений резервноrо источника на неустранившееся К3.
4. Схема АВР не должна приходить в действие o отключения выютюча
теля рабочеrо источника, чтобы избежать включения резервиоrе источника
на К3 в не отключившемся рабочем источнике. Выполнение этоrо требова
ния исключает также в отдельных случаях несинхронное включение двух
источников питания.
5. Для 'foro чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряжения
на шинах, питающих рабочий источник, коrда ero выключатель остается
включенным, схема АВР должна дополняться специальным пусковым opra
НОМ минимальноrо напряжения.
6. Для ускорения отключения резервноrо источника при ето включении
КТ!.!
КТ1.1
КТ1.2 КL5 )i.
АЛВ
fKiii:
i :
L
КL5
KL4
............... на от J( л
KL4
............... на откл.
Рис.90. СхеМа ускорения действия релейной защиты:
а) ДО АПВ; б) после АПВ
148
на неустранившееся К3 Должно предусматриваться ускорение защиты pe
зервноrо иСточника п сле АВР. Это особенно важно в тех случаях, коrда
потребители, потерявшие питание, подключаются к друrому источнику, He
сущему наrрузку. Ускоренная защита обычно действует по цепи ускорения
без выдержки времени. В установках собственных нужд, а также на под..
станциях, питающих большое число электродвиrателей, ускорение защиты
осуществляется до 0,5 с. Такое замеДление ускоренной защиты необходимо,
чтобы предотвратить ее неправильное срабатывание в случае KpaTKOBpe
MeHHoro замыкания контактов токовых реле в момент включения вылюча
теяя ПОД действием толчка тока, обусловленноrо СДВИI'ОМ по фазе между
напряжением энерrосистемы и затухающей эдс тормозящихея ЭJiектродви
rателей, который может достиrать 1800.
На рис.91 изображена схема АВР двухтрансформаторной подстанции. Ис
ходно оба трансформатора Тl и Т2 включены и осуществляют питание По
требителей секций шин НИзшеrо напряжения, а выключатель Q5 выключен.
При Отключении по любой причине. выключателя Ql трансформатора Тl
ero Вспомш'ательный контакт SQ1.2 размыкает цепь обмотки промежуточ-
Horo реле KLl. В результате якорь реле КLI, подтянутый при включенном
положении ВЫЮIЮчателя, при снятии напряжения отадает с некоторой BЫ
держкой времени и размыкает контакты.Второй ВСПОМОI'ательный контакт
SQl.З ВЫключателя QJ, замкнувшись, подает ПЛЮС через еще замкнутый
контакт КL1 на обмотку промежуточноrо реле КL2. которое своими KOHTaK
тами производит включение секционноrо выключателя Q5, воздействуя на
контактор включения УАС5. По истечении установленной выдержки BpeMe
ни реле КLl размыкает контакты и разрывает цепь обмотки промежуточно
ro реле КL2. Если секционный выключатель Q5 ВКЛючится действием cxe
мы ЛВР на неустранившееся К3 и отключится релейной защитоI1:., то ero по
BTopHoro включения Не произойдет. Таким образом, реле КLl обеспечивает
однократность АВР и поэтому называется реле однократности включения.
Реле KLI вновь замкнет свои контакты и подrотовит схему АВР новому
действию лишь после TOro, как будет восстановлена нормальная схема пи
тания под станции и включен выключатель Q 1.. Выдержка времени на раз
мыкание контакта КLl должна быть больше времени включения ВЫЮIюча
теля Q5, ДЛЯ тоrо.чтобы ОН успел надежно вю:IЮчиться.
С целью обеспечения АВР при ОТIOIЮчении выключателя Q2 от ero
вспомоrателъноrо контакта SQ2.2 подается команда на катушку Отключения
УАТl выключателя Ql. После отключения Ql схема АВР запускается идей
ствует, как рассмотрено выше.
Аналоrично рассмотренному выше АВР секционноrо выключателя будет
действовать и при отключении трансформатора Т2.
149
л,Т] Л l 2
А Q5 Б
а)
{a C
ь 111 Ь 1I
с с
KVl KV2 КVЗ
б)
+ SXl 9 SQ1.2 « SQ3.2 КLl
/:
KL1.1 КL2
Сl
С2
KVl.1 KV2.1 KV3.1 КТ
КL2.]
кт] SX2
КL3.1
КLЗ.2 КН2
SQ2.2
«
I
КL2.1 КН3 УАС5
6)
Рис.91. Схема АВР секц:ионНOl'О выключателя: а) схема первичных соеди
нений; б) цепи переменноrо напряжения; в) цепи оперативноrо тока
Кроме рассмотренных случаев отключения одноrо из трансформаторов
150
потребители также потеряют питание, если по как{)й либо причине OCTaHYТ
ся без напряжения шины высшеr'о напряжения. Схема АВР при этом не по
действует, так как оба выIлючателяя Тl (Q/ и Q2) или Т2 (Q3 и Q4) останутся
включенными. Для Tor<? чтобы обеспечить действие схемы АВР и В этом
случае, предусмотрен специальный пусковой opraH минимальноrо нanря
жения, в состав KOToporo ВХОДЯТ реле KVJ, KV2 и KV3. При исчезновении
напряжения на шинах высшеrо напряжения питающих Т 1, а следовательно,
и на шинах А минимальные реле напряжения, подключенные к трансформа
тору напряжения TVl, замкнут СВОИ контакты и подадут плюс оперативноrо
тока на обмотку реле времени КТ через контакт реле KV3. Реле КТ при этом
запустится и по истечении установленной выдержки времени подаст плюс
на обмотку выходноrо промежуточноrо реле KL3, которое произведет OT
ключение выключателей Ql и Q2 трансформатора Тl. После отключения
выключателя Ql схема АВР подействует, как рассмотрено выше.
Реле напряжения KV3 предусмотрено для Toro, чтобы предотвратить OT
Юlючение трансформатора т 1 от пусковоrо opraHa минималыюrо напряже
иия в случае отсутствия напряжения на шинах низшеrо напряжения друrой
с,екции, коrда действие схемы АВР будет заведомо бесполезным. Реле Кvз,
подключенное к трансформатору напряжения ТV2 секции шин Б, при OTCYT
ствии напряжения на пей размыкает контакт KV3. J и разрывает цепь от KOH
тактов Ю7J.1 и KV2. ] к обмотке реле времени КТ.
Аналоrичный пусковой орrаи минимальноrо напряжения предусматри
вается для отключения 1рансформатора Т2 в случае исчезновения напряже
ния на шинах высшеrо напряжения питающих Т2 (на рис.91 не показан).
Пусковые..орrаны минимальнOI'О напряжения должны ВЫПОЛНЯТЬся таким
образом, чтобы они действовали только при исчезновении напряжения на
шинах подстанции и не действоваJТИ при неисправностях в цепях напряже
иия.
В рассмотренной схеме на рис.91 и в схеме на рисунке 92а, а контакты
минимальных реле напряжения KVI.l и КУ2.1 включены последовательно,
что предотвращает отключение рабочеrо трансформатора т 1 при отключе
нии одноrо из предохранителей в цепях напряжения. Однако ложное OT
ключение трансформатора т 1 все же может произойти, если повредится
трансформатор напряжения TV] или Отключится автоматический выключа
тель в цепях напряжения. Для повышения надежности используются два
минимальных реле напряжения, включенных на разные трансформаторы
напряжения.
Пусковой opraH минималъноrо напряжения может быть выполнен с oд
ним реле времени типа ЭВ 2З5К, включенным через трехфазный выпря:м:и
тельный мост ВУ 200 (рис.92б). Это реле времени начинает работать лишь в
том случае, если Нfl:пряжение исчезнет или понизится одновременно на трех
фазах.
151
KVl.1 KV2.1 КТ
+ KТl.] КТ2.} .
На Qтключе,:;, е
+
i
К7: 1 На отключение
КТ}. 2
На сиmал
а)
КТ2.2
в)
+
KV.l КА.] кт
КТ]
На отключение
9.. .... ... . ......_... .._ ............. .. .. ...
z)
кт
+
.,
На отключение
.
КF.]
УАТ
б)
д)
Рис.92. Схемы пусковых opraHOB АВР: а) с двумя реле минимальноrо Ha
llряжения; б) с одним реле времени (ЭВ-235К); в) с двумя реле времени
(ЗВ 235); 2) с одним реле минимальноrо напряжения и одним реле мини-
мальноro тока; д) с реле понижения частоты
Схемы пусковых opraHOB МИlIИМальноro напряжения MoryT быть выпол
иены также с помощью двух реле времени типа ЭВ-235 переменноrо Ha
пряжения (рис.92в). Эти реле, подключаемые непосредственно к трансфор
MaTopa.l\i напряжения, при исчезновении напряжения начинают работать и с
vстановленной выдержкой времени замыкают цепь отключения выпючате
ля рабочеrо источника питания. Б схемах пусковых opraHoB минимальноrо
напряжения обычно предусматривается сиrнализация при нарушении иепей
напряжения, которая действует в слу-ше замыкания контакта одноrо реле
напряжения или реле времени. В схеме на рис.92в для сиrнализации ис
пользуется один из двух упорных замыкающих контактов реле времени.
152
В схеме на рисунке 92r блокировка от нарушения цепей напряжения
осуществляется с помощью Минима.чьноrо реле тока КА (обмотка реле на
схеме не Пока..1ана),. В нормальных УСЛОВИЯХ, коrДа рабочий источник пита
ет натру)ку, по обмотке реле КА ПРОХОДИТ ток и оно держит контакт pa
зомкнутым. При отключении рабочеrо источника или при исчезновении Ha
пряжения на питающих шинах, Коrда исчезает ток наrpузки. замыкается
контакт КА.] и через замкнувшийся контакт KV. J создается цепь на сраба
тывание реле времени КТ, которое отключает рабочий источник питания.
Замыкание только одноrо контакта Kv.l, коrда контакт минимальноro реле
тока КА.] остается разомкнутым, не приводит к отключению рабочеrо ис
точника.
При отклю
ении источника, к шинам KOToporo подключен трансформа
тор Тl, пусковой opraH Минимальноrо напряжения может приходить в дей
.
ствне не сразу, так как в течение HeKOToporo времени (O,2
1,5 с) синхронные
и асинхронные электродвиrатели MOryT поддерживать на шинах остаточное
напряжение, превышающее напряжение срабатывания минималыrorо реле
напряжения. Это обстоятельство задерживает действие АВР.
ДЛЯ ускорения в 'ЭТИХ условиях действия устройства АВР ПУСКОВОЙ opraH
целесообразно ДОПОЛНЯТЬ реле lIонижения частоты, которое ВЫявляет пре
кращение питания раньше, чем минимальное реле напряжения. Это проис
ходит потому, что после отключения источника питания электродвиraтели
резко снижают частоту вращения, блаroдаря чему частота остаточноrо Ha
пряжения также быстро снижается. При устав:ке сраба,тывания реле пони
жения частоты 48 rц ОНО сработает при снижении частоты вращения элек
ТРОДВиraтелей и синхронных компенсаторов Bcero на 4%, что происходит
уже через O,I
,2 с после ОТКJIючения рабочеrо источника питания. Схема
пусковоrо орrзна с реле понижения частоты] КF приведена на рисунке 92д.
В случае отКЛЮчения источника питания (исчезло напряжение :на шинах
высшеrо напряжения, питающих Т 1) исчезнет ток в рабоче
трансформато
ре и понизится частота остаточноrо напряжения На шинах А. При этом cpa
ботают и замкнут СБОИ контакты минимальное реле тока КА, включенноrо в
цепь трансформатора тока рабочеrо источника питания, и реле частоты КF,
подключенноrо ко вторичной обмотке TV1, что приведет к созданию цепи
на отключение выкточателя рабочеrо трансформатора. Реле частоты кр
может сработать и при общесистемном снижении частоты, но цепь на OT
ключение рабочеrо источника при этом не образуется, так как по рабочему
трансформатору будет проходить ТOI<: наrpузки, под действием :r<oToporo
контакт КА.] останется разомкнутым. С помощью реле напряжения KVl и
реле времени КТ в рассматриваемой схеме выполняется пусковой opraH ми
153
IШМILllЫlOrо напряжения.
1\ распределительных сетях находят широкое применение схемы AВP
It(\ССlIсчивающие при срабатывании восстановление питания нескольких
'" . Ь АВР Схема TaKoro АВР приве
IItЩСТUНЦИИ сети,
так называемые сетев le .
ДСIШ на рис.9З. Устройство двустороннеrо действия обеспечивает Boccтa
ш тление питания участков сети, расположенных слева и справа от под
'" 1'1\1 ЩИИ В, В случае нарушения питания от подстанций А и Б COOTBeTCTBeH
Но,
Tf7 п!сБ С2
С/ п!сА Q2
п!еВ
TV2 а)
KТl r-.>
"'-'
{
11
I! с КТ2
с;:-, KVI KVJ SXl
КVЗ КL
SX2
p KQC.l KQ
11
Е: с SB
о KV2 КV2
кв
КL.] SXЗ Включение Q 1
Kf'4
б)
Рис.93. Схема ceTeBoro АВР: а) схема сетщ
б) цепи напряжения и ОIIеративноrо тока
IIYCK схемы АВР осуществляется контактами реле напряжения KVl или
KV2, подключенных к трансформаторам напряжения ТVl и ТV2 COOТBeTCT
lJешIO. В цепи обмотки реле времени КТ 1 пусковоrо opraHa АВР включень!
'щмыкающие вспомоraтельные контакты автоматических выключателе и
154
SSF 1 и SSF2, блаrодаря чему предотвращается ложное срабатывание пуско
Boro орrаиа в случае неисправности цепей напряжения, а также замыкаю
Iдие КЩП8КТЫ KV3.1 И KV4.1 реле напряжения, контролирующих наличие
напряжения со стороны резервноrо источника.Б схеме nYСКОБоrо opraHa
схемы ЛВР предусмотрено второе реле времени КТ2 дЛЯ ВОЗМОжности ocy
ществления двух различных уставок по времени в случае Отключения ис
точников питания от подстанций А к Б. Однократность действий paCCMaT
риваемой схемы АВР обеспечивается двухпозиционным реле nepeMCHHoro
тока KQ типа РП
9. В нормальном режиме замкнуты КОНТf!КТЫ реле KQ.l и
подrотовлена цепь обмотки выодноrоo промежуточноrо реле КL. После
ерабатывания этоrо реле, подающеrо команду на ВIOlючение Q 1, и замыка.
ния контактов реле положения "Включено" KQc.l, фиксирующеrо завер
шение процесса включения Ql, реле KQ срабатывает и переключает свои
контакты, размыкая KQ.l в цепи обмотки KL. Возврат реле KQ и подrотовка
схемы АВР к новому действию осуществляются Нi1жатием кнопки SB. Дей
ствие ceTeBoro АВР соrласуется с АНВ линиЙ, что обеспечивает наиболь
тую эффективность действия автоматики.
Выбор уставок АВР.
1. Выдержка времени срабатывания реле, обеспечивающеrо OДHOKpaT
ность действия АВР (от момента снятия напряжения с eI'o обмотки до раз
мыкания контакта), должна с некоторым запасом превышать время ВКJIЮЧе
ния вЫключателя резервноrо источника питания:
t o . e = t вкл + L1t ,
rде t(!RЛ
время ВКлючения выключателя резервноrо источника питания;
L1t = 0,3 + О, 5 с
время запаса,
2. Напряжение срабатывания минималыюrо реле напряжения при Bы
полнении пусковоrо орrаиа (рис.92а) выбирается так, чтобы оно срабатывал
только при полном исчезновении напряжения и не приходил в действие при
понижениях напряжения, вызванных К3 или самозапуском электродвиrате
лей. Напряжение срабатывания минимальноrо реле напряжения можно оп
ределить
155
ф- 'rмпции трансформатора напряжения.
/
ШI определения наименьmеrо остаточиоrо напряжения производятся
1'" "н:ты при трехфазных К3 за реакторами и трансформаторами и расчет
"111\10 'tшуска электродвиrателей. Принимается меньшее значение напряже
111111
..рабатывания из полученных.
1\ большинстве случаев обоим условиям удовлетворяет напряжение cpa
JIIIТJ.lВtiНИЯ, равное
и с . р =(0,25 +О,4).U 1юм ,
I )te и/ЮМ
номинальное напряжение электроустановки.
10. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ РАзrРУЗКА
(А ЧР)
и с . р ='Uосm.юf(Кн 'К и );
и с . р ='Uсзl(Кf/ .К и ),
rде U ост . КЗ
наименьшее расчетное значение остаТОЧlIоrо напряжения при
К3;
r IOKa в энерrосистеме имеется вращающийся резерв активной мощ
IЮСТИ. системы реrулирования частоты и мощности будут поддерживать за
ДШIНЫЙ уровень частоты. После Toro как вращающийся резерв будет исчер
11U1f, дефицит активной мощности, вызванный отключением части reHepaTo
реш или подключением новых потребителей, повлечет за собой снижение
IЩСТОТЫ в энерrосистеме.
Ilебольшое снижение частоты (на несколько десятых replIa) не пред
\' ПШJlЯСТ опасности для нормальной работы энерrосистемы, хотя, как уже
О'l'мсчалось выше, и влечет за собой УхУдшение экономических показателей.
t 'tI! оке ние же частоты более чем на 1-2 ['ц представляет серьезную опас
I ю,,:ть и может привести к полному расстройству работы энерrосистемы.
Это в первую очередь определяется тем, что при понижении частоты
rшжается частота вращения электродвиrателей, а следовательно, J'I l1рОИЗ
Iюдительность приводимых ИМИ механизмов собственных нужд тепловых
1.11 е ктростанций. Вследствие снижения производительности механизмов
,,'обственных нужд резко уменьшается располаrаемая мощность тепловых
'-щектростанций, что влечет за собой дальнейшее снижение часТОТЫ в энер
I'о(;истеме. Таким образом, происходит лавинообразный процесс
tlлавина
'1L1CTOTЬY",. который может привести к полному расстройству работы энерrо-
,,'истемы. Кроме Toro современные крупные паровые турбины не MorYT дли
I'СЛЪНО работать при низкой частоте из
:а опасности повреждения их рабо-
IПfХ лопаток,
l1роцесс снижения частоты в энерrосистеме сопровождается также сни-
жением напряжения, что происходит вследствие уменьшения частоты Bpa
!Цспия возбудителей, расположенных на одном валу с ОСНОВНЫМИ re
Ilсраторами. Если реryляторы возбуждения reHepaTopOB и синхронных KOM
IICI1CaTOpOB не CMOryT удержать напряжение, то также может возникнуть ла
IНнюобразный процесс
"лавина напряжения", так как снижение напряже
U сз
наименьшее напряжение при саМQзапуске электродвиrателей; К Н
коэффициент надежности, принимаемый 1,25; КU
к.оэффициент TpaHC
156
ния сопровождается увеличением потребления реактивной мощности, что
еще более осложнит положение в энерrоснстеме.
Аварийное снижение частоты в энерrос:истеме, вызванное внезапным
Возникновением значительноrо дефицита активной мощности, протекает
очень быстро
в течение нескольких секунд. Поэтому дежурный персонал
не успевает принять каких
либо мер, вследствие чеrо ликвидация аварий
Horo режима должна возлаrаться На устройства автоматики. для предот
вращения развития аварии должны быть немедленно мобилизованы все pe
зервы активной мощности, имеющиеся на электростанциях. Все вращаю
щиеся аrpеrаты заrружаются до -предела с учетом допустимых кpaTKOBpe
менных переrрузок.
При отсу(ствии вращающеrося резерва единственно возможным сно"
собом восстановления частоты является откшючение части наименее OT
ветственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специмьных
устройств автоматической частотной разrрузки (А ЧР), срабатываюll{ИХ при
опасном снижении частоты.
Следует отметить, что действие А ЧР всеrда связано с определенным
экономическим ущербом, поскольку отключение линий, питающих элек
троэнерrией промышленные предприятия, сельскохозяйственных и друrих
ПО1ребителей, влечет за собой недовыработку продукции, появление брака
и т.п. Несмотря на это, А ЧР широко используется в энерrосистеме как cpeд
СТБО предотвращения значительно больших убытков из
за ПОJIноrо pac
стройства работы энерrосистемы, если не будут приняты срочные меры ПО
ЛИКвидации дефицита активной мощности.
rлубина снижения частоты зависит не только от дефицита мощности в
первый момент аварии, но и от характера наrрузки. Потребление мощности
одной rpуппой потребителей, к которой относятся электроосветительные
приборы и друrие установки, имеющие чисто активную наrpузку, не зави
сит от частоты и при ее снижении остается постоянным. ПО1ребление же
друrой rруnnой потребителей
электродвиraтелями nepeMeHHoro тока
при
уменьшении частоты снижается. Чеl\1 больше в энерrосистеме ДОЛЯ наrpузки
первой rpуппы; тем больше понизится частота при возникновении одинако
Boro дефицита активной мощности. Наr'рузка потребителей второй rруппы
будет в некоторой степени сrлаживать эффект снижения частоты, поскольку
одновременно будет уменьшаться потребление мощности электродвиrате
лями.
Отнош
ние уменьшения потребления на.rpузкой активной мощности в
процентах (АР ), к снижению частоты в процентах (IJ.j), называется коэф
фициентом реryлирующеrо эффекта к н :
К н -=М/4/.
Значение коэффициента реryлирующеrо эффекта наrpузки Должно опре
деляться специальными испытаниями и принимается при расчетах равным
157
[.5-2,5.
У стройства А ЧР должны устанавливаться там, тде возможно возник..
IЮlJСlJИС значительноrо дефицита активной мощности во всей энерrо
енстсмс или в отдельных ее районах, а мощность потребителей, отЮIЮ
'I1СМЫХ при срабатывании устройства А ЧР,должна быть достаточной для
IIрс.цотвращения снижения частоты, уrpожающеrо нарушением работы Me
хtI1lИ:iМОВ собственноrо расхода электростанций, что может повлечь за co
БО
1 лавину частоты. Устройства АЧР должны выполняться с таким расче..
ТОМ, чтобы была полностью исключена возможность даже KpaTKO
IIрсменното снижения частоты ниже 45 rц, время работы с частотой ниже
471'ц не превышало 20 C
а с частотой ниже 48,5 rц
60 с.
При ВI>.IПолнении А ЧР необходимо учитывать Все реально возможные слу
'11\11 аварийных отключений rенеРИР)'lОщей мощности и разделения энерro
('истемы или энерrообъединения на части, в которых может возникнуть Дe
фИЦИТ активной мощности. Чем больший дефицит мощности может воз
IШКНУТЬ, тем на большую мощность должно быть отключено потребителей.
ДЛЯ Toro чтобы суммарная мощность наrрузки потребителей, отключаемых
Действием А ЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной
мощности, ВОЗНикшеl\i)' при данной аварии, АЧР, как правило, выполняется
,
мноrоступенчатои, в несколько очередеи, отличающихся уставками по час
('(.}"'С срабатывания. .
На рис.94 приведены кривые, характеризующие процесс изменения час
ТОl'Ы в энерrосистеме при внезапном возникновении дефицита активной
МОIIЩОСТИ. Если в энерrоснстеме отсутствует А ЧР, то снижение частоты,
rJызванное дефицитом активной мощности, будет цродолжаться до TaKoro
установившеrося значения, при котором за счет реrулирующеrо эффекта
11a1"рУЗКИ и действия реryля;торов частоты вращения турбин вновь BOCCTaHO
lJИТСЯ баланс rенерируемой и потребляемой мощности при новом, снижен
ном значении частоты (кривая 1).
Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии А ЧР
(I(рИВая П). Пусть, например, .А ЧР состоит из трех очередей с уставками
срабатывания 48, 47,5 и 47 rц. Коrда частота снизится до 48 I
ц (точка 1),
сработают устройства первой очереди и отключат. часть потребителей: дe
фицит активной мощности уменьшится, блаrодаря чему уменьшится и CKO
рость снижения частоты. При частоте 47,5 rц (точка 2) сработают устройст
оа А ЧР второй очереди и, отключая дополнительно часть потребителей, етде
больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения част
СЫ. При частоте 47 f'ц (точка 3) сработают устройства АЧР третьей очереди
и отключат потребителей на мощность, которая достаточна Не только для
прекращения снижения частоты, но и для ее восстановления До номиналь
lIoro или близкоrо к номинальному значения.
158
159
Щli1llИМаются для TOrO, чтобы за это время были мобилизованы резервы aK
НIIlIЮН мощности, имеющиеся в энерrосистеме: заrружены все работающие
111 Р('I'ПТЫ, пущены и заrpужены резервные rидроаrpеrаты. При этом наи..
(IIЩЫllие выдержки времени (70
90 с) следует принимать в условиях ВОЗ
I\IШIClIOЙ мобилизации мощности rэс.
в )\<.
фицитных энерrосистемах, получающих мощность от соседних энер
1 111,' н(:тем, применяется таюке быстродействующая специальная очередь
Л
IP с уставкой срабатывания 49 rц. Эта очередь предназначена для пре
J'III'вrащения снижения частоты в до верхних уставок А ЧРП в случаях, KO
I'.IЩ Ile удается реализовать оперативные оrpаничения потребителей, а также
;(11)1 rазrрузки межсистемных связей при возникновении дефицита мощно
,"'11 U энерr'ообьединении. Потребители, отключенные действием спецоче
I"'J
И А ЧР. должны быть включены в работу не позже чем через 2 ч после их
)ТКJlЮЧСНИЯ.
Кроме двух катеrорий автоматической частотной разrрузки
А ЧРl и
Л '1 Р 11
в эксплуатац.ии применяется также так называемая дополнительная
рflll'рузка. Такие устройства АЧР применяются для осуществления местной
р(11I'ру.зки при возникновении большоrо дефицита активной мощности в
районе энерrосистемы или на отдельной подстанции, коrда суммарной
м"щности потребителей, подключенных к очередям А ЧРI и А ЧРII, оказыва
(' П')I недостаточно для ликвидации возможноrо дефицита активной мощно
&,'ТI1 В этом районе.
Действие устройств А ЧР должно сочетаться с друrими видами авто-
МlIТИКИ. Так, например, для Toro чтобы А ЧР было эффективным, иаrpузка
IЮI'rебителей. отключенных при аварийном снижении чаСТОТ!>I. не должна
Il<щхватываться устройствами АПВ:и АВР. Поэтому АПВ линии, отключен
IIOli деЙствием АЧР. должно блокироваться (не следует путать с АНВ после
ЛЧР, Т.е. с особым видом автоматики, принципы выполнения и схемы KOTO
рои рассмотрены ниже). ЛИНИИ И трансформаторы, обеспечивающие pe
t'lШНОС питание в схемах АВР, должны отключаться теми же очередями
Л ЧР, что и основные питающие линии и трансформаторы.
для ускорения восстановления питания потребителей, отключенных при
rабатывании А ЧР, применяется специальный ВИД автоматики
АПВ после
ЛflР (или ЧАПВ). Устройство ЧАПВ срабатывает после восстановления
aНlCTOTЫ В энерrосистеме и дает импульс на включение отключенных потре
('iителей.
Действие ЧАПВ должно осуществляться при частоте 49,5
50 Сц. Ha
ашльная уставка по времени ЧАПВ принимается равной lO
20 с, конечная
14 зависимости от конкретных условий. МинимаJ1ЬНЫЙ интервал по времени
между смежными очередями ЧАПВ в пределах энерrосистемы или отдель
lIoro узла,
5 с. Мощности наtpузки по очередям ЧАПВ обычно распреде
IIЯЮТСЯ равномерно. Очередность подключения потребителей к ЧАПВ .. об
f,rц
lJ9
48
"7
,,6
4S
.'1
О 1 2 j If 5 f _ С
Рис. 94.Изменение частоты при Возникновении дефицита активной
мощности; 1
при отсутствии А ЧР; П
при наличии А ЧР
Устройства 1 ЧР , используемые для ликвидации аварийноrо. дефицита
МOIдности в энерrосистемах, подразделяются на ТрИ основные катеrории.
Первая катеrория автоматической частотной разrpузки (А ЧРl)
. быстродействующая (t == 0,1
0,3 с), предназначена ДЛЯ предотвращения
значительноrо снижения Частоты в первое время развития аварии. Выпол
няется в виде нескольких очередей с уставками срабатывания от 48,5 rц до
. 46,5 rц. в указанном диапазоне частот очереди А ЧР распределяются paB
номерно с минимальным интервалом по частоте 0,1 rц. МОЩНОСТI), под
ключаемая к А ЧР 1, примерно равномерно распределяется между очередя
ми.
Вторая катеrория автоматической частотной разrpузки (А ЧРIl) .. предна
значена для восстановления частоты до нормальноrо значения, если она
длительно остается пониженной, или, как rоворят, "зависает" на уровне
около 48 rц. А ЧРП работает после отключения части потребителей от
А ЧР 1, коrда снижение частоты прекращается и она устанавливается на
уровне 47,5
48,5 rц.
Верхний уровень уставок по частоте устройств А ЧРII прини:мается в
пределах 48,8
48,6 rц на 0,2 rц выше BepxHero уровня уставок по частоте
А ЧР 1. При этом диапазон уставок А ЧРII по частоте должен быть 0,3 rц с
интервалом по очередям 0,1 rц. Весь объем разrРУЗЮI А ЧРII разделяется на
1ри
четыре части (например. 40, 30 и 30% общеro объема).
у ставки по времени устройств А ЧРП устанавливаются возрастающими от
А ЧРII с максимальными уставками по частоте к А ЧРII с минимальными yc
танками. Наиболее ответственных потребителей при этом следует ПОДI<ЛЮ
чать к А ЧРП с минима.i1ЬНЫМИ уставками по частоте (максимальными yc
тавками ПО времени). Выдержки времени А ЧРII отличаются друr от ДРУI
а
на 3 с и принимаются равными 5
90 с. Большие выдержки времени А ЧРII
160
161
уставкой А ЧРII. Если частота понизится до уста:еки А ЧРI, контакт КF 1 при
этом не разомкнется или, разомкнувшись кратковременно, заМкнется вновь,
после чсrо с небольшим замедлением сработает промежуточное реле КL3 и
контактом KL3.1 подаст импульс через указательное реле КНl на выходное
промежуточное р+еле КL5. На этом работа схемы зако
чит
.
1r}?1.!
1 JCLl
t
ратН'ая очередности А ЧР, т.е. к последним очередям А ЧР подключаются
пеРВЫе очереди ЧAIIВ.
Доля наrрузки
подключаемой к ЧАПВ, В каждом конкретном случае
должна определяться с учетом :местных условий (возможности повторноrо
снижения частоты в отделившихся на изолированную работу района
} пере
rр
зки линий элеК'Ipопередачи, за.'Wедления восстановления параллельной
работы действием АПБ с улавливанием синхронизма и тд.).
На рис.95 приведена схема совмещенных АЧРl и АЧРII. Действие АЧР
осуществляется с помощью реле частоты KFl промежуточноrо реле КLl и
вы
одноrо реле КL2. Устройство А ЧРП выполняется с помощью реле час
тоты КF2 и реле времени КТ1. Сиrнализация срабатывания АЧРI и АЧРII
выполняется с помощью указательных реле КН1 и КfJ2 соответственно.
При выполнеНИJi А ЧР только ОДноrо вида (А ЧРI или А ЧРII) соответствую
щая часть реле исключается из схемы.
+
KPI.]
КLl
КL3.1
КТ/.3
1rТl КL2.4
КТ 1.4
KL2.1 __ ,
1rL2.2
На отЮlючеuие
. )
КН2
КL2
КLз.l
3
+ KL5.2 ",,'J
.J..
KL2.1
-{( v
К uзмери
.1 ............
} т . елыюму . JCL5.3 } H
:ЖJlЮ
орсаuу РЧ ........... чет.
С
С( G.Q;
А tlV \\
Рис.96. Схемы А ЧРI и А ЧРII с одним реле частоты с переключением
уставок
r'7
КF2.1
УКТ1.1
Рис.95. Схемы А ЧРI и А ЧРII с двумя реле частоты;
с одним реле частоты с переключением уставок
с целью Экономии реле частоты I}o мноrих случаях для осуществления
совмещенноrо А ЧР используются специальные схемы, в которых преду
сматривается переКЛючение уставки одноrо реле частоты. Одна из таких
схем приведена на рис.96. В схеме А ЧР используется одно реле частоты КF
типа рч
1, на измерительных элементах KOToporo настроены уставки, COOT
ветствующие А ЧРl и А ЧРII. В нормальном режиме ДО срабатывания КF
замкнут Контакт КL2.1 двухпозиционноrо реле типа РП8, чем обеспечивает
ея rотовноеть К действию обоих измерительных элементов реле, HaCTpoeH
НЫХ На уставки А ЧР 1 и А ЧРП.
При Снижении частоты до уставки А ЧРП замкнется контакт КРl и реле
КLl KOHTaI\iOM КLl.1 подаст плюс На верхнюю обмотку реле КL2, которое,
переключив свои контакты, выведет из действия измерительный элемент с
Если частота не снизится До уставки А ЧРI, схема будет продолжать рабо
тать. Реле времени КТ1, сработав при замыкании контакта КL2.3, будет ca
моудерживаться через свой мmовенный замыкающий контакт КТ! .1. Спус
тя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте
КТ].2, будет подан плюс на нижнюю обмотку реле КL!, и оно переключи
свои контакты, вновь вводя в действие измерительныи элемент с уст
вкои
А ЧРП. В течение Bcero времени, пока н:е замкнется проскальзывающии KOH
такт КТ].2, схема будет roToBa к действию на отключение без выдержки
времени в случае снижения частоты до уетавки А ЧР 1. После замыкания
проскальзывающеrо контакта КТl.2 и переключения контактов реле KL2
цепь отключения от А ЧРI будет выведена и в работе останется только
А ЧРIl. После перекточения Kl2 сработают вновь КF (если чаСТота в энер
162
rосистеме будет ниже уставки срабатывания А ЧРIl) и реле KLl и запустится
реле времени КТ2, которое, доработав, через указательное реле КН2 подаст
плюс на выходное реле схемы КL5. Промежуточное реле КL4, обмотка KO
Toporo включена параллельно обмотке КТ], будет держать своим контактом
КЕ4.1 разомкнутой цепь верхней обмотки реле КL2, предотвращая ero по..
вторное срабатывание.
Возврат схемы в исходное положение осуществляется после срабаты"
вания выходноrо реле КL5, которое разомкнет контакт КL5.] в цепи обмо
ток реле КТ 1 и КL4. Если схема не подействует на отключение вследствие
восстановления частоты в энерrосистеме выше уставки А ЧРIl и возврата
реле КF, возврат схемы будет осуществлен шунтированием обмотки КТ} 00
цепи: упорный контакт КТ1.3
размыкающий контакт KI.I3 .
размыкаю..
щий контакт КL2.4. Выдержка времени АЧРIl в рассматриваемой схеме оп..
ределяется суммой выдержек времени, установленных на КТ2 и на про
скальзывающем контакте КТ 1.2.
На рис.97 приведена схема одной очереди А ЧР с ЧАПВ. В этой схеме ис
пользуется одно реле частоты, уставка срабатывания KOToporo авто..
матически переключается. При снижении частоты до уставки срабатывания
соответствующей очереди А ЧР сработает реле частоты КF и запустит реле
времени КТ]. После Toro как замкнется контакт реле времени КТ1.1, срабо
тают промежуточные реле КLl и КL2 и ОТКЛючат rpуппу потребителей. Oд
новременно замыкающий контакт КLl.2 введет в работу измерительный
элемент реле 'Частоты типа рч
1 с уставкой, соответствующей уставке
ЧАПВ. Теперь после ввода в работу указанноrо измерительноrо элемента
контакт реле частоты разомкнется лишь после TOro, как частота в энерrо-
системе восстановится до значения новой уставки, paBHoro 49,5
50 Т'ц. Реле
КLl при срабатывании замыкает также своим контактом КLl.2 цепь обмот
ки промежуточноrо реле КL3, которое срабатывает и самоудерживается.
После восстановления частоты в энерrосистеме реле КF и КТ] разомкнут
свои контакты. При этом реле КLl возвратится и заМ1>..'tIет контакт KLl.3 в
цепи обмотки реле времени КТ2. Поскольку контакт КL3
2 уже замкнут, pe
ле КТ2 начинает работать, и, спустя выдержку времени, установленную на
проскалъзывающем контакте КТ2.2, замкнет цепь обмотки промежуточнOI'О
реле КL4. Последнее, сработав, самоудерживается через свой замыкающий
. контакт КL4.1 и подает импульсы на включение выключателей потребнте
лей, отключавшихея действием А ЧР. Возврат схемы осуществляется после
замыкания упорноrо контакта реле вреМени КТ2. З, выдержка времени на
котором отличается от выдержки времени на проскальзывающем контакте
КТ2.2 примерно на 1 с. После замыкания упорноrо контакта КL3.2 реле КLЗ
возвратится и разомкнет контактом КL3.2 цепь обмотки реле времени КТ2.
у казательные реле кв 1 и КН2. установленные в рассматриваемой схеме,
предназначены для сиrнализации срабатывания А ЧР и ЧАПВ. с помощью
163
накладки SXl может быть выведена из действия полностью рассматривае
мая автоматика, а с помощью накладки SX2
только ЧАПВ.
-+ КТ1
КFl.]
КLl
SXJ
КL2
КLl.2
5j9
КLl.3 KL3.2
КТ2.3
U
.J
КLЗ
1
КТ2.З
КТ2
SX2
КL4
Рис.97. Схемы А ЧР с ЧАПВ
По схемам, приведенным на рис. 9S и 96, может быть выполНена также
схема совмещенноrо А ЧР с ЧАПВ. При этом на реле частоты должны быть
выполнены три уставки по частоте, соответствующие А ЧРI А ЧРП и ЧАПВ.
На линиях, оснащенных устройствами электрическоrо АПВ, последние MO
тут быть использованы для осуществления ЧАЛВ при этом пуск АПВ дол
жен осуществляться после восстановления частоты, соответствующей ус..
тавке ЧАПВ.