/
Author: Атабеков Г.И.
Tags: электротехника электрические сети релейная защита энергосистемы
Year: 1949
Text
Г. И. АТАБЕКОВ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
СЕТЕЙ
4/
Пр оф. Г. И. ATA6BKGB
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
СЕТЕЙ
государственное Энергетическое издательство
мооа* 1949 Ленинград
ЭЭ-5-4
В книге рассмотрены общие принципы расчета переход-
ных процессов в цепях релейной защиты, дана методика
расчета фильтров симметричных составляющих и описаны
современные типы быстродействующих защит.
Книга предназначена в основном для лиц, специализи-
рующихся в области релейной защиты, — студентов, инже-
неров и аспирантов.
Редактор Ф. Ф. Воронцов Технический редактор Л. М. Фридкин
Сдано в пр-во 1/Х1948 г. Подписано к печати 23/Ш 1949 г.
Объем 26,5 п. л. 28 уч.-авт. л. Тираж 5000. Форнат 60X92*/^
А-04002 43300 тип. знак в 1 печ. л. * Задай 1277
Типография Госэиергоиздата. МЭС. Москва, Шлюзован иа&, 10.
Содержание
5
4,4. Влияние неравных величин переходных сопротивлений в от*
дельных фазах при замыканиях между тремя фазами при одно*
стороннем питании...........................................116
4,5. Влияние переходного сопротивления в месте короткого замы*
кания при двухстороннем питании............................ 121
4,6. Влияние трансформаторов» находящихся между местом установ-
ки защиты к местом повреждения..............................124
4,7. Влияние подпитки или отсоса между местом установки защиты
и местом повреждения ......................................126
4,8. Токовая компенсация и компенсация напряжения...........126
4,9. Влияние неравных величин переходных сопротивлений при
двухфазных замыканиях на землю..............................137
4,10. Свойства дистанционной защиты параллельных линий .... 141
4,11. Трехсистемиое исполнение дистанционных защит..........147
4,12 Односистемиое исполнение дистанционных защит ...... 166
4,13- Поведение быстродействующих дистанционных реле при пере-
ходаомрежиме ........ ........................193
4,14. Питание омметров с низкой стороны трансформаторов .... 198
4,15. Многофазные омметры .................................. 203
Глава пятая
Предотвращение неправильных действий защит при качаниях
5,1. Защиты, подверженные неправильным действиям при качаниях 208
5,2. Диализ замеров омметров и выражений мощностей на зажи-
мах органов направления при качаниях.................... . . 210
5,3. Устр^йртва для предотвращения неправильных действий защит
при качаниях ............................................. 217
Глава шестая
Фильтры симметричных составляющих
6,1. Краткий обзор ........................................234
6,2. Исходные теоретические положения...........*..........236
6,3. Разновидности фильтров. Требования, предъявляемые к фильт-
рам .................................................... 241
6,4. Основные соотношения................................. 243
6,5. Преобразование фильтров напряжений в фильтры токов и об-
ратно, ., . ....................................... . 246
6,6. Схемы внутренних соединений фильтров, и. векторные диаграм-
мы ........................................................258
6,7. Общая методика расчета фильтров.......................264
6,8. Сопоставление схем фильтров...........................269
6,9. Расчетные выражения для принятого типа фильтра ...... 269
6,10. Расчет параметров реле............................. 274
Глава седьмая
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты
7,1. Принцип защиты и его развитие.........................276
7,2. Отечественные дифференциально-фазные защиты...........283
7,3. Американские дифференциально-фазные защиты............290
7,4. Шведская дифференциально-фазная 'защита...............298
7,5. Французские дифференциальио-фазиые защиты.............303
7,6. Общие выводы ..............................•..........309
I
6
Содержание
Глава восьмая
Направленные высокочастотные защиты
8,1. Развитие защиты.................... . 310
8,2. Особенности существующих высокочастотных защит с орга-
нами направления мощности в фазах........................311
8,3. . Основные требования, предъявляемые к современным высо-
кочастотным защитам. Преимущества фильтровых защит . . . 320
8,4. Фильтровая высокочастотная защита с переключением органа
направления мощности с отрицательной последовательности
на положительную.........................................324
8,5. Быстродействующая фильтровая высокочастотная защита с
мгновенным двухсторонним замером мощности отрицатель-
ной последовательности ............................. 336
8,6. Детекторная направленная высокочастотная защита......346
8,7. Резервирование при высокочастотных защитах...........348
8,8. Общие выводы ....................................... 349
Глава девятая
Защита длинных и сильно нагруженных линий электропередачи
9,1. Принцип проектирования защиты длинных и сильно нагружен-
ных линий.... ' . ..................................... 350
9,2. Некоторые данные практического выполнения защиты линий
большой протяженности........................ ...........372
9,3. Диаграммы входных сопротивлений длинных линий........375
9,4. Входное сопротивление длинной линии при несимметричных
коротких замыканиях..................................380
Глава десятая
Защита сборных шии 110 — 220 кв
10,1. Статистические данные...............................385
10,2. Токи небаланса- в- цепи дифференциальной защиты шин . . . 388
10,3. Дифференциальная защита сборных шин с торможением выс-
шими гармоническими......................................392
10,4. Дифференциальная -защита сборных шин с применением кату-
шек взаимоиндукции.......................................398
10,5. Дифференциальная защита сборных шин с применением транс-
форматора, с подмагничиванием ............-............ . 402
10,6. Общие выводы......................../. ,............403
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение L Определение наименьшей длины линии, допускаю-
щей применение импедансной, защиты...................405
Приложение 2. Проверка необходимости выведения из действия
односистемной импедансной защиты от замыканий между фа-
зами прн замыканиях на землю.........................407
Приложение 3. Выражения для замеров реактанса на зажимах
омметров при замыканиях на землю на одной из параллельных
лниня...................................... *........409
Указатель литературы.................................415
Алфавитный указатель.................................420
ВВЕДЕНИЕ
В числе молодых областей электротехники, едва насчиты-
вающих три десйтка лег своего существования, весьма ответ-
ственное место в экспло>атации зовременных электрических
систем завоевала техника релейной защиты.
Развитие релейной техники сопутствовало общему прогрес-
су энергетики, ставившей перед техникой релейной защиты
все новые к новые задачи.
Неуклонный рост мощностей энергосистем, развитие высо-
ковольтных сетёй, непомерное осложнение явлений, происхо-
дящих в электрических системах при коротких, замыканиях,
повышение ответственности за бесперебойность электроснаб-
жения потребовали от инженеров-электриков во всем мире
проведения большой творческой работы по изучению аварий-
ных явлений, выработке методов расчетов, разработке новых
принципов защиты и конструированию реле, обеспечивающих
немедленную локализацию и ликвидацию коротких замы-
каний.
Будучи неразрывно связана с развитием смежных с ней
областей современной электротехники (электроматериалове-
дения, высокочастотной техники, электроизмерительной тех-
ники, электроники), релейная защита за сравнительно корот-
кий срок своего существования выросла в большую область
техники, охватывающую значительный комплекс разнохарак-
терных проблем.
Период, предшествовавший началу Великой Отечественной
войны (1930—1940 гг.), был ознаменован быстрым прогрессом
релейной техники.
Энергосистемы и релейная промышленность в Советском
Союзе и за границей непрерывно обогащались новыми кон-
струкциями, схемами и принципами защит. Характерными для
этого периода тенденциями в развитии техники релейной за-
щиты являлись:
1) переход от медленно действующих реле и выключате-
лей к быстро действующим; 4
2) переход от малочувствительных защит к высокочувстви-
тельным;
8
Введение
3) приступ к внедрению устройств? автоматизации электри-
ческой части станций и подстанций.
Основными центрами исследовательской мысли в области
релейной защиты в СССР являлись в тот период Харьков-
ский электромеханический завод им. Сталина (ХЭМЗ), ла-
боратория высоких напряжений им. проф. Смурова (до
1938 г.), ОРГРЭС, Московское отделение Теплоелектропроек-
та и крупнейшие энергосистемы Союза (Мосэнерго, Ленэнер-
го, Уралэнерго и др.).
За этот период накоплен обширный исследовательский
материал в лабораториях, достигнут значительный прогресс
в области расчета токов короткого замыкания, расчета устой-
чивости параллельной работы электрических систем, накоплен
богатый опыт проектирования и расчета релейных защит.
Большая методическая работа по типизации , и стан-
дартизации релейных схем и расчетов защит проведе-
на Теплоэлектропроектом, начавшим с 1,932 г. систематиче-
скую разработку и выпуск «Руководящих указаний по релей-
ной защите».
За этот период в Советском Союзе воспитаны основные
кадры высококвалифицированных специалистов в области
техники релейной защиты, трудами которых созданы новые
конструкции реле и схемы релейных защит.
На ХЭМЗ освоено производство многочисленных типов и
серий реле, в результате чего номенклатура аппаратуры ре-
лейной защиты и электроавтоматики, выпускаемой ХЭМЗ, пре-
высила номенклатуру аналогичной продукции, выпускаемой
любым заграничным заводом.
В свою очередь персоналом служб релейной защиты энер-
госистем проведена большая работа по впедрешйо новых за-
щит в эксплуатацию. (
Значительный прогресс в области релейной защиты ц Элек-
троавтоматики достигнут в период реализации решения XVIII
съезда ВКП(б) о широком внедрении иовейшей ^1е£гетиче-
ской техники 'и автоматизации основных производственных
процессов электростанций и сетевого Хозяйства. Д этот пе-
риод по заданию Технического отдела НКЭС на ЭДетДХ при-
ступлено к массовому внедрению в эксплоатацию фйстродей-
ствующих защит и устройств электроавтоматики, Обеспечив-
ших устойчивую и бесперебойную работу электрических сн-
taeM. В свою очередь ХЭМЗ, используя типовые разработки
ТЭП и других организаций, приступил к комплектной постав-
ке защитных устройств.
, Война временно прервала плодотворную деятельность по
Совершенствованию защит и созданию новых конструкций,
Введение
9
поставив во главу угла обеспечение надежной эксплоатации
электрических систем.
Следует особо отметить успешную работу персонала
служб релейной защиты, проведенную в военных условиях при
воздушных налетах противнгжа (Мосэнерго, Ленэнерго, Гор-
энерго, Ярэнерго и др.), в условиях блокады (Ленинград), при
быстром росте мощностей и высоковольтных сетей (Урал, Ке-
мерово, Узбекистан). ’
Наиболее значительным событием в жизни релейных
служб союзных энергообъединений за (последний период врен
меии явилось слияние релейной защиты энер-
госистем с отдельными видами систем-
ной автоматики., Трехфазное и пофазное автоматиче-
ское включение, автоматическое включение секционных связей,
ввод резервов, -автоматическая разгрузка, регулирование на-
пряжения, компаундирование и другие йиды автоматизации
электрических систем тесно связались с современной релейной
защитой и вошли в круг деятельности работников релейных
служб.
Послевоенный период отмечен дальнейшим развитием тех-
ники релейной защиты и автоматизации энергосистем. Боль-
шая работа проведена но восстановлению релейной зашиты
на территориях; находившихся в зоне военных действий или
бывших оккупированными противником. (Сталинград, Донбасс,
Ростов, Днепрогэс),
В энергосистемах Союза в массовых масштабах внедрены
быстродействующие защиты и устройства электроавтоматики.
Вместе с тем выполнение задач, поставленных перед со-
ветскими электроэнергетикаМи Законом о пятилетием п^ане
восстановлении и развития народного хозяйства СССР в ча-
сти, касающейся релейной защиты и электроавтоматики, по-
требовало совместных усилий работников энергосистем, за-
водов-изготовителей и научно-исследовательских организаций.
В целом ряде организаций (ЦНИЭЛ, ТЭП, ОРГРЭС
и т. д.), заводов н энергосистем Союза развернута работа по
созданию новых принципов и конструкций, по дальнейшему
внедрению новой техники и усовершенствованию методов
эксплоатации.
Статистика работы релейной защиты в энергосистемах
Министерства электростанций свидетельствует о неуклонном
росте процента правильных действий защиты по годам: е
1944 г.—97,8%, 1945 г.—98,4%, 1946 г—98,9%.
На основании статистических данных, опубликованных i
американской литературе, общий процент правильных дейст-
вий защиты в одной из крупных американских энергосистем
за 4 года эксплоатации составил в среднем 97,5%.
10
Beedeние
По данным единой британской высоковольтной системы
(Grid), опубликованным в 1946 г., общий процент правиль-
ной работы релейной защиты в системе составил: в 1IM3 г. —
93,2%, в 1944 г. — 93%, в 1945 г. — 94%. При этом обращает
на себя внимание большое число неправильных Действий за-
щиты из-за ударов и вибраций при взрывах авиабомб
(в 1941 г.— 19 случаев, в 1942 г. — 4 случая, в 1943 г.—
11 случаев). Большой процент неправильной работы защиты
падает так же на ошибочные действия персонала (преимуще-
ственно у потребителя).
Сопоставление итогов эксплоатации релейной защиты в
СССР и за границей говорит в пользу советской релейной
техники, обеспечившей в военных условиях развития - совет-
ского релестроения и в тяжелых условиях работы эиегроси-
стем высокий процент правильного действия релейной защи-
ты и весьма малый недоотпуск электроэнергии по вине релей-
ных служб. В частности, благодаря принятым специальным
мерам в некоторых системах Союза, подвергшихся бомбарди-
ровке, случаи неправильной работы реле из-за вибраций кон-
тактов при взрыве бомб были единичными.
В 1946 г. в Париже состоялась Международная конферен-
ция по сетям высокого напряжения, на которой был заслушан
целый ряд докладов по технике релейной защиты. Итоги, с ко-
торыми пришли на эту конференцию представители релейной
защиты заграничных энергосистем, лишний раз свидетельст-
вуют о том, что ^основные направления, .взятые релейщиками
Советского Союза, как в условиях военного времени, так и в
в последующий период правильны и в целом ряде случаев
имеют преимущества перед заграницей.
Значительные успехи, достигнутые в СССР в области тех-
ники релейной защиты и автоматизации энергосистем, позво-
ляют считать, что коллектив специалистов по релейной защи-
те в Советском Союзе разрешит стоящие перед ним новые
задачи и обеспечит дальнейший прогресс техники релейной
защиты в своей стране.
$ 1,1 J Источники напряжений а токов 11
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТО-
ЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ
1,1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИИ и токов, полярности
и положительные направления
Проектирование и анализ работы релейной защиты бази-
руются, как правило, на отчетливом представлении величии
напряжений, токов и фазовых сдвигов между ними. Только
в самых простейших случаях является возможным довольст-
воваться величинами токов или напряжений без учета фазо-
вых соотношений (защита максимального тока; минимального
напряжения). В подавляющем же большинстве случаев дейст-
вие защит оказывается зависящим от фазовых соотношений
электрических величин, подводимых к реле (токов, напряже-
ний нли тех и других одновременно).
Говоря о фазовых соотношениях, мы в данном случае
имеем в виду установившийся режим электрической систе-
мы-трехфазного тока, при котором свободные составляющие
токов и напряжений предполагаются отсутствующими. К та-
кой категории режимов может быть отнесен как произволь-
ный рабочий режим системы, так и режим короткого замыка-
ния, спустя время, достаточное для того, чтобы свободные то-
ки достигли ничтожно малых значений. В этих случаях токи
и напряжения представляют синусоидальные функции вре-
мени и анализ релейных схем ведется обычно с помощью
векторных диаграмм или кривых мгновенных значений токов
и напряжений.
Переход к современным быстродействующим
защитам потребовал учета наряду с токами вынужденного
состояния электрической цепи также и свободных составляю-
щих токов, определяемых из дифференциальных уравнений
данной цепи.
Составление и решение дифференциальных уравнений,
описывающих исследуемые электрические процессы, так же
как и построение векторных диаграмм, производятся с уче-
том заданных полярностей источников
электрической энергии, полярностей обмо-
ток; (трансформаторов, реле) и выбранных положи-
тельных направлений токов.
Источниками электрической энергии в первичных цепях
трехфазного тока служат обычно электрические генераторы,
поддерживающие примерно неизменную величину и форму
кривой внутренней э. д, с. при разных значениях рабочего
14 Общие методы анализа переходных процессов [ Гл. 1
(фиг. 1,5,а), знаком производной для! (фиг. 1,5,0) и зна-
ком заряда для С (фиг. 1,5,в).
При обходе контура с последовательно включенными г, L
и С в направлении, совпадающем с положительным направ-
лением тока, эти падения напряжения складываются алгебраи-
чески.
Метод индексов, естественно, распространяется и на паде-
ния напряжений. Падения напряжений в элементах цепи
Фиг. 1,5. Токи в элементах
электрической цепи.
Фиг. 1,6. Индексный ме-
тод обозначения тока.
г, L и С в направлении, совпадающем с положительным
направлением тока (т. е. От точки п к точке та, фиг. 1,6),
напишутся так:
di 1 г
•ц ~ri , и =L—zr^t и
nm пт* пт dt пт С д пт
Очевидным является равенство ц/|да =— ,
При наличии взаимоиндукции обязателен учет полярностей
индуктивно связанных катушек.
Однополярные зажимы двух индуктивно связанных
катушек обладают той особенностью, что токи, притекающие
в положительном направлении к этим зажимам, создают
магнитные потоки, совпадающие друг с другом до направ-
лению (фиг. 1,7,а — так называемое согласное включение
катушек).
Ток протекая по обмотке I (фиг. 1,7,а), наводит
в обмотке 2 в соответствий с законом электромагнитной
индукции э. д. с. е2 —— /И совпадающую по направле-
нию с выбранным для тока /2 положительным направлением.
При ~ > О имеем < 0, т. е. потенциал зажима обмотки 2,
отмеченного крестиком, оказывается выше потенциала вто-
рого зажима той же обмотки.
Отсюда можно заключить, что однополярные зажимы двух
индуктивно связанных катушек обладают той особенностью,
что подтекание к одному из них тока, возрастающего по
Полярности и положительные направления
15
величине, вызывает повыше-
йие потенциала на однополяр-
ном зажиме второц катушки.
При согласном включении
обмоток (фиг. 1,7, а) наве-
денная в положительном на-
правлении контура 2 э. д. с.
может быть при
z at
обходе контура 2 в том же
направлении заменена падением
иаприжеиня взаимоиндукции,
равным — =М
Фиг. 1,7. Индуктивно связанные
обмотки.
а—согласное включение; б — встречное
включение.
Легко показать, что при так называемом встречном
включении обмоток, когда выбранному положительному
направлению токов соответствуют магнитные потоки, противо-
положно направленные (фиг. 1,7,6), падение напряжения От
взаимоиндукции при обходе контура 2 в выбранном положи-
тельном направлении равно — М .
Таким образом, при согласном включещ<и обмоток
(фиг. 1,7,а) выражение падения напряжения взаимоиндукции
берется со знаком плюс, а при встречном включении
(фиг. 1,7,6) — со знаком минус. ,
В тех случаях, когда задано направление намотки
(фиг. 1,9), полярности легко находятся по правилу
Ленца: выбранному положительному направлению тока
соответствует по правилу штопора направление потока Фи
указанное иа фиг. ц 1,8. Далее по правилу Ленца индуктиро-
ваииаи во втором контуре э. д. с. имеет такое направление,
что создаваемый ею в контуре 2 ток противодействует
изменению магнитного потока, т. е. при положительном при*
^ ращении потока >0^ направление э. д. с. и тока в кон-
туре 2 получается согласно фиг. 1,8.. Положительное при-
ращение потока соответствует положительному приращению
тока. Следовательно, подтекание тока 1г к верхнему зажиму
обмотки 1 при “^>0 с учетом заданного направлении на-
мотки катушек вызывает повышение потенциала верхнего
зажима обмотки 2. Таким образом, верхние зажимы обеих
обмоток оказались в данном случае однополярными.
На свойствах повышения потенциала на зажиме второй
катушки при подтекании тока ix к однополярному зажиму
12 Общие методы анализа переходных процессов [Гл. 1
тока. Такие источники называются источниками на-
пряжения. Внутреннее сопротивление источника напря-
жения, имеющее обычно малую величину, по сравнению с по-
следовательно соединенным с ним сопррчмвлением внешней
цепи, может быть Ьтиесеио к последней или в некоторых слу-
чаях может вообще ие учитываться (в зависимости соот-
ношения величин и требуемой степени точности).
В цепях защиты в качестве источников напряжений могут
рассматриваться трансформаторы напряжении, питающие об-
мотки реле.
В свою очередь трансформаторы тока, питающие токовые
обмотки реле и поддерживающие примерно 'неизменную вели-
Фиг. 1,1 Схема замещения трансфор-
матора тока.
emire(t)
a) fj V
Фиг. 1,2. Источники напряжения.
чину и форму кривой тока при различных значениях напря-
жений иа их выходных зажимах, могут рассматриваться в ка-
честве источников тока.
Сопротивление ветви намагничивания трансформатора
тока (х'0> приведенное к числу витков вторичной обмотки,
фиг. 1,1) обычно велико по сравнению с присоединенными
к ней параллельно сопротивлениями вторичной обмотки г3,
и нагрузки zH. Поэтому в некоторых случаях, ие требующих
большой точности расчета, оно вообще ие учитывается
(подробнее о схеме замещения трансформатора тока см. гл. 2).
На практике применяются различные способы обозначения
полярностей источников напряжения и тока. v
Полярность источника напряжения указы-
вается чаще всего стрелкой (фиг. 1,2,а) и ли знаками
(фиг. 1,2,6) применительно к моменту времени, кбгда его
э. д. с. e(t) имеет положительное значение.
Обозначения, приведенные иа фиг. 1,2,а и 1,2,6 могут быть
заменены индексным обозначением э. д.с. (emn, фиг. 1,2,в),
указывающим иа то, что под e(t) подразумевается разность
потенциалов точек m и ли, Следовательно, при положи-
тельном значении e(t) потенциал точки m положителен (та
же полярность, что и иа фиг. 1,2,а и 1,2,6). Очевидным
является равенство: =
В системах трехфазиого тока полярность источника напря-
жения выбирается обычно в соответствии с фиг. 1,3, т. е.
§ 1,1 ] Источники напряжений и токов 13
предполагается, что положительному1 значению фазной э. д. с.
соответствует положительный потенциал внешнего зажима
данной фазы. Таким образом, здесь, также как и на фиг. 1,2,а,
стрелками указываются направления возрастания потен-
циалов.
По лярность источника тока обозначается
обычно стрелкой (фиг. 1,4,а), указывающей заданное поло-
жительное направление его токд.
4 S С
Фиг. 1,3. Источник трехфаз-
ного напряжения.
Фиг. 1,4. Источники
тока.
Выше было показано, что полярность источников напря-
жения может задаваться индексным обозначением 9. д. с.
(фиг. 1,2,в). Тот же метод может быть распространен и на
токи. Условимся под током «ЛИ1, протекающим через элемент
с зажимами ш и л, подразумевать ток, имеющий положитель-
ное направление от зажима л к зажиму тп (фиг. 1,4,6).
Очевидно, /„я, — — /mrt. В сочетании с индексным обозначением
э. д. с. такой способ начертания токов приводит к одно^
значЯому решению задачи на определение токораспределения
или построение векторных диаграмм токов и напряжений, без
применения стрелок, указывающих полярности и положитель-
ные направления;
Падении напряжения в элементах электрической цепи г, L
или С (фиг. 1,5) в направлении, совпадающем с положитель-
ным направлением тока /(/), определяются по формулам
u(f\—
«до—•
Таким образом, знак падения напряжения (в положитель-
ном направлении) определяется знаком тока i(t) для г
* См. также формулу (1,2).
I
1в Общие методы анализа переходных процессов | Гл» 1
первой катушки (при ™^>0) основано экспериментальное
Нахождение однополярных зажимов индуктивно связанных
обмоток. Одна из обмоток включается в цепь источника
постоянного тока, а к другой обмотке присоединяется вольт*
метр постоянного тока (фиг. 1,9). Если в момент замыкания
цепи источника стрелка прибора отклоняется в сторону
положительный показаний, то зажимы индуктивно связаи-
Фиг. 1,8. Нахождение однополярных
зажимов на основании правила
Ленца.
М
Фиг. 1,9. Экспериментальное нахо-
ждение однополярных зажимов
индуктивно связанных обмоток,
иых обмоток, подключенные к положительному полюсу источ-
ника постоянного тока и к положительному зажиму прибо-
ра, являются однополярными.
На фиг. 1,7—1,9 однополярные зажимы обмоток 1 <и 2
(именуемые также начальными зажимами) помечены крести-
ками.
В тех случаях, когда задача решается при ненулевых на-
чальных условиях, т. е. когда началу исследуемых электри-
ческих процессов предшествует наличие электрических заря-
дов, накопленных в конденсаторах, или энергии, запасенной
в магнитном поле катушек самоиндукции, полярности конден-
саторов и направления токов предшествующего режима долж-
ны быть заданы (т. е. отмечены: знаками стрелками или
индексами). Вопрос об учете начальных условий рассмотрен
в § 1,3-
1,2. ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
Из теории электрических цепей [Л. 1—3] известно, что про-
цессы в линейных электрических системах с постоянными па-
раметрами (не зависящими от токов или напряжений) описы-
ваются линейными дифференциальными или интегро-диффе-
ренциальными уравнениями.
Если в качестве неизвестных принять контурные токи (счи-
тая, что в ветвях, общих для двух или нескольких контуров,
токи равны алгебраической сумме токов, протекающих в этих
донтурах), то задача нахождения токов сведется к решению
системы из п уравнений (по числу независимых контуров).
/
§ 1,2] Интегро-дифференциальные уравнения 17
_------------- ™
В общем случае на основании второго закона Кирхгофа
имеем для мгновенных значений контурных токов систему из
п интегро-дифференциальных уравнений:
Л
S (1.D
m—1 ' J /
где k — 1, 2,..., n.
Параметры с индексами k = nt относятся к собственным
элементам контуров % а параметры с индексами k^m—
к элементам общих ветвей контуров k и ш.
Если контурный ток is(t) обусловлен источником тока
контура s, то падение напряжения uk(t)~rksw+Lb-
J— f созданное в контуре k в результате проте-
cAs J
каиия тока is(t) через общую ветвь контуров s и k, может
быть с обратным знаком перенесено в правую часть уравне-
ния, т. е. величина — uk(t) может рассматриваться в качестве
дополнительной э. д. с. контура k.
Следует иметь в виду, что под J в уравнении
(1,1) подразумеваются заряды qm (t) с учетом начальных
условий:
qm W= j = J + ?m(0), (1,2)
0
?m(0)— заряд конденсатора при Z = 0.
Выражения падений напряжений и э. д. с., входящие
в уравнение (1,1), должны быть взяты со знаком плюс или
минус в зависимости от выбранных положительных направ-
лений контурных токов и полярностей источников электри-
ческой энергии. К числу последних относятся также конденса-
торы с начальными зарядами ?т(0) (с учетом полярности).
Иначе говоря, уравнения (1,1) могут быть выражены так:
Л . //'ГЛ 1
S/ f iJTW 1 =
1 кт i кт dt i С кт I ' (
m=l' 0 '
п
=- S
Л» = 1
С km
(1,3)
(А = 1, 2, .... «)
2 Г. И. Атабеков.
18
Общие методы анализа переходных процессое [ Гл. 1
Знак минус в правой части (1,3) сохраняется, если поляр-
ность конденсаторов противоположна направлению обхода
контура k.
С учетом оговорки, сделанной выше относительно возмож-
ности учета влияния на контур k источника тока is(t) в кон-
туре s при помощи источника напряжения — uk(t) в контуре k,
уравнения (1,3) выразятся;
s—1 rf' ГН * \
J) + ---} +
m-1 ' О f
t n
=«*(о-[^уо+^^-+Д (>.4)
'-'ks J Ы km
0 m—1
(A—1, 2, . . . , S— 1, S-f-l, . . . , n).
Таким образом, в случае, когда контурные токи обуслав-
ливаются наличием источников токов, число контур-
ных уравнений уменьшается на число за-
данных источников токов.
Как уже указывалось выше, энергия магнитного поля, за-
пасенная к началу исследуемого процесса в индуктивностях,
и энергия электрического поля, запасенная в емкостях, ока-
зывает влияние на последующий переходный процесс. Нали-
чие этой энергии учитывается начальными условиями для то-
ков в индуктивных элементах и зарядов конденсаторов при
t = 0. Начальные условия для конденсаторов включены в ин-
тегро-дифференциальные уравнения (1,3) и (1,4), Что касает-
ся начальных условий для индуктивностей, то они должны
быть учтены в процессе решения уравнений.
Ниже будет показано, что задача с ненулевыми началь-
ными условиями может быть искусственно приведена к за-
даче с нулевыми начальными условиями (см. § 1,3).
Если заданные функции напряжений в правой части урав-
нений (1,3) и (1,4) представляют собой гармонические функ-
ции, то они могут быть представлены как в тригономет-
рической, так и в комплексной (символической)
форме. В последнем случае решения уравнений будут также
комплексными, т. е. токи вынужденного состояния и свобод-
ные токи будут соответственно каждому моменту времени
иметь векторные изображения.
§ 1,3 ] Операторный метод, учет начальных условий 19
Мгновенные значения токов определятся проекциями
этих векторов на ось времени.
Пример 1,1. Комбинированный фильтр симметричных составляющих
тока типа изображенный на фиг. 1,10, приключен к источникам
токов Лл(*), *В(С, К выходным зажимам tn, п фильтра присоеди-
нено реле, имеющее параметры г2, £2.
Написать дифференциальное уравнение для тока I в реле при задан-
ных функциях iA {t), iB {t), ic {t).
Схема фиг. 1,10 содержит четыре независимых контура с тремя ис-
точниками тока. В соответствии с изложенным выше общее число кон-
турных уравнений сокращается на число источников токов, т. е. остается
одно дифференциальное уравнение вида
[/— (/л 4- iB 4- у ] 4- R 0 ~*д;4- (г14-гг)* + (Л 4-
at
— (1,5)
dt dt v
Обмотка фильтра, обтекаемая током 1В, и связанная с ней индуктив-
но обмотка в выходной цепи фильтра включены вс тречно. Поэтому
прн обходе контура r^r^R^R в положительном направлении тока i
э. д. с. взаимоиндукции взята в уравнении (1,5) со знаком плюс.
В свою очередь обмотка фильтра, обтекаемая током включена с об-
моткой в выходной цепи фнльтра согласно и поэтому выражение
э. д. с. взаимоиндукции (е ) взято в уравнении (1,5) со знаком минус.
1,3. ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД. УЧЕТ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
Оперативный метод исследования устанавливающихся про-
цессов получил за последние два десятилетия широкое рас-
пространение в различных областях техники и в особенности
2*
20 Общие методы анализа переходных процессов [Гл. 1
в электротехнике L Применение операторного метода с ис-
пользованием готовых таблиц представляет значительные
преимущества в том отношении, что оно позволяет во многих
случаях избежать громоздких математических выкладок, свя-
занных с решением систем интегро-дифференциальных урав-
нений.
Практика показала, что анализ переходных 1процеосов в
цепях релейных защит целесообразно вести именно на базе
операторных решений, так как они быстрее всего приводят
к цели, освобождая от непроизводительной затраты времени
на решение дифференциальных уравнений.
Наряду с практическим' применением операторного метода
для решения частных задач прикладного характера, трудами
целого ряда математиков операционное исчисление получило
за последнее время вполне строгое математическое обоснова-
ние на базе общей теории функциональных преобразований
[Л. 1—4]. При переходе от интегро-дифференциальных
уравнений (1,1) или, что то же (1,3), к операторным, необхо-
димо руководствоваться следующими формулами перехода от
функций вещественного переменного t (оригиналов) к
функциям комплексного переменного р (изображениям):
+ (1.6) pW^^-H(0),‘ (1,8)
^-PMP)-W(1.7) е(/)^£(р). (1,9)
При этом каждый из этих оригиналов f(f) связан со сноим
изображением Р(р) интегральным уравнением Карсона
* F(p)=p^e-p,f(t)dt. (1,10)
О
С учетом (1,6) — (1,9) уравнения (1,1) принимают оператор-
ную форму:
л
S {+itop[4(p) - У0)]++
Л", \ кт г
Л!»* 1
Л (0) 1
-Ь-тг1 =ед. (1,п)
кт }
(А=1, 2,..., п).
1 Лицам, не знакомым с операторным методом, рекомендуется из-
учение метода начать с литературы [Л. 1, 2 н 3]
§ 13 ] Операторный метод, учет начальный условий 21
После переноса членов, содержащих начальные условия,
в правую часть уравнений получается:
Л П г
Гkm + PLkm + pCAm ] = ”
gm(Q)l
Ckm J
(& = 1, 2, . . . , Л).
Таким образом, рассмотрение переходных процессов при
ненулевых начальных условиях (с учетом пред-
шествующего режима) может быть искусственно сведено
к решению задачи при нулевых начальных усло-
виях, ио с дополнительными э. д. с., равными со-
ответственно pU(0) для индуктивных и —для емкост-
ных элементов рассматриваемой системы. Здесь i(0) — ток
в элементе £, а ^(0) — заряд емкости С при / = 0, т. е.
в момент, соответствующий началу переходного процесса.
В уравнениях (1,12) члены вида — ^-представляют собой
(по величине и знаку) напряжения на зажимах кон-
денсаторов в начальный момент исследуемого переходного
процесса.
Если заданные функции напряжений e(t) представляют
собой синусоидальные функции, то их удобно выражать в
комплексной форме. При этом Е(р) будут являться изображе-
ниями комплексных величин.
При установившемся режиме цепи переменного тока, пред-
шествующем моменту Z = 0, заряд конденсатора в комплекс-
ной форме в функции от времени представляет гармоническую
функцию вида Q(/)~Q(0)e/tt* (при t < 0), где Q(0) — комплекс-
ная амплитуда заряда.
Соответственно, ток в комплексной форме при том же
режиме
откуда в течение всего установившегося режима
<2(0=£г- (1.13)
Следовательно, при t = 0
<2(0)=^-; (1.14)
22
Общие методы анализа переходных процессов
I Гл. 1
Здесь 7(0) — комплексная амплитуда тока, т. е. значение
тока при t=O в комплексной форме.
Итак, применительно к цепи переменного тока при поль-
зовании символическим методом и с учетом предшествую-
щего установившегося режима в соответствии с (1,12) будем
иметь:
п
£ Гкт~^~ P^km~V —
/п=1
n
(1,15)
'km— Г/ЧШ
km J^km J
m=>l
(6— 1,2,.., ft).
В этом случае дополнительные э. д. с., о кото-
рых шла речь выше, равны соответственно pLl(0) для
/(0)
индуктивных и — для емкостных элементов рассматри-
ваемой электрической системы.
Положительный знак при слагаемых рДлтЛп(0) и отрйца-
(0)
тельиый знак при * входящих в (1,15), сохраняются
в тех случаях, когда токи tm совпадают по направлению
с токами ik.
Пользуясь условной матричной записью [Л. 4], пред-
ставляем систему операторных уравнений в следующем виде:
ZI=E+^LI(O)-^SI(O), (1,16)
где Z — матрица операторных сопротивлений рассматриваемой
электрической системы:
Z = r + />L+-J S, (1,17)
Е—матрица приложенных э. д. с.;
1(0) — матрица начальных токов (при /=0);
С 1
S — матрица с элементами .
В случае внезапного исчезновения всех приложенных
к электрической системе напряжений свободные токи, обу-
словленные существованием предшествующего установив-
шегося режима, при любой конфигурации электрической
системы, состоящей из произвольного числа активных,
индуктивных и емкостных сопротивлений, могут быть най-
дены в предположении подачи на обесточенную электриче-
§1,3] Операторный метод, учет начальных условий 23
скую систему напряжений, равных соответственно />Л/(0) для
индуктивных и—для емкостных элементов системы.
Мы до сих пор пользовались комплексной формой изобра-
жения синусоидальных функций. Однако, та же задача может
быть решена и для тригонометрических функций.
Допустим, что ток предшествующего режима (/<0) вы-
ражается следующим образом:
i (/) = /sin (<d/ — <р). (1,18)
При этом
Постоянная интегрирования К в рассматриваемом случае
равна нулю, поскольку выражение для заряда конденсатора
в функции от времени при установившемся режиме пред-
ставляет также гармоническую функцию.
Поэтому согласно (1,19)
?(0 = — ^cos(«)l!—<р),
откуда при / — О
?(0) = — ф-ctg!?; (1,20)
в соответствии с (1,12) /
л
X [' кт +р^ + ^ ] 4 О’) +
m—1
л
+ S[^~^P»(0)(A= 1.2--«) О'2’)
т-1
Здесь в отличие от (1,15) £й(р) являются изображениями
вещественных функций ek(t), а Zm(0) представляют собой
мгновенные значения токов предшествовавшего установив-
шегося режима, соответствующие моменту / = 0.
При анализе переходных процессов обычно более удоб-
ным является пользоваться символической (комплексной)
формой записи синусоидальных функций, так как при этом
ими легче оперировать и в ряде случаев представляется воз-
можным более широко пользоваться операционными таблица-
ми, что значительно упрощает отыскание начальной функция
по ее изображению.
24
Общие методы анализа переходных процессов
[Гл. 1
Действительно, в то время как функция имеет
операторное изображение^~-^£;\ функция вида sin +
изображается более сложно, а именно:
рш cos <₽ Р2 stn ?
рЭ (,,2
В итоге решение уравнений, содержащих э. д. с. в тригоно-
метрической форме, получается более громоздким.
В том случае, когда среди э. д. с. ek (/) наряду с синусои-
дальными имеются также несинусоидальные (например, по-
стоянные или экспоненциальные), то задача» может быть ре-
шена различным образом. Прн пользовании комплексной
формой э. д. с. можно действие последних рассматривать от-
дельно от остальных э. д. с. (по принципу наложения).
С другой стороны, применение комплексного метода воз-
можно и непосредственно (без применения принципа наложе-
ния) при условии, что функции вида sin(^ + (p) будут
; (u>£—j— Ф —
представлены символически в форме е с последую-
щим переходом к изображениям вида
_pJ (*-г) ''(<+*-2-)
„ ♦ С' С/
(1,22)
В результате* решения операторных уравнений относитель-
но искомых величин н перехода к оригиналам будут получе-
ны комплексные выражения, вещественные части которых и
определят собой искомые функциональные зависимости.
Для перехода от операторных изображений искомых вели-
чин к их оригиналам весьма удобно пользоваться готовыми
таблицами функций н их изображений* 1 [Л.2, 3].
Пример 1,2. Данные те же, что и в примере 1,1.
Написать операторное выражение тока i в реле при
Заданные функции токов имеют изображения:
JA(p)^iAW> Jc(P)^ic(t).
*-* «О w w
Изображение искомого тока J(p}~~i(t).
Пользуясь дифференциальным уравнением (1,5), можно с учетом
(1,7) записать операторное уравнение вида
Ко [J~ (JA + JB+JCy + X(J-JAy + (rl + J+ (^1 + ад;-! (0)] =
= Mp IJB - /B(0)J - Mp [Jc - ic (0)], (1,23)
1 При пользовании таблицами [Л. 3] следует иметь в виду, что в
них приведены лапласовы изображения, которые отличаются от изобра-
жений Хевисзйда-Карсоиа множителем -у.
§ 1,3 ]
Операторный метод, учет начальных условий
25
Здесь f(0), t‘B(0), ic (0) — значения токов i, iQ при
Решение (1,23) относительно J дает:
, Wa + 4+ Jc> + rja+p{ (Ii+^)i(0)+AI[JB-iB(0)]-Af[Je-»c(0)]}
(1,24)
Пример 1,3. Катушка г, L присоединена через размыкающий кон-
такт К к аккумуляторной батарее (фиг. 1,11). Для того чтобы напряже-
ние ик на контакте К после его размыкания не превышало напряжения
батареи, контакт К шунтирован контуром /?, С („искрогасительный
контур").
Определить соотношения между R, С, Л, г, удовлетворяющие условию
«К = Uб.
Явления в цепи фиг. 1,11 после
дифференциальным уравнением
t
размыкания контакта К выразятся
иб
di
о
или в операторной форме
К
та
с я
(R + r)J + Lp[J-Z(O)l+^c = ^
откуда
б,
Фнг. 1,11. Цепь с искрогаситель-
ным контуром.
U6^pLi(O)
Соответственно операторное выражение напряжения на
Уб
с учетом равенства i (0) — — имеет вид:
L
R
1
Условие —Ufi удовлетворяется при равенствах
Сг
контакте К
(1,25)
и
1.
(1,26)
2?
г
Равенства (1,25) и (1,26) представляют искомые расчетные соотно-
шения.
Пример 1,4. К трехфазной сети приключен фильтр напряжения от-
рицательной последовательности, показ’аниый на фиг. 1,12. К выходным
зажимам (т, п) приключено реле. В момент времени происходит
изменение приложенных к фильтру напряжений по заданному закону
и овс(0.
26 Общие методы анализа переходных процессов [ Гл. 1
Требуется в общем виде написать операторные выражения для тока
И напряжения на реле.
На основании (1<15) применительно к схеме фиг. 1,12 контурные
уравнения в операторной форме с учетом предшествовавшего режима за-
писываются в следующем виде:
(?) “ ПЛ (?) — UАВ (р) ~ j 2, ,
+ гг) J27зивс^~ »
(64 гз+^^4^з)Л(Р)~г~Р^8^з(0)-3 j(o^~
- (1,27)
j
здесь UAB(p) и UBC(p)~' операторные выражения заданных функций
и UBctf) при f>0.
Полагая, что при £<0 составляющие напряжений отрицательной по-
следовательности в сети отсутствуют и существует только система на-
пряжений положительной последовательности, имеем:
h (0Э=0.
Решение системы уравнений относительно операторного выражения
тока J3(p), протекающего через реле, дает:
( „ МОП „ J_ , МФ ,
\иАВ— }vCi)rl иВСрСг + ] *С,г
Г1Г+^ г.Гг+^ .
7 i~\ 4- 7 т~\ ~ь гз 4 р£*
\1 pCiJ pc* ( r2 + рс2/2
Соответственно операторное выражение напряжения на зажимах реле
<4 (р) ~ h (Р) (гз 4*Р^з)* (1,29)
Фиг. 1,12. Переходный процесс
в фильтре напряжений отри*
дательной последовательности
(расчетная схема к примерам
1,4 и 1,5).
Пример 1Д Определить напряже-
ние на разомкнутых зажимах фильтра
напряжения отрицательной последова-
тельности (фиг. 1,12) (при г3 = со) для
моментов времени 1~0; 0,01; 0,02 сек. в
случае металлического замыкания меж-
ду тремя фазами в момент времени
t = 0 непосредственно у входных зажи-
мов фильтра.
Напряжение сети: иД — 82 cos а> t,
/ 2 л \
ив"82 cos/»/—-у),
„ ( 4я\.
и = 82 cos wt----5-
с \ о /
Частота переменного тока в сети
Г“50 гц
§ 1,3]
Операторный метод, учет начальных условий
27
Сопротивления элементов фильтров удовлетворяют условию
: г1=Г1|;^77 = уУ t1’30)
Переходный процесс, возникающий при коротком замыкании на вход-
ных зажимах фильтра, обуславливается напряжениями —~j^C
/я(0)
и — ]~цГс2 на зажимах конденсаторов при /=0. Напряжение, появляю-
щееся на разомкнутых зажимах фильтра, определяется алгебраической
суммой напряжений на зажимах сопротивления гр
П 4(0) И
ur\(p) — — JmCi 1
г>+рС1
и конденсатора С2
„ ( ч (О) 4(0) га /2(0) г2 _
с2 vO j а» С2 j 1 j а> С2 1
Га+й Гг+рСг
Таким образом, задача сводится к решению операторного урав-
нения
tf(D =
МО)
р
р+гтс1
j С2
р .
p + ^c2
(1.31)
Последнее выражение может быть так же получено из (1,28) и
(1,29) в предположении, что UAB — UBC = 0 и г3 = оо.
Пользуясь соответствием вида (1,22), а именно
находим:
(1,32)
(1,33)
С учетом (1,30), а также равенств
Uab = V~3UA е'30’ й=У"зйАе -/90°
получаем (в предположении, что UA~UA)-.
Ы t
U(t) = -f3uA ГГ+/Тз'е”“К5'
I _
или, что то же (при UA —82 в, «> — 2314),
г ,
У(0=-1-^-82^30 е /3 +/Г3е~314/5'
*
(1,34)
28 Общие методы анализа переходных процессов [ Гл. 1
Мгновенные значения и (t) в соответствии с заданными выражениями
напряжений1 трехфазной сети определяются проекцией вектора U (0 на
ось вещественных величин, т* е. вещественной частью выражения (1,34):
— ^23 в; и?—о,о1 ~ Ю в; иг—о,о2— 1,5 в.
Следует заметить, что при подаче на обесточенный фильтр (фиг. 1,12)
системы напряжений положительной последовательности на выходе
фильтра отрицательной последовательности возникает напряжение, рав-
ное по величине и противоположное по знаку напряжению, выраженному
уравнением (1,34).
1,4. ПРИНЦИПЫ НАЛОЖЕНИЯ И КОМПЕНСАЦИИ.
ИХ ОБОБЩЕННЫЕ СЛЕДСТВИЯ
Затронутый выше вопрос об учете предшествующего уста-
новившегося режима при применений операционного исчисле-
ния к анализу переходных процессов имеет существенное зна-
чение для техники релейной защиты, поскольку аварийному
состоянию предшествует обычно установившийся режим.
Как было показано выше, учет предшествующего устано-
вившегося режима может быть выполнен аналитически в ре-
зультате решения .уравнений, выражающих исследуемый пе-
реходный процесс и написанных в операторной форме. При
этом переход от интегро-дифференциальных уравнений, опи-
сывающих искомый неустановившийся процесс, к уравнениям
в операторной форме должен производиться при помощи фор-
мул, связывающих изображения функций с их оригиналами,
с учетом предшествующего режима.
Режим, предшествующий переходному, не всегда является
установившимся. На практике встречаются различные случаи
перехода от одного неустановившегося состояния к другому,
например:
1) изменение в некоторый момент времени Л приложен-
ных э. д. с.;
2) изменение параметров цепи (например, в результате
переключений);
3) изменение э. д. с. и параметров одновременно.
Нахождение токов (или напряжений) в указанных слу-
чаях может быть выполнено решением уравнений, описываю-
щих исследуемый процесс с учетом граничных условий.
Так, применительно к случаю 1 переходный процесс после
момента времени описывается операторными уравнениями
в матричной форме:
Z1I = E, + /,L1(/I)-SQO'I), (1,35)
здесь Z—матрица операторных сопротивлений вида (1,17);
§ 1,4 ] Принципы наложения и компенсации, их следствия 29
1Р Ех — матрицы контурных токов и э. д. с. при
/>/1;
L, S — матрицы с элементами L и^;
I(/j), Q(Q— матрицы токов и зарядов в момент вре-
мени
Уравнения (1,35) непосредственно следуют из (1,12) с
учетом замены переменной t через +
При решении практических задач используются различные
приемы и теоремы, вытекающие из принципов наложения и
компенсации.
Принцип наложения
В линейной электрической цепи ток в любом контуре
равен сумме токов, вызываемых в этом контуре при пооче-
редном действии э. д. с., действующих в цепи.
На основании принципа наложения, действие э. д. с.
образующих, например, матрицы En /Uft) и — SQf/J, вхо-
дящих в правую часть (1,35), может рассматриваться пооче-
редно.
С другой стороны в соответствии с (1,35)
I = Z’ ЧЕ + pLI — SQ (QJ, (1,36)
I, = Z- ЧЕ, + PLI (/,) — SQ (/J], (1,37)
здесь I и Е — матрицы токов и напряжений, отвечающих
предшествующему режиму, условно продолженному на
время
Вычитая (1,36) из (1,37), находим:
I,-1 —Z-'lE] — Е]
ИЛИ
= 1-4-Z-4E! — Е]. (1,38)
Матричное равенство (1,38) выражает вытекающее из
принципа наложения то положение, что замена в некоторый
момент времени tx системы э. д. с. Е новой системой э. д. с.
равносильно включению в момент времени системы
э. д. с. —Е. Наложение токов, вызванных действием этих
э. д. с., на токи I предшествующего режима, условно продол-
женного на время t>t'b дает картину распределения в дан-
ной линейной электрической цепи результирующих токов пе-
реходного режима.
Нетрудно видеть, что наложение токов, вызываемых дей-
ствием э. д. с.—Е, на тонн / предшествующего режима, про-
30
Общие методы, анализа переходных процессов
£ Гл. 1
долженного на время дает не что иное, как картину
распределения свободных токов, возникающих при полном ис-
чезновении в момент времени ti всех э. д. с. Е, действующих
в заданной электрической системе.
Принцип компенсации
Токораспределение в электрической цепи не изменится,
бели сопротивление в любом контуре цепи заменить э. д. с.,
равной по величине падению напряжения в данном сопротив-
лении и имеющей направление, обратное контурному току.
Справедливость данного принципа вытекает из того, что
любая из составных частей падения напряжения в контуре
может быть перенесена в другую сторону уравнения с обрат-
ным знаком, т. е. может быть рассмотрена в качестве дополни-
тельной э. д. с., направленной навстречу контурному току
(см. § 1,2).
Обобщенная теорема Тевенена
{Л. 5,6]
Вариант I (опыт холостого хода)
Токораспределеиие в линейной электрической цепи можно
рассматривать как результат наложения системы токов, кото-
рые протекали бы в данной цепи при условии, если бы одна
или несколько ветвей были разомкнуты, на систему токов,
получающихся в результате действия в упомянутых ветвях
только источников напряжений, равных соответствующим на-
пряжениям между разомкнутыми концами.
Фиг. 1,13. Преобразование электрической цепи по принципу наложения
к доказательству теоремы Тевенена (вариант 1).
На фиг. 1,13 показана последовательность преобразова-
ния рассматриваемой цепи1 применительно к случаю опреде-
ления тока в одной ветви ZH.
На фиг. .1,13 прямоугольник А изображает активную
цепь, a Р — ту же цепь безэ. д. с. (пассивная цепь). U— напря-
жение между концами ветви ZH в случае размыкания дай-
ной ветви.
1 Знаки сложения, вычитания и равенства на фиг, 1,13 — 1,15 отно-
сятся к токораспределениям.
§1,4] Принципы наложения и компенсации, их следствия
31
Вариант II (опыт короткого замыкания)
Токораспределение в линейной электрической цепи можно
рассматривать как результат наложения системы токов, кото-
рые протекали бы в данной цепи при условии, если одна или
несколько ветвей были шунтированы накоротко, на систему
токов, получающихся в результате только параллельного при-
ключения к упомянутым ветвям источников тока, равных соот-
ветствующим токам в шунтах (фиг. 1,14).
Фиг. 1,14. Преобразование электрической цепи по принципу наложения к до-
казательству теоремы Тевенена (вариант 11).
Следствие из теоремы. Тевенена [
Размыкание одной или нескольких ветвей равносильно до-
бавлению к системе токов предшествующей конфигурации
цепи системы токов, обусловленной только действием в раз-
мыкаемых ветвях источников напряжений, равных соответст-
вующим напряжениям между разомкнутыми концами.
На основании схем фиг. 1,13, получаем схемы, фиг. 1,15,а.
По теореме Тевенена
(1.39)
где Z — эквивалентное сопротивление системы между зажи-
мами, к которым подключается ветвь Zft;
/А— ток короткого замыкания (ток в ветви при ZH —0).
В связи с этим схемы фиг. 1,15,а могут быть преобра-
зованы в схемы фиг. 1,15,6.
а)
1
<0
Фиг. 1,15. Преобразование электрической цепи к доказательству след-
ствий из теоремы Тевенена.
32
Общие методы анализа переходных процессов £ Гл. 1
Пример 1,6. Условия те же, что в примере 1,4.
Дать решение на основе принципа наложения и теоремы Тевенена.
По теореме Тевенена
, ,,Л
(1,40)
Здесь U (р) — операторное выражение напряжения на выходных зажимах
(ш, п) при отключенном реле; Z (р) — сопротивление пассивной цепи
между зажимами m и п в операторной форме (при отключенном реле).
В соответствии с принципом наложения U (р) может рассматриваться
как сумма двух слагаемых: U'{p) и U' (р) представляет собой на-
пряжение, появляющееся на выходе фильтра при полном исчезновении
приложенных к фильтру напряжений, a U" (р)— напряжение на выходе
фильтра, возникающее при подаче иа обесточенный фильтр произволь-
ной системы напряжений UAB(p) и UBC(p).
Первое из этих слагаемых [(7(р)] может рассматриваться как резуль-
тат наложения напряжения на выходе фильтра при стационарном режи-
ме (условно продолженном на время f>0) на напряжение, возникающее
в результате подачи на обесточенный фильтр при 1 = 0 напряжений
— UAB(cm) и — ^вс(с^) ’ Равных п0 величине ^обратных по знаку напря-
жениям стационарного режима. Поскольку при предшествующем стаци-
онарном режиме напряжение на выходе фильтра равно нулю, то задача
сводится в конечном итоге к подаче напряжений — ^АВ(ст) й — ^вс(^)
иа обесточенный фильтр.
Аналогично второе слагаемое U" (р) также определяется в предпо-
ложении подачи произвольной системы напряжений UAB и UBC^a обе-
сточенный фильтр.
Таким образом, вопрос сводится в данном случае к решению зада-
чи с нулевыми начальными условиями, т. е. к подаче на обесточенный
фильтр напряжений
^АВ— UАВ “ ^АВ(стп), 1 . . .
Р ГТ ГТ f (МО
ВС ~ ВС иВС(ст), /
Применительно к фильтру фиг. 1,12
1
Еав(Р)-г1 ЕВС^рСг
U(p)= , 4--------5—,
И + -р- г2 + -рГ
(1,42)
1 1
r^pCt г*рС2
Z(p) =--------- +---------
г,+х; j
Подстановка операторных выражений (1,41) и (1,42) в (1,40)
дает (1,28).
§ 1,4 ] Принципы наложения и компенсации, их следствия 33
Фиг. 1,16. Фильтр тока отрицательной последовательности.
Пример 1,7. Фильтр тока отрицательной последовательности, изо-
браженный на фиг. 1,16, приключен к источникам токов, действующие
значения которых при установившемся режиме выражаются соответствен-
но через 7Л> 7 7 К выходным зажимам фильтра приключено реле
(r2, L%). Параметры фильтра удовлетворяют условию R — У 3 «М
Пользуясь теоремой Тевенена, найти действующие значения тока 7
в реле и напряжения U на его зажимах при установившемся режиме
(пренебрегая шунтами источников токов).
На основании принцигй компенсации при определении напряжения
между разомкнутыми зажимами т, п (опыт холостого хода) сопротивле-
ния R и “«р R, обтекаемые токами, могут быть заменены э. Д. с.
2 п 7 1
“3 Д и — - J- R(/B /с), действующими в положительном направ-
лении тока /в.
К этим э. д. с. добавляется э?д. с. взаимоиндукции—jtsMIff наво-
димая током I в обмотке выходной цепи фильтра, включенной соглас-
• * f
но с обмоткой фильтра в фазе В, и э. д. с. наводимая током 1С
в тон же обмотке фильтра, включенной встречно по отношению к об-
мотке фазы С. Таким образом, напряжение холостого хода
2 1 ’
Umn = 3 +
Пользуясь методом симметричных составляющих с учетом известных
равенств [Л. 1, 2, 14]
— 3Z0, ?А—+ ^)>
получаем
3 Г. И. Атабеков.
34 Общие методы анализа переходных процессов j Гл. 1
На основании теоремы Тевенена ток в реле
/--------------------------2/?^_________. (1,43)
'т + '-2+я+/«>(Л + ^)
В свою очередь напряжение на зажимах реле
4 (Л Ч" / щ ^з) (1 44)
ri "Ь г2 Ч- R+J ш (М Ч- ^я)
1,5. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЛЯ
РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ
КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ1
При исследовании несимметричных нарушений в трехфаз-
ных цепях иногда возникает необходимость учета всех со-
ставляющих токов и напряжений при переходных режимах,
включая и апериодические (например, в случае применения
быстродействующих защит).
Решение системы дифференциальных уравнений, необхо-
димое в таких случаях, при сложной конфигурации цепи
представляет значительные трудности,, особенно прн замыка-
ниях на землю.
Между тем, для решения этой задачи может быть исполь-
зован операторный метод в сочетании с мето-
дом симметричных составляющих. При этом
представляется возможным использовать известные комплекс-
ные схемы замещения, применяемые обычно для определения
периодических составляющих.
Следует заметить, что относительно возможности приме-
нения метода симметричных составляющих к изучению пере-
ходных процессов в литературе существует противоречивое
мнение. С одной стороны, имеется утверждение, что симмет-
ричные составляющие вообще не .могут быть непосредствен-
но применены к анализу переходных процессов. С другой сто-
роны, последние работы Д. А. Городского [Л. 9] представляют
собой не что иное, как развитие метода симметричных состав-
ляющих применительно к исследованию не только установив-
шихся, ио н иеустаиовнвшихся процессов. Таким образом, во-
прос заслуживает того, чтобы в него была внесена необходим
мая ясность.
Настоящий анализ преследует цель показать принципи-
альную возможность применения метода симметричных со-
ставляющих для исследования переходных процессов в элек-
трических цепях.
Последнее оказывается возможным, если токи н напряже*
ння в трехфазной системе представить в виде комплексных ве-
1 Написано совместно с канд. техн, наук Л. Г. Мамиконяном.
§ 1,5 ] Применение комплексных схем замещения 35
личии как при установившемся, так и при переходном режи-
мах (см. § 1,3).
Свободные составляющие токов и напряжений, которые
возникают при переходном режиме в электрической цепи, в
общем случае слагаются из нескольких периодических состав-
ляющих различной частоты, затухающих с различными по-
стоянными времени, и нескольких апериодических составляю-
щих, затухающих также с различными постоянными времени.
Указанные составляющие при применении комплексного-
метода будут изображаться векторами, вращающимися с раз-
личной скоростью и затухающими с различными постоянными
времени.
Апериодические составляющие при этом изображаются
неподвижными векторами, затухающими по определенному
закону. Проекции этих векторов на мнимую ось дают мгно-
венные значения составляющих.
Пусть в цепи r,L с момента t = 0 действует синусоидаль-
ное напряжение
U{f) — Ume Я“/+4'). (1,45)
Электрический процесс в цепи с момента времени Z = 0
описывается дифференциальным уравнением
U.e1^ ==rl+L%t (1.46)
нли в операторной форме
(1.47)
Решение операторного уравнения Хает:
7(0 =
и J (“i+Р
итв______
г j^L
U Л -Г1
(1.48)
Первое слагаемое представляет собой установившуюся
периодическую составляющую тока (Q, второе слагаемое—
апериодическую составляющую (гл). Обе составляющие полу-
чены в комплексной форме.
В соответствии со сказанным токи и напряжения в трех-
фазной цепи при переходных режимах можно представить
себе, как сумму нескольких систем составленных из трех
векторов, затухающих с различными постоянными времени и
вращающихся с различными скоростями вплоть до нулевой
(апериодические составляющие). В общем случае эти систе-
з*
36
Общие методы анализа переходных процессов
] Гл. I
Фиг. 1,17. Расчетная схема замыкания фаз В и С на землю через пере-
ходное сопротивление 7?3.
мы векторов будут 'несимметричными. Очевидно, что каждая
из них может быть разложена на симметричные составляю-
щие положительной,, отрицательной и нулевой последователь-
ностей.
Группируя между собой все составляющие положительной,
отрицательной и нулевой последовательностей, получим си-
стемы токов и напряжений соответствующих последователь-
ностей.
Соотношения между токами и напряжениями при произ-
вольном режиме выражаются дифференциальными уравне-
ниями, которые в рассматриваемом случае должны иметь
комплексную форму. Этим дифференциальным уравнениям
соответствуют некоторые операторные уравнения, получаю-
щиеся как результат применения преобразования (1,10).
По своей структуре они при нулевых начальных условиях в
точности соответствуют обычным уравнениям, выражающим
соотношения между токами и напряжениями в цепях пере-
менного тока при установившемся режиме. Основные четыре
действия, производимые над комплексными оригиналами, при-
менены также и к их изображениям. Поэтому р а з л о ж е-
ннепометоду симметричных составляющих
может быть распространено также на опера-
торные изображения т око в и н ап р я ж ей и й, а
все уравнения метода симметричных состав-
ляющих должны сохранить силу в оператор-
ном виде.
Из сказанного следует, что основные положения метода
симметричных составляющих, так же как принцип независи-
мости разноименных симметричных составляющих токов и
напряжений в симметричной цепи, применение комплексных
схем замещения и др., сохраняют силу и ч применительно к
расчетам переходных процессов.
Поскольку одинаковая структура операторных и обычных
уравнений имеет место только при нулевых начальных уело-
§ 1,5 1
Применение комплексных схем замещения
37
Фиг. 1,18. Комплексная схема замещения при пользовании операторным
методом в случае двухфазного замыкания на землю через переходное
сопротивление.
виях, то при ненулевых начальных условиях необходимо при*
менение принципа наложения.
Пример 1,8- Исследовать с помощью-комплексной схемы замещения
переходный процесс при двухфазном замыкании иа землю иа линии
электропередачи, питаемой с двух сторон от источников бесконечной
мощности (фиг. 1,17). Схема замещения для этого случая представлена
иа фиг, 1,18.
Приняты следующие обозначения: / — длина линии, т и (1—/я) —
относительные расстояния от источников до места повреждения; Zy (р)9
Z3 (р), Zq (р) — операторные сопротивления положительной, отрицатель'
ной и нулевой последовательностей иа единицу длины; R3 — переход-
ное сопротивление иа землю.
Выбранные положительные направления указаны стрелками.
В рассматриваемом примере
21(р) = Z2(p) — п-|-р~, (1,49)
2о(р)-го+р- ’ (1,50)
здесь г, xi, Го, х0—заданные активные и индуктивные сопротивления ли-
нии электропередачи положительной и нулевой последовательностей.
Операторные выражения симметричных составляющих тока в месте
повреждения имеют вид:
, ____________Ер[?,(р)-|-г,(Р) + ЗУ1________
W-m(l-m)Z(p-Jw)Z,(p)[Z,(/))+2Z0(p)+6fl'] ’ t1’51'
, fD>__________________Ep[Za(jr) + 3/?]___________
•'ИГ W - m (1 _ (j, _ } a)Zt (p) [z, (p) + 2Zo (p) + 6₽.] » (1.52)
38
Переходные процессы в трансформаторах тока
[Гл. 2
т(1+2Z0(p) +6/?'] ’ t1’53)
здесь
R3
% ~~ m (1 — m)l
Подставляя (1,49) н (1,50) в полученные операторные выражения и
переходя к оригиналам, имеем:
, m_____f_±е
m(i — nt)l \ Z1(Zi-^2Z0-j-6R')e 2Z<
(rt + 2л„ + )
____________1________e Xi + 2x0 ? ’ (1,54)
2(Zj + 2Z0+6/?z) f
, E f Zo + 3/r_____________ 1
— ~ m(l —/И)/ j ZJZi^Zo-te^'/ “2Z/ +
__ щ P~i + 2zo + I
। q______1_______ *! + 2xQ ?> (1,55)
^2(ZI + 2Z0-h6/?') ’
™ Pi + ?Л> + 6/?0 t
p j<»t _p X1 + 2x°
Z ______* .......(1>56)
'oxW—~ m(1 „m)Z Z1H-2ZoH-6R'
Здесь Zj ” r{ 4“.Мд, Zq = ^o4“/^0’
( Для определения симметричных составляющих тока в ветвях необ-
ходимо полученные выше операторные выражения умножить на соот-
ветствующие коэффициенты распределения (в операторной форме).
Полные токи в фазах находятся на основании общеизвестных фор-
мул метода симметричных составляющих, применимых как к оригиналам,
так и к изображениям.
Г Л* А В А ВТОРАЯ
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВО ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЯХ
ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА 1
2,1. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
Работа днффереициальио-фазиых защит линий электропе-
редачи, основанных иа сравнении фаз токов по концам защи-
щаемого участка, а также различного рода дифференциаль-
ных защит, которые в дополнение к фазам сравнивают так-
же н амплитуды токов, должна существенным образом зави-
сеть от того, сколь точно трансформаторы тока воспроизводят
1 Написано совместно с канд- техн, наук Г. В. Микуцким.
‘j->s2,l ] Постановка вопроса 39
-------------------------------------------------------
амплитуду и фазу линейных токов в течение первых несколь-
ких периодов после момента короткого замыкания. Так как
$ти защиты являются быстродействующими, т. е. работают за
дремя, меньшее 3—4 периодов, а длительность переходных про-
цессов в трансформаторах тока может достигать десятков пе-
риодов, то нормальная работа зашиты должна происходить в
Начальной стадии переходного процесса.
Искажения формы и фазы кривой вторичных токов
трансформаторов тока не может привести к отказу защиты
При к. з. в защищаемой зоне, а может лишь вызвать замед-
ление действия последней на несколько периодов.
При внешних коротких замыканиях это может явиться
причиной ложного срабатывания защиты, если трансформа-
торы по обоим концам участка будут вносить различные иска-
ження в кривые вторичных токов. Разница в поведении траис-
^фсхрматоров тока может быть, во-первых, за счет нендентич-
дости трансформаторов по концам участка и, во-вторых, что
-гораздо более существенно, за счет того, что трансформаторы
К моменту Ниешнего короткого замыкания мсгли иметь оста-
точные магнитные потоки в сердечниках "разного знака.
По данным, имеющимся в литературе [Л. 3], в сердечниках
трансформаторов тока могут иметь место значительные оста-
льные потоки от предыдущих переходных процессов, причем
нормальных токах нагрузки величины этих потоков
^уменьшаются очень 'медленно.
Таким образом, случай, при котором к моменту внешнего
^короткого замыкания в сердечниках трансформаторов тока
|будет иметь место значительный остаточный поток, является
^вполне реальным.
k Одной из ранних работ* посвященных расчету намагничи-
вающих токов силового трансформатора при В1ключении, явля-
^ется работа Роговского [Л. 2], который дает расчет токов на-
^магничивания с учетом влияния насыщения сердечника. В этой
Г работе, однако, не рассматривается поведение траисформато-
f ра тока, т. е. трансформатора со вторичной обмоткой, за<мкну-
- той на весьма малое сопротивление.
В 1933—1934 гг. в лаборатории им. проф. Смурова прово-
дились экспериментальные исследования переходных процессов
в трансформаторах тока при коротких замыканиях [Л. 1]. Ма-
териалы этих исследований были опубликованы в 1935 г.
[Л. 3]. В результате этих работ были даны практические реко-
мендации по осуществлению схем дифференциальных защит.
Недостатком работы является то, что исследованию подвер-
гались трансформаторы тока с малым сечением сердечника.
40 Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Кроме того, постоянные времени первичней цепи ввиду малой
мощности источников напряжения, с которыми проводились
испытания, были невелики (меньше 6,04 сек.). Крупные
трансформаторы тока, представляющие в настоящее время
наибольший интерес, экспериментально це исследовались и
йе было предложено аналитического способа исследования
переходных процессов этих трансформаторов с учетом насы-
щения, которым можно было бы воспользоваться дж практи-
ческих целен.
В работе лаборатории нм. проф. Смурова дается целый
ряд ценных указаний в отношении поведения трансформато-
ров тока при наличии в сердечнике остаточного магнитного
потока.
Аналитические соотношения, приведенные в статьях
Н. П. Поташова [Л. 3] и А. Б. Черника [Л. 4], так же, как
и формулы Marshall и Langguth', относятся к трансформато-
рам тока с ненасыщенным сердечником.
В 1940 г. Wentz Sonnemann [Л. 5] опубликовали способ
приближенного аналитического расчета переходных процессов
в трансформаторах тока. Исследования, проведенные автором
совместно с Г. В. Мнкуцким в Центральной Научно-исследо-
вательской электротехнической лаборатории (ЦНИЭЛ) Мини-
стерства электростанций показали, что все указанные выше
аналитические способы расчета переходных процессов в транс-
форматорах тока, в том числе и предложенный последний
способ Wentz н Sonnemann, могут давать весьма значитель-
ные погрешности. Критический разбор аме|риканскнх способов
расчета н описание графо-аналитического способа, разрабо-
танного в ЦНИЭЛ, приведены ниже.
В 1943 г. опубликованы данные экспериментальных иссле-
дований влияния остаточного намагничивания на переходные
процессы в трансформаторах тока. Согласно этим данным
большинство случаев ложной работы дифференциальных за-
щит обязано действию остаточного магнетизма в сердечни-
ках, за счет которого сильно увеличивается ток небаланса
трансформаторов. Там же приводится ряд экспериментальных
данных, но не дается методика аналитического подсчета ука-
занных явлений.
2,2. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАНСФОРМАТОРЕ
ТОКА БЕЗ УЧЕТА НАСЫЩЕНИЯ
В ряде случаев можно не считаться с насыщением сердеч-
ника трансформатора тока н рассматривать последний как
линейную систему. €хема замещения такого трансформатора
§2,2]
Анализ без учета насыщения
41
может быть получена на основании дифференциального урав-
нения схемы фиг. 2,1:
-^^+(r2 + rJ/2 + (L2 + LJ^==0, (2,1)
rH, LH — активное сопротивление и коэффициент самоиндук-
ции нагрузки вторичной обмотки;
Л1 — коэффициент взаимоиндукции обмоток трансфор-
матора;
г2, ^2 — активное сопротивление и полный коэффициент са-
моиндукции вторичной обмотки.
Фиг. 2,1. Принципиальная схема трансформатора тока.
Уравнение (2,1), переписанное в операторной форме с
учетом ненулевых начальных условий (§ 3, гл. 1), имеет
вид:
- Рм [Л -1, (0)]+(г2+гн) Л+Р (£2 4- £„ ) [ Л- i, (0)]=о
нлн, что то же,
(Г. + гя ) J, +/> [ L, + LH - М [J, -12 (0)1=
= РМ Й 4 ]-рМ^(0)^(0) ] . (2,2)
Если принять
У.—’ —У2 = У0 — (2,3)
и
b(°)S-b(0) = Zo(0)^, (2,4)
то из (2,2) могут быть найдены выражения для токов J2 н
/0—; здесь Jo —1 есть приведенный разностный ток:
(W2\
Ла 4- Л „—/И )
__ н ,
J°W‘i J1 и»2 Г3 + rH +p (Ла H- LH) “Г
pM-i^ay-p + -Z0(O)
"• r, + rH+p(L, + LH) ’ <2’5>
42 Переходные процессы в трансформаторах тока |Гл. 2
6)
Фиг. 2,2 Схема замещения трансформатора тока. •
а — с учетом предшествовавшего режима, б — при нулевых начальных условиях.
2 1 Га + Гн (£3 + ZK)
£а + 1я-Л1-? 4(0)
UU J
^2 4~ 4~ Р (^2 4' ^н)
На основании (2,2), (2,5) и (2,6) схемой замещения транс-
форматора тока служит двухполюсник, изображенный на
фиг. 2,2,а. Источники напряжения в ветвях обусловлены то-
ками предшествующего режима, т. е. токами в момент £=0.
Расчет данной схемы, содержащей одновременно источники
тока и напряжения, может быть произведен по (методу нало-
жения, причем влияние источников напряжения должно учи-
тываться при разомкнутой цепи источника тока, а влияние ис-
точника тока при закороченных источниках напряжения.
Полученная схема замещения, учитывающая влияние пред-
шествующего режима, может иметь практическое значение
для быстродействующих защит сильно нагруженных линий,
характеризуемых малой кратностью т. к. з., а также при рас-
§ 2,2]
Анализ без учета насыщения
43
четах переходных процессов
трансформатора тока с уче-
том насыщения (см. § 2,3).
При нулевых начальных
условиях схема фиг. 2, 2,а
примет вид, показанный на
фиг. 2,2,6, причем для этой
схемы вторые члены правой
част# уравнений (2,5) и (2,6)
Равин иулю.
Исследования одновитко-
вых трансформаторов тока
[Л. 9] показали, что при рав-
номерном распределении
вторичной обмотки по сер-
дечнику величиной вторич-
ного рассеяния можно прене-
бречь. Анализ и эксперимен-
тальные исследования пока-
зали, что можно не учиты-
вать также" индуктивную со-
ставляющую нагрузки, если
коэффициент мощности на-
грузки не меньше 0,8.
С учетом указанных до-
пущений эквивалентная схе-
Фиг. 2,3. Схема замещения транс-
форматора тока без учета рассеяния
и при активной нагрузке вторичной
цепи.
ма трансформатора тока при
ненулевых начальных уело,
виях дана на фиг. 2,3,а. Та
а — с учетом предшествовавшего режйма;
б — при нулевых начальных условиях.
же схема при нулевых начальных условиях дана на фиг. 2,3,6.
Последнюю схему можно получить весьма просто на основа-
нии следующих рассуждений.
Если положить самоиндукцию рассеяния вторичной об-
мотки равной нулю и индуктивную составляющую вторич-
ной нагрузки = то по схеме фиг. 2,1 можно непосред-
ственио написать операторное уравнение для вторичного тока
Л = -----. (2,7)
Для получения схемы замещения достаточно найти опе-
раторное выражение для сопротивления всей цепи трансфор-
матора тока, т. е. сопротивление иа входных зажимах (фиг. 2,1):
(2,8)
где
—pMJz.
(2,9)
44
Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл1. 2
Подстановка (2,9) в (2,8) и замена 72 через согласно
(2,7) дает:
Z (р) = pLx----г ,
(2,10)
так как предполагается отсутствие индуктивностей рассея-
ния, то
1 w2 ’ 2 Wy
(2,11)
Подстановка (2,11) в (2,10) дает:
(гя 4- гк)
(2,12)
замещения
(2,13)
^(р)=
Это уравнение представляет собой схему
трансформатора тока, приведенную к первичной цепи. Для
получения схемы замещения, приведенной к вторичной цепи, .
нужно выражение (2,12) умножить на :
^3
®1
Данное выражение определяет собой схему замещения,
показанную на фиг. 2,ЗД
С помощью приведенных схем замещения может быть
произведен расчет токов i3 и iQ при любой заданной форме
первичного тока Мгновенные значения первичного тока
могут быть получены для цепи rlt -на основании выра-
жения
sin (ш/4~а)— sin а*е
(2,14)
£
здесь = ~ — постоянная времени первичной цепи;
а —фазный угол синусоиды первичного тока при
Im — амплитуда синусоиды первичного тока к. з.
Насыщение трансформатора тока определяется, главным
образом, экспоненциальной составляющей выражения (2,14).
Максимальное значение апериодическая составляющая имеет
тс
при а —у.
§ 2,2]
Анализ без учета насыщения
45
Для этого случая уравнение тока к. з. имеет вид [Л. 2]:
__г
т
cos<»Z—е
(2,15)
т. е. определяется вещественной частью выражения
4(0=4
(2,16)
Это выражение в операторной форме имеет вид:
J, = ln (-Л-.-----ЦЛ. .(2,17)
1 «I р—р& II /
Согласно выражению (2,6) вторичный ток в операторной
форме при нулевых начальных условиях выражается:
(2,18)
JjiM
г2~ггн~^ Р^г^н) *
Подстановка (2,17) в (2,18) с учетом1
(2,19)
Полученная операторная функция имеет своим
налом
При этом
4(0= 4 (0-4(0^-
ориги-
(2,20)
(2,21)
Эти уравнения являются общими, т. е. справедливы для
любого момента возникновения короткого замыкания. В иих
учтен также коэффициент самоиндукции рассеяния вторичной
обмотки и индуктивная часть сопротивления нагрузки.
Если ix (t) определяется уравнением (2,15), то токи 4(0 и
4(0 определяются вещественными частями уравнений (2,20) и
46
Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
(2,21), т. е. проекцией векторов /2(/) и Л (0 на веществен-
ную ось. При Л2 = 0 выражения для этих проекций дают.
i, (Z) = Zm^
л 4 7 m W2 L
„ t
— sin (co/ — cp) sin cp —|—cos2 tpe T*4“
r _
T a T о Тя
/2 Й — 1 }C
(2.22)
Г
/0 (0 — C0S № — 0 C0S 'P — COs2 Vе
T^-T^'
Ti~T2
(2.23)
где
tp = arctg <оГ3.
На основании этих формул строятся обобщенные кривые,
по которым можно определить максимальное значение тока
намагничивания, если принять, что се|рдечник трансформа-
тора не насыщается ни при каких токах. Кривые эти, приве-
денные на фиг. 2,4, дают зависимость максимального значе-
ния тока /о от постоянных времени первичной и вторичной
цепей, причем величина /о выражена в процентах от амплиту-
ды тока короткого замыкания.
Этими кривыми можно пользоваться при выборе метода
расчета переходных процессов в цепях трансформаторов тока.
Если максимальная магнитодвижущая сила (м. д. с.)
( , где I — длина магнитного пути сердечника транс-
форматора) такова, что рабочий процесс не выходит за пре-
делы линейной части магнитной характеристики <
<2,5 то расчет токов 4 и /0 можно вести по формулам
(2,22) и (2,23). В противном случае расчет необходимо вести
с учетом насыщения сердечника.
Этими кривыми также удобно пользоваться для ориенти-
ровочной оценки условий работы трансформатора, так как,
зная только величины постоянных времени первичной и вто-
ричной цепей, можно установить, достигнет ли трансформа-
тор состояния насыщения или весь нестационарный процесс
ограничится линейной частью кривой намагничивания. Кри-
§ 2,3]
Анализ с учетом насыщения
47
Фиг. 2,4. Зависимость максимального значения намагничивающего тока
при переходном процессе от постоянных времени первичной и вторич- <
и ой цепей.
Г,— постоянные временя первичной цепи трансформатора тока, сек.^ТЧ— постоянная
времени вторичной цепи, сек.; л — отношение максимального значения "намагничивающего
тока к амплитуде установившегося тока короткого замыкания, °/0.
вые фиг.. 2,4 'Построены для случаев полностью смещенной
волны первичного тока, т. е. для случаев, когда первичный
ток определяется уравнением (2,14).
При заведомом отсутствии насыщения величиной cos2 tpx
__
X е *, входящей в (2,22) и (2,23), можно пренебречь, так
как угол ср близок к как будет показано ниже, этот
член представляет существенное значение в расчетах, учи-
тывающих насыщение.
2,3. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ
ПРОЦЕССОВ С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ
В предыдущем рассмотрении индуктивность ветви намаг-
ничивания принималась независящей от величины намагничи-
вающего тока /о, т. е- кривая намагничивания мыслилась в
виде прямой, проходящей через начало координат.
48 Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Одним' из первых практических способов расчета переход-
ных процессов в трансформаторах тока при учете насыщения
был способ [Л. 5], основанный на представлении кривой на-
магничивания в виде отрезков прямых линий (фиг. 2,5). Этот
способ является фактически приложением к трансформаторам
тока способа Роговского [Л. 2] для расчета токов намагничи-
вания при включениях силовых трансформаторов.
Расчет по фиг. 2,5,а сводится к следующему.
Записывается уравнение тока намагничивания в следую-
щем виде: »
_Д_
/о(О — Im Г cos (W — (?) c°s -т Tl -j-Cje Ta , (2,24)
L чч
где Cj — постоянная интегрирования;
T2—постоянная времени вторичной цепи, определяемая
наклоном первого участка кривой намагничивания
фиг. 2,5,а.
При Z=0 и Zo(Z) = 0 постоянная Сг такова, что урав-
нение (2,24) превращается в (2,23). Численное решение (2,23)
дает значение тока намагничивания Z01, при котором ток
намагничивания достигает значения, соответствующего пер-
вому перегибу кривой намагничивания.
Далее для значений t — t^ и /о(О“го(^1) находится по-
стоянная интегрирования Сг для второго участка кривой
фиг. 2,5, а, после чего производится численное решение но-
вого уравнения, из которого определяется момент времени /2,
характеризующий второй перегиб характеристики намаг-
ничивания, и т. д.
На фиг. 2,5,6 и в показаны способы апроксимирования
кривой намагничивания, согласно которым кривая намагничи-
вания замещается ломаной линией, первый участок которой
совпадает с осью ординат, а второй представляет прямую,
образующую некоторый угол с осью абсцисс (фиг. 2,5,6) или
параллельную оси абсцисс (фиг. 2,5,в). Эти способы апро-
ксимироваиия основаны иа пренебрежении током намагничи-
вания до момента наступления насыщения.
Кривая фиг. 2,5,6 предполагает, что до тех пор, пока
магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет
значения Фо, индуктивность ветви намагничивания равна
бесконечности и ток намагничивания полностью отсутствует.
После достижения потоком значения Фо индуктивность ветви
намагничивания остается постоянной и определяется танген-
сом угла наклона прямой.
§ 2,3]
Анализ с учетом насыщения
49
Способ расчета по
фиг. 2,5,в является дальней-
шим упрощением способа
фиг. 2,5 Д Кривая фиг. 2,5,8
предполагает, что после то-
го, как магнитный поток до-
стигнет значения %, индук-
тивность ветви намагничи-
вания скачкообразно обра-
тится в нуль и весь первич-
ный ток становится током
намагничивания. Во вторич-
ной цепи ток отсутствует
до тех пор, пока поток не
упадет до предельного зна-
чения Фо, что соответствует
нулевому значению тока на-
магничивания, а так как
ток намагничивания равен
первичному току, то, следо-
вательно, до тех пор, пока
первичный ток не достигнет
значения, равного нулю.
После этого первичный ток
вновь полностью трансфор-
мируется во вторичную цепь,
и это продолжается до тех
пор, пока снова не насту-
пит насыщение, т. е. пока
Фиг. 2,5. Способы апроксимирования
кривой намагничивания.
поток не достигнет величи-
ны Фо.
Изменение потока во вре-
мени при отсутствии индуктивности во вторичной цепи мо-
жет быть найдено из уравнения
1°-8-®’2^-=г2(г2 + ги).
из которого при Zo—0, т, е. при может быть най-
^2
дено выражение для магнитного потока
Ф = !21(г2+г )
Wa 2 * ' J 1 W2
подстановка в.это выражение уравнения первичного тока из
(2,15) дает:
_ 108 (г2+гк) в»,
V — W32
4 Г. и. Атабеков.
t
sin оИ
ы
(2,25)
50
Переходные процессы, в трансформаторах тока
[Гл 2
Фиг. 2,6. Определение тока намагничивания по методу площадей.
а — первичный ток; б — намагничивающий ток.
Расчет ведется в следующем порядке.
Определяется постоянная С из условия
Ф = 0 при t — 0.
Численно определяется время при котором Ф = Ф0.
При апроксимации, указанной иа фиг. 2,5Д постоянная
интегрирования находится на основании (2,24) из условия
Далее расчет ведется по (2,24) и находится время, при ко-
тором i0(t) вновь обращается в нуль. После этого переходят
к (2,25) и находят постоянную С из условия
Ф(У = Ф0
и т. д.
При пользовании апроксимацией, показанной на фиг. 2,5,в,
с момента Л весь первичный ток становится током намагни-
чивания. При прохождении первичного тока через нуль в мо-
мент времени ta вновь переходят к уравнению (2,25) и т. д.
§ 2,3]
Анализ с учетом насыщения
51
На построении фиг. 2,5,в основано дальнейшее упрощение
подсчета тока намагничивания по способу, который может
быть назван «способом площадей». Он базируется на следую-
щих поедположеииях:
1. Предполагается, что ток намагничивания всегда пред-
ставляет собой полусинусоиды тока промышленной частоты,
как показано на фиг. 2,6Д (на фиг. 2,6,а показала кривая
первичного тока).
2. Амплитуда этих полусииусоид подсчитывается для
каждого периода в отдельности, исходя из равенства пло-
щади полусинусоиды в данном периоде и площади кривой
тока намагничивания, подсчитанного по методу фиг. 2,5,в.
Простота этого способа по сравнению с предыдущим за-
ключается в том, что площадь кривой тока намагничивания
может быть определена непосредственно без сложных вычис-
лений, ' связанных с определением кривой /0 по методу
фиг. 2,5Д.
Исходя из основного уравнения
®’2^1°"8 = ('’2 + 'и)«2.
можно определить изменение потокосцепления за любой пе-
риод времени после начала короткого замыкания
t-nTQ
®2ф.10-»=(г,+гя) f i^dt, (2,26)
где TQ = -у— время одного периода промышленной частоты,
«—порядковый номер периода при отсчете от мо-
мента к. з.
Если предположить, что поток соответствует значению
насыщения Фо в начале и конце рассматриваемого периода, то
изменение потокосцепления за любой период равно нулю, т. е.
— О,
что приводит к уравнению
пТо
+ J (2,27)
Г-(я-1)Г0
Так как интеграл асимметричного первичного тока за тот
же период п не равен нулю, то он равен интегралу тока
намагничивания:
t=nT$ _Го
f Т' . (2,28)
Г—р»-1) Го
Выражение получено для случая, когда первичный ток
определяется выражением (2,15).
4*
52 Переходные процессы в трансформаторах тока f Гл. 2
Так как площадь полусинусоиды определяется через свое
пиковое значение А известной формулой
5=^!, (2,29)
то из (2,28) и (2,29) находится амплитуда полусинусоиды
тока намагничивания Для любого числа периодов л после
начала короткого замыкания
A = «Ime Л . (2,30)
Исходя из уравнения (2,27), можно сказать, что данный
метод основывается на предположении, что экспоненциальная
составляющая не трансформируется во вторичную цепь. Одна-
ко, кай показывают нижеприводимые осциллограммы, это по-
ложение не может считаться справедливым для первых двух
и даже трех периодов после начала короткого замыкания.
Из приводимой таблицы сравнения результатов, полученных
на основании (2,30), с ррциллограммами видно, что расчет
дает преувеличенное значение намагничивающего тока в 2—3
и даже белее раз.
Самым точным из ,числа предложенных способов расчета
является способ, освоваиный на фиг, 2,5,а. Однако, и он пред-
ставляется нам неудовлетворительным по следующей причине.
Замена плавной кривой намагничивания ломаной линией
означает, что в некоторые моменты времени индуктив-
ность ветви намагничивания изменяется
скачкообразно. Скачкообразное изменение, индуктивно-
сти влечет за собой появление новых переходных процессов,
обязанных именно этому скачку и отсутствующих в действи-
тельном процессе. При расчете указанным методом влияние
этих дополнительных переходных процессов входит в расчет-
ные выражения в неявной форме и скрыто в постоянной ин-
тегрирования.-
С помощью схемы замещения фнг. 2,3,а можно получить
расчетное выражение для тока намагничивания для любого
участка кривой намагничивания апроксимированной ломаной
линией. 1 - (
Для схемы замещения фиг. 2,3,а операторное уравнение
для намагничивающего тока /о» справедливое для любого
участка кривой намагничивания, выразится следующим
образом: .
1
4=Л —+4А) -4-. (2.31)
Р + ~Т~ Р+Т\
§ 2,3 ]
Анализ с учетом насыщения
53
где 1Л — момент времени, в который ^произошел переход на
рассматриваемый участок апроксимированной кривой
намагничивания;
7*2—постоянная времени вторичной цепи для того же
участка.
Операторное уравнение должно отличаться от выра-
жения (2,17), так как рассмотрение ведется не с момента
t — 0, а с момента / = Поэтому необходимо ввести новую
переменную
для которой выражение для первичного тока имеет вид:
[cosф(т— Л ] (2,32)
и операторное уравнение для первичного тока будет:
_ »1_
1—1 Г Р2с°8ф —81пф Л Р 1
p2_uw3 е 11’ (A’W)
p + l\
где
Подстановка (2,33) в (2,31) дает полное операторное
уравнение для 70 для любого участка кривой намагничивания:
Решение этого уравнения и замена независимой перемен-
ной т через дают общее выражение для тока намаг-
ничивания
4 (/)=Im COS (ш/—<рг) COS <р2 — COS (<!<! — <р2) cos <р2 X
___t_
+ i0(.i1)eT‘е т‘, (2,35)
где <р2 = arctg
54 Переходные процессы в трансформаторах тока [Гл. 2
Выражение (2,35) справедливо для
Из рассмотрения формулы (2,35), а также из проведенных
по этой формуле численных расчётов следует, что характер
кривой тока i0 сильно зависит от величины т. е.
момента времени, в который наступает излом характеристи-
ки намагничивания. Расчеты показывают, что при больших
насыщениях величина члена cos (^ — ^cos^g*^ *е 1 ока-
зывает существенное влияние на весь ход кривой i0. Так
как в зависимости от величины меняется не только вели-
чина, но и знак этого члена, то весь ход кривой 10 суще-
ственно зависит от выбора точек излома на кривой намагни-
чивания. Благодаря этому решение получается неод-
нозначным, так как выбор точек излома в довольно ши-
роких пределах является произвольным.
Наряду с попытками замены кривой намагничивания
ломаной линией в литературе встречаются работы, в кото-
рых кривая намагничивания заменяется плавной кривой.
В одной из таких работ решение уравнения трансфор-
матора
10-8^ = Z2(r2 + rK)4-i2^ (2,36)
(где Ф=^2Ф— потокосцепление вторичной обмотки) произ-
иодилось иа интеграторе, причем заиисимость Ф = /(/о) опре-
делялась графически по кривой намагничивания. Таким об-
разом, были сосчитаны кривые токов для различных транс-
форматоров, при различных кратностях первичного тока и
нагрузках во вторичной цепи. Соображения о недостатках
этого способа будут даны ниже.
2,4. РАСЧЕТ ТОКОВ НАМАГНИЧИВАНИЯ МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО
РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ
ТРАНСФОРМАТОРА
Рассматриваемые способы расчетов токов намагничивания,
основанные на .различного рода аналитических выражениях
для кривой намагничивания, помимо принципиальной пороч-
ности некоторых методов (замена кривой намагничивания
двумя или тремя прямыми), связаны с очень сложной и кро-
потливой счетной работой. Поэтому представляется целесо-
образным производить численное интегрирование (2,36), поль-
зуясь графическим начертанием кривой намагничивания
D—f (/о).
Кривую для тока можно в этом случае получить путем
последовательного построения ее «шаг за шагом», подобно из-
вестному построению кривой устанавливающегося тока при
§ 2,4 ] Метод численного решения дифференциального уравнения 55
включении постоянного напряжения иа катушку со стальным
сердечником.
Из (2,35) расчетное выражение может быть получено сле-
дующим образом:
1 л_с __ 1A-S f/Ф
Ю-s — ю-s™
d 1 di
Магнитный поток Ф есть функция суммарных ампервитков
трансформатора
= /(®Л).
11 2
________d (Zptt>i)
dt d (Zp^i) dt
откуда
Это
виде:
dt 1 2 d(/ott'i) dt
выражение может быть переписано в следующем
1Q-8rf4f dB diy
dt Wi / dt ’
(2,37)
где Q — сечение стального сердечника;
Z — длина магнитного пути.
Если принять:
dB Л Л
—у г —Уа— производная кривой намагничивания в точ-
d ( , |
\ 1 / ке, соответствующей току iQt
tt>1 ^10—— — коэффициент самоиндукции первичной об-
мотки трансформатора тока, то (2,37) мо-
жет быть написано в виде:
IO’8 (2,38)
dt W\ 1 dt v ’ 7
Если допустить, что индуктивность рассеяния вторичной
обмотки трансформатора равна нулю, то можно написать:
(2,39)
,56
Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Тогда (2,38) запишется в виде
IO"8
dt dt
и уравнение 4(2,36) может быть окончательно написано:
где M=f
dB
есть функция динамической магнитной
проницаемости
Пользуясь соотношением
►
°w2 ’
1 wa
можно записать (2,40) в следующем виде:
а^М~ = ^+гя)-10^ + гн) +
I / ^4_/ ^4
« at * dt '
В соответствии с (2,39)
М%-=Ь2,
поэтому 5
dZ0 + dlx
dt r3 -f- гк 1 ‘ Га + гя °'
Так как £2 + ^к есть полная самоиндукция вторичной цепи
-f-
трансформатора, то —^у- = Т2 —- постоянная времени вто-
ричной цепи. Окончательно (2,40) примет вид:
'г ^4__; dh /
7 2 dt~^
(Ml)
Если трансформатор работает на чисто активную нагруз-
ку, т. е. 2к = 0, то
= (2,42)
* Выражение (2,40) может быть также получено непосредственно из
эквивалентной схемы фиг. 2,2Д
§ 2,4 ] Метод численного решения дифференциального уравнения 57
Для численного решения уравнений (2,41) н (2,42) можно
положить:
Zo (/2) “ i0 (^) AZ0
и
dt ~~ Ы *
тогда
(У-/оЮ-Ч+ 7^ГН^.
откуда
М'з)+Гг+Гя dt ~hW
=- (2,43)
и для случая LH~О
. (2,44)
Выражения (2,43) и (2,44) являются расчетными. Задаваясь
приращением времени Д/ и определяя соответствующие при-
ращения намагничивающего тока Д/о, можно построить кри-
вую Zo=/(/) по заданной функции
Входящая в формулы постоянная времени вторичной цепи
Г2 для каждого конкретного трансформатора определяется
по формуле
Л=7(У+7) - <2’45)
Так как = есть функция тока намагничивания,
d
то и Г2 должна подсчитываться по кривой намагничивания
для каждого значения тока z0.
Для проверки правильности расчетов, которые можно про-
изводить по формуле (2,44), в ЦНИЭЛ МЭС было проведено
осциллографирование токов намагничивания лабораторного
трансформатора тока. Кроме того, были проведены повероч-
ные расчеты токов намагничивания для трансформатора, ко-
торый осцйллографировался Н. П. Поташевым в лаборатории
им. Смурова [Л. 1 и 3].
Данные исследованных трансформаторов приведены в
табл. 2,L
58
Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Та б л нц а 2,1
Данные трансформатора тока Сечение стали, сл»а - : Длина магнит- ного пути, см Число витков вторичной об* МОТКИ Сопротивле- ние вторичной нагрузки, ом Постоянная времени пер- вичной цепи, сек. Примечание
В экспериментах ЦНИЭЛ В экспериментах лаборато- 5,5 32 79 0,18 0,06 Кривая на- магничива- ния фиг. 2,7л
рии им. Смурова .... 20 44,5 100 0,3 0,02 Кривая на- магничива- ния фиг. 2,7(7
В
кгс
12
Ю
8
6
Ц
г
о
Фиг. 2,7. Кривые намагничивания трансформатора тока.
а — в экспериментах ЦНИЭЛ М.ЭС; б — в экспериментах лабораторий им. Смурова.
§ 2,4 1 Метод численного решения дифференциального уравнения 59
На фиг. 2,7,а приведена кривая намагничивания транс-
форматорной стали в экспериментах ЦНИЭЛ. Аналогичная
кривая для сердечника в экспериментах Поташова дана на
фиг. 2,7,6. Обе кривые сняты иа постоянном токе методом
баллистического гальванометра.
Схема осциллографирования была одинакова в обоих слу-
чаях и показана иа фиг. 2,8. ‘
Для удобства осциллографирования трансформаторы в
обоих случаях брались с коэффициентом трансформации 1:1.
Шлейф осциллографа, записывающий ток намагничивания,
Фиг. 2,8. Схема осциллографирования переходных процессов в трансфор-
маторе тока.
] — шлейф отметки времени; 2 — шлейф первичного тока; 5 —шлейф тока намагничивания;
4 — шлейф вторичного тока.
подключался к одинаковым шунтам в первичной и вторичной
цепях и показывал разность первичного и вторичного токов.
На фиг. 2,9,а приведена полученная в ЦНИЭЛ осцилло-
грамма, соответствующая действующему значению устано-
вившегося т. к. з. Л—6,45 а и включению в момент прохож-
дения волны напряжения через нуль. Перед . включением
трансформатор был предварительно размагничен, переменным
током при разомкнутой вторичной обмотке. На фиг. 2,9,6 при-
ведена аналогичная осциллограмма Поташова, соответствую-
щая установившемуся т. к. э. Л—25 а.
По данным обеих осциллограмм были приведены расчеты
по формулам (2,44) и (2,45) • и кривым намагничивания
фиг. 2,7,а и 6.
В данных и последующих расчетах один период промыш-
ленной частоты разбивался на 16 частей, т. е. Af =0,00125 сек.
Для сравнения расчета с экспериментом на фиг. 2,10,а нанесе-
на кривая тока намагничивания по осциллограмме фиг. 2,9,а
и кривая того же тока, полученная расчетнопо формуле (2,44).
Аналогичное сопоставление для эксперимента Поташова пока-
зано иа фиг. 2,10,6.
Фиг. 2,9 Осциллограммы токов намагничивания трансформаторов тока.
а — ъ экспериментах ЦНИЭЛ; б—-в экспериментах лаборатории им. Смурова.
> 60 Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
§ 2,41 Метод численного решения дифференциального уравнения 61
а)
Фиг. 2,10. Сравнение расчетов с осциллограммами.
а — сравнение с фиг. 2,9,а; 6 •— сравнение с фиг. 2,9,6.
62
Переходные процессы е трансформаторах тока
[Гл. 2
Фиг. 2,11. Иллюстрация явления перемагничивания.
Сопоставление приведенных на фиг. 2,10,а и б расчетных
кривых и осциллограмм показывает, что хотя расчет дает в
общем довольно правильный ход кривой намагничивающего
тока, тем не менее максимальные значения расчетной кри-
вой loft) отличаются от истинной иа 30—35%. Такое расхож-
дение может быть объяснено следующими причинами.
1. Расчет по формуле (2,44) не учитывает потерь в стали
на. гистерезис и вихревые токи. Эти потери эквивалентны по-
мещению параллельно ветви намагничивания (фиг. 2,3,6)
активного сопротивления. За счет этого сопротивления дол-
жен увеличиваться разностный ток и изменяться его фаза.
2. Расчет ие учитывает индуктивности вторичной обмотки,
за счет которой несколько уменьшается величина вторичного
тока, а следовательно, несколько увеличивается ток намагни-
чивания.
3. Расчет не учитывает явления перемагничивания под
влиянием изменения величины тока намагничивания. За счет
наличия в токе намагничивания постоянной слагающей пере-
магничивание происходит не по полной петле гистерезиса, а
по частичным петлям, которые располагаются над основной
кривой намагничивания. Механизм образования этих петель
показан на фиг. 2,11.
§ 2,5]
Учет влияния перемагничивания
63
Рисунок по фиг. 2,11 ясно показывает, что в любой точке
(1В
частичных петель гистерезиса значеийе производной-^ всегда
меньше, чем для основной кривой намагничивания при тех же
значениях'тока to- Это приводит к значительному уменьшению
динамической магнитной проницаемости, а следовательно, и
уменьшению постоянной времени вторичной цепи Г2, опреде-
ляемой по (2,45). Уменьшение постоянной времени Т2 в соот-
ветствии с (2,44) ведет к увеличению намагничивающего то-
ка. Ошибка, которую вносит неучет явления перемагничива-
ния, различна при различных абсолютных значениях макси-
мумов значений /о й. потому вряд ли может быть • оценена в
общем случае.
Большого увеличения тока намагничивания за счет потерь
в стали в данных экспериментах предполагать нельзя, так как
большие потери в стали ие только увеличивают амплитуды
тока намагничивания, но и сильно изменяют фазу этого тока,
так что он может стать почти в фазе с первичным током, че-
го не наблюдается на приводимых осциллограммах.
Увеличение тока намагничивания за счет самоиндукции
рассеяния вторичной обмотки также предполагать нельзя, так
как замер импеданса рассеяния исследовавшегося трансфор-
матора показал, что ои составляет всего лишь доли процента
от полного активного сопротивления обмоток.
Таким образом, основной причиной расхождения расчет-
ной. кривой с экспериментальной является то обстоятельство,
что в расчетах не принималось во внимание явление перемаг-
ничивания стали при изменении тока намагничивания.
2,5. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
При расчетах по формулам (2,44) и (2,45) ‘явление пере-
магничивания может быть учтено, если для каждого значе-
ния /о величину динамической магнитной проницаемости опре;
делять не по основной кривой намагничивания, а по частич-
ной петле гистерезиса, соответствующей данному периоду из-
менения /о- Для выполнения такого расчета необходимо уметь
строить частичные петли гистерезиса для каждого максималь-
ного значения тока намагничивания /ор ;оз и т. д.
На фиг. 2,11 видно, что после того как сердечник транс-
форматора тока был намагничен током /01 до какого-то зна-
чения индукции то при уменьшении после этого намаг-
ничивающего тока до нуля индукция не спадает до нуля,
а остается равной величине остаточной индукции BQ1. Точ-
но так же при намагничивании до Вт* при спадании тока
Zo3 ДО нуля в сердечнике остается остаточная индукция #03.
64
Переходные процессы & трансформаторах тока | Гл. 2
Фиг. 2,12. Кривые зависимости остаточной индук-
ции'Во от максимальной индукции Вт для раз-
личных трансформаторов тока.
I — трансформатор тока MV-189/2.89; 2 — трансформатор
тока ТПО-Ю 500/5; J — трансформаторы тока ВЭО.
В работе лаборатории им. Смурова [Л. 1], а также в статье
Н. П. Поташова [Л.З] имеются кривые зависимости оста-
точной индукции Во от максимальной индукции Вт для
различных трансформаторов тока. Эти кривые приведены иа
фиг. 2,12. С помощью кривых расчет кривой намагничиваю-
щего тока с учетом перемагничивания производится следую-
щим образом.
Ведется расчет по основной кривой намагничивания (уча-
сток 1-2, фиг. 2,11) до тех пор, пока получающиеся значения
ие начнут уменьшаться (Az0< 0).
По максимальной величине /01 находят максимум индук-
ции, соответствующий первому периоду /0, В,П1. По кривым
фиг. 2,12 определяют примерное значение Вои соответствую-
щее Вт1. Между точками 2 и точкой иа оси ординат Во про-
водят примерную кривую первого цикла гистерезиса и ве-
дут расчет по этой кривой до тех пор, пока этот ток
ие начнет возрастать (AZo>O), чем определится точка 3. От
точки 3 кривая петли гистерезиса начнет подниматься, При-
ближаясь к основной кривой намагничивания. В точке 4 по
значению Втл определяют Во, с помощью которой проводят
наклонную кривую 4-5 и т. д. *
Таким способом были проделаны расчеты токов намагни-
чивания для случаев короткого замыкания, показанных иа
осциллограммах фиг. 2,9.
§ 2,5]
Учет влияния перемагничивания
65
Фиг. 2,13. Расчет с учетом перемагничивания.
а — сравнение результатов расчета с осциллограммой фиг. 2,9,д;
б— обход кривой намагничивания при расчете. Цифры на кривой
фигуры б соответствуют значениям тока, отмеченным теми же
цифрами на фигуре а.
На фиг. 2,13,а нанесена кривая тока намагничивания, по
осциллограмме фиг. 2,9,а и кривая, рассчитанная по форму-
лам (2,44) и (2,45) с учетом перемагничивания.
5 Г. И. Атабеков
ёё
Переходные' процессы в трансформаторах тока [ 1*л. £
фиг. 2,14. Расчет с учетом перемагничивания применительно к трансфор-
матору тока лаборатории им. Смурова.
д — сравнение результатов расчета с осциллограммой фигуры 2,9*6; б — обход кривой на-
магничивания при расчете.
§ 2,6j
Учет влияния остаточного намагничивания
67
На фиг. 2,13,6 приведена кривая намагничивания исследо-
ванного трансформатора, на которой показаны частичные
петли гистерезиса, соответствующие различным периодам тока
намагничивания.
На фиг. 2,14,а и б представлены соответственно сравни-
тельные кривые токов /о по осциллограмме фиг. 2,9,6 и по
расчету с учетом перемагничивания, а также ход кривой на-
магничивания с частичными петлями гистерезиса, по которой
производился расчет.
Рассмотрение кривых фиг. 2,13 и 2,14 показывает очень
близкое сходство расчетных кривых t0 с экспериментальными
и подтверждает высказанное предположение, что расхожде-
ния с экспериментом расчетов, проводимых по основной кри-
вой намагничивания, объясняется явлением перемагничивания
сердечника.
Отсюда может быть сделан вывод, что если расчеты на-
магничивающих токов трансформатора вообще и трансформа-
тора тока в частности претендуют на точность выше 35—40%,
то нельзя пользоваться никакими .ан а литическими методами
апрсксимирования основной кривой, намагничивания, как бы
близко полученная этими методами кривая ни приближалась
к кривой намагничивания. Нельзя также считать достаточно
точными расчеты таков намагничивания, проведенные Concor-
dia и др. на интеграторе, так как эти расчеты ие учитывали
явления перемагничивания.
Основываясь на совпадении расчетной кривой тока на-
магничивания с экспериментальной для лабораторных транс-
форматоров, можно считать, что расчет по формуле (2,44) с
учетом пе|ремапничивания дает близкий к практике результат
и для мощных трансформаторов встроенного типа, для кото-
рых осциллрграфирование токов намагничивания представ-'
ляет большие трудности.
На фиг. 2,15 приведены результаты расчета кривых токов
и i2 для трансформатора тока встроенного типа ТВ-160 для
кратности тока короткого замыкания 20. Расчет проведен по
магнитной характеристике для трансформаторной стали ЕС4А,
взятой из литературы [Л. 7].
2,6. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ОСТАТОЧНОГО НАМАГНИЧИВАНИЯ
Предыдущее рассмотрение переходных процессов в транс-
форматорах тока относилось к случаю полностью размагни-
ченноп> сердечника, т. е. когда процесс нарастания индукции
в сердечнике трансформатора начинался с нуля.
Практически к моменту короткого замыкания в сердеч-
нике трансформатора может иметься та или иная величина
остаточной индукции.
5*
68 ' Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Фиг. 2,15. Переходный процесс в трансформаторе тока встроенного
типа ТВ-160, 400/5 при 20-кратном т. к. з. (7\ = 0,075, /?2 = 0,6).
а — результаты расчета; б — обход кривой намагничивания стали ЕСЧА.
§ 2,6]
Учет влияния остаточного намагничивания
69
Наличие остаточной. индукции может очень сильно из-
менить картину переходных процессов в трансформаторах
тока. Совпадение остаточной индукции по знаку с индукцией,
вызываемой апериодической составляющей т. к. з., может обу-
словить сильное увеличение намагничивающих токов транс-
форматора по сравнению со случаем Во — 0. Наличие к мо-
менту короткого замыкания остаточной индукции противопо-
ложного знака вызовет сильное снижение намагничивающих
токов. Например, утверждают, что влияние остаточного пото-
ка в сердечнике трансформатора тока столь велико, что ои яв-
ляется основной причиной неправильного действия дифферен-
циальных защит.
Остаточный магнитный поток может иметь место в сердеч-
нике трансформатора в результате следующего:
1) отключения при установившемся режиме короткого за-
мыкания;
2) отключения при иеустановившемся режиме короткого
замыкания;
3) прохождения тока включения силового трансформатора
че;рез трансформатор тока;
4) обрыва вторичной цепи трансформатора тока.
Перечисленные факторы, за исключением четвертого, рас-
смотрены в работе лаборатории им. Смурова [Л. 1], в которой
сделай вывод, что токи от отключения нестационарного ре-
жима короткого замыкания и токи включения силового транс-
форматора могут создавать в трансформаторах тока остаточ-
ные индукции до б—7 кгс. Отключение установившегося ре-
жима короткого замыкания создает значительно меньшие
остаточные индукции.
Так как нормальный эксплоатационный режим трансфор-
матора тока характеризуется амплитудой переменной состав-
ляющей индукции всего 0,1—0,2 кгс, то спадание остаточ-
ной индукции под влиянием тока эксплоатациониого -режима
происходит очень медленно, так что остаточная индукция в
сердечнике трансформатора сохраняется длительное время.
По данным Н. П. Поташова [Л.З] размагничивающее дейст-
вие токов нормального режима столь мало, что можно прак-
тически считать, что все трансформаторы тока, находящиеся
в эксплоатации, работают с той или иной величиной остаточ-
ной индукции (в среднем 3—5 кгс).
Отключение нестационарного режима короткого замыкания
может создать сильные остаточные потоки в сердечниках
трансформаторов тока.
Для иллюстрации сказанного на фиг. 2,16 и 2,17 показаны
снятые в ЦНИЭЛ осциллограммы, из которых видно влияние
предшествовавшего режима иа ход кривой иестационариогр
70
Переходные процессы в трансформаторах тока
[ ГЛ. 2
Осциллограмма А
Г2=§18ам
- 0Д6 cat's
Данные тр-ра
Ш; = ш2-?9
7 = 32 см
Q » 5Димг
Осцилп. А показыбает предшествующий
режим Зля осциллограммы в
/; 2 Q Эфф
г2 - 0Д$ом
Т} ~ 0;08сек
предшествующий режим
имел макс. индукцию
8т- * 12 кге
Фиг. 2,16. Осциллограммы токов намагничивания с учетом предшеству-
ющего режима.
режима для того случая, когда намагничивание от апериоди-
ческой составляющей т. к. з. совпадает по знаку с остаточным
потоком, созданным предыдущим режимом короткого замы-
кания (осциллограмма Л), и доводит максимальное значение
индукции в сердечнике до Вт =12 кгс.
Осциллограмма В фиг. 2,17 показывает случай, когда
остаточный магнитный поток, вызванный предшествовавшим
коротким замыканием (осциллограмма А)-, противоположен
по знаку потоку, создаваемому апериодической составляющей
рассматриваемого короткого замыкания,
§ад
Учет влияния остаточного намагничивания
71
Осциллограмма Л
h -
r2= 0,18 им
- 0}06 сек
Осциллогр 4 покаллдает режим
лредшесглЬаЬа.8ш.ии осци/июгр. В
Осциллограмма В
3.5 а
Предшествующий ремам
имел максимальную индукцию
Вт - - //.4 кгс
7/ -
Л>= 0,18 ом
5 -0.06 сек
Фиг. 2,17. Осциллограмма токов намагничивания с учетом предше-
ствующего режима.
Сравнение осциллограммы В фиг. 2,16 и 2,17 показывает,
что при равных постоянных времени первичной и вторичной
цепей и равных кратностей т. к. з. величины и форма токов
намагничивания могут сильно отличаться друг от друга в за-
висимости от знака остаточного магнитного потока.
Значительно отличаются друг от друга и вторичные токи;
в случае больших намагничивающих токов (фиг. 2,16) аперио-
дическая составляющая кривой вторичного тока убывает зна-
чительно быстрее постоянной составляющей в первичной цепи.
Расчетные формулы (2,44) и (2,45) дают возможность про-
извести расчет токов намагничивания с учетом влияния оста-
72
Переходные процессы & трансформаторах тока
[ Гл. 2
500/5
£, * 2,81*
2г = 0,8ам
COStp = 1
12а Вт= 13300 гс
k
7" = ЦОИ? се*
Тр-р размагничен
затем подмагничен
5а пост, тона
Вт= 13000 гс
8о^8000гс /0
О)
Фиг. 2,18. Влияние остаточ-
ной индукции (Во 6 кгс).
а — осциллограмма лаборатории
им. Смурова; б — сравнение ре-
зультатов расчета с осциллограм-
мой; в — кривая намагничивания
с частичными петлями гистере-
зиса, принятая в расчете.
точного магнетизма. Для этого необходимо оценить величину
максимальной индукции, которая может быть создана пред-
шествующим режимом короткого замыкания, и по кривым
фиг. 2,15 иайти величину остаточной индукции Во- Найденное
значение Во будет несколько преувеличенным, так как при
указанном способе его определения не учитывается размагни-
чивающее действие т. к. з. предшествовавшего режима и то-
ков нагрузки в интервале времени между короткими замыка-
ниями. Характер расчетов совершенно аналогичен предыду-
щим, только процессе намагничивания начинается не с точки
В ~ 0, а с точки В ~ Во.
Для проверки методики расчета намагничивающих токов
с учетом остаточной индукции был проделан расчет тока на-
магничивания; кривые этого случая показаны на осцилло-
грамме фиг. 2,18>а. Осциллограмма, снитая в лаборатории
§ 2,6 ]
Учет влияния остаточного намагничивания
73
Фиг. 2,19. Расчет тока намагничивания и'вторичного тока трансформато-
ра тока встроенного типа ТВ-160 при 15-кратном т. к. з. и начальной
индукции Z?o = 5,5 кгс.
а—результаты расчета; б — обход кривой намагничивания стали ЕСЧА.
им. Смурова, дает кривую тока h при коротком замыкании,
когда сердечник трансформатора тока был предварительно
намагничен до величины Во=6 кгс. Сопоставление расчетной
кривой Zo, полученной по формуле (2,44), с осциллограммой
фиг. 2,18а показано на фиг. 2,18,6. На фиг. 2,18,в дана кри-
вая намагничивания с частичными петлями гистерезиса, по
которой производился расчет кривой фиг. 2,18.6.
Достаточно близкое совпадение расчетной кривой с осцил-
лограммой говорит о возможности производить расчеты') токов
74
Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
Фиг. 2,20. Расчет тока намагничи-
вания и вторичного тока трансфор-
матора тока встроенного типа ТВ-160
при 15-кратном т. к. з. и начальной
индукции Bq — — 5,5 кгс.
а — результаты расчета; б — обход кривой
намагничивания стали.
намагничивания с учетом влияния остаточного магнетизма в
сердечнике. Для оценки влияния Во на работу встроенных
трансформаторов тока в условиях короткого замыкания был
произведен расчет токов намагничивания для трансформатора
типа: ТВ-160-400/5 при 15-кратиом т. к. з. для двух случаев—
случая совпадения остаточной индукции с индукцией, вызы-
ваемой апериодической составляющей т. к. з. и для случая,
когда эти индукции противоположны по знаку. В обоих слу-
чаях величина остаточной индукции принималась равной
5,5 кгс.
Результаты этих расчетов отражены на фиг. 2,19,а и
фиг. 2,20,а. Фиг. 2,19,6 и 2,20,6 показывают обход кривой на-
§2,6]
Учет влияния остаточного намагничивания
75
магничивания при построении фиг. 2,19,а и 2,20,а соответ-
ственно.
На фиг. 2,21 дано сопоставление вторичных токов транс-
форматоров тока при внешнем коротком замыкании с током
/*.= 15/^ и наличии в сердечниках трансформаторов оста-
точной индукции разного знака. Фиг. 2,21 показывает, что
вторичные токи трансформаторов тока имеют фазный сдвиг,
достигающий во втором и третьем периодах до 60°. Кроме
того, наблюдается разность амплитуд переменной составляю-
щей вторичного тока, достигающая 30%.
Выводы
На основании всего изложенного можно сделать следую-
щие выводы о работе трансформаторов тока при переходных
режимах:
1. Трансформатор тока в режиме нормальной нагрузки
работает с очень малыми индукциями в сердечнике (0,1—
0,2 кгс). Поэтому при коротких замыканиях даже при очень
больших кратностях т. к. з. сердечники трансформаторов тока
типа ТВ-160 не насыщаются от переменной составляющей
т. к. з. (амплитуда переменной составляющей индукции до-
стигает максимум 4—5 кгс).
2. Насыщение трансформаторов тока при коротких замыка-
ниях обусловлено исключительно наличием в т. к. з. аперио-
дической составляющей.
3. Токи намагничивания трансформаторов тока при корот-
ком замыкании тем больше, чем меньше индуктивность вто-
ричной обмотки трансформатора тока, больше нагрузка во
вторичной цепи, больше постоянная времени первичной цепи
и больше кратность т. к. з.
4. Максимального значения ток намагничивания достигает
обычно на 3-м и 4-м периодах после начала к, з., причем пи-
7$ Переходные процессы в трансформаторах тока [ Гл. 2
ковые значения намагничивающего тока могут приближаться
к амплитудным значениям первичного тока.
5. Встроенные трансформаторы тока типа ТВ-160 и ТВД-160
при кратности т. к. з. порядка 15—20 имеют незначитель-
ный ток намагничивания в течение первых 1,5 периодов после
начала короткого замыкания.
6. На характер кривой тока намагничивания очень сильно
влияет предшествующий режим трансформатора тока, т. е.
величина и знак начального магнитного потока в сердечнике
трансформатора.
Если остаточный поток совпадает по знаку с потоком, вы-
зываемым апериодической составляющей т. к. з., то это при-
водит к сильному возрастанию тока намагничивания по срав-
нению со случаем размагниченного трансформатора. Макси-
мальное значение тока намагничивания может иметь место иа
втором периоде после начала (короткого замыкания. Последнее
справедливо для средних нагрузок трансформатора порядка
0,6 ом и начальных индукциях 5—6 кгс; при большей вторич-
ной нагрузке или большей начальной индукции значительная
величина тока намагничивания может иметь место уже иа
первом периоде после начала короткого замыкания1.
В. Искажение фазы вторичного тока достигает максимума
на 2—3-м периоде после начала короткого замыкания и мо-
жет достигать 60—70°. Это обстоятельство имеет определен-
ное значение для работы высокочастотных дифференциальных
защит при внешних коротких замыканиях, если эти замыка-
ния происходят вслед за внутренним коротким замыканием
(или работой разрядника в зоне защиты).
При этом трансформаторы к моменту внешнего к. з. при-
обретают начальные индукции различного знака и, следова-
тельно, могут создать указанную фазную ошибку.
9. Описанные в заграничной (преимущественно в амери-
канской) литературе способы расчета переходных процессов
в трансформаторах тока, основанные на различных способах
апроксимации кривой намагничивания и ие учитывающие
остаточного намагничивания и явления перемагничивания,
дают в ряде случаев значительные погрешности.
10. Приведенный в данной главе анализ относится к рабо-
те одиночных трансформаторов тока. Анализ переходных про-
цессов в трансформаторах тока в различных схемах .релейной
защиты требует дальнейшего теоретического и эксперимен-
тального исследования.
1 Указанные данные относятся к случаям коротких замыканий с
большими постоянными времени (Г] ~ 0,05 сек,)
§ 3,11
Трехфазный трехэлементный орган направления
77
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОРГАНЫ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
3,1. ТРЕХФАЗНЫЙ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫЙ ОРГАН НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ
Настоящий параграф посвящен анализу схем включения
трехфазных реле иапра1влення мощности, в которых враща-
ющие моменты трех самостоятельных электродинамических
или индукционных систем воздействуют на общую ось, осу-
ществляя тем самым механическое суммирование
моментов, пропорциональных составляющим мощности иа за-
жимах разных фаз.
Рассмотрению подлежат: 1) выражения для мощ-
ностей^ пропорциональных результирующим вращающим
моментам (при непосредственном подводе напряжений) для
разных сочетаний токов и напряжений; 2) особенности,, влияю-
щие на схемы включения трансформацией звезда-
треугольник; 3) область применения схем направленных
защит с пофазным пуском.
Выражения мощностей. Поведение трехфазных реле иа-
прасвления мощности определяется суммарным воздействием
систем токов и напряжений одноименных фазовых последова-
тельностей — положительной, отрицательной и там, где это
возможно, нулевой. Взаимодействие токов и напряжений раз-
ноименных фазовых последовательностей равно нулю.
Обозначим через , Ц , —фазные или линейные на-
пряжения, подводимые к зажимам трехфазного реле, а через
/х, / , /2— соответствующие линейные токи или их разности.
Суммарная подводимая мощность
р=Са1х+й.1ди^, (з,1)
Здесь
(3,3)
78
Органы направления мощности
[ Гл. 3
Легко показать, что
й, -I -4-а2П a2/ +aU al =0,
1а 2х 1 1а 2х 1а 2х
U 1 + aUal +aiU-atl =0,
аз IX 1 23 lx 1 Зз lx ’
£7„ (t +aL +a2f} + U (J +a2/ +al ) = 0.
0а \ U ' lx 1 lx/ 1 0а \ 2л 1 2r 1 2л/
(3,4)
С учетом (3,2) — (3,4) выражение (3,1) принимает вид [Л. 1]:
Р=з[:7 7 +и 1 +й 1 1. (3,5)
L 1“ 1х 1 2а 2х 1 Оа OrJ \ » /
При подведении к реле фазных напряжений [7^ == и , а при
подведении линейных напряжений £7^ = 0.
На основании (3,5) в табл. ЗД приведены выражения
мощностей, подводимых -к трехфазным реле направления при
различных сочетаниях токов и напряжений (показанных в
табл. 3,1 для одного из элементов).
Таблица 3,1
Полные мощности, подводимые к зажимам трехфазного реЛе
Схема Напряже- ние Ток Мощность
30° &АС ‘а з/'з [/V730-г A«y3° ]
60° -йс iA 3 [/>!«“ /в0 + — Ро]
60° (модиф.) &ЗС 9 [ Рге~ /6° + А/60 ]
90° &вс ‘а З/'З [ 790 + Ае790]
120° йвс 9[Р1е-Л20+АеЛ2°]
Здесь А = ^1дАд> Аз “~^2а4а, Ао—Ц/о
С точки зрения величины выражений, заключенных в
скобки (табл. 3,1), 90-градусиая схема соединений реле, при
диаметрально противоположном направлении f\ и Р2 (см.,
например, фиг. 3,1), обеспечивающая совпадение по направ-
лению слагаемых Р1е"/90и Т^г790, имеет преимущество.
§ 3,1 ] Трехфазный трехэлементный орган направления 79
В свою очередь схемы 60° (моди-
фицированная) и 120°, предусматрива-
ющие включение реле иа разности
токов, характеризуются числовым ко-
эффициентом 9, превышающим соот-
ветствующие коэффициенты при 90°
и 60° схемах в |Z3 и в 3 раза.
В случае применения чисто косинус-
ного реле типа Uplp cos срр вращающий
момент пропорционален сумме дей-
ствительных частей слагаемых, вхо-
дящих в скобки выражений табл. 3,1.
Так, например, применительно к схеме
Фиг. ЗД. Векторные диа-
граммы токов и напря-
жений положительной и
отрицательной последо-
вательностей.
30° имеем:
Рр = 3 Гз [А е-/30]д+зКз [А Лд ,
где индекс Д означает, что учитывается только действи-
тельная часть комплекса в скобках.
Это же выражение в тригонометрической форме равно:
Рр = з Уз [Ц/, cos (<f>! — 30°)+cos (<f>2 + 30°)]-
Здесь ipi — угол между векторами <р2 — угол между
векторами £73 и /а (положительный угол соответствует отстаю-
щему току).
В случае применения реле смешанного типа£7р/р cos (<рР+а)
вращающий момент пропорционален сумме действительных
частей слагаемых, заключенных в скобках выражений табл. 3,1
и умноженных на множитель е-К
Умножение Р иа &Р равносильно повороту вектора на-
пряжения U или вектора тока / на угол а против направ-
ления вращения часовой стрелки (последнее равносильно по-
вороту вектора / на угол а в обратном направлении).
Так, например, применительно к схеме 90°
Рр = 3 Уз [А е ~} (90° ~ а) ]Д 4- ЗУЗ [А еХ90 + ]д
или, что то же [Л. 6],
Рр = 3 Уз [U/1 cos («Oj — 90° + а) + У2/2 cos(<f>2 + 90° Ц-а)].
В табл. 3,2 приведены выражения мощностей для указан-
ных выше пяти схем включения реле.
На основании табл. 3,2 составлена табл. 3,3, дающая
представление о мощностях, пропорциональных вращающим
моментам трехфазиых реле, при замыканиях между тремя и
двумя фазами (для разных значений а).
80
Органы направления мощности
Ил- 3
Т а б л иц а'3,2
'Мощности, пропорциональные вращающим моментам реле
1 — Схема Мощность
30°
60°
60°
(модиф.)
90°
120°
ЗУ 3 [LVi cos (fi —• 30° + a) + cos(f2 + 30° 4- a)]
3[W1 COS (?! — 60° + «) + £//2 COS (?2“b60° + a) *—
— £70/0cos (?o + a)]
9 cos (?! — 60° 4- a) 4- cos (fa + 60° 4- a)J
31^" 3t[COS (fi — 90° 4~ a) “1“ ^2^2 cos (f 2 4” 90° 4“ a)3
9 [ад cos (t! — 120° + a) + ад cos (f3 + 120° 4- «)]
Таблица 3,3
Мощности (в относительных единицах), пропорциональные вра-
щающим моментам реле при замыканиях между тремя и двумя
фазами
Вариант Схема Трехфазное короткое замыкание Двухфазное короткое замыкание Угол внутрен- него сдвига в градусах
Ti = 0° = 6(Р <fx в 60°, <ра - - 120°
1 30° 4,5 4,5 4,5 0
2 30° 5,2 2,6 2.6(1 п рл) 30
3 60° 1.5 3 з (1Я h 0,5 л) 0
4 60° 2,6 2,6 2,6(П -л) 30
5 60° (мод.) 4,5 9 9 (1- -0,5 л) 0
6 60° (мод.) 7,8 7,8 7,8 (1 4 И») 30
7 90° 0 4,5 4,5(1- -л) 0
8 90° 2,6 5,2 5,2(1- г-л) 30
9 90° 3,7 5,0 5 (14 -л) 45
10 120° — 4,5 4,5 9 (0,5 4-л) 0
И 120° 0 7,8 7,8 (1 4~ л) 30
12 120° 2,3 8,7 9 (0,97 + 0,7п) 45
Мощности,
Принято обозначение
приведенные в
ZZgZ 2
W1*
табл. 3,3, отнесены к
Из числа приведенных в табл. 3,3 двенадцати вариантов
надлежит выбрать наивыгоднейшие.
Для этого целесообразно руководствоваться следующими
Исходными положениями:
§ 3,1 1 Трехфазный трехэлсменгный орган направления
1. Знаки вращающих моментов, обуславливаемых систе-
мами токов и напряжений положительной последовательности
при трехфазных коротких замыканиях и системами то-
ков и напряжений отрицательной последовательности при
двухфазных коротких замыканиях, должны быть одинаковы.
2. Величины вращающих моментов при трехфазном и
двухфазном коротких замыканиях должны быть, по возмож-
ности, велики.
3. При двухфазном замыкании удельный вес вращающего
момента от составляющих отрицательной последовательности
должен быть по возможности большим (поскольку мощность
положительной последовательности не всегда направлена к
месту повреждения).
Анализируя данные табл. 3,3, в первую очередь отвергаем
вариант 10, как ие удовлетворяющий требованию п. 1, вари-
анты 7 н И, какие удовлетворяющие требованию п. 2 (при
Ч>!=°).
Далее, согласно требованиям пп. 2 и 3, признаем ие вполне
удовлетворительными варианты 3 и 5.
Отмечаем положительную особенность вариантов 2, 4, 6, 8
и 9, заключающуюся в суммировании Ц/j и £72/2 при двух-
фазных коротких замыканиях* . Наибольшая величина вра-
щающего момента как при трехфазных, так и при двухфаз-
ных коротких замыканиях обеспечивается вариантом '6. Сле-
дует иметь в виду, что все сказанное относительно случаев
двухфазных коротких замыканий в равной мере относится и
к случаям замыканий иа землю при всех схемах включения
трехфазного реле, кроме 60° схемы (прн которой составляю-
щие нулевой последовательности входят в выражение мощ-
ности, см. табл. 3,2). В этом отношении схема 60° имеет тот
недостаток перед остальными, что при cos((po-pa)>0 мо-
мент от составляющих нулевой последовательности стано-
вится противодействующим.
*) н Wa входят в выражение для мощности с одинаковыми коэф-
фициентами при: a) <Р1 — S а ~ <р2 4- S -j- а, т. е. 5 =:-- и б) — S ~р
и1 -1- фз
4- а — — (Т2~}~ 8 а), т, е. а. Здесь S — угол, характери-
зующий схему включения реле направления мощности. В случае
U. - Иа
~180° это имеет место при S = —х-----= 90°, т. е. в 90° схеме, вне ззвиси-
£
Vi 4- фэ
мости от а. В случае — (fj-F ф ?) — 60° этолмеет место при а = — —<>-—
— 30°, т. е. прн внутреннем сдвиге реле 30° вне зависимости от схемы
включения.
6 Г. И. Атабеков.
82
Органы направления мощности
[Гл. 3
а. о,с
В качестве оптимальных
схем включения трехфазных
реле направления мощности
следует признать схемы мо-
дифицированную 60° при
а “30° (вариант 6) и 90°
при а = 30° или а ~45° (ва-
рианты 8 и 9).
Влияние трансформации
звезда-треугольник, Цри не-
симметричных коротких за-
мыканиях на участках, свя-
занных с электрической си-
стемой (в которой установ-
лены трехфазные реле на-
правления мощности) через
трансформаторы, имеющие
соединение звезда-треуголь-
ник, приведенные выше вы-
ражения для мощностей,
пропорциональных вращаю-
щим моментам, сохраняются
в силе.
Фиг. 3,2. Векторные диаграммы на-
пряжений при наличии трансформа-
тора с соединением обмоток звезда-
треугольник.
а — принципиальная схема; б — составляю-
щие положительной последовательности;
в — составляющие отрицательной последова-
тельности.
Изменение взаимного (рас-
положения систем положи-
тельной и отрицательной по-
следовательностей, обуслав-
ливаемое наличием транс-
формации звезда-треуголь-
ник, не отражается на пове-
дении трехфазного реле, по-
скольку вращающий момент последнего определяется взаимо-
действием симметричных составляющих напряжений н токов
одноименных фазовых последовательностей.
Поэтому прн анализе поведения трехфазных реле транс-
форматорная связь может учитываться только величинами
сопротивлений трансформаторов (в комплексных схемах за-
мещения).
Прн наличии трансформатора Y/Д-П и питании цепей
напряжения реле направления мощности со стороны тре-
угольника, а цепей тока со стороны звезды, рекомендуется
[Л. 6] включать трехфазные реле направления мощности ко-
синусного типа (с непосредственным подводом напряжений)
следующим образом: ток 1А сочетать с напряжением Ubc
и т. д.
§ 3,11
T рехфазный трехэлементный орган направления
83
С учетом соотношений, вытекающих нз фиг. 3,2 (при коэф-
фициенте трансформации, равном единице [Л. 7]):
и = /з£ e~J60°,
1&С 1А
й =^зй eJ№°,
2&С 2А
выражение для мощности принимает вид:
Рр = 3 /3 [£7,7, cos (ср, — 60°) + L/Jt cos (ср2 4- 60°)], (3,6}
Ц,6/2, А, 4— напряжения и токн одноименных фаз на сто-
роне звезды.
Анализ показывает, что более выгодной с точки зрения
вращающих моментов является схема включения трехфазного
реле смешанного типа (а —30°), в которой токи /д—1В со-
четаются с напряжением Ubc и т. д. С учетом соотношений
[Z — 1 ei3oa,
/ — 1 e~iSaf>
2Д 2В Y 2А
выражение для мощности принимает вид, аналогичный по-
лученному ранее для схемы 90° (табл. 3,2):
Рр = 9 [Ц /, cos (<р, - 90° + а) + UJ2 cos (<p2 + 90° + а)]. (3,7)
Ha основании (3,6) и (3,7) в табл. 3,4 указаны мощности
для случаев трехфазных н двухфазных замыканий.
Таблица 3,4
Мощности, пропорциональные вращающим моментам реле при
питании обмоток напряжения с низкой стороны
трансформаторов Y/Д
Расчетное выражение Трехфазное короткое замыкание Двухфазное короткое замыкание Угол внутрен- него сдвига а
= 0° <f>! = 60° = 60°, <р, = — 120°
(3,6) 2,б ад 5,2 ад 5,2[Н/1 + 0,5ВД 0°
(3,7) 4,5 £7i/i 9 £/,/, 9 [i/j/j + Wa] 30°
Преимуществом второй схемы является относительно боль-
шая величина вращающего момента, обуславливаемого со-
ставляющими отрицательной последовательности (анало-
гично тому, как это имело место в схемах 60° и 90° — см.
табл. 3,3, варианты 3 н 8).
6*
84
Органы направления мощности
|Гл. 3
Пофазный пуск. При применении трехфазных реле на-
правления мощности вопрос о пофазном пуске подлежит раз-
решению в зависимости от конкретных условий защищаемой
электрической системы. Пофазный пуск необходим для тех
случаев, когда тормозной вращающий момент, обусловленный
неповрежденными фазами, может превышать нли уравнове-
шивать рабочий момент.
Теоретическое рассмотрение данного вопроса примени-
тельно к элементарной системе, -изображенной на фиг. 3,3,
удобно проводить методом наложения [Л. 7].
Нагрузка
Фиг. 3,3. Короткое замыкание на линии, имеющей двухстороннее питание.
Рассмотрим условия работы трехфазных реле направле-
ния мощности типа Up Ip cos (срра)> включенных в точках 1
и 2 по 90° схеме при следующих видах короткого замыкания:
а) замыкание между двумя фазами;
'б) однофазное замыкание на землю;
в) двухфазное замыкание на землю.
Примем следующие допущения:
1. Схемы положительной н отрицательной последователь-
ностей одинаковы.
2. Переходные сопротивления в месте -короткого замыка-
ния равны нулю.
3. Точка 1 находится в непосредственной близости от ме-
ста повреждения.
При пользовании методом наложения аварийные слагаю-
щие токов создают рабочий вращающий момент, а токи
предшествующего нагрузочного режима — рабочий на од-
ном конце н тормозной на противоположном конце участка.
Результирующий вращающий момент определяется алгебраи-
ческой суммой рабочего и тормозного моментов от токов по-
ложительной и отрицательной последовательностей:
Рраб~\-Рторм~%УЗ [ЦД CCS(<Pj—90°-]-а)-|-
+ cos ( <р3 + 90о4-а)] + 3/ЗЦ6»соз(<р1Л — 90°4-а).
Здесь/1к— ток предшествующего режима;
4% — уГ0Л между Ui и Ьн-
§ 3,1 ] Трехфазный трехэлементный орган направления 85
Применительно к реле 1 и 2 фнг. 3,3 токи нагрузки соз-
дают тормозной вращающий момент, т. е.
cos(?i« —90° 4-а)<0.
Наименее благоприятным условием является
V,» — 90°4-а = 180°,
<р1я=270°-а.
Аналогичным образом наименее благоприятным
для модифицированной схемы 60° явится:
условием
<PiK — 60° + а~180°,
Условием, достаточным
для правильного действия
трехфазного органа направ-
ления мощности, в этих не-
благоприятных случаях, яв-
ляется
<Р1ж = 240° — а.
(3,8) йгс
и1В
В зависимости от
повреждения условие
приводит к различным
тическим соотношениям, прн
которых пофазный пуск не
требуется.
а) Замыкание между
двумя фазами. На фиг. 3,4
показаны векторные диа-
граммы токов и напряжений
в точке 1 (положительные
направления приняты от
шнн). При равенстве схем положительной и отрицательной
последовательностей
вида
(3,8)
крц- 1С
ha
Фиг. 3,4.
замыкании
?1А
гл
диаграммы при
двумя фазами
Векторные
между
(В> С).
1
2 >
(3,9)
4к = й2К = - /2К Z2K = = 0,5У (3,10)
1К “Г 2К
U— напряжение фазы А в точке К (фиг. 3,3) при пред-
шествующем нагрузочном режиме;
,£?2К—напряжения положительной и отрицательной по-
г, следовательностей в точке /б;
/2К —ТОк отрицательной последовательности в ответ-
влении короткого замыкания;
86
Органы направления мощности
( Гл. г
Фиг. 3,5. Векторные диаграммы при замыкании на землю одной фазы (Л).
Z1K> Z2X —результирующие сопротивления положительной и
отрицательной последовательностей, приведенные
к точке короткого замыкания.
Рабочнй-вращающнй момент в точке 1 при cos (ср2—90°-^-а)—
— cos (ср2-|-903-|-а) с учетом (3,9) н (3,10) равен:
Р1а6~3 У 3UIy cos (cpj—90° -f- а).
В точке 2 возникают дополнительные моменты от взаи-
модействия тока Ц с падением напряжения IXZX и тока /2
с падением напряжения /2Z2, которые взаимно компенси-
руются.
Таким образом, рабочий вращающий момент остается
неизменным вдоль всей линии 1~2.
Аналогичное положение имеет место и в случае модифи-
цированной 60° схемы прн условии, что
cos (ср! — 60° -J- а) = cos (epg 60° 47 а)*
Условие (3,8) для рассматриваемого вида повреждения
переписывается следующим образом:
U
2 Z
1К’
(3,11)
И
Zj.i, 21-п—сопротивления положительной последовательности
слева н справа от места короткого замыкания.
§ 3,1 ] Трехфазный трехэлементный орган направления 87
Неравенство (3,11) может быть переписано следующим
образом:
£/>2Wi« . (3,12)
Итак, при замыкании между фазами и соблюдении усло-
вия (3,12) блокировки неповрежденной фазы не требуется.
б) Однофазное замыкание на землю. На фиг. 3,5 по-
казаны векторные диаграммы токов и напряжений в точке 1.
При равенстве схем положительной и отрицательной по-
следовательностей и =
Л — ?\к ж Q + m)Z ’
IwZqk ,
fl __ f-Л ТП 1
Рабочий момент в точке 1 прн
cos (ср! — 90° + а) — cos (<р2 + 90° 4~ а)
с учетом (3,13) й (3,14)
Рра6 = 3/3 UIX cos (<pj — 90° + а).
В точке 2 падения напряжения и /2Z3 обуславлива-
ют вращающие моменты, которые взаимно компенсируются.
Следовательно, так же как н в предыдущем случае, ра-
бочий вращающий момент вдоль линнн 1-2 не меняется. Ана-
логичное явление имеет место в случае модифицированной
схемы 60°, если cos^ — 60°4~а)“соз (ср34-60°-ра).
Условие (3,8) для рассматриваемого вида повреждения за-
писывается следующим образом:
(2 + т)^ Zw + ZM
(3,15)
Неравенство (3,15) может быть представлено в виде
Z7>(2 4~т) А» • (3,16)
Итак, при однофазном замыканнн на землю непосредст-
венный подвод напряжений к трехфазному реле мощности
допустим только прн соблюдении условия (3,16). Из сопо-
88
Органы направления мощности
[Гл. 3
Фиг. 3,6. Векторные диаграммы при замыкании на землю двух фаз (5, 0.
ставления (3,12) с (3,16) следует, что с удовлетворением
условия (3,16) одновременно удовлетворяется н условие (3,12).
в) Двухфазное замыкание на землю. На фиг. 3,6 пока-
заны векторные диаграммы токов и напряжений — в точке 1.
Прн тех же допущениях, что н ранее,
z
Ц— — f’l ~7—^7 = — А ГГ“ . (3,17)
Z2K+^K 1+И
О =й —и =10. (3,18)
IK 2К ОК 3 V > /
Рабочий момент в точке 1 с учетом (3,17) и (3,18)
PFee = K3£//1cos(<P1-90o+a).
В точке 2 дополнительный момент от падения напряжения
/jZ] превышает момент, созданный от /2Z2 (имеющий про-
тнвоположныи знак), вследствие того, что в —— раз
больше /2. Поэтому по мере удаления от места короткого за-
мыкания в сторону генераторов при рассматриваемом виде
повреждения рабочий вращающий момент трехфазного реле
направления мощности растет. То же имеет место и в слу-
чае модифицированной схемы 60°, если
cos (<Р] — 60° 4~ а) — cos (ср2 60° q- а).
§ 3,1 ] Трехфазный трехэлементный орган направления 39
Условие (3,8) принимает внд:
1«*
откуда
/7^i-n
1Я Z2K + Z0K
w \ j
\-\~m J 1#’
(3,19)
Таким образом, при двухфазном замыкании на землю не-
посредственный подвод напряжений к трехфазному реле мощ-
ности допустим только при соблюдении условия (3,19).
Из сопоставления (3,16) и (3,19) следует, что с удовлетво-
рением условия (3,16) одновременно удовлетворяется и усло-
вие (3,19). Поэтому в тех случаях, когда с точки зрения
однофазных замыканий на землю пофазный пуск реле на-
правления мощности не требуется, он заведомо оказывается
ненужным н при остальных видах замыканий.
На основании вышеизложенного можно сделать следую-
щие основные выводы:
1. Вращающий момент трехфазного реле направления
мощности обуславливается взаимодействием симметричных
составляющих напряжений и токов одноименных фазовых по-
следовательностей.
2. Наивыгоднейшими схемами включения трехфазных ре-
ле направления мощности, основанных на механическом сум-
мировании моментов, являются схемы: модифицированная
60° (а ~ 30°) и 90° (а = 30° и а = 45°); оии обеспечивают
наибольший удельный вес момента от составляющих отри-
цательной последовательности, при одновременном удовле-
творении требований в отношении величин и знаков момен-
тов при симметричных и несимметричных коротких замыка-
ниях.
3. Фазовый сдвиг между системами положительной и от-
рицательной последовательностей, создаваемый трансформа-
цией звезда-треугольник между местом питания реле и
местом несимметричного короткого замыкания, не влияет на
работу трехфазного реле направления мощности (в соответ-
ствии с п. 1).
4. Аварийные слагающие Ц и /2, используемые в методе
наложения, обеспечивают правильный выбор направления, а
ток /1н предшествующего режима на одном из концов линии
создает тормозной момент. Соблюдение условия га-
рантирует на указанном конце линии преобладание рабо-
90
Органы направления мощности
I Гл. 3
чего момента отД над тормозным, причем момент от /2 идет
в запас.
5. При замыканиях между двумя фазами и прн однофаз-
ных замыканиях на землю суммарный рабочий вращающий
момент от токов Ц и /2 не изменяется вдоль всего участка
от мест короткого замыкания до шин станции прн соблюдении
условия
cos (срj — & + а) = cos (ср2 + в + <*)>
где
В — угол, характеризующий схему включения трехфазного
реле направления мощности;
а—угол внутреннего сдвига фаз реле.
Фиг. 3,7. Трехфазный одноэлементный
(барабанчикового типа) орган направ-
ления мощности.
а—восьмиполюсная магнитная система; б —
цепи тока; в — цепи напряжения.
3,2. ТРЕХФАЗНЫЙ ОДНО-
ЭЛЕМЕНТНЫЙ ОРГАН
НАПРАВЛЕНИЯ
МОЩНОСТИ (БАРАБАНЧИ-
КОВОГО ТИПА)
В трехфазном одно-
элементном органе на-
правления мощности,
представляющем собой
индукционное реле бара-
банчикового типа, сумми-
рование вращающих мо-
ментов отдельных фаз
производится не механи-
чески, а э л е к т 'р' о м а г-
н и т н о [Лв 4,5]. На
фиг. 3,7,а схематически
показана мапнитная си-
стема реле, состоящая из
стального сердечника с
восемью полюсами. На
полюсах поочередно рас-
положены обмотки тока и
напряжения.
Стальной сердечник
вместе с обмотками пред-
ставляет собой статор.
Ротором является мед-
ный или алюминиевый
цилиндр (барабанчик).
На фиг. 3,7,6 и в по-
§ 3,2]
Трехфазный одноэлементный орган направления
91
казаны схемы соединений це-
Таблица 3,5
пей тока н напряжения трех-
фазного барабанчикового реле
направления мощности. Как
видно из фиг. 3,7, на полюсах
с четными порядковыми номе-
рами располагаются обмотки
Сочетание токов и напряжений
в трехфазном одноэлементном
реле направления мощности
Ток
Напряжение
тока, а на полюсах с нечетны-
ми порядковыми номерами — iA
обмотки напряжения. Вращаю- /
щий момент на реле обуслав- j
ливается взаимодействием по- .с
ref ков смежных пар полюсов ‘в
[Л. 4,-5]. С учетом фиг, 3,7,а
UАС ~ & СВ
1{вс — UАС
& АВ “ UBC
&CB ~~ UАВ
и полярностей обмоток, ука-
занных на ф|иг 3,7, б н в крестиками (однополярные концы),
сочетание токов и напряжений,, подводимых к реле, может
быть представлено в табл. 3,5.
В соответствии с табл. 3,5 мощность, подводимая к зажи-
мам реле, определяется следующим образом:
Р=(йДС- йсв} 1А + <йЯА-uAcyiB+[uCB- uBAyc=
= -з[(4/с-г/о) /Д + УА-О0) 1в+(ив-иа}1 с]. (3,20)
Выражение (3,20) может быть преобразовано на основании
(3.1)-(3,5):
Р=-9 [Цс/М+ О2С/М] = 9р1л У1Ае~^+йгд/2д .
Таким образом,
Р — 9 Г/>, е~^ Д е'да]. (3,21)
Сопоставляя полученное выражение с данными табл. 3,1, при-
ходим к выводу, что с точки зрения выражения мощности,
подводимой к зажимам реле, схема включения трехфазното
одноэлементного реле направления мощности (фиг. 3,7) экви-
валентна модифицированной схеме 60° включения трехфазно-
го трехэлементного реле.
Поэтому- в соответствии с табл. 3,2 трехфазное одноэле-
ментное реле направления мощности, имеющее угол внутрен-
него сдвига а, реагирует на мощность:
COS (<рг — 60° 4-а) 4- Ц> /2 cos(<р2 4-60°4-а)]. (3,22)
Выводы, сделанные выше в отношении модифицированной
схемы 60°, распространяются, таким образом, на трехфазные
барабанчиковые реле.
92
Органы направления мощности
Ил. 3
В частности, выполнение условий (3,12), (3,16) и (3,19)
требуется также и в случае применения трехфазных барабаи-
чиковых реле направления мощности. Поскольку пофазный
пуск в этих реле неосуществим, условие необходимости при-
менения пофазиого пуска в модифицированной 60° схеме
следует рассматривать в качестве условия; ограничивающего
возможность применения трехфазиых барабаичмковых реле.
3,3. ОДНОСИСТЕМНЫЕ ОРГАНЫ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ,
РЕАГИРУЮЩИЕ НА ПОЛНЫЕ ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ1
Тенденция к сокращению количества сложных реле пу-
тем перехода от трехсистемиого исполнения защит к одиоси-
сгемному, наметившаяся с начала развития
Фиг. 3.8. Односистемный орган
направления мощности с неиз-
менными цепями тока.
а — цепи тока; б — цепи напряжения по
варианту 1; в—цепи напряжения по вари-
анту И.
дистанционного
принципа, потребовала наряду
с разработкой новых способов
включения омметров также со-
здания о д иос и ст емм ы х
схем органов направления
мощности. Очевидно, что при
наличии одного общего оммет-
ра было бы нецелесообразно
устанавливать трн отдельных
однофазных реле направления
мощности в фазах, поскольку
одно реле, включенное надле-
жащим образом, способно вы-
полнять функции органа на-
правления всей защиты в це-
лом при любых видах повреж-
дения.
Применение трех отдель-
ных реле помимо удорожания
схемы привело бы к усложне-
нию защиты из-за необходимо-
сти блокировки реле направле-
ния мощности неповрежден-
ных фаз (прн несимметричных
.коротких замыканиях).
В
первоначальных схемах
одиосистемиых
защит находили применение двухфазные реле
направленных
направления
1 Трехе и с темные органы направления мощности, использующие одно-
фазные реле направления, подробно исследованные и достаточно полно
описанные в литературе JJ1. 1—4], в настоящей главе не рассматрива-
ются.
§ 3,3] Односистемные органы направления мощности 93
мощности, которые в последующие периоды развития одно-
снстемных защит были заменены однофазными.
В настоящее время односжтемные схемы органов направ-
ления мощности, включенных на полные токи и напряжения,
могут быть разделены на две категории:
1. Схемы включения на полные токи с неизменными цепя-
ми тока.
2. Схемы включения иа полные токи с переключением
цепей тока.
Схемы с неизменными цепями тока. Схемы включения
органов направления мощности данной категории нашли при-
менение в двухфазных одиосистемных защитах, предназна-
ченных для работы преимущественно при замыканиях между
фазами.
На фиг. 3,8 приведены развернутые схемы тока н напря-
жения односистемиого органа направления мощности с неиз-
менными цепями тока. В табл. 3,6 даны сочетания токов и
напряжений, подводимых к реле направления мощности
фиг. 3,8,6 при различных видах коротких замыканий, с уче-
том возможного поведения пусковых органов в фазах.
Таблица 3,6
Сочетание токов н напряжений в схеме фиг. 3,8Д
Внд короткого замыкания Действуют пусковые орга- ны в фазах Ток Напряжение Примечание
Трехфазное АВС А С я, с } 1А-1с Уде ^ВА ^ВС Реле направления мощности типа W»COs(b4-«), где а = 0 ~ 30°
Двухфазное АВ ВС СА А С А С А, С 1А 1А ~ {С иАС &ВА иАС ^ВА ^ВС
На основании табл. 3,6 .можно заключить, что схема
фиг. 3,8,6 при трехфазных коротких замыканиях (при дейст-
вии обоих пусковых органо®) соответствует так называемой
модифицированной схеме 60°, а при двухфазных коротких за-
мыканиях ведет себя подобно реле отстающей фазы схе-
мы 90°.
Рассмотрение схемы фиг. 3,8,6 наводит иа мысль о воз-
можности изменения способа включения реле направления
мощности таким образом, чтобы оно действовало при трех-
94
Органы направления мощности
I Гл. 3
фазных коротких замыканиях соответственно так называемой
схеме 120°, а при двухфазных замыканиях — подобно реле
опережающей фазы схемы 90°. Такого рода способ включения
реле направления мощности показан на фиг. 3,8,в (цепи тока
остаются по схеме фиг. 3,8,а). В табл. 3,7 приведены соот-
ветствующие сочетания токов и напряжений. Для обеспече-
ния правильного действия при трехфазных замыканиях реле
направления принимается с углом внутреннего сдвига а —45°.
Таблица 3,7
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 3,8,в
Внд короткого замык ания Действуют пусковые орга- ны в фазах Ток Напряжение Примечание
Трехфазное А &ВС Реле направления
С Ur, мощности типа
АВС Л, С [ А <С С А ^ВА ^Лсоз(тр + 45°)
Двухфазное
АВ А Га ^ВС
ВС С ~~ 1 с UcA
СА А Ubc
С J ^А~^С Uca
А, С Uba
При трехфазных коротких замыканиях и отказе пускового
органа фазы А реле направления, включенное согласно
фиг. 3,8,в, действует неправильно. Аналогичное положение
может иметь место и в случае замыканий между фазами А
и С при отказе пускового органа в фазе А.
Неправильное действие органа направления мощности,
включенного по схеме фиг. 3,8,6, менее вероятно, хотя и воз-
можно, например, при трехфазном коротком замыкании с ак-
Фиг. 3,9. Включение цепей на-
пряжения односнстемного органа
направления мощности с одним
переключающим контактом в
цепи напряжения.
тивными сопротивлениями (в
случае реле типа UpIpcos фр).
В связи с вышесказанным
предпочтение должно быть от-
дано схеме фиг. 3,8,6.
Как та, так и другая схема
требует применения двух пере-
ключающих контактов в цепях
напряжений (контакты А и С).
Па фиг. 3,9 приведена схема,
использующая только один пе-
§ 3,4 ] Орган направления мощности нулевой последовательности 95
реключающий контакт [Л. 8]; при этом цепи тока сохраня-
ются в соответствии со схемой фиг. 3,8,я.
Сочетание токов и напряжений, подводимых к реле схемы
фиг. 3,9 при различных видах повреждений, указано в
табл. 3,8.
Таблица 3,8
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 3,9
Вид короткого замыкания Действуют пусковые орга- ны в фазах Ток Напряжение Примечание
Трехфазное А \ ^ВС Реле направления
АВС С ? А, С / ~ zc ^ВА &ВА мощности типа U/p cos (Тр + 45°)
Двухфазное
АВ А ?А &ВС
ВС С “ 1С ^ВА'
СА . А \ &ВС
С ( 1А ~ ^ВА
А, С ) ^ВА
Такого рода включение реле направления мощности ана-
логично при трехфазном коротком замыкании схеме 120°,
а прн двухфазных коротких замыканиях — схеме 90°, причем
при замыканиях фаз АВ и СА реле ведет себя подобно реле
опережающей фазы, а при замыканиях ВС — подобно реле
отстающей фазы схемы 90°. Схема фиг. 3,9 имеет преимуще-
ство перед рассмотренными выше с точки зрения поведения
при отказе одного из пусковых реле (Л, Q. Во всех случаях,
указанных в табл. 3,8, реле направления действует правильно»
Схемы с переключением цепей тока. Схемы данной катего-
рии применяются преимущественно в комплектах односнстем-
ных дистанционных защит и структура их определяется обыч.
ио особенностью переключения омметра. Поэтому рассмотре-
ние односистемных органов направления мощности с переклю-
чениями цепей тока целесообразно вести совместно с ом мет-'
рами.
Этим вопросам посвящен § 12 гл. 4.
3,4. ОРГАН НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ИЛИ
НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Органы направления мощности нулевой последователь-
ности нашли широкое распространение на практике в качестве
элементов направления защит от замыканий иа землю. Лег-
96
Органы направления мощности
[ Гл. 3
кость получения симметричных составляющих напряжения н
токов нулевой последовательности способствовала массовому
внедрению этих органов в эксплоатанию.
Органы направления мощности отрицательной по-
следовательности не получили такого широкого распростране-
ния на .практике, главным образом, в силу того, что к ком-
плектам защит от замыканий между фазами, как правило,
предъявлялись требования в отношении охвата всех видов ко-
ротких замыканий, в том числе и симметричных трехфазиых.
При относительно больших выдержках времени защиты, пре-
восходящих возможную длительность перехода несимметрич-
ных коротких замыканий (однофазных или двухфазных)
в трехфазиые, органы направления мощности отрицательной
последовательности заведомо не обеспечивали надежного дей-
ствия защит.
По мере внедрения быстродействующих защит и накопле-
ния практического опыта в отношении появления симметрич-
ных составляющих отрицательной последовательности в на-
чальный момент любого вида короткого замыкания интерес
к органам направления мощности отрицательной последова-
тельности стал повышаться.
К числу основных преимуществ органов направления мощ-
ности как нулевой, так н отрицательной последовательности
относятся:
1) иереагироваиие иа токи нагрузки и качания;
2) возрастание вращающего момента реле по мере приб-
лижения к месту короткого замыкания;
3) малая зависимость фазового угла сдвига между током
и напряжением от места короткого замыкания и независи-
мость его от величины сопротивления дуги;
4) отсутствие избирательных органов в фазах.
В гл. 9 (§ 8) показано, что к положительным качествам
органов направления мощности отрицательной последователь-
ности кроме перечисленных выше относится также возмож-
ность совмещения в них одновременно и функций пусковых
органов защиты при всех видах коротких замыканий, в том
числе и симметричных трехфазиых коротких замыканий.
Присоединение органов направления мощности к фильтрам
токов и напряжений отрицательной последовательности мо-
жет быть, вообще говоря, выполнено самым различным обра-
зом. Приведенные выше выражения (3,5) и (3,21) для мощ-
ности, подводимой к трехфазиом.у трехэлемеитному или одно-
элементному реле направления, показывают, что для того,
чтобы трехфазиое реле направления служило в качестве ор-
гана направления мощности отрицательной последовательно-
§ 3,4 ] Орган направления мощности нулевой последовательности 97
Фиг. 3,10. Трехфазное
одноэлементное реле на-
правления мощности от-
рицательной последова-
тельности (без фильтров
тока).
Фги. 3,11. Включение однофазного реле
направления мощности на фильтры напря-
жения и тока отрицательной последова-
тельности.
сти, достаточно воспользоваться только фильтрами напряже-
ний отрицательной последовательности илн только фильтрами
токов. /
Так, например, при подведении к трехфазиому реле (вклю-
ченному на полные токи) трехфазиой системы напряжений
отрицательной последовательности в соответствии с (3,5) реле
будет реагировать иа мощность отрицательной последователь-
ности.
На фиг. 3,10 в качестве примера показана возможная схе-
ма включения трехфазиого барабаичикового реле без приме-
нения фильтров тока 1 (схема цепей тока остается в соответ-
ствии с фиг. 3,7,6). Однако, такого рода схемы требуют при-
менения трехфазиых фильтров напряжений, что является не*
которым недостатком по сравнению с включением однофаз-
ных реле направления мощности иа фильтры токов и напря-
жений отрицательной последовательности (фиг. 3,11),
В настоящее время преимущественное распространение на
практике получил именно последний способ выполнения орга-
нов направления мощности отрицательной последовательности.
В случае искусственного замедления действия защиты (при
наличии деиоииых разрядников) и возможности вследствие
этого перехода несимметричных к. з. в симметричные трех-
1 Авторское свидетельство • на имя Г. И. Атабекова № 63580»
15/V 1941 г.
7 Г. И. Атабекоя.
98
Органы направления мощности
[Гл. 3
фазные к. з. в CCGP применяются органы направления мощ-
ности отрицательной последовательности, кратковременно пе-
реключающиеся на положительную последовательность при
исчезновении составляющих отрицательной последователь-
ности.
Более подробно этот вопрос разобран в § я,4.
Следует иметь в виду, что в отличие от органов направ-
ления мощности нулевой последовательности, выполняемых
в виде реле типа Up Ip sin(^-| -a) с углом внутреннего сдви-
га а ~ 20°— 30°, в качестве органов направления мощности
отрицательной последовательности применяются также и
реле типа Uplp cos (^ -|- а).
Это объясняется следующим. Составляющие токов и на-
пряжений нулевой последовательности, отнесенные к пер-
вичной стороне, образуют угол, близкий к <р0 —-(180° —
— tPofe)(TOK опережает напряжение), где — импедансный
угол результирующего сопротивления в схеме нулевой по-
следовательности (обычно 70°). Фильтры токов и на-
пряжений нулевой последовательности не вносят заметных
угловых изменений и, следовательно, фазовое соотношение
между токами и напряжениями нулевой последовательности
иа выходе фильтров остается таким же, как иа первичной
стороне.
Максимальный вращающий момент иа реле получается
именно в случае применения реле синусного типа с углом
внутреннего сдвига а, близким к 20° — 30°. Что касается
составляющих отрицательной последовательности, отнесен-
ных к первичной стороне, то для них также имеет
место условие, аналогичное предыдущему, а именно
—(180° — (p2ft) (ток опережает напряжение), где <р2Л—
импедансный угол результирующего сопротивления в схе-
ме отрицательной последовательности (обычно <р2й = 70°).
Однако, иа выходе фильтров токов и напряжений отри-
цательной последовательности фазовое соотношение между
током и напряжением меняется в зависимости от принятых
типов и параметров фильтров и способа их присоединения
(подробнее см. гл. 6). Поэтому органы направления мощ-
ности отрицательной последовательности в зависимости от
параметров фильтров и схемы их соединений выполняются
с помощью реле синусного, косинусного или смешанного
типа.
§ 4;1]
Дистанционный принцип
99
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ
4,1. ДИСТАНЦИОННЫЙ ПРИНЦИП
Большие выдержки времени, получающиеся в случае при-
менения максимальных токовых защит, и невозможность
осуществления полноценной защиты кольцевых сетей с двумя
или. большим числом точек питания при помощи встречно-
ступенчатых направленных защит или токовых отсечек, вы-
звали в начале двадцатых годов необходимость разработки
защит, время действия которых автоматически возрастало по
мере удаления от места повреждения. Такими защитами яви-
лись дистанционные, в ’ первую очередь импедаис-
н ы е, имеющие выдержку времени, зависящую от величины
сопротивления на зажимах измерительного органа (оммет-
ра). При применении дистанционных реле отключение по-
врежденного участка обеспечивается тем, что реле, располо-
женные и а этом участке, замеряют сопротивления меньшие,
чем реле в более отдаленных местах, и поэтому благодаря
соответствующему подбору характеристик выдержек времени
реле / = /^7) в сети они успевают подействовать раньше за-
щит неповрежденных участков.
Дистанционный принцип обеспечил иа первых порах до-
статочно быстрое отключение коротких замыканий в преде-
лах защищаемого участка и резервирование защит следую-
щих участков (с большими выдержками времени). Данное
обстоятельство, а также относительная дешевизна дистан-
ционных защит (по сравнению, например, с продольными диф-
ференциальными защитами линий электропередачи), способ-
ствовали широкому распространению дистанционного принци-
па в качестве основного и резервного вида защиты
высоковольтных сетей и сборных шин, в особенности при
большом числе участков и нескольких источниках питания.
В дальнейшем требования устойчивости параллельной
работы электрических систем заставили в ряде случаев в ка-
честве основных защит магистральных линий электропереда-
чи рассматривать высокочастотные (см. гл. 8), отводя дистан-
ционным защитам в основном роль резервных. Что касается
распределительных сетей средних напряжений, то в них ди-
станционные защиты сохранили роль основных.
На практике иашли широкое применение дистанционные
защиты с плавно возрастающими (фиг. 4,1,а), сту-
пенчатыми (фиг. 4,1,£) и комбинированными
(фиг. 4,1,в) характеристиками выдержки в р е-
7*
100
Дистанционные защиты
Е Гл 4
Фиг. 4,1. Разновидности характеристик выдержки времени.
а— плавно возрастающая характеристика; б—ступенчатая характеристика;
в — комбинированная характеристика.
меии. Орган выдержки времени в дистанционных защитах,
как правило, состоит из двух элементов: омметра, реагирую-
щего иа величину сопротивления, замеряемого на его зажи-
мах, и устройства, создающего выдержку времени, завися-
щую от поведения омметра.
В некоторых конструкциях дистанционных реле эти эле-
менты совмещены в одном [Л. 1].
В настоящее время наибольшее игримененне находят ди-
станционные защиты со ступенчатой (фиг. 4,1,6) или комби-
нированной (фиг. 4,1,в) характеристиками. При комбиниро-
ванной характеристике требуется реле более сложной кон-
струкции [Л. 1, 2], однако ее применение облегчает согласо-
вание характеристик выдержек времени защиты отдельных
участков. Что касается ступенчатых характеристик, то число
§ 4,2 [
Реле импедансные и реактансные
101
ступеней в целях упрощения в большинстве случаев ограни-
чивается тремя. Плавно возрастающие характеристики нахо-
дят в настоящее время ограниченное применение, так как вре-
мя действия защиты при этом получается большим, чем Цри
ступенчатой или комбинированной характеристиках.
4,2. РЕЛЕ ИМПЕДАНСНЫЕ И РЕАКТАНСНЫЕ
Дистанционные реле импедансного типа действуют с
выдержкой времени, зависящей от величины полного сопро-
тивления иа зажимах омметра:
/г
z = -Р, (4,1)
р
Upi I — напряжение и ток, подводимые к омметру.
Наиболее распространенными типами импедансных реле
являются реле балансного типа — электромагнитные (напри-
мер, HZ) и индукционные (ИИ-120 ХЭМЗ).
Фиг. 4,2. Импедансные омметры балансного типа.
а — электромагнитный; б — индукционный.
Принцип устройства этих реле показан на фиг. 4,2;
фиг. 4,2,а изображает электромагнитный омметр минималь-
ного импеданса. Здесь Мт—вращающий момент, созда-
ваемый токовой системой, Мн — момент системы напряжения
и Мм — механический момент (трение и т. д.). Моменты Мт
и М№ пропорциональны квадратам I и Up:
MH=kHU^ (4,2)
При нормальном режиме момент Мн преобладает над мо-
ментом Мт> и омметр держит контакт разомкнутым. В слу-
чае короткого замыкания момент Мт возрастает, а момент
М* уменьшается. Омметр замыкает контакт при условии,
когда
Мя + Мл<Мп (4,3).
102
Дистанционные защиты
Г Гл. 4
или с учетом (4,2)
W + (4,4)
Разделив обе части неравенства (4,4) на kH /2 , получаем
для омметра фиг. 4,2,а условие трогания:
/km Мм
кн
(4,5)
Из выражения (4,5) следует, что прн малых значениях
тока 7р механический момент влияет в сторону уменьшения
импеданса трогания. По мере возрастания 1р второй член
под корнем уменьшается и импеданс трогания стремится
. Наконец, при больших крат-
ностях тока короткого замыкания может наступить насы-
щение токовой системы, вследствие чего коэффициент km
понизится, что в свою очередь вызовет понижение импе-
данса трогания омметра. Регулировка импеданса трогания
может производиться посредством изменения числа витков
токовой системы или изменения напряжения Upi подводимо-
го к омметру (с помощью добавочного сопротивления или
автотрансформатора напряжения).
Фиг. 4,2,6 изображает индукционный омметр1 макси-
мального импеданса [Л. 2,3].
Реле размыкает контакт при
+ (4,6)
Благодаря специальной форме диска
М=1гРл, М = k‘‘U2p , (4,7)
tn m р ' н а 9 \ 9 /
где а — угол поворота диска по ходу часовой стрелки от
некоторого начального положения.
С учетом (4,6) и (4,7) получаем для омметра фиг. 4,2,6
условие трогания
(4,8)
1 Индукционный омметр ваттметрового типа, предложенный А. С.
Тулнным (авт. свид. № 56610, 26/ХП 1937 г.), реагирует иа косинус
угла между U ~\- kI и U — kl (А — импеданс трогания омметра).
§ 4,2]
Реле импедансные и реактансные
103
Так же как и в предыдущем случае, зависимость импеданса
трогания омметра от тока получается большей при малых
значениях тока / , причем механический момент влияет в
сторону возрастания импеданса трогания.
По мере увеличения тока 1р импеданс трогания стре-
мится к значению • а, прямо пропорциональному
углу поворота диска а. Регулировка импеданса трогания
производится поворотом диска относительно полюсов электро-
магнитов токовой системы и системы напряжения.
Дистанционные реле реактансноготипа действуют с
выдержкой времени, зависящей от величины реактивного
сопротивления на зажимах омметра:
x/=-^-sin<pp, (4,9)
здесь — фазовый угол Up относительно 1р (принимается
за положительный при отстающем токе).
Наибольшее распространение на практике получили ре-
актансиые реле *и н д у кцио н но го типа (ИР-105 ХЭМЗ,
GAX* и GCX).
Электромагнитные реактансиые реле фирмы Вестин-
гауз, насколько известно, широкого применения на нашли.
Омметр реле ИР-1051 (фиг. 4,3, а) представляет индукцион-
ное реле направления мощности синусного типа, к обмотке
напряжения которого подводятся линейное нли фазное на-
пряжение за вычетом реактивного падения напряжения от
тока 1р в защищаемой зоне [Л. 3, И]. Реле размыкает кон-
такт при
[(Op j IpXp.m ) Iр^м > 0,
(4,10)
где индекс М означает, что учитывается мнимая часть ком-
плекса в скобках (без множителя /).
Выражение (4,10) в тригонометрической форме
U Л Sin ф
р р ip р р.т *
откуда
Up
5 = 7, sin5>5--
(4,11)
Авторское свидетельство на имя А. С. Тулина и Г, Ф. Эдельштейна.
104
Дистанционные защиты
[Гл. 4
ЦгДрХрт
Фнг. 4,3. Индукционный реактаисный
омметр ИР-105 ХЭМЗ.
а — принципиальная схема; б — короткое замы-
кание в конце защищаемой зоны; в — короткое
замыкание в пределах защищаемой зоны; г —
короткое замыкание за пределами защищаемой
зоны.
Здесь xpfn характеризует реактивное сопротивление за-
щищаемой зоны.
Векторные диаграммы
фиг. 4,3,б,в,г, поясняют
физический смысл выра-
жения (4,10), положенно-
го в основу конструк-
ции реле ИР-105.
Векторная диаграмма
фиг. 4,3,6 соответствует
случаю короткого замы-
кания в конце защища-
емой зоны (хр=хрт),
когда реактивная соста-
вляющая падения напря-
жения на участке.реле—
место короткого замыка-
ния (отнесенная ко вто-
ричной стороне трансфор-
маторов напряжения) пол-
ностью компенсируется
напряжением 1рх . По-
скольку ток 1р н напря-
жение Ц, — /хр т> под-
водимые к обмоткам реле
направления мощности
синусного типа (выпол-
няющего в ИР-105 роль омметра), совпадают в данном слу-
чае по фазе, контакт реле сохраняется в исходном поло-
жении. 1
Векторная диаграмма фнг. 4,3, в иллюстрирует слу-
чай короткого замыкания в пределах защищаемой
зоны (хр< хрт), когда реактивная составляющая падения
напряжения на защищаемом .участке оказывается
перекомпенснрованной напряжением ^рхрт и ток под-
водимый к омметру, опережает напряжение (]р—jipxpm.
При этом вращающий момент омметра отрицателен и кон-
такт его, так же как и в предыдущем случае, сохраняет замк-
нутое положение.
Наконец, векторная диаграмма фиг. 4,3,2 иллюстрирует
случай короткого замыкания за пределами защищаемой зо-
ны (хр^>хрт при направлении мощности короткого замыка-
ния от шин в сторону линии), когда напряжение Ур хр Л ока-
§ 4,2]
Реле импедансные и реактансные
105
зывается недостаточным для компенсации реактивной со-
ставляющей падения напряжения на участке реле—место
короткого замыкания. Ток / при этом отстает от на-
пряжения йР—JIpxp.m н> следовательно, вращающий мо-
мент омметра пол°жителен: контакт омметра размыкается.
Регулировка реактанса трогания хР.т., а также переклю-
чение омметра с первой зоны на вторую при помощи переклю-
чательного реле, действующего спустя примерно 0,1 сек. после
срабатывания пускового органа, осуществляются при помощи
автотрансформатора напряжения. Напряжение, пропорцио-
нальное току, создается с помощью вспомогательного устрой-
ства ВУ-104/1, представляющего трансформатор тока с сер-
дечником, имеющим воздушный зазор. Благодаря воздушно-
му зазору на зажимах вторичной обмотки трансформатора
создается напряжение, прямо пропорциональное току, и опе-
режающее ток на 90°. При нормальном режиме обмотка на-
пряжения омметра и включенная последовательно с ней вто-
ричная обмотка ВУ-104/1 шунтированы размыкающим контак-
том пускового органа^: ток в обмотке омметра совместно с
напряжением вторичной обмотки В У-104/1 создают момент,
удерживающий контакт омметра в замкнутом состоянии. То-
ковая обмотка омметра, так же как и первичная обмотка
ВУ-104/1, состоит из двух половин, включаемых обычно на
разность линейных токов (§ 4,3) или по схеме с токовой ком-
пенсацией (§ 4,8).
Для правильного действия омметра ток / в реле ИР-105,
создающий результирующие ампервитки, должен быть не ме-
нее 10 а. При меньших значениях тока 1р длина защищаемой
зоны увеличивается.
Время Действия защиты при коротких замыканиях в пер-
вой зо|не ориентировочно составляет 0,12—0,3 сек. в зависи-
мости от удаленности места повреждения, величины тока ко-
роткого замыкания и схемы соединений.
(Етупенчатая выдержка времени осуществляется с по-
мощью реле времени. Более подробно о схеме внутренних
соединений реле ИР-105 и способах включения см. § 4,11
и 4,12.
Реле ИР-105, представляющее оригинально разработанную
конструкцию реактансного реле отечественного производства,
хорошо зарекомендовало себя в эксплоатации. Серийный вы-
пуск реле ИР-105 заводом ХЭМЗ дал возможность оснастить
значительное число линий электропередачи 110 кв Союза бы-
стродействующей полноценной реактанс ной защитой. В систе-
мах с малыми значениями токов короткого замыкания умень-
106
Дистанционные защиты
{ Гл. 4
Фиг. 4,4. Индукционный реактансный омметр OCX.
шение погрешности омметров легко достигалось их пере-
моткой.
Омметр GCX (фиг. 4,4,Л) представляет индукционный эле-
мент с алюминиевым барабанчиком и с четырьмя полюсами.
Основные токовые обмотки, расположенные на верхнем и ниж-
нем полюсах, создают „поляризующий" поток Фл (фиг. 4,4,6).
На правом полюсе насажена основная токовая обмотка и
вспомогательная вторичная обмотка, в цепь которой включе-
ны сопротивление и емкость (соединенные параллельно).
Вторичная обмотка создает „рабочий" поток Ф2. Нако-
нец, на левом полюсе насажена обмотка напряжения, соз-
дающая „тормозной" поток Фт. Рабочий момент обуславли-
вается взаимодействием потоков Фя и Ф2
Мр =ФяФ281П^=:А,/ар.
Здесь ip—угол между потоками Фя и Ф2.
§ 4.2 [’
Реле импедансные и реактансные
107
Момент от взаимодействия поляризующего потока Фя с
потоком Ф| основной обмотки, насаженной на правом по-
люсе, равен нулю ввиду отсутствия фазного сдвига между
этими потоками.
Тормозной момент создается взаимодействием потоков
Фп и ф«*
п п
Благодаря наличию емкости С2 поток Фт при нормальной
(промышленной) частоте совпадает по фазе с приложенным
напряжением (фиг. 4,4,6). Поэтому
Л4 = Ф Ф sin — k? UI „sin ф_.
fn n ,tn тр & p p I p
Реле действует при условии;
Мраб > ^торм
ИЛИ
откуда
хп~-~sin (р_ < .
Р 1р ’
здесь ,^~хрт— реактанс трогания.
Минимальный реактанс трогания омметра GCX равен 0,25 олс
(на первичной стороне автотрансформатора напряжения).
Реактанс трогания регулируется изменением коэффициента
трансформации автотрансформатора.
При учете механических моментов (сил трения и пружи-
ны) условие трогания омметра
Мраб > Мторм + Мтр 4- Мпр,
Мтр— момент сил трения;
Л4яр — момент пружины;
V2,>*2 Up Ip sin <Pp+Afmp + Af„p>
следовательно,
А. 1
Хг < А, (Мтр + Мп^‘
При малых токах реактанс трогания оказывается несколь-
ко преуменьшенным. При больших токах влияние члена
незначительно.
Возрастание погрешности омметра при больших токах
объясняется насыщением токовой цепи, обуславливающим
108
Дистанционные защиты
[Гл.
уменьшение индуктивности
и, соответственно, изменение
резонансной частоты кон-
тура цепи напряжения.
1---0 Р Ток трогания омметра
при отсутствии напряжения
равен 1,7—3 а.
Фиг. 4,5. Электромагнитный реактанс- На фиг. 4,5 дана принци-
ный омметр. пиальная схема элек-
тромагнитного р е а к-
та ясного омметра [Л. 23]. Омметр представляет ба-
лансное реле с двумя электромагнитными системами—система
напряжения (справа) создает вращающий момент
= (4,12)
Система тока (слева) насажена на общий магнитопровод с ка-
тушкой напряжения (в цепи катушки напряжения предусмот-
рена емкость). Вращающий момент этой системы
л/3 1 kip+ju, Г =л2 \ыр +/Ц.1 • h К =
[ №Рр+и*р +Jk( vf i.p - up ip}
откуда
Mt = k2(k*-Pp + LPp-2kUplp sin <₽,)*. (4,13)
Реле действует при Принимая в (4,12) и (4,13)
— получаем для реле фиг. 4,5 условие трогания:
x,=^-sin<p,<4. (4,14)
Изменением коэффициента k регулируется реактанс тро-
гания омметра.
Импедансный и реактансный омметры могут быть также выполнены
при помощи поляризованных реле, реагирующих на разности выпрям-
ленных напряжений: | О (— \ki (и — | 0^ flk/ [, где k — соответ-
ственно импеданс или реактанс трогания омметра.
* Момент ЛГз пропорционален квадрату стороны треугольника, лежа-
щей против угла > заключенного между сторонами klp и Up
На основании известной тригонометрической формулы
м = *, [ («,)’+ У/ - 2klp Up cos ) J
получается выражение (4ДЗ).
§ 4,3 ]
Анализ замеров при одностороннем питании
109
4,3. АНАЛИЗ ЗАМЕРОВ ДИСТАНЦИОННЫХ РЕЛЕ
ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ ПИТАНИИ
[Л. 2—5]
На фиг. 4,6 изображены простейшие способы включения
омметров: на фазные напряжения и линейные токи (фиг. 4,6,л),
на линейные напряжения и линейные токи (фиг. 4,6,6), на
линейные напряжения н разности линейных токов (фиг. 4,6,я).
Эти схемы в дальнейшем условно обозначены:
I
'а ’ 'д ’ 'д •
Омметры, обозначенные на фиг. 4,6 буквой О, могут
быть импедансного или реактансного типов.
Сочетания токов и напряжений, подводимых к омметрам
в этих простейших схемах, указаны в табл. 4,1.
Таблица 4,1
Сочетания токов и напряжений, подводимых к омметрам
Фаза Wk ^д/'д
Up fp UP fP 1 ГР
А иА 1А "аз IA &AB IA-IB
В иВ fB Уве Ubc Ib “ {c
С иС &СА &CA
В табл. 4,2 даны замеры импеданса на зажимах оммет-
ров при различных видах коротких замыканий для указанных
способов присоединения омметров, при одностороннем пита-
нии и без учета нагрузки. Виды коротких замыканий показа-
ны на фиг. 4,7. В дальнейшем они условно обозначены: (3),
(2), (1).
Под подразумевается переходное сопротивле-
ние в месте короткого замыкания. При междуфазных корот-
ких замыканиях переходными сопротивлениями в месте по-
вреждения являются сопротивления дуг При замы-
каниях на землю к сопротивлениям дуг добавляются сопро-
тивления заземляющих устройств и самих
опор. Как показывают экспериментальные данные, эти сопро-
тивления можно считать почти полностью активными.
Выражения, относящиеся к случаю (2), даны в табл. 4,2
применительно к омметру, включенному на линейное напря-
жение между поврежденными фазами. Соответственно выра-
жение, относящееся к случаю (1), дано применительно к ом-
по
Дистанционные защиты
J Гл. 4
Фиг. 4,7. Виды коротких за-
мыканий.
а — симметричное трехфазное ко-
роткое замыкание (3); б — замы-
кание между двумя фазами (2);
а— однофазное замыкание на
землю (1).
Фиг, 4,6. Простейшие схемы присоедине-
ния омметров.
vk ил
а - схема ; б — схема ---в — схема
7Л /А Ч
Т а б л и ц а 4,2
Замеры импеданса на зажимах омметров
Вид корот-
кого замы-
кания
(3)
(2)
(1)
2Zl4~Z0
'д
метруа включенному на фазное напряжение поврежденной
фазы.
Под Zi и 20 подразумеваются полные сопротивления поло-
жительной и нулевой последовательности участка реле — ме-
§ 4,3 1
Анализ замеров при одностороннем питании
111
сто короткого замыкания. Ориентировочно принято Zo~3,5Z{.
Все величины отнесены к первичной стороне измерительных
трансформаторов напряжения и тока, к которым приключены
омметры.
Замеры на зажимах реактансного омметра определя-
ются мнимой частью отношения вектора на-
пряжения к вектору тока, подводимых к омметру.
Поэтому, -комплексные выражения импеданса на зажимах ом-
метра,приведенные в табл. 4,2, дают одновременно представ-
ление и о величинах замеряемых реактансов по формуле
x„=^-sin<? =Г^1 =k] • (4,15)
fP р L 19 J/И L J /и
Полученные указанным способом выражения замеров ре-
актанса на зажимах омметров, сведены в табл. 4,3.
Таблица 4,3
. Замеры реактанса на зажимах омметров
Вид короткого замыкания ^А 7Л 'л 'Л
(3) Д'! 1,5лд -f- 0,866
(2) — 2х} *1
(1) 1,83хг ——
Здесь и п обозначают индуктивное и активное сопро-
тивления положительной последовательности участка: реле—
место короткого замыкания.
Как видно из табл. 4,3, при одностороннем питании
реактансные омметры во всех случаях, кроме (3) в схеме
t/д
-у—, не реагируют на переходные сопротивления в месте
'л
повреждения. Это является существенным преимуществом
реактансных омметров.
с/д
Как видно из табл. 4,1, в схеме -у— предполагается, что
к омметру подводятся линейные напряжения н ток опере-
жающей фазы (например, UAB и Iд). Схема присоединения
омметра на линейное напряжение и ток отстающей фазы
(например, UAC н I л) недопустима, * так как при этом
лгр = 1,5 — 0,866 (п4 /?) (4,16)
112
Дистанционные защиты
«гл. <:
Фиг, 4,8. Влияние ошибки в замере омметра на работу защиты
/ реактансного типа.
а — положительная ошибка; б — отрицательная ошибка.
В первом случае, считая fj= у== хг (при импедансном уг-
ле линии электропередачи ср=60°) реактансный омметр замеряет
согласно табл. 4,3
х. = 1,5xj + 0,866 [ -^ +/?) = 2х, + 0,866/?, (4,17)
к \ V 3 /
т. е. при отсутствии переходного сопротивления замеры при
(3) и (2) одинаковы, а при наличии переходного сопротив-
ления замер в случае (3) преувеличен.
Во втором случае реактансный омметр замеряет:
хр = 1,5 xt — 0,866 (-pL 4- R\=xt — 0,866 R. (4,18)
т. e. при отсутствии переходного сопротивления замер в слу-
чае (3) вдвое преуменьшен по сравнению с замером в случае
(2), а при наличии переходного сопротивления замер реактан-
са может быть равен нулю или отрицателен, т. е. может не
зависеть от дистанции; в последнем можно легко убедиться
также на основании векторной диаграммы напряжений и то-
ков и формулы (4,9).
Прн положительном значении ошибки (т. е. при преувели-
ченном замере) ступенчатые характеристики реактансных за-
щит сдвигаются влево на величину Ал: (фиг.4,8,0), а при от-
рицательном значении ошибки (т. е. при преуменьшенном за-
§ 4.3 j
Анализ замеров при одностороннем питании
113
Фиг. 4,9. Влияние переход-
ного сопротивления в ме-
сте повреждения на работу
импедансной защиты (замы-
кание в непосредственной
близости от подстанции В
через переходное сопроти-
вление первой зоны).
мере) — вправо на ту же величину (фиг. 4,8,6). В соответст-
вии с этим прн положительной ошибке приходится ожидать
возможности повышения времени действия защиты. Так, на-
пример, при коротком замыкании во второй зоне возможно
действие защиты с выдержкой третьей зоны. Если при этом
выдержки времени третьей ступени защит отдельных участ-
ков друг с другом не согласованы, то возможно неселектив-
ное действие защит.
В свою очередь при отрицательной ошибке приходится
ожидать неправильного действия защиты в А с выдержкой вре-
мени первой ступени при к. з. <в пределах участка ВК
(фиг. 4,8,6).
В связи с этим в реактансных защитах стремятся, по воз-
можности, исключить вероятность получения отрицательных
ошибок. При допущениях, принятых в табл. 4,3, это осущест-
вимо. Однако, как будет показано ниже, при несимметричных
трехфазных коротких замыканиях (§ 4,4), а также при двух-
стороннем питании места повреждения (§ 4,5) возможность
получения преуменьшенных замеров появляется также и для
схем табл. 4,3.
В импедансных защитах, как это следует из табл. 4,2,
ошибки, обусловленные переходными сопротивлениями в ме-
сте повреждения,, имеют обычно положительный знак. Непра-
вильные действия защит в этих случаях менее вероятны, чем
при отрицательных ошибках, однако в некоторых случаях они
могут иметь место. Выше уже был упомянут один из возмож-
ных случаев неправильного действия защит (прн несогласо-
ванных выдержках времени третьих студеней).
При ступенчатой характеристике выдержек времени не-
правильное действие защиты может также иметь место при за-
мыканиях в первой зоне, если под влиянием переходного со-
противления защита поврежденного участка сработает с вы-
держкой времени второй ступени, причем защита прилегаю-
8 Г. И. Атабеков.
114
Дистанционные защиты
£Гл. 4
щего участка будет действовать с той же выдержкой вре-
мени.
На фиг. 4,9 показан случай замыкания через переходное
сопротивление непосредственно около шин подстанции В.
Предполагается, что сопротивление дуги R по величине равно
сопротивлению первой зоны.
Поведение защиты импедансного типа проверяется в
данном случае следующим образом: проводится прямая AG
под углом а = 90°—ср к оси абсцисс. Здесь ср представляет
собой импедансный угол линии:
<p = arctg^>
х и г — индуктивное и активное сопротивления
участка АВ.
На фиг. 4,9 отрезок АН пропорционален х, отрезок НВ
пропорционален г, а отрезок АВ пропорционален полному
сопротивлению данного участка.
Если сопротивление дуги в месте повреждения равно со-
противлению первой зоны участка ВС, то, отложив по на-
правлению прямой НВ отрезок BF, равный отрезку BE,
можно получить отрезок Дг, пропорциональный замеру им-
педанса на зажимах омметра 7. Данному замеру импедан-
са соответствует выдержка времени защиты 7, определяемая
ординатой ступенчатой характеристики в точке D {AD^AF).
Поскольку защита 2 действует в данном случае с выдерж-
кой времени второй ступени (так как сопротивление дуги
принято равным сопротивлению первой зоны), то зашита 7
должна действовать с выдержкой времени третьей ступени.
На фиг. 4,9 это требование выполнено. Для обеспечения
селективности необходимо, чтобы
1\ < /Ла + (/'2)2- cos (180°—<р) , (4.19)
где Zf'i—длина первой и второй зон защиты 7;
—длина участка АВ\
/'2 — длина первой зоны защиты 2;
ср—импедансный угол линии 45.
Выражение (4,19), так же как и графические построения,
приведенные на фиг. 4,9, действительны для случая односто-
роннего питания при отсутствии нагрузки.
Как видно нз формулы, с уменьшением импедансного угла
выполнение условия (4,19) облегчается.
Можно показать, что неправильное действие защиты им-
педансного типа под влиянием активного сопротивления дуги
в месте повреждения может также иметь место в случае
§ 4,3 ] . Анализ замеров при одностороннем питании
115
плавно возрастающих или комбинированных характеристик
выдержек времени.
Как указано выше, величины, приведенные в табл. 4,2 и
4,3, отнесены к первичной стороне.
Зависимость между вторичным и первичным импедансом
на зажимах выражается формулой
Пт
zam — г„рпЛ ——-. (4,20)
вт пере п 4 * '
ft
Аналогично в случае омметров реактансного типа
Пт
^т = х„еРеУГ-> (4,21)
здесь пт и пн — коэффициенты трансформации трансформа-
торов тока и напряжения, к которым приключен омметр.
В приведенных выше рассуждениях предполагалось, что
ток в неповрежденной фазе при замыкании между двумя
фазами равен нулю. При наличии трехфазной нагрузки, при-
ключенной к защищаемой линии, ток в неповрежденной фа-
зе, вообще говоря, отличен от нуля и это обстоятельство
может влиять на замер омметров.
Полагая замыкание между фазами В и С металлическим
и
(/?=х0), имеем в случае схемы -р-;
р 1В1 1 L 1В 1
Соответственно замер на зажимах реактансного омметра
cos(a—?) + ri sin (а— Р)
Р,22)
Обычно ~ а к и поэтому cos (а — р) < 0*
sin (а — ^)>0.
В зависимости от соотношения величии cos (а—^) и
sin (а— fl) замер реактанса может быть преуменьшен или
преувеличен по сравнению с
Что касается схемы -у—, то в этом случае она не дает
погрешности, так как
Z = == Z1 и х = xt. (4,23)
Л ГТ L Р 1
1 В— 1 с
8»
116
Дистанционные защиты
|Гл. 4
Таким образом, в то время как в схеме ток непо-
врожденной фазы оказывает влияние на замера омметра, схема
свободна-от этого недостатка. Кроме того, как видно из
табл. 4,3, при этой схеме замеры в случае замыканий между
тремя и двумя фазами получаются одинаковыми.
В связи с этим в защитах от замыканий между фазами
схема нашла на практике преимущественное
* л
распространение, и поэтому приведенный ниже анализ
замеров омметров с учетом неравенства переходных сопро-
тивлений (§ 4,4), двухстороннего питания (§ 4,5), трансфор-
мации звезда-треугольник (§ 4,6), дан применительно именно
к этой схеме соединения омметров.
Вопрос о схемах включения омметров в защитах от за-
мыканий иа землю рассмотрен отдельно в § 4,8.
4,4. ВЛИЯНИЕ НЕРАВНЫХ ВЕЛИЧИН ПЕРЕХОДНЫХ
СОПРОТИВЛЕНИИ В ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗАХ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ
МЕЖДУ ТРЕМЯ ФАЗАМИ ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ ПИТАНИИ
[Л. 5, 20]
При анализе искажения замеров реактансных реле под
влиянием переходных сопротивлений в месте повреждения
Фиг. 4,10. Замыкание ме-
жду тремя фазами через
неодинаковые переход-
ные сопротивления.
а — случай R ; б—
общий случай.
необходимо учитывать возможные в
условиях эксплоатации виды и харак-
тер повреждений, зависящие в значи-
тельной мере от конструкции и взаим-
ного расположения токоведущих ча-
стей, от конструкции опор и ряда
других факторов.
К сожалению, в настоящее время
отсутствуют систематизированные ма-
териалы и данные аварийной статисти-
ки, классифицированные по видам не-
симм етр ич ных коротких з а мыкан ий,
сопровождающихся неравенствам пе-
реходных сопротивлений. Тем не ме-
нее, исходя из общих соображений о
возможности возникновения короткого
замыкания, в системах ПО кв, рабо-
тающих с глухо заземленной пулевой
точкой, можно высказать следующие
соображения:
§ 4,4 [
Влияние неравных переходных сопротивлений
117
1. Наиболее вероятным видом трехфазных коротких замы-
каний через переходные сопротивления в пролетах линий
электропередач 110 кв являются дуговые перекрытия двух
крайних фаз на среднюю (фиг. 4,10,0).
2. Дуговые трехфазные короткие замыкания на металли-
ческих опорах линий передач ПО кв также могут либо отно-
ситься к типу короткого замыкания, изображенному на
фиг. 4,10,а, либо в случае перекрытия всех трех фаз на тра-
верзу (по гирляндам) для них будет характерна схема
фиг. 4,10,6. То же относится и к шинам ПО кв.
Рассмотрим предварительно с
яние неравенства сопротивлений
реактанса омметров, включенных
через Zj сопротивление участка
ты до места короткого замыкания, имеем:
качественной стороны вли-
дуг (фиг. 4,10,а) на замер
t/д
по схеме -/=- . Обозначая
'А
от места установки защи-
&АВ
ZfA ‘А~‘В
^А ?В
'т 'А*
А“ В
(4,24)
&СА
Znr— .
PC т ____ т
1С 1А
£- = Zl---
-1 1в~Гс
(4,25)
i + tfc - lл Ra
(4,26)
Применяя формулу (4,15) к выражениям (4,24)—(4,26),
получаем:
k__
~ 1в
с
в— 1С ]лх
1С*С G ^А
f' С~~ 1 А
(4,27)
(4,28)
(4,29)
7 =
lC~ 1A
ic~ ia
A
c
M
А
м
118
Дистанционные защиты
l Гл. 4
Фиг. 4,11. Расчетная схема для случая несимметричного трехфазного ко-
роткого замыкания (а) и кривые замеры реактанса на зажимах оммет-
ров включенных по схем А «П
|JUDj D IflJ Ч СП НAl U kjjL^w'jVlC f
Вектор 1Д отстает от вектора 1Д— 1В и поэтому в соот-
ветствии с (4,27) ошибка в замере первого омметра имеет от-
рицательный знак. В отношении второго омметра имеет
место обратное явление: вектор — 7С опережает вектор
1В—1С и ошибка в замере положительна.
Наконец* знак ошибки в замере третьего омметра зависит
от соотношения сопротивлений RA и Rc .
При определении знака погрешности можно руководство-
ваться следующим правилом: если подводимое к омметру
напряжение, обусловленное падением напряжения в пере-
ходных сопротивлениях, отстает от тока, подводимого к ом-
метру, погрешность имеет отрицательный знак, а если опе-
режает— положительный знак.
§ 4,4]
Влияние неравных переходных сопротивлений
119
Таким образом, в рассматриваемом случае несимметричного
трехфазного короткого замыкания (фиг. 4,10,я) при включе-
нии омметров по схеме (см. табл. 4,1) омметр фазы А
замеряет преуменьшенный реактанс, фазы В — преувеличен-
ный, а фазы С — преувеличенный при RA >RC и преумень-
шенный при RA<RC- В случае RA = RC третий омметр за-
меряет без искажения.
Ниже дана количественная оценка погрешностей приме-
нительно к расчетной схема фиг. 4,11,я. Пользуясь уравне-
ниями Кирхгофа для симметричных составляющих токов н
напряжений в месте повреждения имеем:
F___fj — j
7
&2К — 2К%2К>
(4,30)
где ZiK, Z2K—импедансы положительной и отрицательной
последовательностей системы, приведенные к
точке короткого замыкания К.
Кроме того, по условию короткого замыкания для места
повреждения можно записать дополнительные уравнения:
va-ub=iaRa, ]
йв йс— i(Re- [
(4,31)
Выражая эти напряжения и токи через симметричные
составляющие, можно совместным решением полученных
четырех уравнений с четырьмя неизвестными найти симмет-
ричные составляющие токов и напряжений в точке К:
(4,32)
(4,33)
где
-4 = 3ZW Z2K + RaRc + {ZiK + Z2K) (RA + Rc\ (4,34)
120
Дистанционные защиты
[ Гл. 4
На основании (4,30) и (4,33) могут быть получены
жения напряжений и токов для места повреждения:
7Д= |[з^+(1-^)/?с], ]
/1
1В = фзг2К - (1 - а) (7?с - a?RA)],
/c=^[3Z2K + (l-a)/?J,
B4=7W4«c+Z,k(2/?4-®/?c)J. <
и s = 7[«/c-Z2k№+^c)].
& /1
г/с=у[/?д/?с+-г2И2/?с-^)1- j
На основании этих выражений можно получить
ны реактансов, замеряемых омметрами:
„ Г*4-^1
величи*
рА iVa — -I м
Ra (W+КдКс)
2 (^А 4~ Яс)2 “Ь3 (3-^2К~Н/Г^д;2К ^А 4~^С *)
ив~-ис
х
'рВ т ________i
f В lc Jjm
выра-
(4,35)
(4,36)
(4,37)
2’ (^а+^с)2+3(Зхз2^ГЗх2/С/?с+/?а2) ’
__\UC-Ua
С~1А -
лрс—
(*А-*С)(3^2/СЬ*А *с)
м
2 (/?4-«с)(^а-^с-3»/Зх2к)+9л;22К+/?л/?с
При выводе в целях упрощения предполагалось
^2К (Х2К*
Полученные выражения согласуются с качественной оцен-
кой погрешностей, приведенной выше: реактанс на зажимах
первого омметра получается меиьшим, а реактанс иа зажи-
мах второго омметра — большим реактанса положительной
последовательности участка между местом установки
реле и местом повреждения.
§ 4,5] Влияние ду*и при двухстороннем питании 121
Реактанс на зажимах третьего омметра в зависимости от
соотношения сопротивлений RA н /?с может быть больше,
меньше .или равен реактансу
На фиг. 4,11,6 представлены кривые замеров реактанса
на зажимах омметров, построенные согласно (4,37).
Замеры реактанса даны в относительных единицах, отне-
сенных к реактивному сопротивлению положительной после-
довательности х1к. При ^^- = 0, хрЛ~0.
При расчете предполагалось:
1) равенство сопротивлений положительной и отрицательной
последовательностей системы (х1к = х2к );
2) короткое замыкание непосредственно около места уста-
новки реле (х^О);
3) питание одностороннее и нагрузка отсутствует.
Кривые фиг. 4,11,6 позволяют сделать некоторые выводы
относительно практически возможных значений абсолютных
ошибок.
Замер первого реле в схеме в рассматриваемом кон-
'Л
кретном случае может быть меньше реактанса положитель-
ной последовательности всей системы xiK примерно на 30%.
Согласно (4,37) при RA — RC — R и Xj—0
Кз/?(Зх22у+^)
Наибольшая ошибка соответствует условию
Решение данного уравнения дает: х^к=
Подстановкой значения х^к получаем: хра —-----
3 3
Аналогично можно проаналнзнровать замеры реактанса во
всех фазах.
4,5. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В МЕСТЕ
КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПРИ ДВУХСТОРОННЕМ ПИТАНИИ
[Л. 3—5]
При защите импедансного типа в случае, если токи, под-
текающие к месту короткого замыкания с обеих сторон за-
щищаемой линии, значительно отличаются по величине, то
защита, установленная на том конце линии, где ток меньше,
будет иметь сильно преувеличенный замер импеданса. Если,
122
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Фиг. 4Д2. Замыкание между двумя фазами через переходное сопротив-
ление при двухстороннем питании.
а — схема сети; б — векторные диаграммы напряжений и токов.
однако, токи, подтекающие к месту повреждения с двух сто-
рон, будут сильно различаться по фазе (например, на 180°),
то возможно преуменьшение замера импеданса.
При реактансной защите влияние переходных сопротив-
лений на замер реактанса обуславливается, главным образом,
наличием сдвига фаз между токами, подтекающими
с обоих концов защищаемого участка к, месту повреждения.
Анализ показывает, что ошибки в замере омметров, нахо-
дящихся по разную сторону от места повреждения, всегда
имеют разные знаки, т. е. если ошибка омметра по одну сто-
рону от места повреждения положительна, то по другую сто-
рону ошибка отрицательна.
Кроме того, при реактансной защите необходимо иметь
в виду возможность преуменьшенных замеров в отстающей
поврежденной фазе при замыканиях между двумя фазами
вследствие влияния тока неповрежденной фазы, в частности,
при включении омметров на линейные напряжения и разности
линейных токов. Выражая напряжения и токи, подводимые к
§ 4,5 ] Влияние дуги при двухстороннем питании
123
омметрам, через составляющие положительной и отрицатель-
ной последовательности и через соответствующие сопротивле-
ния системы, с учетом переходного сопротивления в месте по-
вреждения, можно получить следующие выражения для заме-
ров реактанса при замыкании между фазами ВС (фиг. 4,12):
(а — 1) R
. fi'x /'2 \
(а — 1) (у— 4- а? — I
VIA’ '2Д7
(4,38)
(4,39)
где Z2K — полное сопротивление отрицательной последова-
тельности системы, приведенное к точке коротко-
го замыкания;
/1/р 4/с—токи положительной и отрицательной последова-
тельностей в ответвлении короткого замыкания.
Анализ выражений (4,38) и (4,39) для различных соотно-
шений ~ и показывает, что в ряде случаев замер ре-
актаиса на зажимах омметра отстающей фазы может быть
меньше замера реактанса опережающей фазы и, кроме того,
меньше реактанса положительной последовательности
участка между местом установки реле и местом короткого
замыкания. В некоторых случаях замер реактанса на отста-
ющей фазе может быть равен нулю нли отрицателен.
Последнее имеет место в том случае, если синус угла
между векторами UСА и 1С—1А близок к нулю или отрица-
телен (фиг. 4,12).
При одностороннем питании и отсутствий нагрузки
Т ! f Г i
11 11ЛГ» 1 2 — 12К'
Учитывая, что 7^— — 12К можно привести выражения
(4,38) и (4,39) к виду
хрв=х1> _ ' (4>40)
+ (4,41)
Таким образом, в отличие от случаев двухстороннего пита-
ния замер реактанса на зажимах омметра отстающей фазы
при отсутствии нагрузки и одностороннем питании линии
124
Дистанционные защиты
[Гл. 4
имеет всегда преувеличенное значение (т. е. больше реак-
танса Xi).
Возможность получения неправильного замера реактанса
в отстающей фазе при двухстороннем питании при включении:
омметров на линейные напряжения и разности линейных то-
ков может быть учтена при проектировании схемы дистанци-
онной защиты реактансного типа посредством блокировки ,
защиты отстающей фазы (см. ниже § 4,11).
кб. ВЛИЯНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ, НАХОДЯЩИХСЯ МЕЖДУ
МЕСТОМ УСТАНОВКИ ЗАЩИТЫ И МЕСТОМ ПОВРЕЖДЕНИЯ
f [Л. 5, 10]
Влияние соединения обмоток трансформатора Y/Д, нахо-
дящегося между местом установки защиты и местом повреж-
дения, имеет значение при двухфазных коротких замыканиях..
В виде примера ниже даны соотношения при присоединении’
омметров на линейные напряжения и .разности линейных '
токов.
. При замыканиях между двумя фазами b и с на вторичной
стороне понижающего трансформатора, имеющего группу
соединения обмоток У/Д-11, в случае отсутствия нагрузки
токи в фазах А и В на стороне звезды получаются ‘равными
по величине и по направлению, т. е./л = . В связи с этим
в дистанционной защите реактансного типа омметр фазы А,,
включенный на разность токов /л— /в“0, замерит неопре-
деленную величину реактанса, т. е. будет бездействовать.
Если омметр имеет нормально замкнутые контакты (типа>
ИР-105), то неправильное действие защиты предотвращается
в этом случае тем, что пусковой орган в фазе А в действие
ие приходит. Замер реактанса на зажимах омметра получает-,
ся в фазе В преуменьшенным, а в фазе С — пре-
увеличенным.
На фиг. 4,13 изображена расчетная схема для рассматри-
ваемого случая.
Выражая токи и напряжения в месте установки защиты 5
через симметричные составляющие, можно получить в общем
виде выражения для импедансов на зажимах омметров:
У ----- &1А а^2А
рА ---------;
7 ^2А
..; >
ЧА Z2A .
Z = ^1Д~д2^2А
рС iiA-a4'2A
(4.42)
§ 4,6]
Влияние трансформаторов зв езда-треугольник
125
Фнг. 4,13. Замыкание между двумя фазами через переходное сопротив-
ление на вторичной стороне трансформатора с соединением обмоток
звезда-греугольиик.
Симметричные составляющие токов и напряжений со сторо-
ны звезды связаны с симметричными составляющими токов
и напряжений со стороны треугольника следующим образом:
{1Л —’
Лл Ча ,
Пользуясь условиями короткого замыкания
(4,43)
(4,44)
^1а Ка /?),
fj —______f 7
^‘2а— 1ЧлГгК»
можно выражения (4,42) привести к виду:
Z . — ^1д+ — со 1 Р {\а _ ' zpB = zi-i^Z2K + G,bR~J Ц-R, (4,45)
+JV-lZ2K+ 0.5/?+/ ^6-/?• ,
Соответственно реактансы на зажимах омметров выража-
ются в следующем виде:
хра представляет неопределенность,
xpB”xi ™ 0,58 (г2К +0,5/?),
хрс — xi 4" 0,58 (/'зк 4~ 0,5/?)-
(4,46)
126
Дистанционные защиты
|Гл. 4
При наличии нагрузки выражения для замеров реактансов
на зажимах омметров приобретают более сложный вид. При
этом векторы токов IА и 1В могут быть неодинаковы по ве-
личине и по фазе. Реактанс на зажимах омметров фаз Д и В
может в этом случае иметь несколько преуменьшенные значе-
ния по сравнению с реактансом положительной последова-
тельности участка между местом установки защиты и местом
повреждения.
В свою очередь реактанс на зажимах омметра фазы С,
как правило, имеет несколько преувеличенное значение.
Возможность получения в рассмотренном случае неопре-
деленного или преуменьшенного замера реактанса в фазе Д
должна учитываться в процессе проектирования схемы защи-
ты (т. е. защита в фазе А при этом не должна действовать),
а возможность получения преуменьшенного замера реактанса
в фазе В должна учитываться при построении характеристик
выдержек времени.
4,7. ВЛИЯНИЕ ПОДПИТКИ ИЛИ ОТСОСА МЕЖДУ МЕСТОМ
УСТАНОВКИ ЗАЩИТЫ И МЕСТОМ ПОВРЕЖДЕНИЯ
[Л. 5] .
При наличии генерирующей мощности между местом уста-
новки защиты и местом повреждения ток короткого замыка-
ния на поврежденном участке превышает по величине ток
в месте установки рассматриваемой защиты. В связи с этим
замер импеданса и в большинстве случаев также и реак-
танса получается преувеличенным по сравнению с замером
при отсутствии подпитки.
Наличие нагрузки между местом установки защиты и ме-
стом повреждения (например, понизительной подстанции)
влияет в сторону преуменьшения замера.
В случае, если подпитка или отсос достигают значитель-
ных величин, то их влияние должно учитываться при построе-
нии характеристик выдержек времени дистанционной защиты.
4,8. ТОКОВАЯ КОМПЕНСАЦИЯ И КОМПЕНСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
[Л. 3, 4, 14, 15, 18]
Приведенная в § 4,3 схема включения омметров — яв-
Л
ляется простейшей схемой в защитах от замыканий на зем-
лю. Схема эта применима только для случаев односторонне-
го питания, когда замер реактанса на зажимах омметра по-
врежденной фазы (прн однофазном замыкании на землю)
в соответствии с табл. 4,3 равен 1,83 Следует иметь в ви-
ду, что с точки зрения защит от замыканий на землю линия
с приключенным на приемном конце понижающим трансфор-
§ 4,8]
Токовая компенсация
127
а)
Фиг. 4,14. Режимы работы линии электропередачи.
а—линия иа конце, противоположном месту установки дистанционной защиты, отключена;
б — нулевая точка трансформатора со стороны места установки дистанционной защиты
отключена;
в — генераторы со стороны места установки дистанционной защиты отключены.
матором (с соединением обмоток звезда-треугольник), нуле-
вая точка которого заземлена, не может рассматриваться
в качестве линии с односторонним питанием, несмотря на
отсутствие на приемном конце генерирующих мощностей. Та-
кую линию приходится рассматривать в качестве линии
с двухсторонним питанием ввиду возможности подтекания
с приемного конца токов нулевой последовательности. В об-
щем случае распределение токов нулевой последовательности
по концам линии зависит от числа и мощности трансформа-
торов, имеющих заземленные нулевые точки. При неизменном
месте короткого замыкания распределение токов нулевой по-
следовательности может сильно меняться в зависимости от
коммутации системы, причем доля тока нулевой последова-
тельности, подтекающего со стороны места установки защиты,
от суммарного тока нулевой последовательности может
варьировать в пределах от 100 % (линия на конце,
противоположном месту установки защиты, отключена —
фиг. *4,14,а) до 0% (нулевая точка трансформатора со сторо-
ны места установки,,защиты отключена — фиг. 4,14,6). В свя-
зи с этим замеры омметров, включенных по схеме при од-
ном и том же месте повреждения могут сильно колебаться по
величине. Так, при металлическом замыкании на землю фазы
А омметр поврежденной фазы замеряет:
% &а (Л + 4- /qZq (4 47)
р iA Л+4+4
128 Дистанционные защиты [ Гл. 4
здесь Zo— импеданс положительной и нулевой после-
довательности участка: реле — место корот-
кого замыкания;
4, 4 — симметричные составляющие токов повреж-
денной фазы в месте установки защиты.
В случае фиг. 4,14,а выражение (4,47) принимает вид,
указанный в табл. 4,2:
= = 1,83 Zv (4,48)
В случае фиг. 4,14,6 /о = 0и соответственно
ZP = Z1. (4,49)
Наибольшее преувеличение замера получается в тех слу-
чаях, когда генераторы со стороны места установки дистан-
ционной защиты по условиям эксплоатациониого режима вре-
менно отключены.
При этом Ц = /2 —0 (нагрузка ие учитывается) и в со-
ответствии с (4,47)
(4,50)
Таким- образом, замер омметра не стабилен и зависит от
режима работы системы, причем соотношение между мини-
мальным и максимальным значениями замеров омметра (при
неизменном месте короткого замыкания) может составлять
1:3,5. Для устранения этого существенного нёдостатка схе-
мы в J931 г были предложены два метода компенсации
[Л. 4].
Метод токовой компенсации
Числитель выражения (4,47) может быть переписан в ви-
де:
йА =zx [U4 + 7og]=А [ 1А +34^] • (4,51)
Поэтому импеданс на зажимах омметра может быть полу-
чен равным Zj при условии подведения к омметру тока
/р = 4 + АЗ/0, (4,52)
где
й=¥1- (4,53)
М3]
Токовая компенсация
129
Итак, при металлическом замыкании на землю фазы А
Соответственно
Z = "Z
Р /д + Л370
_Г йА 1
(4,54)
(4,55)
Коэффициент k в общем случае является комплексным чис-
лом. Однако, с достаточной для практики точностью {Л. 25]
он может считаться вещественным:
Ь -- Х0 -^1
Зг, 3xj
(4,56)
При — =3,5 k = 0,83.
В случае наличия переходного сопротивления R в месте
повреждения замер импеданса в схеме с токовой компенса-
цией
2Р=21+тткг
у /д-р «3/о
(4,57)
здесь IQk—симметричная составляющая тока нулевой после-
довательности в месте короткого замыкания.
Соответственно реактанс на зажимах омметра
3
7Г+*з/0
(4,58)
м
При одностороннем питании или совпадении по фазе то-
ков jQK и /л + ^3/0 выражение (4,58) обращается в (4,55).
На фиг. 4,15 представлены разновидности схем включе-
ния омметров с токовой компенсацией.
* Фиг. 4,15 изображает первоначальную схему, основан-
ную на том, что компенсированный ток получается прибав-
лением к линейному току I тока нулевой последовательно-
сти 3/0, измененного помощью добавочного трансформатора
тока в ^-раз [д. 4],
В качестве фильтра для токов нулевой последовательности
может служить устройство, изображенное на фиг. 4,15,6. Оно
напоминает зигзаг-трансформатор с разделенными на две ча-
сти обмотками каждой фазы, размещенными на различных
сердечниках. Токи нулевой последовательности будут свобод-
но проходить через такого рода фильтр (имеющий сопротив-
ление нулевой последовательности, теоретически равное ну-
9 Г. И. Атабеков.
Фнг. 4,15, Варианты схем токовой компенсации.
а, в, г, д, е — варианты схем; б — фильтр токов нулевой последовательности: 7, 2, 3— омметры комплекта защиты от замыканий на бемлю; 4, 5t
6 — то же, от замыканий между фазами.
§ 4,8 J
Таковая Компенсация
131
лю), в то время как в отношении составляющих прямого и об-
ратного чередования фаз фильтр будет вести себя наподобие
трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой. ’
На фиг. 4,15,в изображена схема токовой компенсации,
представляющая собой разновидность предыдущей схемы.
В отличие от вспомогательного трансформатора тока, фигу-
рирующего в первоначальной схеме (фиг. 4,15,а), в данном
случае имеется автотрансформатор, обеспечивающий отдачу
в фильтр нулевой последовательности требуемой части оста-
точного тока.
На фиг. 4,15,г изображена третья схема компенсации,
характерным отличием которой является присутствие второй
токовой обмотки у каждого дистанционного реле, обтекаемой
током /гЗ/о. Таким образом, компенсация осуществляется
в данном случае внутри самого реле, а не извне, как это име-
ло место в случае применения фильтров /0.
Схема токовой компенсации, изображенная иа фиг. 4,15Д
основана на использовании трех трансформаторов тока,
имеющих коэффициент трансформации и включенных
в нулевой провод линейных трансформаторов тока.
Приведенный выше анализ работы дистанционной защиты
с токовой компенсацией относился к случаю, когда между
местом установки реле и местом повреждения никакого от-
соса или притока мощности не имелось.
В противном случае, даже при наличии токовой компеи-
сЗ)ции дистанционное реле будет замерять некоторый фиктив-
ный импеданс, который может отличаться от импеданса пря-
мой последовательности участка реле — место короткого за-
мыкания в большую или меньшую сторону (в зависимости от
направления симметричных составляющих токов в ветви,
включенной между местом установки реле и точкой короткого
замыкания).
На фиг. 4,15,е изображена схема, обеспечивающая одно-
временное питание двух комплектов однообмоточных оммет-
ров— от замыканий на землю и от замыканий между фаза-
ми. Исходным для построения схемы служит следующее пре-
образование выражения (4,52):
/а ~/д 4" =
= (1 -f-Л) ^+^^.^(4+4) ’ (4,59)
Выражение (4,59) показывает, что применительно к фазе
А токовая компенсация может быть достигнута суммирова-
нием ампервитков, пропорциональных /а,
* 7 „ « /
1 + * 'ви 'с
9*
132
Дистанционные защиты
{Гл. 4
Последнее может быть выполнено при помощи промежу-
точного трансформатора тока, имеющего три первичные об-,
мотки, из которых вторая и третья обмотки имеют число
1 Н- г» г»
витков в —раза меньше, чем перваи об-
мотка.
Схемой предусматриваются три таких промежуточных
трансформатора тока, причем омметры защиты от замыканий
на землю включаются в цепь вторичных обмоток этих транс-
форматоров. В результате они оказываются включенными
по схеме с токовой компенсацией, т. е. иа токи пропорцио-
нальные £ 3Zq, 1 в &3/0, lc -J- k 3 Zo.
Вторичные обмотки этих трансформаторов тока с после-
довательно . включенными омметрами комплекта защиты
от замыканий на землю соединяются треугольником и к ним
приключаются омметры дистанционной защиты от замыканий
между фазами. Таким образом, последние оказываются вклю-
ченными на токи, пропорциональные разностям линейных
токов (/л 4_ ^3Z0) — (4“ 3 Zq) — — Zg, и т. д.
В отличие от схемы фиг. 4,15,г данная схема предусма-
тривает применение однообмоточных омметров. Преимуще-
ства последних (перед двухобмоточиыми) указаны в § 4,11.
Наряду с разобранным выше способом токовой компенса-
ции для одиночных лиицй имеется способ компенсации взаимо-
индукции двойных линий, основанный на следующем.
При наличии взаимоиндукции выражение (4,51) прини-
мает вид:
° a [ 4 + k 3 4+ /'о > (4.60)
L J
где Z'o—ток нулевой последовательности, протекающий
в параллельной, цепи.
Импеданс на зажимах омметра может быть получен равным
Zj при условии подвода к омметру тока Zp = 1А 4- k 3 Zo 4~
Поэтому в дополнение к токовой компенсации, осуще-
ствляемой при одиночной линии, в данном случае вводится
Z
также составляющая На фиг. 4,16 показаны вари-
анты схемы компенсации взаимоиндукции. Коэффициент #—
Zm z
~SZ^~5z^ * вариант по фиг. 4,16,в применим в случае,
когда k kf.
§ 43 з
Токовая компенсация
133
4
<у
Фиг. 4,16. Схемы компенсации взаимоиндукции.
134
Дистанционные защиты
В Гл. 4
В союзной практике способ компенсации взаимоиндукции
• пока не нашел применения. Подробнее об этом см. § 4,10.
Метод компенсации напряжения
Метод сводится к компенсации падения напряжения от
токов положительной и отрицательной последовательности
в сопротивлении защищаемой зоны. При подведении к ом-
метру поврежденной фазы напряжения
(4,61)
и тока
(4,62)
где — импеданс положительной последовательности за-
щищаемой зоны,
замер импеданса на зажимах омметра
з +т~
о>
3/0
Соответственно замер реактанса
*0
Хп~ -у
Р 3
о/ -V
L J м
При совпадении по фазе токов
7ок
Jo
(4,63)
(4,64)
Ч» *2» *0 и /0К »
5=т+}^~^)-
(4,65)
Таким образом, введением в обмотку напряжения омметра
в соответствии с (4,61) дополнительного напряжения — (Д +
+ компенсирующего падение напряжения от токов
положительной^ отрицательной последовательностей в со-
противлении защищаемой зоны, достигается замер импеданса
(при /? = 0) или реактанса у5 (при совпадении фаз /ои 10к)
в случае замыкания на землю в конце защищаемой зоны.
При замыканиях в пределах первой зоны (^i<^i, xi<Xi)
замер на зажимах омметра получается меньше, а при замы-
каниях в пределах второй и третьей зон — больше сопротив-
леяия “(или соответственно )•
Аналогично для действия защиты с выдержкой времени
второй ступени при замыканиях во второй зоне в обмотку
§ 4,8]
Токовая компенсация
135
а)
Фиг. 4,17. Схемы компенсации напряжения.
(t — схема компенсации падения напряжения от токов положительной и отрицательной
.последовательностей; б—схема компенсации полного падения напряжения.
омметра вводится дополнительное напряжение — +
где — импеданс положительной последовательности пер*
вой и второй зои.
Как видно из вышесказанного, принципиальная разница
между токовой компенсацией и компенсацией напряжения за-
ключается в том, что первая обеспечивает правильный замер
омметра при замыканиях в любой точке защищаемой линии,
тогда как компенсация напряжения дает правильный замер
только для одной точки, соответствующей концу защищаемой
зоны. *
Поэтому метод компенсации напряжения, применимый
для дистанционных реле со ступенчатой характеристикой вы-
держки времени, непригоден в случаях, когда при отрица-
тельном значении реактанса на зажимах омметра защита не
действует, а также при плавно возрастающей характеристике
выдержки времени.
На фиг. 4,17,а показана схема компенсации напряжения
[Л. 4]. Благодаря применению фильтра для токов нулевой
последовательности через вспомогательные устройства (ВУ)
протекают только токи положительной и отрицательной по-
следовательности, создающие иа выходе ВУ напряжения
( 4-|-/2) Фильтр для токов нулевой последовательности
может быть осуществлен аналогично схеме фиг. 4,15,6.
В последующем автором были описаны другие способы
компенсации напряжения [Л. 18], не требующие применения
специального фильтра.
Так же, как и в схеме фиг. 4,17,а, в них предусматрива-
136
Дистанционные защиты
[Гл. 4
лась компенсация падения напряжения от составляющих то-
ков той или иной последовательности.
В 1940 г. предложен способ компенсации пол-
ного падения напряжения в защищаемой зоне от
токов положительной, отрицательной и нулевой последова-
тельности [Л. 19] в случае использования в качестве омметра
органа направления мощности. На фиг. 4,17,6 показана схема
соединений такой защиты (применительно к фазе Д). К реле
направления синусного типа (W) подводятся ток нулевой по-
следовательности и напряжение поврежденной фазы А за вы-
четом полного падения напряжения в импедансе защищаемой
зоны (Z/):
А> = 3/0, (4,66)
(4,67)
С учетом (4,51) и переходного сопротивления 7? в месте
повреждения выражение (4,67) преобразуется в иижеследую-
щее:
Ч =(4+~Z'1)+3/’К./?, (4,68)
здесь /^—составляющая тока нулевой последовательности
в месте короткого замыкания;
Z\ — импеданс положительной последовательности
участка реле — место короткого замыкания.
При совпадении до фазе токов 7р=3/0 и падения напря*
жеиня в переходном сопротивлении 3/ОК7? знак момента реле
типа =77р/р sin определяется знаком выражения (^ —
—2^): при повреждении в защищаемой зоне момент отрица-
телен, так как а при замыканиях вне зоны (в направ-
лении от шии в сторону линии) положителен, так как
Таким образом, действие реле W всецело определяется
удаленностью места повреждения.
Способ компенсации полного падения напряжения приме-
нен автором1 в односистемной схеме дистанционной защиты
от замыканий на землю, описанной в § 4Л2.
Преимуществом метода компенсаций напряжения перед
методом токовой компенсации является уменьшение влияния
двухстороннего питания иа работу защиты при 7?0, так как
токи 70 и /ок, входящие в (4,04) и (4,68), обычно близко
совпадают по фазе.
* Авт. свил. № 67779, 2/П 1940 г.
§ 4,9] Влияние неравных переходных сопротивлений 137
Кроме того, при двухфазных замыканиях на землю в слу-
чае применения метода компенсации напряжения обеспечи-
вается бблыпая определенность © отношении знака погреш-
ностей (при наличии переходных сопротивлений), чем в слу-
чае применения токовой компенсации. Подробнее об этом ска-
зано в § 4,9.
В случае параллельных линий в обмотку напряжения ом-
метра может быть введено дополнительное напряжение —
компенсирующее напряжение взаимоиндукции в защищаемой
зоне (7'0—ток нулевой последовательности в параллельной
цепи, Z'm — импеданс взаимоиндукции в защищаемой зоне).
ВЛИЯНИЕ НЕРАВНЫХ ВЕЛИЧИН ПЕРЕХОДНЫХ
СОПРОТИВЛЕНИИ ПРИ ДВУХФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
При двухфазных замыканиях на землю через переходные
1 сопротивления может имёться погрешность в замере оммет-
ров в обеих поврежденных фазах.
При омметрах реактансного типа, включенных по схеме
в случае одностороннего питания может иметь место:
преувеличение замера в отстающей поврежденной фазе, пре-
уменьшение — в опережающей (Л. 5, 20]. В схеме с токовой
компенсацией в зависимости от соотношения сопротивлений
в месте повреждения преувеличенный или преуменьшенный
замер реактанса может быть на зажимах омметра любой из
поврежденных фаз.
На фиг. 4,18 представлена схема замещения1 двухфазного
замыкания иа землю через неодинаковые сопротивления (об-
щий случай).
(Согласно фиг. 4,18,а цри одностороннем питании и отсут-
ствии нагрузки напряжения в месте повреждения определя-
кхгся по формулам
UB=IBRB + V0R3,
Uc = icRc + 3f0R3. (4>69)
При наличии токовой компенсации замер импеданса иа
зажимах омметра выразится следующим образом:
2рв — +
Z^Z. + R,
3i0(R,-kRB-)
ig-^-kSiq
3f0(R3-kRc)
Гс + кЗЦ
(4,70)
138
Дистанционные защиты
S Гл. 4
Фиг. 4,18. Двухфазное замыкание на землю через переходные .
сопротивления.
а — общий случай; б — случай Rq = О; в — случай = 0; г — векторная диаграмма.
Выражения для замера реактанса на зажимах омметра
приобретают следующий вид: ( ♦
= + 34 IВ + A3Zq з/р /с4~ АЗ/р {R3 — £RB) sin (<?0 — <р0, '' (4,71)
^рС ~ (R3 —£Rc)sin(<f>0 —<р2),
Фо» Ф1> —Углы> образованные векторами токов 3/0> /в—|—£37О,
/C-J-Wo с положительным направлением оси действительных
величин (углы Отсчитываются с положительным знаком против
хода часовой ртрелки).
При принятом на фиг. 4,18,г расположении векторов
токов
sin («Po-ViX 0, sin(tp0 - <р2)>0. (4,72)
§ 4,9 ]
Влияние неравных переходных сопротивлений
139
Таким образом, знаки реактансов иа зажимах омметров
определяются знаками разностей R3 — kRB и /?3 ~kRc-
Двухфазные замыкания на землю на линиях передач мы-
слятся, главным образом, в результате перекрытия одной из
фаз на заземляющий спуск троса с одновременным перекры-
тием той же фазы на соседнюю фазу, либо в результате пе-
рекрытия обеих фаз на траверзу.
Переходным сопротивлением в месте повреждения явля-
ются сопротивления электрических дуг, заземляющих
устройств и самих опор.
На фиг. 4,18,6 и 4,J 8,в изображены возможные на прак-
тике случаи двухфазных замыканий на землю. В соответ-
ствии с (4,71)
jr =х, Ч-Дх ,
где Дхр —ошибка в замере реактанса.
При принятом на фиг. 4,18,г расположении векторов
токов для первого случая двухфазного замыкания на землю
(/?с=^0) имеют место неравенства
Д^в<0 ПРИ R3— *«в>°. 7 (4.73)
Дл>в>° ПРИ J
Аналогично во втором случае (7?в=0) имеют место нера-
венства
Ьхрс>° ПРИ 7?з— k^c>°> ( (4,74)
ЛхрС<0 при R3— kRc<0. J
При отсутствии токовой компенсации замер реактанса иа
зажимах омметра для принятого на фиг. 4,18,г расположения
векторов получается в соответствии с (4,71) преуменьшенным
на фазе В и преувеличенным на фазе С.
Диалогично тому, как это было произведено выше для
случая замыкания между тремя фазами, на основе метода
симметричных составляющих могут быть выведены выра-
жения для токов н напряжений в месте повреждения в слу-
чае двухфазного замыкания на землю (фиг. 4,18, а):
4=^[3/?с+(1 -a*)(Z2K+ZQK+3R3)-jV 3Z2J, |*
/c=^[3/?3+(l-a’)(Z2K + Z0^ + 3/?3)- ( (V5)
~/K3(Zw+3/?3)]. f
140
Дистанционные защиты
Пл 4'
йв = \3R^RC+(1 - а) (Zx + Zw) RB +
А
+/КЗ/?^+ 3R3 (RB+ Rc - aZ2K)],
йс = -4 t3/?^c + (!-«) {ZiK + Z0K) Rc +
A
+ 3R3 (RB+Rc—a*Z2K)],
' (4,76)
A=3/?^c + (Z1K+ Z2K + Z0K + 3R3) (RB + 7?c) +
~b (^ia-”!” ^гл") (^oa-4” 3/?,)21д,32^. (4,77)
На основании этих выражений можно получить величины
импедаисов и реактансов при любой схеме присоединения
омметров. При включении омметров иа фазные напряжения
по схеме с токовой компенсацией для случая /?с = О
(фиг. 4,15, б) имеем:
xpB~* * * * * * * * * xi+
Г— УЗ
[ 1 ' 3 ₽в) “2 х^к 2хок)] (ЗЯ3— 2,5/?в)
хж+ ^хок~ ) + (4^+3 Гз/?3 - 1,25 Г 37?в)« ’
хРс~ х14-
- * "К 3 /?д (Х2К2 ~4~ ,хок 4~ З₽3₽д ~ У ^X0KRB)______
xiK +V^xaK + 2,75₽я J+(- 4X2A. + 2,75 /з₽в+ 3 Гз₽,)<>
(4,78)
При включении омметров иа линейные напряжения и
разности линейных токов выражение для реактанса в фазе В
в указанном выше частном случае (Rc—0) получает вид:
„ ___v Т'Т р хг№ + 2х2ххо/г + (3#з ~ V 3 хоа0 za7q\
хРв~х1-----2" Кв 7-----------—у--------------------• С4.79)
+ ^хок~^~ 2 ”Ь (®^з 4“ ^’^в)2
Прц выводе выражений (4,78) н (4,79) предполагается
^2к^^Х2к^ ^0-3,5^ и соответственно А=0,83.
На фиг. 4,19,а и б даны кривые замеров реактанса на за-
жимах омметров, построенные согласно (4,7В) и (4,79).
Кривые построены с теми же допущениями, которые были
Прйняты построении кривых фиг. 4,11 (см. выше).
§ 4,10;
Защита параллельных линий
141
Фиг. 4,19. Кривые замеров реактанса на зажимах омметров,
а — замеры в фазах Въ Св схеме о токовой компенсацией {Rq — OJ; б — замер в схеме
Уд
"7— (Ял в 0); а — замеры в фазах В и С в схем^ с токовой компенсацией (R п =* 0).
'Д
Уд
г — замер в схеме (Rg => о).
'Д
На фиг. 4,19,в и г даны аналогичные кривые для случая
/?в—0. Кривые фнг. 19 показывают, что вследствие влияния
неравенства переходных сопротивлений ошибка мажет в ря-
де случаев достигать больших значений. При этом в комплек-
те защиты от замыканий иа землю в одной из поврежденных
фаз получается преуменьшенный, а в другой—преувеличенный
замер реактанса даже прн одностороннем питании.
4,10. свойства дистанционной защиты параллельных
линии
Дистанционная защита параллельных линий может выпол-
няться одним из следующих способов:
а) На каждой линии устанавливается отдельная защита,
реагирующая иа ток, протекающий по линии.
б) На обеих линиях устанавливается общая защита, реа-
гирующая на сумму токов, протекающих по линиям.
Первым способом выполнения защипы даются следующие
преимущества.
142
Дистанционные защиты
б Гл 4
Фиг. 4,20. Зависимость импеданса на зажимах омметра от места повреж-
дения при замыканиях между тремя фазами. 8Пунктирная линия — импе-
данс положительной последовательности поврежденной линии от места
установки реле до точки короткого замыкания. Кривые импедансов
построены по формуле
УЛ
Омметр включен по схеме-у— или -у*-,
/д 'а
При замыканиях между фазами в пределах защищаемых
параллельных линий замер омметров поврежденной линии не
зависит от того, работают две или одна линия. В связи с
этим при указанных видах повреждений длина первой зоны
остается неизменной.
При применении защиты, включенной по второму способу
(на сумму токов обеих линий), для обеспечения одинаковых
замеров омметров при работе одной и двух линяй требуется
изменение подводимых к омметру напряжений в два раза.
На фиг. 4,20 в виде примера показана зависимость за-
меров импеданса на зажимах омметров от места повреждения
при втором способе осуществления защиты. Следует иметь
в виду, что при известных соотношениях токов Ц и /п, под-
текающих с двух сторон к защищаемым параллельным линиям,
замер импеданса по мере удаления места повреждения умень-
шается [Л. 5].
Т а б л и ц а 4,4
Реактанс на зажимах омметров при коротком замыкании на одной из линий (фиг. 4,21, а). ___
№ защиты Замыкание между тремя фазами Однофазное замыкание на землю Двухфазное замыкание на землю
1 (3) । -^2 ) ХР 2х2 х (1) — х (3) 1 V? — хр *3(1 + А)2х2 х/.»=Л-р<3> + (x^m (1,5 + ЗА) + Г !Х \2 2х, (1,5 + ЗА)’4-3 I — 4-0.5 1 L \ Х2К /
5 X Ха Лр -*g X (1) _ х (3). ₽ -Хр + 3(1+Л)(2Х,-Х3') х (1.1) — х (3/ 1 1 (х2э а/и (1,5+ЗА)
/ Г Л К \ 2 (2х,-х3') (1,54-3*)=Ч-3{ 4-0,5 )
6 хр(3) = 2х2 — х/ х (1)— х (3)-L *2'"‘ - ХР ~ ХР -Г 3(1-|- А) х (1.1)_ х (3) , । х2т (1,5+ ЗА) / х \2 (1,5 + ЗА)’4- 3 1 + 0.5 \ ХЖ )
7 Хр(^ =х2—х2' 1 * (1) _ у (3) _ (х2 ~ v2f) m хр -хр з (14- k) х (1.1) —г (3)_ (х3 — х2) m (1,5 + ЗА) / хж \ 3 (1,5 + ЗА?+3 - + 0,5 \ Х2К )
§ 4Д0 ] Защита параллельных линий
144
Дистанционные защиты
|Гж 4
Фиг. 4,21. Замыкание на
одной из параллельных
линий.
а — все выключателя вклю-
чены; б — выключатель в точ-
ке 2 отключен.
При замыканиях на одной из параллельных линий и отка-
зе в действии или отсутствии основной (например, попереч-
ной дифференциальной защиты) дистанционная защита от-
ключает поврежденную линию. ♦
При применении защиты, включенной по второму способу»
в указанном случае отключаются обе линии.
Дистанционная защита, выполненная по первому способу,
не требует выведения ее из действия при работе поперечной
дифференциальной защиты или увеличения выдержки време-
ни первой ступени во избежание неправильного отключения
обеих параллельных линий (как это требуется в отношении
защиты, выполненной вторым способом).
Необходимо вместе с тем иметь в виду следующие недо-
статки первого способа:
1. Количество реле увеличивается.
2. Чувствительность пусковых органов* понижается (так
как токи трогания пусковых органов в обоих случаях одина-
ковы, а токи в реле при первом способе меньше).
3. При замыканиях вне защищаемых параллельных ли-
ниях получается преувеличение замера на зажимах омметра,
т. е. ухудшаются условия резервирования защиты последую-
щих участков.
Подбор характеристик выдержек времени дистанционных
защит параллельных линий производится с учетом зависимо-
сти замеров сопротивлений на зажимах омметров при разных
видах повреждений от числа параллельно работающих линий
и от взаимоиндукции нулевой последовательности между па-
раллельными линиями.
§ 4,10 ]
Защита параллельных линий
145
В табл. 4,4 приведены реактансы на зажимах омметров,
установленных в сети, показанной на фиг. 4,21 ,а, при метал-
лических коротких замыканиях на одной из линий.
В табл. 4,5 приведены реактансы на зажимах омметров
на параллельных линиях (фиг. 4,21,6) в предположении, что
выключатель 2 отключен (каскадное действие защиты).
Здесь ш — отношение индуктивного сопротивления взаимо-
индукции нулевой последовательности линии к индуктивному
сопротивлению положительной последовательности той же
линии (при ориентировочных расчетах можно считать тп = 2).
—-— соотношение результирующих сопротивлений си-
Х2К
стемы нулевой и отрицательной последовательности, приве-
денных к точке короткого замыкания.
* Формулы даны для случая одностороннего питания.
Выражения реактансов, приведенных в табл. 4,4 и 4,5, от-
/
носятся к защитам, включенным по схемам (защита от
замыканий между фазами) и с токовой компенсацией, без
компенсации взаимоиндукции (защита от замыканий на
землю).
Защита предполагается иа каждой из линий в отдель-
ности. . i ,
Вывод выражений дан в приложении 3.
На основании табл. 4,4 и 4,5 можно заключить, что ком-
пенсация взаимоиндукции может обусловить неправильное
действие защиты. При наличии компенсации замеры реактан-
сов на зажимах омметров в точках 5 и 7 (фиг. 4,21,а) и в
точке 4 (фиг. 4,21,6) становятся равными индуктивным сопро-
тивлениям положительной последовательности от места уста-
новки защиты до места повреждения.
Наряду с этим замер реактанса на зажимах омметра в точ-
ке 6 уменьшается по сравнению с индуктивным сопротивле-
нием положительной последовательности вследствие того, что
компенсация осуществляется с помощью тока нулевой после-
довательности, протекающего в точке 5, причем влияние
взаимоиндукции, обусловленное токами нулевой последова-
тельности, протекающими по неповрежденной линии и через
точку 7, не компенсируется. Последнее же вызывает умень-
шение замера реактанса на зажимах омметров в точке 6.
С другой стороны, наличие компенсации не сказывается
на величине замера реактанса в точке 1 (фиг. 4,21,а и б).
В результате компенсация взаимоиндукции при поврежде-
10 Г. И. Атабеков.
Таблица 4,5
Реактансы на зажи лах омметров при коротком замыкании и отключении одной нз линий с одного
конца (фнг. 4, 21, б)
№ защиты Замыкание между тремя фазами ♦ Одг о фазное замыкание на землю Двухфазное замыкание на землю
1 +>(3)=*1 + х (0-V (3) _ ...2mxi . ХР ~ХР 3(1+*) > „ (1,1) _ г (3) 2mxi (1,5 + 3*) р р / хшс V (1,5 + 3*)3 +3 [-^—- + 0,5 1 \ Х2К 1
4 хр(3) = Х1 , (1)_, (3)_ ОТХ1' ХР ~ХР 3(1+*) г ПЛ) _ г (3) — 4-3*) ₽ ~ ” /Хок V (1,5+34)’4-3 | —- +0,5) \Х2К )
Дистанционные защиты [j Гл. 4
§ 4,1 1 ] Трехсистемное исполнение дистанционных защит
147
нии, указанном иа фиг. 4,21,а, понижает селективность дей-
ствия защиты 1 (относительно защиты 5) и защиты 6 (отно-
сительно защиты 7).
При повреждении иа соседней линии с каскадным отклю-
чением (фиг. 4,21,6) компенсация взаимоиндукции понижает
селективность действия защиты / (относительно защиты 4),
так как благодаря компенсации замер в точке 4 увеличи-
вается, а в точке 1 остается без изменений.
В союзной релейной практике компенсация взаимоиндук-
ции применения ие нашла.
4,11. ТРЕХСИСТЕМНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ
Трехсистемное исполнение дистанционных защит характе-
ризуется наличием омметров в каждой из фаз отдельно.
В зависимости от назначения, схемы соединений и конструк-
тивного исполнения защиты число омметров может быть раз-
лично (3, 6 или 9 омметров).
Выше было показано (§ 4,3 и 4,8), что правильный замер
омметров обеспечивается при включении их на разность ли-
нейных токов (в защитах от замыканий между фазами) и по
схеме с токовой компенсацией (в защитах от замыканий иа
землю). Последняя схема использует составляющие тока ну-
левой последовательности и поэтому наиболее удобное вы-
полнение ее получается при соединении трансформаторов то-
ка звездой. Это соединение имеет преимущество перед со-
единением треугольником с точки зрения простоты использо-
вания одних и тех же трансформаторов тока для защиты от
замыканий между фазами и от замыканий на землю. Кроме
того, пусковые органы дистанционных защит, как правило,
включаются на линейные токи (а не на разности линейных
токов) и поэтому при соединении трансформаторов тока тре-
угольником неизбежно требуется выведение всех шести кон-
цов трансформаторов тока, что сопряжено с прокладкой до-
полнительной кабельной проводки, с излишней загрузкой
трансформаторов тока и с общим усложнением вторичной
коммутации. Поэтому приводимые ниже схемы дистанцион-
ных защит в основном даны применительно к обычно приня-
той на практике схеме соединений трансформаторов тока
звездой.
При соединении трансформаторов тока звездой включе-
ние омметров на разность линейных токов может быть до-
стигнуто при помощи разделения токовых обмоток омметров
на две части и подведения к каждой части обмотки токов
разных фаз. Благодаря встречному включению обмоток ре-
зультирующие ампервитки токовой системы получаются про-
10*
148
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Фиг. 4,22. Трехсистемное исполнение дистанционной защиты с двумя ком-
плектами омметров (/ — комплект защиты от замыкания между фазами;
2—то же, но от замыканий на землю).
а — схема с двухобмоточными омметрами; б — схема с однообмоточными омметрами.
порциональными разности линейных токов. Возможно также
применение промежуточных трансформаторов тока с вторич-
ными обмотками, соединенными1 треугольником. Существуют
два основных способа выполнения трехсистемиых дистанци-
онных защит.
1. Защита выполняется с помощью двух отдельных
комплектов омметров, включенных на разность ли-
нейных токов и по схеме с токовой компенсацией (фиг. 4,22).
2. Защита выполняется с помощью одного общего
комплекта омметров, переключаемых в зависимости
от вида короткого замыкания с разностей линейных токов не
схему с токовой компенсацией (фиг. 4,23).
Первый способ является наиболее распространенным.
В. частности, схема фиг. 4,22,а, использующая двухобмоточ-
§ 4,11 ] Трехсистемное исполнение дистанционных защит 149
ные омметры, применена ХЭМЗ (ИР-105), GEC (GAX,
GCX), CdC (RZ3) и др.
Схема фиг. 4,22, б, использующая однообмоточные ом-
метры, представляет предложенную автором модификацию
схемы фиг. 4,15,е, описанной в §4,8. В отличиеот последней
схема фиг. 4,22,6 содержит три промежуточных трансфор-
матора тока, каждый из которых имеет по две первичные
обмотки. Первая обмот’ а каждого трансформатора включается
иа линейный ток соответствующей фазы, а вторая — в нуле-
вой провод трансформаторов тока, т. е. на ток 3/0. Число
1 3z
витков первой обмотки берется в раз больше
числа витков второй обмотки. В результате через токовые
обмотки омметров, включенных во вторичные обмотки про-
межуточных трансформаторов тока, протекают токи, пропор-
циональные 7л-|-ЛЗ/0, 1С + А3/о. Вторичные об-
мотки этих трансформаторов (вместе с последовательно
включенными омметрами комплекта защиты от замыканий на
землю) соединены треугольником и к ним приключены ом-
метры дистанционной защиты от замыканий между фазами.
Таким образом, последние включены на токи, пропорцио-
нальные разностям линейных токов: /л — /в, 7В— 7с, /с—
Если обмотка каждого из омметров в схеме фиг. 4,22,6
представляет последовательное соединение обеих частей об-
моток омметра фиг. 4,22,а, то при прочих равных условиях
минимальный ток, соответствующий предельно допустимой
погрешности омметра, в схеме фиг. 4,22,6 вдвое меньше, чем
в схеме фиг. 4,22,а (вследствие удвоения результирующего
числа ампервитков токовой обмотки омметра). Иначе говоря,
использование обмотки омметра в схеме с промежуточными
трансформаторами тока получается лучшим, чем в схеме с
двухобмоточными омметрами. В связи с этим схема
фиг. 4,22,6 имеет преимущество с точки зрения уменьшения
погрешностей омметра в системах с малыми значениями
т. к. з. С другой стороны, в системах с большими кратностя-
ми т. к. з. промежуточные трансформаторы тока позволяют
понизить токи, подводимые к омметрам, до требуемых ве-
личин.
Второй способ осуществления дистанционной защиты (при
помощи одного общего комплекта омметров), представленный
на фиг. 4,23, требует переключения цепей тока без разрыва.
Следует иметь в виду, что в схемах с переключениями
пусковые органы минимального импеданса обычно выполни-
150
Дистанционные защиты
[Гл. 4
ются с переключениями цепей напряжений; при нормальном
режиме и при междуфазных коротких замыканиях к пуско-
вым реле подводятся линейные напряжения. При замыканиях
на землю пусковые реле переключаются на фазные напряже-
ния. Для обеспечения при всех видах коротких замыканий
примерно одинаковой чувствительности пусковых реле по-
следние переключаются при замыканиях на землю на фазные
напряжения, повышенные примерно в У 3 раз.
Преимущество схемы фиг. 4,23 перед схемами фиг. 4,22
заключается в экономии омметров. Недостатком схемы яв-
ляется большее время действия за счет времени, требуемого
Фиг. 4,23. Трехсистемиое исполнение
дистанционной защиты с одним ком-
плектом омметров (с переключением
цепей тока).
на переключения как са-
мих пусковых органов,
так и омметров.
Практическое осущест-
вление эта схема нашла
в защите RXAP [Л. 16].
При раздельном вы-
полнении омметров для
защиты от 1замыканий
между фазами и иа землю
(фиг. 4,22) обычно воз-
никает вопрос о там, сле-
дует лн блокировать ком-
плект защиты от замыка-
ний между фазами при
замыканиях на землю. Целесообразность выведения из рабо-
ты междуфазного комплекта мотивируется необходимостью
предотвращения неправильного действия этого комплекта при
однофазном замыкании на землю. С другой стороны, данное
мероприятие влечет за собой блокировку междуфазного ком-
плекта и при другом виде замыкания на землю—двухфазном
замыкании, нрй котором междуфазовый комплект работает
обычно правильно. Следует заметить, что при однофазном
замыкании на землю работа омметра междуфазного ком-
плекта в поврежденной фазе особых опасений ие вызывает.
Действительно, рассматривая случай замыкания на землю
фазы А на ненагруженной линии, питаемой с одного конца,
имеем:
(4,80)
§ 4,11 ] Трехсистемное исполнение дистанционных защит
151
— 7j Z2K-\-ZQK~\-3R')t
— h C^l ' ^2AZ)’
670-/0(20-2ж),
(4,81)
здесь,
^ок—результирующие сопротивления отрицательной
и нулевой последовательностей, приведенные
к точке короткого замыкания;
Zp ZQ—сопротивления положительной и нулевой после-
довательностей участка реле—место короткого
замыкания;
£71( й2, йо—симметричные составляющие напряжений в месте
установки защиты;
/р 4, /0,— симметричные составляющие токов.
С учетом (4,81)
L/ab = л [3Z, - (а’ - a) ZtK + (1 - a*) (ZQf, + 3/?)], ]
&вс ~ А 4“ 3/?], •> (4,82)
^СА = А [“ +(Д - Д2) Z2K + - О -Ь 3/?)].
Соответственно замеры импедансов иа зажимах омметров
составляют:
Z,< = <+(1 - а’) (^ + /?) -а~а z,K
Z —ОО
^рв
^ + (1 - а) (^+я) +
Величиньг]реактанса на основании (4,83) равны
ствеино
хра~х14"0»5хок + ^0^(г2к+ “^+4^ ) ’
хРв представляет неопределенность
хРс “ xi 4“ 3— т2К-\ 2 Ь ~2 R
> (4,83)
соответ- •
(4,84)
Таким образом, при однофазном замыкании на землю
фазы Д реактансный омметр комплекта защиты от замыка-
ний между фазами, установленный в фазе Д, замеряет пре-
увеличенный реактанс, а омметр фазы С может замерить
преуменьшенный.
В случае срабатывания пускового органа в неповрежден-
152
Дистанционные защиты
Ил- 4
ной фазе С (являющейся опережающей по отношению к по-
врежденной фазе Л) возможно неправильное действие защи-
ты. Поэтому в тех случаях, когда действие пусковых органов
междуфазного комплекта при замыканиях на землю возмож-
но (<в неповрежденных фазах), применение блокировки меж-
дуфазного комплекта реактансной защиты является обяза-
тельным.
В случае замыканий между двумя фазами, не сопровож-
дающихся замыканием на землю, необходимо, чтобы защита
в неповрежденной фазе не действовала. Кроме того, жела-
тельно, чтобы защита в отстающей поврежденной фазе бло-
кировалась, так как она может вызвать неправильное дей-
ствие из-за преуменьшенного замера реактанса на зажимах
омметра отстаюшей фазы (см. § 4,5). Поэтому в схемах ре-
актансных защит цепи постоянного тока омметров всех трех
фаз выполняются раздельно и в некоторых случаях приме-
няется специальная блокировка на постоянном токе1 (см. ни-
же— описание трехсистемной реактансной защиты с реле
ИР-105).
В случае применения омметров импедансного типа пере-
численные выше опасения отпадают и поэтому блокировка
отстающей фазы и разделение цепей омметров на постоянном
токе не требуются. Таким образом, в отлнчие от реактансной
защиты в схеме импедансной защиты допускается объедине-
ние контактов омметров всех трех фаз каждой ступени. Что
касается блокировки междуфазного комплекта импедансной
защиты при замыканиях на землю, то она иногда практи-
куется во избежание неправильного действия защиты в слу-
чае срабатывания пускового органа неповрежденной фазы и
неправильного выбора направления в неповрежденной фазе,
при одновременной работе омметра во второй (или третьей)
ступени.
При проектировании схем дистанционных защит наряду с
общими требованиями, предъявляемыми к релейной защите
(селективность, быстрота, чувствительность, надежность),
предъявляются дополнительно следующие требования:
1. Должен обеспечиваться правильный замер омметра при
различных видах повреждений.
2. Защита не должна производить неправильного отклю-
чения защищаемой линии при:
а) перегорании плавких предохранителей или обрыве цепи
напряжения;
1 В ряде случаев (при одностороннем питании и в некоторых случаях
двухстороннего питания) применение блокировки омметра отстающей по-
врежденной фазы является излишним.
§ 4,11] Трехсистемное исполнение дистанционных защит 153
б) качаниях или асинхронном режиме работы генераторов
системы;
в) работе трубчатых разрядников;
г) перемене направления мощности короткого замыкания;
д) переходе одного вида повреждения в другой с возра-
станием числа поврежденных фаз, например, при переходе
однофазного замыкания на землю в многофазное, двухфаз-
ного-— в трехфазное и т. д.
К защите ие предъявляется в качестве обязательного тре-
бование обеспечения правильного действия при переходах,
связанных с уменьшением числа поврежденных фаз, напри-
мер, при переходе трехфазных замыканий в двухфазные
и т. д. ввиду малой вероятности таких переходов.
Ниже приведены примеры выполнения трехсистемных
защит:
1) реактансной от замыканий между фазами (с реле
ИР-105);
2) реактансной от замыканий на землю (реле ИР-105);
3) реактансной от замыканий между фазами (реле GCX);
4) импедансной от замыканий между фазами (реле HZ).
Конструкция реле ИР-105 достаточно подробно освещена
* в отечественной литературе [Л.. 3, 11] и поэтому вопрос кон-
структивного исполнения отдельных элементов реле ИР-105
здесь специально не рассматривается (принцип действия ом-
метра реле ИР-105 описан в § 4,2).
Следует иметь в виду, что реле ИР-105 в настоящее вре-
мя '*ie изготовляются1. Тем ие менее схемы с реле ИР-105
продолжают представлять значительный интерес с методиче-
ской точки зрения, так как они наглядно иллюстрируют об-
щие принципы построения схем реактансных защит и типо-
вые примеры их Практического выполнения. Принципы, поло-
женные в основу приведенных ниже схем, могут быть исполь-
зованы также в случае применения дистанционных реле дру-
гих типов.
Примеры выполнения трехснстемных дистанционных защит
Реактансная защита от замыканий между фазами (ИР-105)
Схема защиты, представленная на фиг. 4,24, отличается следующими
особенностями:
1. Сочетание токов н напряжений, подводимых к пусковым органам
направления мощности и омметрам, дано в табл. 4,6.
2. В схеме использованы контакты реле направления мощности 5
(ИМ-142/2) типа Up Ip cos (тр+4э°), нормально замкнутые под влия-
нием удерживающих катушек напряжения.
1 Разработка новых типов омметров ведется на завода МЭП, в Теп-
лоэлектропроекте и ЦНИЭЛ.
Фиг. 4,24. Трехсистемная реактансная защита
а — цепи тока; б —цепи напряжения; в — цепи постоянного тока; 1 — трансформатор тока;
4 — реле максимального тока (ЭТ-63/6р); 5— реле направления мощности (ИМ-142/2); 6 — ре
(ЭП-401/19); 9 — реле промежуточное (ЭП-241); 10 — ре
Э1НМ
-w-
' №1-вС ЗГ-4С
(Paw С '
r
&ямфййка
J ступени
Блотф.при( 3J.7
Ммыятии!
на землю [
Цепа
отключе-<
жив
ЗПп-бА
'ЛЛЛ^-
ЭПа-&
-лмл—
эп„-ес
-AW—
12
эп-в
-W-
ЗП-9
-AW-
fi.K-
-1ГВ-
от замыканий между фазами (реле ИР-105)
2 — вспомогательное устройство (ВУ-104/2); 3 — вспомогательное устройство (ВУ-104/1);
ле реактансное (ИР-106); 7—реле максимального тока (ЭТ-61); 3 - реле промежуточное
ле промежуточное (ЭП-401/15); 11 — блкнке р (ЭС-91).
156
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Таблица 4,6
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4,24
Фаза Пусковой орган Орган направления МОЩНОСТИ Омметр
Ток Напряже- ние Ток в ра- бочей ка- тушке Напряже- ние на за- жимах ра- бочей ка- тушки Напряже- ние на за- жимах удержи- вающей катушки Ток Напряже- ние
А 1А &АВ h ^ВС &АВ iA-iB &АВ
В h? $вс !в &СА &ВС 1в~1с &ВС
С ic &СА 1с &АВ &СА ?С~~?А &СА
Примечание. При нормальном режиме обмотка напряжения омметра шунтиру-
ется размыкающим контактом пускового органа минимального импеданса.
Цепь удерживающих катушек разрывается в момент повреждения
контактами блокирующих реле максимального тока 4 (ЭТ-63/6р), преду-
смотренных в каждой фазе (см. ниже п. 3).
При отсутствии удерживающего напряжения и мощности на зажимах
реле 5, равной нулю, контакты реле 5 размыкаются под влиянием пру-
жины. Благодаря этому при поленом исч'СЗ<навен!И!и нал ряжения (наири-
мер, прн замыканиях между тремя фазами в мертвой зоне или при пе-
регорании предохранителей в трех фазах) защита не действует.
Принятый в схеме способ присоединения реле направления мощности
имеет следующие преимущества (по сравнению с использованием нор-
мально разомкнутых контактов реле направления мощности):
а) Время действия защиты ие зависит от собственного времени дей-
ствия реле направления мощности.
б) Мертвая зона органов направления мощности сокращается, так
как для удерживания контактов реле направления мощности в замкну-
том состоянии требуется меньшая мощность на зажимах реле, чем для
приведения в действие реле а нормально разомкнутыми контактами.
3. В связи с применением пускового органа минимального импеданса
дополнительно предусматривается установка блокирующего реле макси-
мального тока 4 (одного на каждый омметр), предотвращающего дей-
ствие защиты при малых токах повреждения, при которых погрешность
омметра превосходит допустимые значения.
Токовые обмотки блокирующего реле включаются аналогично токо-
вым обмоткам омметра, а замыкающий контакт этого реле включается в
общую цепь всех трех ступеней защиты (прн условии, что токи корот-
кого замыкания при повреждениях в третьей зоне достаточны для приве-
дения данного реле и действие) или только в цепи I и II ступени защиты
(при условии, что блокирующее реле может не действовать в третьей
зоне).
Блокирующее реле кроме указанного выше назначения может вы-
полнять следующие функции:
а) Предотвращение неправильного действия защиты при перегорании
плавких предохранителей илн обрывах цепей напряжения в тех слу-
чаях, когда замыкающий контакт блокирующего реле включен в общую
§ 4,11 ] Трехсистемное исполнение дистанционных защит 157
цепь всех трех ступеней защиты (возможность перегорания плавких
предохранителей нли обрыва цепи напряжения в 'Момент короткого за-
мыкания ввиду малой вероятности не учитывается).
б) Уменьшение вероятности неправильного действия защиты при за-
мыканиях между двумя фазами нз радиальных линиях с односторон-
ним питанием (при замыканиях на линиях, отходящих от тех же шин,
что н защищаемая линия) и при замыканиях иа вторичной стороне
трансформаторов с соединением обмоток звезда-треугольник нли тре-
угольник-звезда.
в) Снятие напряжения с удерживающей катушки реле направления
мощности.
г) Уменьшение вероятности неправильного действия защиты с вы-
держкой времени П или Ш ступени при качаниях или асинхронном ре-
жиме при условии, что .действие реле времени, встроенного в ИР-105,
контролируется данным блокирующим реле (см. гл. 5).
В том случае, когда блокирующее реле включается только в цепи
I и II ступеней защиты (см. выше п. 2), требуется применение специаль-
ной блокировки защиты прн перегорании предохранителей; при этом
блокирующее реле уже не может использоваться для снятия напряжения
с удерживающей катушки реле направления мощности.
4. Прн замыканиях между двумя фазами защита в отстающей по-
врежденной фазе блокируется. Блокировка осуществляется при помощи
р азмыкающих контактов промежуточных реле 10 (ЭП-401 /15), установ-
ленных в каждой фазе и действующих от пусковых органов.
Промежуточное реле 10 каждой из фаз размыкает цепь оператив-
ного тока последующей фазы и замыкает цепь оперативного тока преды-
дущей фазы (последнее необходимо на случай замыканий между тремя
фазами).
5. При замыканиях на землю цепи I и II ступеней защиты1 выводят-
ся из действия при помощи размыкающих контактов промежуточного
реле 8 (ЭП-401/19), действующих от реле максимального тока 7 нулевой
Последовательности (ЭТ-61Х Тем самым предотвращается возможность
неправильного действия защиты в неповрежденных фазах в случае, если
пусковой орган в этих фазах придет в действие и замер омметра будет
неправильным.
Так как реле времени, встроенное в реле ИР-105, и цепь III сту-
пени защиты не блокируются, то максимально возможное время действия
защиты при переходе замыканий на землю в замыкзния между фазами
равно выдержке времени III ступени.
6. В схеме предусмотрено одновременное выведение первой ступени
защиты из действия во всех трех фазах с помощью промежуточных реле
ЭПП (встроенных в реле ИР-105) при замыканиях в любой фазе кон-
такта реле времени ИР-105, имеющего выдержку времени 0,1 сек.
Этим предотвращается возможность неправильного действия защиты
при замыканиях между двумя фазами в случае, если спустя 0,1 сек.
после начала короткого замыкания придут в действие пусковые органы
неповрежденной фазы. Прн отсутствии данной блокировки неправильное
действие могло бы иметь место как в неповрежденной фазе, так н в
отстающей поврежденной фазе, до того момента, как блокировка при
качаниях разомкнула бы цепь I ступени.
7. Отдельное выходное промежуточное реле 9 (ЭП-241), предусмот-
ренное в схеме, исключает возможность отключения выключателя рань-
ше, чем успеет подействовать блокировка при замыканиях иа землю
(реле 8).
8. Устройство, реагирующее на появление напряжения отрицательной
последовательности (блокировка при качаниях) на схеме фиг. 4,24 не
показано. Описание этого устройства даио в гл. 5. В схеме фиг. 4,24,в
158
Дистанционные защиты
«Гл. 4
3Uo
1 И •АМЛг* ’ 1 •**"
W
Фиг. 4,25. Трехсистемная реактансиая защита
а — цепи тока; б — цепи напряжения,- в — цепи постоянного тока. 1 — трансформатор
4 — вспомогательное устройство (ВУ-104/1); 5 — реле максимального тока (ЭТ-63/6р); б—реле
(ИМ-148); 9 — реле промежуточное (ЭП-241);
§ 4,11 ]
Трехсистемное исполнение дистанционных защит
159
л^ска
MUfXMW
Фаза А <
Фаза В -
Фаза С <
БлокироВна
/ ступени
Резервная
Выдержка .
бремени S <
ступени
Цепи
OfTiKfHOvg -
ниЯ
ЭП-9
ЗТ-?
ЭП*0 Мйиммм Muiumw
f^-g on зам. меж Оу фазами
НН-Ы ЗТ-5Л
ф1~68 ЭТ-5В
ЯН-SC 37-5С
-о^о-
ЗВ-6А
38-68
Э8-6С
38'10
ЭП-9
лм^
эв-вл
I .. — - .1 ' W ' I
ЭЦгбА 3Cj-6A #P-&t Jty-OI
w*'-
3CrSA
ЗПе-бА
зся-ел
38S8
-ЛАЛА—
3fln-6B ХгбВ яр-68 эо6-68
-АЛЛА—
за-
Хв-6В
ЗПд-бВ
38-6С
- --------- -----------АЛЛ^-
ЭПп-6С Xt-6C ИР-8С ЗЛ6-6С
38-6С 3Cf-6£
ЗЛл-бС
ЗС-12
ЭС-11
в)
УМ-
ЗПп-8А
-алла—
j^-6'а
ЗПп~6С
-АЛЛА—
38'Ю
AAV^-
от замыканий на землю (реле ИР-105).
тока; 2 — автотрансформатор тока (ВУ-26); 3 — вспомогательное устройство (ВУ-Ю4/2);
реактанс»ое (ИР-105); 7—реле максимального тока (ЭТ-61); 8—реле направления мощности
10 — реле времени (ЭВ-182); 11 — блиикер (ЭС-91).
160
Дистанционные защиты
[Гл. 4
условно показаны замыкающие контакты данного устройства в цепях
I ступени защиты.
Защита может применяться в качестве основной защиты линий в си-
стемах, для которых разница во времени действия односистемных схем
в трехфазном выполнении может иметь существенное значение с точки
зрения устойчивости системы или нагрузки при условии, что величина
токов короткого замыкаиия достаточна для обеспечения правильного дей-
ствия омметра, а именно, при замыкании между фазами геометрическая
разность токов ® обмотках омметра должна быть не менее 10 а. Время
действия защиты при коротких замыканиях в первой зоне составляет
ориентировочно 0,12—0,2 сек. в зависимости от удаленности места по-
вреждения и величины токов короткого замыкании®.
Реактансная защита от замыканий на землю (ИР-105)
Схема защиты, показанная на фиг. 4,25, отличается следующими осо-
бенностями:
1. Сочетание токов и напряжений, подводимых к пусковым органам,
органам направления (мощностн и омметрам в cxetMe фиг. 4,25, дано в
табл. 4,7.
Таблица 4,7
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4,25
Фаза Пусковой орган Орган направления мощности Омметр
Ток Напряже- ние Ток Напряже- ние Ток Напряжение
А б йА Ч" АЗ/0 йА
В йв | 3Z0 ? 31/0 hi 4“ йв
С h йс /с + аз70 йс
Примечание. При нормальном режиме обмотка напряжения омметра шунти-
руется размыкающим контактом пускового органа минимального импеданса.
2. В схеме использован замыкающий контакт реле направления мощ-
ности 8 (ИМ-148), а не размыкающий, так как этим предотвращается
действие защиты при удаленных замыканиях на землю через переходное
сопротивление, когда мощность на зажимах реле меньше мощности тро-
гания реле и когда она направлена к шинам.
3. Оперативный ток подводится к защите только при замыканиях на
землю при помощи замыкающего контакта промежуточного реле 9
(ЭП-241), действующего от реле 7 максимального тока нулевой последо-
вательности (ЭТ-61). Этим предотвращается неправильное действие за-
щиты от замыкания на землю прн замыканиях между фазами и при
качаниях.
Кроме того, в цепи обмотки реле 9 включен замыкающий контакт
промежуточного реле 8 комплекта защиты от замыканий между фазами
(фиг. 4,24). Этим предотвращается .неправильное действие защиты от за-
мыканий на землю при замыканиях между фазами, если орган направле-
ния мощности 8 (фиг. 4,25) замкнет свои контакты под влиянием мощ-
ности небаланса.
§ 4,11 ] Трехсистемное исполнение дистанционных защит 161
4. В схеме предусмотрено одновременное выведение I ступени за-
щиты из действия во всех трех фазах с помощью промежуточных реле
ЭПЯ, встроенных в реле ИР-105, при замыкании в любой фазе контак-
та реле времени ИР-105, имеющего выдержку времени 0,1 сек. Это
предотвращает (возможность неправильного действия защиты в неповреж-
денной фазе в случаях, аналогичных указанным выше в п. 6 (описания
особенности схемы фиг. 4,24).
5. В схеме предусмотрена резервная выдержка времени III ступени
прн помощи отдельного реле (времени 10 (ЭВ-182). Это реле приводится
в действие только с помощью реле максимального тока 7 и реле макси-
мальной мощности 8 кулевой последовательности. Тем самым обеспечи-
вается действие защиты с выдержкой III ступени при отказе в действии
пусковых органов минимального импеданса (например, при удаленных
коротких замыканиях).
б. Отдельное выходное промежуточное реле в схеме не предусмот-
рено. Защита действует иа отключение выключателя непосредственно от
выходных реле ИР-105, причем снятие самоудерживания с этих реле
осуществляется контактами промежуточного реле 9.
7. Устройство, реагирующее на появление напряжения отрицатель-
ной последовательности для защиты от замыкания иа землю, не тре-
буется, так как неправильное дейстиие защиты при качаниях предотвра-
щается тем, что защита действует только при появлении токов нулевой
последовательности.
Область применения защиты аналогична предыдущей при условии,
что при замыканиях иа землю геометрическая сумма токов в поврежден-
ной фазе и тока k3/l0 не меньше 10 а.
Реактансная защита от замыканий между фазами (GCX)
Схема защиты показана иа фиг. 4,26. Она состоит в основном из
трех реле GCX. В свою очередь каждое реле GCX содержит следующие
элементы, заключенные в общий кожух: 1) направленный пусковой ор-
ган; 2) реактаисиый элемент; 3) автотрансформатор для изменения уста-
вок пускового органа и омметра; 4) реле времени; 5) переключающее
кодовое реле; 6) токовое реле, блокирующее при перегорании предо-
хранителей в цепи напряжения; 7) три сериесных блинкера (по числу
ступеней).
Направленный пусковой орган. Пусковой орган вклю-
чается иа линейный ток и линейное напряжение.
В отличие от реле GAX пусковой орган GCX ие имеет мертвой зоны
при несимметричных коротких замыканиях. Он представляет собой ин-
дукционный четырехполюсиый элемент с барабанчиком, содержащий две
токовые обмотки, соединенные параллельно, и две обмотки напряжения
(поляризующую и тормозную), включаемых на разноименные линейные
напряжения (см. табл. 4,8). В результате подвижная система реле ока-
зывается под воздействием четырех 'вращающих моментов:
а) рабочего момента, обусловленного взаимодействием потоков токо-
вых обмоток и поляризирующей обмотки напряжения Фяол:
Мраб = фпол cos (Ъ> 4" 30°) = U/юл Ip cos( f -f- 30°), (4,85)
у — угол, на который Ипол опережает 1р ;
б) тормозного момента, обусловленного взаимодействием потоков по-
ляризующей и тормозной обмоток:
Мторм = Флол • Фторм sin ф = А? t/лол Оторм sin ф, (4,86)
ф — угол, на который тормозное напряжение опережает поляризующее.
11 Г. И. Атабеков.
Дистанционные защиты
Фиг. 4,26. Реактансная защита типа GCX.
а — схема внутренних соединений пускового органа; б — цепи постоянного тока защиты GCX (на фазу); РТ — реле
токовое; ПО — пусковой орган (направленный импедансный); X — реактансный омметр; РП — промежуточное реле;
РПП — реле промежуточное, переключающее; РВ — реле времени; ВСр - выходное сериесное реле; R, С~ нскрогаси-
Трлриый контур; ГД — сопротивление добавочное; />’j ц( щ — блиикеры I, II, III ступеней; Н — накладка.
tl
§ 4,11 ]
Трехсистемное исполнение дистанционных защит
163
Таблица 4,8,
Сочетание токов и напряжений, подводимых к реле GCX (комп-
лект защиты от замыканий между фазами)
Фаза Омметры Пусковые органы Примечание
Ток Напряжение
Ток Напряже- ние Поляри- зующей обмотки Тормоз- ной об- мотки
UАВ &вс &АВ Тормозной МО-
А 6 ~ i в О мент пусковых органов во всех
• • &вс • &вс трех фазах одина-
В ^в — 1с 1в ков и пропорцио- нален площади
&СА &АВ &СА
С -'а треугольника на- пряжений
Условие трогания пускового органа:
fe] U пол Ip cos ($ -J- 30°) fej Uпол U тор я sin ф
или
\ UmopM ф
k3 Ip cos(?r|-30o) * ( }
Минимальный импеданс трогания равен 3,7 ом. Регулировка импе-
данса трогания осуществляется в пределах от 3,7 до 16 ом изменением
величины удерживающего напряжения (при помощи автотрансформатора
напряжения).
Каи видно из выражения (4,86) и табл. (4,8)„ тормозной момент во
всех трех фааах одинаков и пропорционален площади треугольника на-
пряжений. При замыкании между двумя фазами рабочие моменты в
обеих фазах могут превышать тормозные моменты и поэтому имеется
вероятность действия пусковых органов как в опережающей, так и в от-
стающей поврежденных фазах.
Что касается неповрежденной фазы, то уменьшение тормозного мо-
мента сопровождается уменьшением рабочего момента и возрастанием
влияния механического момента, в результате чего реле не действует.
Принятый в GCX способ включения поляризующей и тормозной обмоток
пускового органа на разноименные напряжения (во избежание мертвых
зон) имеет тот недостаток, что при замыканиях между двумя фазами на
одной из линий, отходящих от сборных шии, может прийти в действие
защита остальных линий под влиянием тока нагрузки (при односторон-
нем питании). Это может иметь место прн малых значениях напряжения
тормозной обмотки.
Принцип действия омметра реле GCX описан в § 4,2.
Токовое блокирующее реле. Токовое реле электромагнит-
ного типа включается на линейный ток и имеет регулировку тока тро-
гания от 4 до 8 а. Изменение уставки реле осуществляется изменением
начального положения сердечника. Предельно допустимый по условиям
термической устойчивости ток составляет 10 а. Потребление реле при 5 а
н опущенном сердечнике 3,8 ва, а при втянутом сердечнике — 2,5 за.
Реле времени- Реле времени является термически устойчивым
(имеет добавочное сопротивление, нормально зашуитнрованиое контактом
реле времени). Реле имеет три контакта: одни—мгновенный (размыкаю-
11*
164
Дистанционные защиты
[Гл. 4
щий) контакт и два* замыкающих с выдержками времени I и И ступе-
ней. Реле имеет фрикционный регулятор, регулирующий быстроту дей-
ствия реле. Напряжение трогания реле 50 в. Коэффициент возврата ра-
вен 0,4.
Потребление реле (без сопротивления) при номинальном напряжении
весьма значительно — порадка 100 вт; после введения сопротивления
потребление 17 вт.
Шкала времени действия реле проградуирована в пределах от 0,5 до
3 сек. Верхний предел выдержки времени может быть увеличен посред-
ством специальной регулировки.
' Реактансная защита от замыканий иа землю нашла широкое приме-
нение в энергосистемах Советского Союза и многолетний опыт экгаплоа-
тацни ее дал положительный результат.
В противовес отрицательному отношению ряда американских авторов
к данному виду защиты статистические данные эксплоатации, приведен-
ные в табл. 4,9, лишний раз подтверждают правильность точки зрения
советских специалистов в данном вопросе.
* Таблица 4,9
Статистические данные о работе реактансных защит
Работа защиты
Год * От замыканий между фазами От замыканий иа землю
Правиль- ная Сомни- тельная Непра- вильная Правиль- ная Сомни- тельная Непра- вильная
**
1938 0 0 о 4 2 0 0
1939 2 0 0 21 0 0
1940 1 0 0 9 2 1
1941 7 0 0 40 0 1
1942 21 0 0 40 0 2
1943 16 0 2 87 0 4
1944 21 0 0 108 0 3
1945 5 0 0 71 0 0
Итого 73 0 2 378 2 И
Реактансные защиты были включены на разность линейных токов
(в комплектах защиты от замыканий между фазами) и по схеме с токо-
вой компенсацией (,в ‘комплектах защит от замыканий на землю).
Сомнительные н неправильные действия защит имели место в сле-
дующих случа ях:
Защита от замыканий между фазами: два случая отказа защиты в
действии вз-эа неисправности вспомогательных устройств.
Защита от замыканий на землю: сомнительные действия: одни слу-
чай — действие второй ступени при коротком замыкании в третьей зоне;
один случай—выпадение (клинкеров в двух фазах (в схеме предусмот-
рена блокировка одной из фаз при двухфазных замыканиях и а землю).
Неправильные действия: три случая, действия первой ступени при корот-
ком замыкании во второй зоне; два случая—нарушение контакта во вспо-
могательном устройстве; шесть случаев—перегорание предохранителей.
Последние шесть случаев неправильного действия защиты от замы-
Омметры
Фиг. 4/27. Импедансная защита типа HZ.
Трехсистемное исполнение дистанционных защит
а — цепи тока; б — цепй напряжения; а — цепи постоянного тока (иа *фазу); ПТ — проиежуточный^траисфориатор тока; ТГ — орган
направления мощности (типа Рр - Up lp cos <рр; Z j, щ Щ—импедансные омметры I, II, щ ступеней; РВ — реле времени (с питанием от
переменного тока); РП — промежуточное реле; ВСР — выходное сериесное реле; ВТ — вспомогательный трансформатор тока (для
питания реле времени); СД — сопротивление добавочное; ц ш.~ блнщсеры I, II, III ступеней; W — накладка.
О
СП
166
Дистанционные защиты
[ Гл. 4
каиий иа землю были бы предотвращены, если бы в 'комплекте защиты
от замыканий на землю было предусмотрено реле максимального тока
нулевой последователыности.
Импедансная защита от замыканий между фазами (HZ).
На фиг. 4,27 показана! 1прциципиалын'а(я схема защиты с реле HZ.
Комплект защиты содержит три реле HZ.
Конструктивное исполнение реле HZ достаточно подробно
описано IB литературе. Принцип действия омметра .изложен в § 4,2.
В основу схемы положены общие соображения, приведенные выше
в отношении трехсистемного исполнения схем импедансных защит-
Наибольшее распространение реле HZ нашли, в 'комбинации с высо-
кочастотной блокировкой [Л- 3].
4,12. ОДНОСИСТЕМНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННЫХ
ЗАЩИТ
Прн односистемном исполнении дистанционной защиты
один й тот же омметр используется для замера импеданса
или реактанса при различных видах повреждений, причем
правильное действие его обеспечивается соответствующим
включением обмоток тока и напряжения. В целях экономии
Оборудования односистемные дистанционные защиты, разра-
ботанные в СССР на основе отечественного производства ре-
ле ИИ-120 и ИР-105, нашли за годы войны практическое при-
менение в некоторых системах Союза Ч
Односнстемные дистанционные защиты могут быть под-
разделены на 4 основных категории:
1) с питанием токовых обмоток омметра составляющими
всех трех последовательностей при неизменных цепях
тока [Л. 3, 8, 9];
2) то же — с переключениями в цепях тока
[Л. 8];
3) с питанием токовых обмоток омметра только состав-
ляющими нулевой или отрицательной после-
довательности [Л. 8, 19];
4) с сравнением абсолютных величин или
фазы компенсированных напряжений.
Схемы I категории (с неизменными цепями тока)
предназйачены для защиты от замыканий между фазами н
показаны иа фиг. 4,28.
Во всех вариантах, изображенных иа фиг. 4,28, оммет-
ры включены иа разность линейных токов фаз А и С, т. е.
на ток 1А — 7С. В схеме фиг. 4,28,а применен однообмоточ-
иый омметр и трансформаторы тока включены на разность
1 Применение односистемных дистанционных защит в СССР было
начато с импедансных реле. Односистемные реактансные защиты с реле
ИР-101 применены впервые в одной из систем в 1938 г.
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
167
токов. В схеме фнг. 4.28Д при-
менен омметр с двумя обмот-
ками, включенными встречно
на линейные токн фаз А н С.
Схема фнг. 4,28,в предназначе-
на для омметра импедансного
типа, фнг. 4,28,2 и д — для
реактансных омметров. По-
следние разработаны автором
применительно к реактансный
реле, содержащим в цепи на-
пряжения резонансные конту-
ры, например, типа ИР-105.
Схемы пригодны для сис-
тем с большой кратностью
т. к. з., где ток неповрежденной
фазы прн замыканиях между
двумя фазами мал по сравне-
нию с т. к. з. и поэтому может
не учитываться. Такое положе-
ние может иметь место в слу-
чае радиальных линий, питае-
мых с одного конца от мощной
электрической системы. Прн
этом в случае замыкания меж-
ду фазами А н 5 принимается
/л— /с а прй замыкании
фаз £ н С 1А—/с==—/с.
В зависимости от вида по-
вреждения к обмотке напряже-
ния омметра подводится соот-
ветствующее напряжение, обес-
печивающее одинаковый замер
омметра при /неизменном месте
короткого замыкания. С этой
целью в схемах фиг. 4,28,в
и г предусмотрено подведение
к омметру при замыканиях
Фиг. 4,28. Односистемные двухфаз-
ные дистанционные защиты с неиз-
менными цепями тока.
л — цепи тока однообмоточного омметра;
б — цепи тока двухобмоточного омметра;
в — цепи напряжения импедансного ом-
метра; г, д — цепи напряжения реаятанс-
ных омметров (А, С—пусковые органы;
О — омметр; Z$ — добавочное сопротив-
ление).
фаз А и В или В и С соответствующих линейных напряжений,
уменьшенных в два раза. В схеме же фнг. 4,28Д наоборот,
предусмотрено повышение в два раза линейных напряжений
при замыканиях фаз С и А и в случае трехфазных коротких
замыканий. Поэтому при одном и том же месте пов!реждения
эта схема дает замер вдвое больший, чем первые.
Переключение цепей напряжения производится контактами
168
Дистанционные защиты
[ Гл. 4
пусковых органов максимального тока или промежуточных
реле, действующих от пусковых органов.
В табл. 4,10 и 4,11 приведены сочетания токов и напряже-
ний, подводимых к омметру, и величины импедансов и реак-
тансов, замеряемых на зажимах омметра при различных ви-
дах повреждений.
Таблица 4,10
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4,28, виг
Заикание между фазами Действуют пусковые ор- ганы в фазах Ток Напряжение Замер
Импеданса Реактанса
ЛВС ЛВ ВС Л, с А С А, С /л— [с УЛ *А~~ &АС О^АВ о,5йвс "лС > «1 Табл *1 ица 4,И
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4J28, Э
Замыкание между фазами Действуют пус- ковые органы в фазах Тоя Напряжение Замер реая- танса
АВС АВ ВС СА Л, С А С А, С и и (J | '7 1 ^АВ &вс ^АС > 2хг j
В табл. 4,10 и 4,11 принято, что ток в неповрежденной фазё равен -нулю.
При замыканиях на землю односистемная импедансная
защита с неизменными цепями тока (фиг. 4,28,в) в зависи-
мости от параметров сети может быть оставлена в работе
либо должна рассмотрен в выводиться из действия. Подробнее этот вопрос приложении 2 [Л. 6].
Что касается реактаисиых защит (фиг. 4,28,г И 0)t то
при замыканиях на землю оии должны выводиться из дей-
§.4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
169
ствия во избежание неправильной работы при замыкании
на землю фазы С В этом случае к омметру подводятся
ток /с и напряжение 0,5 Овс (фиг. 4,28,г) или UBC (фиг. 4,28,Э),
фазное соотношение между которыми может быть таково,
что реактанс на зажимах омметра окажется близким к ну-
лю или даже отрицательным.
Схемы фиг. 4,28 могут применяться с органом направле-
ния мощности (см. гл. 3, § 3). Однако, в сетях с двухсторон-
ним питанием ток в неповрежденной фазе при замыканиях
между двумя фазами может быть в ряде случаев относительно
велик, и поэтому замер омметра, особенно в защитах реак-
таисиого типа, может быть заметно искажен.
Односистемные реактансные защиты с неизменными цепя-
ми тока имеют малую область применения ввиду большого
числа недостатков, присущих этим защитам. К основным не-
достаткам относятся следующие:
1. При замыканиях между двумя фазами на вторичной
стороне трансформатора, имеющего соединение обмоток зве-
зда-треугольник, замер омметра может быть в ряде случаев
преуменьшен.
Руководствуясь методикой, изложенной в § 4,6, можно по-
лучить выражение импедансов н реактансов на зажимах ом-
метров схем фиг. 4,28,в и г, приведенных в табл. 4,12.
Замеры реактанса по схеме фиг. 4,28,д могут быть полу-
чены удвоением замеров, соответствующих фиг. 4,28,г.
В табл. 4,12 учтены» различные случаи работы токовых пу-
сковых органов, так как в зависимости от их действия к ом-
метру подводятся те или иные напряжения. При замыканиях
между фазами b и с ток в фазе С (со стороны звезды)
вдвое больше тока в фазе А; поэтому вероятными являются
случаи действия пусковых органов либо только в фазе С; ли-
бо в обеих фазах А и С. Аналогично при замыканиях между
фазами сна ток в фазе А вдвое больше тока в фазе С. По-
этому вероятными являются случаи действия пусковых органов
либо только в фазе А, либо в фазах А и С.
2. Преуменьшенный замер на зажимах омметра можег
быть получен вследствие нечеткой работы пусковых органов
в тех случаях, когда т. к. з. близки к токам трогания пуско-
вых органов. Это может иметь место в кольцевых сетях, где
т. к. з., подтекающий с одной из сторон к месту поврежде-
ния, может находиться на грани чувствительности пусковых
органов. Такое же положение может иметь место и при от-
даленных коротких замыканиях, например, при коротких за-
мыканиях на вторичной стороне трансформаторов с соедине-
нием обмотск звезда-звезда.
Таблица 4,12
Замеры импеданса и реактанса в схеме фиг. 4,28, в и г при коротких замыканиях за трансформатором Y/A-H
Замыкание между фазами Действуют пусковое ор- ганы в фазах Ток в омметре Напряжение на омметре 9 1,1 - " Импеданс Реактанс
' >А 0>wAS
аЪ < С 0,Ывс 1 00 Неопределенный
А, С &АС
А <№Jab |OO 1 XIю
Ьс С ’ ^А~{С xi-^(r +R\ у TV!“+2;
А, С V AC 7 _1_ 1 /? | г 1^3 n ^ + J-g-Z2s+-+;-g-/? *1*T -g-Uafc-r 2 )
А wt)AB Zj । V3 у I R I j V 3 p у + '-б-^+г+'-ш*
са • С •^3 7 . ) ' 3D v^(r a-r\
' А, С i Vac 7 ; 1^ 3 I R Af 3 p x - Vli(r 4-^ *> 3"V’*+2j
Дистанционные защиты [Гл.
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
171
Фиг. 4,29. Одиосистемные трехфазиые дистанционные защиты от всех
видов коротких замыканий с переключением цепей тока.
а, б—цепи тока и напряжения в схеме А. М. Бреслера; a — цепи тока в схеме, применя-
емой в СССР.
Указанные выше недостатки столь существенны, что схемы
фиг. 4,28 практически целесообразно применять только при
наличии омметров импедансного типа.
Схемы II категории (с переключениями цепей
тока) преследуют цель обеспечить правильный замер омметра
при различных видах повреждений.
Разработанная впервые схема односистемной реактансной
защиты с пере!КЛ1Ючениями цепей тока, предусматривавшая
включение омметра на разность линейных токов при замыка-
ниях между фазами и токовую компенсацию при замыканиях
на землю, ввиду своей сложности ие получила распростране-
ния на практике.
У нас в Союзе первая схема с переключением цепей тока
была разработана на ХЭМЗ применительно к реле ИР-105
(фиг. 4,29,а,б).
172
Дистанционные защиты
[Гл. 4
В зависимости от вида повреждения омметр включается
либо иа разность линейных токов при замыканиях между фа-
зами, либо по схеме с токовой компенсацией при замыканиях
иа землю (см. табл. 4,13). Переключение! токовых цепей про-
изводится при помощи промежуточных реле.
Т а б л и ц a 4,13
Замеры омметра по схеме фиг. 4,29
Вид короткого замыкания Действуют переключаю- щие реле Ток в обмотках омметра Напряжение иа зажимах омметра Замер на зажимах омметра
в цепях тока в цепях напряже- ний , 1 импеданса ре актанса
Замыкание между тремя U АВ
фазами: 1 1 1А ~^В
Замыкание между двумя
^фазами /
А, В 1 1 1Л~1в &АВ
в, с 2 2 i в с UВС Z1 *1
С, А 3 3 {С ~^А &СА
Замыкание иа землю фаз:
А или А, В 1,4 1,4 IА А 3 /о йА
В или В, С 2,4 2,4 7вЧ-АЗ/0 йв
С или С, А 3,4 3,4 Z с + а 3 /0 йс
Недостатком схемы фиг. 4,29,а и б является некоторая
сложность ее и необходимость переключения цепей тока при
всех видах короткого замыкания.
Вслед за этой схемой была создана схема с дешунтирова-
нием пепей тока [Л. 17], которая, однако, не привилась ввиду
появления к этому времени реле ЭП-233 для переключения
цепей тока. Работа по созданию новых односистемиых дистан-
ционных защит в Союзе велась совместно заводом ХЭМЗ и
Теплоэлектропроекгом и завершилась к началу Отечественной
войны выпуском нескольких разновидностей, описанных ни-
же1 (фиг. 4,29,в, фиг. 4,30).
1 Авт, свид. на имя Г. И. Атабекова и Я. М. Смородин ского № 63590,
31/VIII 1940 г. и № 65772,14/VIII 1940 г.
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
173
Хотя к этому периоду и относится также появление у нас
односистемных защит с переключением цепей тока ти-
па SD-4 фирмы AEG [Л. 22] и защиты L-3 фирмы ВВС
[Л. 23]„ однако эти защиты не нашли широкого примене-
ния в Союзе, так как первая из них предназначалась для
сетей с малым током замыкания на землю, а вторая не обес-
печивала правильного замера.
При разработке в СССР схем дистанционных защит с пе-
реключением цепей тока были поставлены следующие основ-
ные требования:
1. Защита должна иметь один омметр.
2. При замыканиях между фазами токовые обмотки ом-
метра должны включаться на разность токов поврежденных
фаз, а при замыканиях на землю омметр должен включаться
по схеме с токовой компенсацией — для замера реактанса по-
ложительной последовательности от места установки реле до
места короткого замыкания.
3. Защита должна иметь пусковые органы минимального
импеданса.
4. Орган направления мощности должен быть выполнен
при помощи одного однофазного реле.
5. Должна быть исключена возможность неправильных
действий при: а) качаниях и асинхронном режиме работы ге-
нераторов в системе; б) перемене направления мощности ко-
роткого замыкания в случае каскадного действия защиты в
системе; в) переходе одного вида короткого замыкания в
другой; г) перегорании предохранителей и обрывах цепей на-
пряжения.
6. Число переключений в цепях тока при различных видах
короткого замыкания, так же как и число самих переключаю-
щих реле <и контактов, должно быть, по возможности, мало.
При качаниях желательно не иметь переключений в цепях
тока.
7. Желательно, чтобы схемой защиты предусматривалась
возможность осуществления в случае необходимости мгновен-
ной фиксации вида повреждения с таким расчетом, чтобы при
несимметричном коротком замыкании последующее срабаты-
вание пускового органа неповрежденной фазы (под влиянием
возросшего тока) не отражалось на работе омметра.
8. Защита должна содержать, по возможности, минималь-
ное количество сложных и простых реле.
Защита от всех видов коротких замыканий
(фиг. 4,29д). При нормальном режиме обе обмотки омметра
(Ох и О2) включаются в фазы А и В таким образом, что
результирующий магнитный поток токовой цепи омметра
174
Дистанционные защиты
[Гл. 4
*
Фиг. 4,30. Односистемные трехфазные дистан-
ционные защиты от замыканий между фазами.
а вариант с соединением трансформаторов тока звез-
дой; б, в — варианты с соединением трансформаторов тока
треугольником.
пропорционален разности токов /д — /в. Это достигается
тем, что обмотка омметра О, обтекается током 1А от начала
к концу обмотки, а обмотка П2 обтекается током 1 в от
конца к началу (встречное включение).
При замыканиях между тремя фазами АВС и при замы-
каниях двух фаз АВ цепи тока остаются без изменения.
При двухфазных замыканиях фаз ВС действует реле 1, пе-
реключающее цепи омметра на разность токов /в—1С, а ток
неповрежденной фазы А — в нулевой провод. При поврежде-
нии фаз СА действует реле 2, переключающее цепи оммет-
ра на разность токов /с—/А, и ток неповрежденной фазы В
в нулевой провод.
В тех случаях, когда указанные выше виды коротких
замыканий сопровождаются замыканиями на землю и при соот-
ветствующих видах однофазных коротких замыканий кроме
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит 175
названных действует еще реле 5, переключающее вторую
обмотку омметра О2 на ток k3IQ (согласное включение).
В соответствии с переключениями цепей тока производятся
переключения цепей напряжения, обеспечивающие правиль-
ный замер реактанса.
Защита от замыканий между фазами при
включении трансформаторов тока в звезду
(фиг. 4,30,а). Схема может быть получена путем исключения
из фиг. 4,29,в элементов, предназначенных для действия за-
щиты при замыканиях на землю. Однако, такое механическое
исключение отдельных элементов не дает дальнейшего упро-
щения схемы. Более целесообразно при замыканиях между
фазами ВС и С А производить переключения цепей тока при
помощи реле 1 н 2 не всех трех фаз, а только двух
(фиг. 4,30,а), что дополнительно упрощает схему защиты и
сокращает количество реле и контактов.
Защита от замыканий между фазами при
включении трансформаторов тока в треуголь-
ник (фиг. 4,30,6, б). Как видно из схемы фиг. 4,30,6 об-
мотка включается на ток 7С—/в, а обмотка Й2 на то\с
1Д—1С. Результирующий магнитный поток в токбвой цепи
омметра пропорционален, таким образом, току
(4? “Ь ( 4 ~4) “ А В'
При замыканиях между тремя фазами, а также при замы-
каниях фаз АВ, цепи тока остаются без изменения. При замы-
каниях фаз ВС действует переключающее реле 7, об-
мотка Й2 обесточивается и омметр остается включенным на
ток /с—/в. Наконец, при замыканиях фаз С А действует
переключающее реле 2, обмотка обесточивается и омметр
оказывается включенным на ток /А — /с.
На схеме фиг. 4,30, в дан второй вариант включения
омметра при соединении трансформаторов тока треуголь-
ником. Как видно из схемы, нормально обмотка обтекается
током 1А — /3, а обмотка Й2 обесточена. При замыканиях
между тремя фазами или при замыканиях фаз АВ цепи тока
остаются без изменения. При замыканиях фаз ВС действует
переключающее реле 1. Обмотка ti2 включается на ток
/с—1Л и, следовательно, результирующий магнитный поток
в токовой..цепи омметра оказывается пропорциональным
(4-4)+(4-?л)=4~4-
176
Дистанционные защиты
[Гл 4
Наконец, при замыканиях фаз С А действует переключаю-
щее реле 2. Обмотка Й2 включается на ток 1В — /с и, следо-
вательно, результирующий магнитный поток становится про-
порциональным
(4-4)+(4-4)= 4-Л
Ввиду того, что контакты в цепях тока по схеме фиг. 4,30,6
во время переключения замыкают цепь, имеющую сопротив-
ление, ничтожное по сравнению с сопротивлением омметра,
работа их значительно облегчается по сравнению со случаем
схемы фиг. 4,30,в. Следовательно, предпочтение должно быть
отдано схеме фиг. 4,30,6.
Результирующий магнитный поток во всех схемах между-
фазных защит (фиг. 4,30,а, б, в) для одного и того же вида
повреждения одинаков, причем переключения цепей тока
производятся одноименными реле, следовательно, цепи напря-
жения й постоянного тока этих схем идентичны.
Произведем сравнение описанных способов включения ом-
t метра с двумя токовыми обмотками.
Особенностями схемы фиг. 4,29,в является отсутствие от-
дельной защиты от замыканий на землю. Схема фиг. 4,30,а
отличается от схемы фиг. 4,29,в меньшим числом контактов
в цепях тока (4 контакта вместо 7). При этой схеме возмож-
но включение отдельной защиты от замыкания па землю в
нулевой провод трансформаторов тока. Схема фиг. 4,30,6 от-
личается простотой (в цепях тока имеются лишь два кон-
такта); облегченной работой контактов, переключающих цепи
тока с большего сопротивления (омметр) на меньшее (нуле-
вой провод); необходимостью выведения к панелн защиты
всех выводов трансформаторов тока; необходимостью приме-
нения отдельных трансформаторов тока (основных или проме-
жуточных) для включения защиты от замыканий на землю.
В вышеуказанных защитах не происходит переключения
цепей тока при качаниях, так как защиты оказываются в
условиях, аналогичных трехфазному короткому замыканию.
Пример выполнения одиоснстемнои трехфаз и ой направленной реак-
тансной зашнты от всех видов коротких замыканий.
"На фиг. 4,31,а и б показаны развернутые схемы цепей тока и напря-
жения реактансной защиты от всех видов коротких замыканий, в основу
которой положен принцип включения цепей тока омметра по схеме
фиг. 4,29,в. На фиг. 4,31,в дайа развернутая схема цепей постоянного
тока защиты.
Схема защиты содержит двенадцать реле, перечисленных в экспли-
кации иа фиг. 4,31.
Действие защиты ясно из фиг. 4,31 и табл. 4,14.
Фиг. 4,31." Одиосистемиая трехфазиая направленная реактансная защита
от всех видов коротких замыканий с переключением цепей тока (реле
ИР-105)
а — цепи ток*; б — цепи напряжения; в — цепи постоянного тока. 1 — трансформатор
тока; 2 — автотрансформатор тока ВУ-2& 3 — вспомогательное устройство (БУ-111);
4 — реле мяннмального импеданса (ИИ-111); б, 6 —реле промежуточное (ЭП-233);
7, 8 — реле промежуточное (ЭП-401); 9 — реле промежуточное (ЭП-233); 10 — реле проме-
жуточное (ЭП-401); 11 — реле направления мощности (ИМ-141); 12 — реле максималь-
ного тока (ЭТ~63/6р); 13— реле реактансиое (ИР-165); 14 — вспомогательное устройство
(ВУ-104/1); 15 — реле максимального тока (ЭТ-61); 16—блинкер (ЭС-91); 17 — вспомога-
тельный трансформатор тока 5/5 а.
Г* ТЛ
178
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Таблица 4,14
Сочетание токов и напряжений, подводимых к омметру и реле
направления мощности при различных видах коротких замыканий
Вил короткого замыкания Действуют пусковые ор- ганы фаз действуют переклю- чающие реле Реле направ- ления мощно- сти Омметр За- мер ом- мет- ра
Ток Напря- жен ие Ток На- пря- же- ние
Трехфазное АВС Замыкание между двумя фазами АВ Л, в, с А или Л, В I ие 1 дейст- I вуют 1A В U ВС ^ВС 1а~1в 1а~1в 11 АВ Ьав
‘ ВС В или В, С 5, 7 ^В~~1С 11С А tB—Ic Ь ВС
СА С или С, А о 00 А U АВ 1С~~1а UCA
Однофазное или двухфазное за- мыкание на зем- *1
ЛЮ
А или АВ А или Л, В 9, 10 ^А ~~1в 11ВС iA+k3ls иА
В или ВС В или Bt С 5, 7, 9, 10 *в ~~1с 11С А йв
С нлн СА С или С, Л 6, 8, 9, 10 1 '^с —1 а 11АВ /с~рз/0 ис J
Пусковые органы реле минимального импеданса включены жестко
на линейные токи и соответствующие линейные напряжения. При замы-
калиях же ка землю они переключаются на повышенные (примерно
в У 3 раз) фазные напряжения путем использования соответствующих
отпаек ВУ-Ш. Цепи тока реле направления мощности типа Uplp cos (fy +
+45°) (включены помощью промежуточного тр амофор матера тока 5/5 на
разность токов, что обеспечивает правильный выбор направления мощ-
ности при всех видах повреждений и улучшает работу защиты при пере-
ходах одного вида повреждения э другой, связанных с прекращением
короткого замыкания в одной из поврежденных фаз. В этих случаях
(например, переход АВС в ВС, ВСО в СО и т. д.) с момента перехода
до производства новых переключений цепей тока иа пять периодов
исчезает т. к. з. в обмотке реле направления и реле' включенное по 90°
схеме (без добавочного трансформатора 5/5), может действовать непра-
вильно под влиянием оставшегося тока нагрузки. При этом возможно
следующее. В тех комплектах защит, у которых мощность короткого за-
мыкания направлена от шин в сторону линии, реле ИМ кратковременно
размыкает цепь постоянного тока, в результате чего реле времени,
встроенное в реле ИР, возвращается в ^сходное положение и только
после переключения цепей тока начинает работать снова. Время действия
защиты в этом случае возрастает, н ие исключена возможность непра-
вильной работы защиты в системе.
В тех комплектах защит, у которых мощность короткого замыкания
направлена к шинам, реле ИМ в момент перехода кратковременно замы-
§4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит 179*
кает цепь постоянного тока. Контакты омметров ИР в этих коМПЛёктаЖ
замкнуты (отрицательный реактанс), и, следоиательмю, 1кратков.рем«н!но0
срабатывание реле ИМ может вызвать неправильное действие заЩИТИ,
Оба эта недостатка устраняются включением реле ИМ иа разность токов.
Кроме того, первый из указанных недостатков устраняется наличием в
цепи первой ступени контакта блокировки от качаний (см. ниже), замы-
кающего цепь первой ступени кратковременно — иа время, достаточное
для ее действия.
Благодаря тому, что в схеме используются только да а промежуточ-
ных реле (поз. 5 и 6) для переключения токовых цепей всех трех фаз,
управление этими реле весьма просто и не требует специальных блоки-
ровок. Действие защиты ясно из схемы фиг. 4,31,в.
Следует отметить, что <в качестве пускового органа фазы С исяюлъ-
15 зуется пусковой орган, встроенный в реле ИР (в целях экономии одного
импедансного реле).
Обмотка напряжения омметра шунтируется размыкающим контактам
реле направления мощности. Замыкающий контакт используется для за-
пуска схемы. Для предотвращения неправильного действия защиты при
малых токах или при перегорании предохранителей в цепи выходного
реле ЭПв предусмотрен контакт токового реле ЭТ-63/6р, обмотки ко-
торого включены аналогично обмоткам омметра. Замыкающий контакт
пускового органа фазы А подает напряжение иа реле направления мощ-
ности при замыканиях фаз Л, АВ, АВС. При остальных видах поврежде-
ния напряжение подается промежуточными реле.
Блокировка при качаниях иа схеме не показана. Предполагается,
что она осуществлена при помощи устройства, реагирующего на появле-
ние напряжения или тока отрицательной последовательности. Замыкаю-
щий контакт блокировки включается в цепь первой ступени защиты.
При наличии блокировки помощью Съ если опыт эксплоатации не
подтвердит возможности переходов одних видов коротких замыканий в
другие с потерей поврежденной фазы (см. выше), можно ие устанавли-
вать промежуточного трансформатора тока 5/5. В этом случае реле иа-
прачигенИ'я мощности остается (включенным по схеме 90°.
'При осуществлении защиты с помощью реле ХЭМЗ (время действия
защиты при несимметричных коротких замыканиях в первой зоне состав-
ляет около 10 периодов.
Примеры выполнения односистемных трехфззных дистанцион-
ных защит от замыканий между фазами
1. Направленная реактансная защита (фиг. 4,32). Схема содержит
девять реле, указанных в экспликации на фиг. 4,32.
На фиг. 4,32»а показана развернутая схема токовых цепей защиты.
При нормальном режиме обе обмотки омметра (ИРЬ ИРа) включаются в
какие-либо две фазы, например, в фазы А и В, таким образом, что ре-
зультирующий магнитный поток токовой цепи омметра пропорционален
разности tokojb /д— /в. Это достигается тем, что одна из обмоток ом-
метра (ИР^) обтекается током /д (от начала к концу обмотки), а вто-
рая обмотка (ИРа) обтекается током — /в, т. е. ток фазы В течет от
конца обмотки ИРа к ее началу (начала обмоток отмечены на схеме
крестиками).
При коротких замыканиях между тремя фазами АВС и при замыка-
ниях двух фаз АВ (без земли и с землей) цепи тока остаются без изме-
нения.
При двухфазных замыканиях фаз ВС действует переключающее реле 3;
при этом ток неповрежденной фазы А переключается непосредственно
12*
180
Дистанционные защиты s
\ [Гл 4
АВС ИИ-5А АВС
Импеданс-
ные
пусковые "
органы
Реле
напрадл.
мощно-
сти
эг-ю зп-п
..• 1 — " "** "
**Ja ИИ-5А 3(1-3
----У<:---сво--------------------WZ—
МИ_58 3(1-4
----j-q с—□ УЛ*
Зв-8
Фиг. 4,32. Односи-
стемная трехфазная
направленная реак-
таисная защита от за-
мыканий между фаза-
ми с переключением
цепей тока (реле
ИР-105)
л — цепи тока; б — цепа
напряжения; в — цепи по-
стоянного тока. 7—транс-
форматор тока; 2 —вспо-
могательное устройство
(ВУ-П1); 3, 4 — реле про-
межуточные (ЭП-233); 5—
реле минимального импе-
данса (ИИ411); <5 — реле
направления мощности
(ИМ-141); 7 — реле макси-
мального тока (ЭТ-63/6р);
8 — реле реактансиое
(ИР-105); 9~~ вспомогатель-
ное устройство (ВУ-104);
10 — реке максимального
тока (ЭТ-61/6); 11 — реле
промежуточное (ЭП-246);
12 —вспомогательное уст-
ройство (ВУ-104/2); 73 —
бленкер (ЭС-91); 14— т-
кладка.
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит 181
в нулевой провод, а вместо него через обмотку ИР1 пропускается ток
фазы С, т. е. омметр включается на разность токов —
Прн двухфазных замыканиях фаз С А действует переключающее реле 4\
при этом ток поврежденной фазы В переключается непосредственно в
нулевой провод, а вместо него через обмотку ИРа пропускается ток фа-
зыС, т. е. омметр включается иа разность токов /д — /с*
Пусковые органы минимального импеданса включены жестко иа ли-
нейные токи и соответствующие линейные напряжения. *
На фиг. 4,32Д показана развернутая схема цепей напряжения защиты.
Как видно из схем а и б, переключения цепей тока и напряжения про-
изводятся контактами одних и тех же переключающих реле 3 и 4 в со-
ответствии с табл. 4,15.
Реле направления мощности, предусмотренное в схеме, реагирует иа
Up Ip cos (fp -|-«), где a=30° — 45°.
Таблица 4,15
Сочетание то кои и напряжений, подводимых к омметру и реле
направления мощности при различных видах коротких замыканий
Вид короткого замыкания Действуют пусковые ор- ганы фаз Действуют переключаю- щие реле Реле направле- ния мощности Омметр Замер
Ток Напря- жение Ток На- пря- жение
Трехфазное АВС . . . Двухфазное между фаза- ми на землю: АВ А АВС или Л, В ие дейст- вует То же {А~{В УВС У ВС 1а~1в ^А^В Уав Уав *1
ВС В или В, С 3 ^С^В &ас ^С~^В Уев
СА С или С, А 4 ^А~~^С Уве ^А~^С Уас
На фнг. 4,32,в показана развернутая схема цепей постоянного тока
защиты, выполненной с реле ХЭМЗ типа ИР-105. Благодаря тому, что в
схеме используются лишь два переключающих реле 3 н < управление
Ими чрезвычайно просто и не требует специальных блокировок.
Действие защиты ясно из схемы. Следует отметить, чго в качестве
пускового органа фазы С используется пусковой орган, встроенный в ре-
ле ИР (в целях экономии одного импедансного реле).
Обмотка напряжения омметра шунтируется размыкающим контактом
реле направления мощности. Замыкающийся контакт используется для
запуска схемы. Для предотвращения неправильного действия защиты при
малых токах, а также прн перегорании предохранителей, в цепи выход-
ного реле ЭПд предусмотрен конгтакт токового реле 7 (ЭТ-63/бр), обмотки
которого (фиг. 4,32,а) включены аналогично обмоткам омметра.
Замыкающий контакт пускового органа фазы А подает напряжение
на реле направления мощности при повреждениях фаз АВ или АВС.
182
Дистанционные защиты
[ Гл, 4
Фир, 4,33. Односнстемиая трехфазная реактансная защита от замыканий
между фазами для радиальных линий с односторонним питанием (реле
ИР-105).
в —цепи тока; б —цепи напряжения; в—цепи постоянного тока; 1 —трансформатор тока;
2 — реле максимального тока (ЭТ-63); 3 — реле максимального тока (ЭТ-61); 4 --- вспомо-
гательное устройство (ВУ-61); 5, 6 — реле промежуточное (ЭП-233); 7 — вспомогательное
устройство (ВУ-104/2); 8 — реле реактансиое (ИР-105); 9 — вспомогательное устройство
(ВУ-104/1); 10 — блинкер (ЭС-91).
Общее время действия I ступени защиты при двухфазных коротких
замыканиях по данным испытания лаборатории ТЭП равно 7—8 пе-
риодам.
Блокировка защиты прн качаниях на схеме не показана.
Схема защиты предусматривает возможность включения контакта
блокировки в цепь I н ib случае необходимости также н в цепь II сту-
пени.
В тех случаях, когда при двухфазных коротких замыканиях жела-
тельна мгновенная фиксация вида повреждения (нз-за возможности по-
следующего срабатывания пускового органа неповрежденной фазы) кон-
тарты реле 3 и цепях тока фаз А и В включаются (фиг. 4,32) между
§ 4,12 ] Односистемное исполнение дистанционных защит
183
трансформаторами тока и обмотками пусковых органо® А н В. В этом
случае при замыканиях фаз ВС благодаря срабатыванию реле 3 въхво-
дится ив действия пусковой орган А. Аналогично при повреждениях С А
благодаря срабатыванию реле 4 выводится из действия nyCKOBOfi орган В,
При повреждениях АВ выведения пускового органа С не требуется.
2>. Ненаправленная реактансная защита (фнг. 4,33). В отличие от за-
щиты фиг. 4„32 и данной защите отсутствует орган направления мощно-
сти и блокирующее (реле максимального тока. В качестве пусковых орга-
но® э фазах применены реле максимального тока. Импедансное реле,
встроенное в ИР-105, замыкающим' контактом подводит плюс к защите,
а размыкающим контактом шунтирует обмотку напряжения омметра.
Сочетание токов и напряжений, подводимых к омметру и реле ми-
нимального импеданса, приведено в табл. 4,16.
Следует иметь в виду, что прн однофазных замыканиях на землю
фаз В н С реле минимального импеданса, как правило, не действует.
В случае действия этого реле замер преувеличен.
Для предотвращения неправильного действия защиты при перегора-
нии предохранителей н для размыкания цепи самоудерживания выход-
ного промежуточного реле ЙР-105 минус подводится к реле ИР-105 при
помощи замыкающихся контактов реле 2А, 5 и 6, соединенных парал-
лельно.
В тех случаях, когда при замыканиях между двумя фазами на вто-
ричной стороне трансформаторов звезда-треугольннк могут действовать
пусковые органы максимального тока во всех трех фазах, в схеме должна
быть исключена возможность неправильного действия защиты вследствие
того, что разность токов в омметре может быть равна нулю (Прн этом
контакт омметра остается замкнутым).
Неправильное действие может быть в данном случае предотвращен о
путем включения импеданоного органа, встроенного в ИР-105, на раз-
ность токов аналогично омметру (с помощью промежуточного трансфор-
матора тока 5/5) или добавлением в схему блокирующего реле максималь-
ного така ЭТ-63/6р, зимыкающнй контакт которого должен быть вклю-
чен в цепь I н II ступеней защиты.
3. Направленная импедансная защита (фиг. 4,34). На фиг. 4,34 по-
казана схема односистеашиой импедансной защиты от замыканий между
фазами, предназначенной для линий с двухсторонним питанием.
Так же как и в предыдущих схемах, при замыканиях между фазами
обеспечивается правильный замер благодаря включению омметра на раз-
ность токов.
Прв нормальном режиме верхняя обмотка омметра обтекается током
фазы С, а нижняя обесточена.
При замыканиях между тремя фазами, а также прн замыканиях меж-
ду фазами А и В, действуют реле 4А и 4В (Э П-233), переключающие
омметр на ток /л— 7В.
Прн замыканиях между фазами В н С действует реле 4 А, переключа-
ющее омметр на ток 1С — 1В. Прн замыканиях между фазами С и А дей-
ствует реле 4А, переключающее омметр на ток 1А — 7С.
Одновременно с переключением цепей тока производится соответ-
ствующее переключение цепей напряжения омметра и реле направления
мощности, обеспечивающее правильный замер импеданса и правильный
выбор направления.
184
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Фиг. 4,34. Односнстемиая трехфазная направленная импедансная защита
от замыканий между фазами.
а — цепи тока; 6 — цепи напряжения; в — цепи постоянного тока.
§4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
185
Сочетание токов » напряжений, подводимых к органу направления
мощности и омметру при различных видах повреждений, приведены в
табл. 4,16.
Таблица 4,16
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4,34
Вид короткого замыкания Действуют Органы напра- вления мощно- сти Омметр Замер
Пусковые ор- ганы в фазах Пере- ключа- ющие реле Ток На- пря- жение Ток На- пря- жение
Замыкание между тре- мя фазами Л, В, С 4Д4В ^А— ^ВС ^А~^В &АВ
Замыкание между дву- мя фазами или двух- ф азное замык анне на землю 1 АВ А или Д, В 4Л, 4В ^А~~1В &ВС Гд—^в & АВ • *1
ВС В илн В, С 4В 1с~~1В UАС 1с~?в &СВ
СА С илн С, А 4А !д~{с &ВА 1а—1с &АС
Однофазное замыкание па землю фаз А А 4А,4В 1д—1в &ВС 1А~{В рАВ
В В 4В ^с^в ^АС '~в &СВ
С С 4А ^А^с\ &ВА 1А~1с & АС
Как видно нз табл. 4,16, при двухфазных замыканиях на землю за-
щита действует правильно, а при однофазных дает преувеличенный за-
мер. В связи с этим выводить защиту нз действия нецелесообразно. Реле
направления мощности ИМ-141 или ИМ-142 типа Uv lp cos (?р + 45°) вклю-
чено на разность токов при помощи промежуточного трансформатора
с коэффициентом трансформации 5/5. В данной схеме включение этого
реле иа разность токов необходимо для обеспечения правильного дей-
ствия реле направления 'Мощности при однофазных з а мыкай ня х на землю
фае В или С, а также иа сдучай действия только пускового органа
отстающей фазы при двухфазных замыканиях. Правильное действие за-
щиты в последнем случае обеспечивается применением пускового ор-
гана в фазе С и включением реле ИМ на разность токов.
Следует иметь в виду, что прн двухфазных замыканиях, когда дей-
ствует только пусковой орган в опережающей поврежденной фазе, за-
мер омметра правилен, а когда действует пусковой орган отстающей
фазы — ттреувеличен.
В случае, когда пусковой орган максимального тока ие обеспечивает
достаточной чувствительности защиты (например, при замыкании в
третьей зоне) в схеме фнг. 4,34 могут быть применены реле минималь-
ного импеданса, включенные обычным способом. В этой же схеме пред-
186
Дистанционные защиты
[Гл. 4
усмотрена задержка в подводе напряжения к омметру с помощью реле
ЭП-5, действующего прн всех видах коротких замыканий. При отсут-
ствии указанного реле к омметру вместо напряжения UAB мажет? быть
кратковременно подведено напряжение UAC или UBC (вследствие вибра-
ции контактов токовых реле нли неодинакового времени действия токо-
вых н промежуточных реле в фазах А и В). Прн этом омметр может
разомкнуть контакт и до окончания (короткого замыкания не вернуться
в исходное положение (прн импедансе на зажимах омметра, близком к
импедансу возврата, или вследствие возрастания сопротивления дуги),
либо возвратиться с задержкой со временем, большим выдержки вре-
мени П ступени. В последнем случае защита будет действовать непра-
вильно, так как ввиду наличия проскальзывающего контакта II ступень
будет потеряна.
Место включения замыкающих контактов блокировки прн качаниях
условно обозначено У г (подразумевается устройство, реагирующее на
появление составляющих отрицательной последовательности).
В тех случаях, когда токи однофазного замыкания .на землю отно-
сительно малы ио сравнению с таками поврежденных фаз н ib связи с
этим (Включение органа направления мощности на разность токов не обес-
печивает правильного выбора направления, схема фиг. 4,34. должна бло-
кироваться. Выведение защиты из действия при замыканиях на землю осу-
ществляется при помощи размыкающего контакта промежуточного реле
в цепи I н П ступеней защиты. Промежуточное реле приводится в дей-
ствие прн помощи реле максимального тока нулевой последовательности.
Схемы фиг. 4,31—4,34 применены' в ряде энергосистем
Союза. Опыт эксплоатации защит положителен.
Из сопоставления односистемных реактансны.х защит
фиг. 4,31 и 4,32 с трехсистемиыми следует, что первые имеют
существенные преимущества, а именно:
а) сокращается число реактансиых реле;
б) исключается вероятность неправильного действия ом-
метра в отстающей фазе при замыканиях между двумя фа-
зами;
в) уменьшается вероятность неправильных действий
вследствие преуменьшения замеров реактанса при несиммет-
ричных трехфазных коротких замыканиях и при двухфазных
замыканиях на землю благодаря тому, что замер осущест-
вляется только в одной из фаз (преуменьшение замера может
при этом иметь место в другой фазе);
г) простым способом обеспечивается возможность фикса-
ции вида повреждения (без введения в схему каких-либо до-
полнительных элементов).
В иностранной практике односистемиая реактансная за-
щита с переключением цепей тока до последнего времени не
находила себе применения и лишь в период войны фирмой
Дженерал Электрик была выпущена односистемная защита с
использованием реле GCX.
Мы не будем останавливаться здесь на рассмотрении этих
схем, заметим лишь, что по своим качествам эти схемы ме-
§ 4,12 J Односистемное исполнение дистанционных защит
187
нее совершенны, чем разработанные и применяемые в СССР
схемы односистемных реактансиых защит с переключениями
в цепях тока.
Заслуживают внимания данные, приводимые в литературе,
в отношении работы переключающих реле. Отмечено, что
переключения в цепях тока, вообще говоря, не являются
менее надежными, чем в цепях напряжения или постоянного
тока, так как изолирующие пленки, образующиеся на контак-
тах с течением времени, легче пробиваются вторичным на-
пряжением, трансформаторов тока, чем трансформаторов на-
пряжения. При одинаковых размерах контактов, поверхнс-
-стях касания и давлениях, переключения в цепях тока не
только не представляют меньшей надежности, но, наоборот,
требуют меньше надзора, чем в цепях напряжений.
После 5 000 переключений в цепях тока (при 100 а, дли-
тельностью каждое 3 сек.) контакты найдены в исправном со-
стоянии. Только после 500 переключений контактов, специаль-
но отрегулированных без точек соприкосновения, контакты
оказались несколько поврежденными, хотя и продолжали ра-
ботать. Наконец, после введения специального воздушного
зазора между контактами (0,8 мм) стало наблюдаться обго-
рание контактов. *
Схемы III категории (с питанием токовых обмо-
ток омметра только составляющими нулевой и отрицательной
последовательности) наряду с упрощением защит преследуют
цель улучшить замер омметра при двухстороннем питании и
переходных сопротивлениях.
К числу таких схем, разработанных в Союзе, относится
схема дистанционной защиты от однофазных и двухфазных
замыканий на землю на фильтре токов нулевой последова-
тельности (фиг. 4,35) [Л. 8,19], а также схема защиты от за-
мыканий между двумя фазами на фильтре токов отрицатель-
ной последовательности.
Схемы эти основаны на принципе компенсации
полного падения напряжения от места уста-
новки защиты до конца защищаемой зоны.
Описание схемы фиг. 4,35, принцип действия которой по-
яснен в § 4,8, (Приведено ниже.
Что касается защиты от замыканий между двумя фазами,
то по предложению ХЭМЗ, например при замыкании фаз
В й С, к реле направления мощности синусного типа
должны быть подведены ток /р = /72 и напряжение
188
Дистанционные защиты
Г Гл. 4
Цели
переем)-, и
«еиця
Цепи
^и-4Л з- i
ии-^а ^~5
-с^с\ l-i. ' 'УЧЛА .. -— ' ' ' -'-и
7С ИИ-4£ jn-b
—<"rn c—cj /УУУЛ~" — . <
6)
Фиг. 4,35. Трехфазная односистемная направленная дистанционная защита линий от замыканий на землю (с оммет-
ром в нулевом проводе).
а — цепи тойа; б — цепи напряжения; в —цепи постоянного тока; г —вариант с фиксацией замера во 2 степени; 1—трансформатор тока;
2 — автотрансформатор тока (ВУ-26); 3— вспомогательное устройство (ВУ-И1); 4 — реле минимального импеданса (ИИ-111); S и в—реле
промежуточное (ЭП-401); 7— реле реактансиое (ИР-105); реле максимального тока (ЭГ-61>; 9- реле направления мощности (ИМ-148);
70—вспомогательное устройство (ВУ-104); 11 — дроссель (ДС-tO); 12 — добавочное сопротивление; 13 — «линкер (ЭС-91); 14 — накладка.
Односистемное исполнение дистанционных защит
СО
00
190
Дистанционные защиты
[ Гл. 4
С учетом равенств
£>1 = /1Z]-/2k(Z2j< + /?),
(«’-«)(*>!-£А)-
получаем:
t4=7K3[(/2-/1)(ZI-Z'1)+/2K/?], (4,88)
здесь Д, Д— составляющие тока в месте установки реле;
Дк—результирующий ток отрицательной последо-
вательности в месте замыкания;
Zj — сопротивление участка: реле — место короткого
замыкания;
Z\ — сопротивление защищаемой зоны.
Близкое совпадение по фазе токов Д и Лх исключает
влияние иа работу синусного реле направления мощности
составляющей напряжения Z2RZ?, т. е. исключает влияние пере-
ходного сопротивления (дуги) в месте повреждения иа работу
защиты. Только при особо неблагоприятных фазовых соотно-
шениях между /2 и 7j (например, при качаниях или большой
одиостороиией нагрузке) знак момента синусного реле может
быть искажен за счет множителя (Д-—Д), входящего в выра-
жения (4,88).
Пример выполнения односнстемной трехфазной направленной
дистанционной защиты от замыканий на землю (фнг. 4,35)
На фиг. 4,35 изображены схемы цепей постоянного н переменного
тока защиты. В качестве синусного реле использован омметр ИР-105,
а в качестве пусковых органов — реле ИИ-111 (в фазах А н В) и реле
минимального импеданса ИР-105 (в фазе С).
Защита действует при однофазных н диухфазных замыканиях иа
землю.
Добавление к напряжению поврежденной фазы, например, фазы А
напряжения — (/д + А ЗД) Z'h отстающего от вектора 7д -f- А ЗД на
угол 180° — у, где у — импедансный угол защищаемой лнннн, осуществля-
ется прн помощи трансформаторов тока ХЭМЗ типа ВУ-104/1, применяе-
мых в защите ИР-105.
Поворот вектора (/д 4- АЗ Д) получаемого иа вторичной стороне
ВУ-104/1, на дополнительный угол а~90° — у осуществлен потенциомет-
рически при помощи активного и индуктивного сопротивлений, включен-
ных со вторичной стороны ВУ-104/1.
На фиг. 4,36 приведены данные испытаний 1 ВУ-104/1 с добавочными
сопротивлениями на .вторичной стороне (для создания необходимого фа-
1 Проведены лабораторией ТЭП.
§ 4,12] Односистемное исполнение дистанционных защит
191
Фнг. 4,36. Зависимости напряжений на выходе ВУ-104/1 от первичного
тока.
7 — без нагруэкй (до перемотки); 2 — без нагрузки (после перемотки): 3 — нагрузка соот-
ветствует а = 10° (после перемотки); 4—нагрузка соответствует а 45° (после перемотки).
Обмоточные данные ВУ-104/1 до перемотки:
« 2 X 9; « 390; ПБД - 1,7; ПЭ - 0,22.
После перемотки: =2х 12; — 780; ПБД —1,4; ПЭ — 0,25
* ф
зового сдвига «), после соответствующей перемотки ВУ-104/1. Перек
мотка преследовала цель сохранить шкалу ИР-14)5 в масштабе нмпе-
дансов.
На случай двухстороннего питания в схеме (фнг. 4,35) предусмотрен
отдельный орган направления мощности 9 (ИМ-148). Замыкающий кон-
такт реле 9 осуществляет запуск ЙР-105 в части постоянного тока, при-
чем ообствеиное время действия этого реле исключает возможность не-
правильной работы защиты nepiB-ой ступени при коротких замыканиях во
второй или третьей зонах.
Размыкающий контакт реле 9 служит для дешунтировання обмоткн
напряжения омметра ИР-405.
Действие защиты ясно нз схемы фнг. 4,35,а, б, в и табл. 4,17.
На фиг. 4,35,г показана схема ИР-105, переделанная ib части inocro-
яиного тока применительно к защите с мгновенным замером во II сту-
пени. Преимущество этой схемы заключается в том, что благодаря на-
чальной фиксации знака момента реле ИР-105 действие защиты не за-
висит от изменений условий короткого замыкания (возрастание сопро-
тивления дуги, переход однофазного замыкания в двухфазное замыкание
на землю и т. д.). Ввиду того, что в начальный момент короткого 'за-
192
Дистанционные защиты
[Гл. 4
мыкання сопротивление дуги относительно мало, погрешности при двух-
фазных замыканиях на землю, обусловленные наличием сопротивления
в фазах, будут сведены к минимуму.
При двухфазных замыканиях на землю сопротивление в отстающей
фазе на работу защиты влияния не оказывает, так как согласно фиг. 4,35,6
отстающая фаза (например фаза С при замыкании на землю фаз В и С}
в замере не участвует.
Т а б л иц а 4,17
Сочетание токов и напряжений в схеме фиг. 4,35
Действуют Омметр
Вид короткого замыкания пусковые органы проме- жуточ- ное ре- ле тск напряжение
Однофазное А В С Двухфазное на землю АВ ВС СА А В С А нли Л, В В илн В, С С нли С, А 5 6 5 6 з/0 и Л ~аА + *3/o)2f Uc-fic+kziolzr, uA-(iA+^ie)Zi йв-Цв+ЫьУг; ifc-Uc+kSf^Zi'
Описанная выше защита от замыканий на землю отличается просто- •
той. Основное ее преимущество то, что при двухстороннем питании пе-
реходное сопротивление Дз в месте повреждения оказывает меньшее
влияние, чем при обычной защите реактансного тнпа, так как распреде-
ление токов нулевой последовательности не зависит от расхождения
э. Д. с. генераторов по фазе, а лишь от параметров схемы нулевой по-
следовательности (*о и близко совпадают по фазе).
Следует отметить, что дальнейшее упрощение схемы при двусторон-
нем питании может быть достигнуто путем перевода измерительного ор-
гана с питания от токовой цепи (3/0) на питание от фильтра напряжения
нулевой последовательности (3£/о). В этом случае короткое замыкание с
направлением мощности короткого замыкания в сторону шин будет рав-
носильно с точки зрения поведения измерительного органа замыканию
вне защищаемой зоны с направлением мощности короткого замыкания от
шин в сторону линии. Иначе говоря, измерительный орган будет в этом
случае исполнять функция также н органа направления мощности.
Область применения защиты (фнг. 4,35)—защита линии с двусто-
ронним питанием НО кв н выше от однофазных и двухфазных замыка-
ний иа землю при условии, что защита от замыканий между фазами вы-
полнена отдельно ^например, по типу фнг. 4,24; 4,26; 4,27; 4,32;
4,33; 4,34).
Схемы IV категории (основанные на сравнении абсолютных
величин илн фазы комленсирова'нных напряжений) обходится без пере-
ключений с фазы на фазу в цепях тока илн напряжения. К числу таких
зашит относится предложенная автором в 1948 г. новая система наира-
§ 4,13 ] Поведение быстродействующих дистанционных реле
193
влеяиой дистанционной защиты от двухфазных к. з.,1 использующая поля-
ризованное реле, реагирующее на знак разности выпрямленных с по-
мощью твердых выпрямителей напряжений
| {/,-AZ', | и |l?a-/aZ'1|,
где Z\ — импеданс защищаемой зоны.
В качестве измерительного органа может быть также применено
импедансное реле любого типа, сравнивающее по величине1 напряжения
{Zj — и {7g — f$Z'].
Такой омметр не дейстиует'прн трехфазных к. э. в зоне н (может
быть нечувствителен к близким двухфазным замыканиям на землю. Эти
случаи к. з. охватываются вторым направленны^ импедансным омметром,
действующим при 2
. Z\
£
6 2
4,13. ПОВЕДЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ДИСТАНЦИОННЫХ
РЕЛЕ ПРИ ПЕРЕХОДНОМ РЕЖИМЕ
Многочисленные экспериментальные исследования, произ-
веденные над открытыми дугами, показали, что непосред-
ственно после возникновения короткого замыкания сопротив-
ление дуги относительно мало. На фиг. 4,37 в качестве при-
мера изображена зависимость сопротивления дуги от времени.
Экспериментальные исследования сопротивлений откры-
тых дуг, проведенные в СССР [Л. 26] и за границей [Л. 25],
свидетельствуют о том, что градиент дуги в значительном диа-
пазоне т. к. з. не зависит от величины тока дуги и составляет
в среднем 1,5 кв/м.
Начальная длина дуги определяется с достаточной для
практики точностью расстоянием между электродами. Поэтому
падение напряжения в сопротивлении дуги для начальных
моментов времени может считаться заданным. В последующие
периоды по мере удлинения дуги (под влиянием в£тра, кон-
векции воздуха и электродинамических усилий) падение напря-
жения Uд в сопротивлении дуги возрастает, причем соблю-
дается примерное равенство
<4=l,We, (4,89)
где 1в — длина дуги в м, U) — в кв.
1 К этой же категории огпнюснтся направленный омметр А. М. Брес-
лера (ант. евнд. № 66343, 1945), реагирующий на знак синуса угла
между АВ%^ И ^ВС !bcz\
2 Ом. примечание 2 на стр. 356.
13 Г. И. Атабеков.
194
Дистанционные защиты
[Гл. 4
Действующее значение сопротивления дуги определяется
как отношение пика напряжения Ud к пику тока 1т в дуге,
т. е. при токе к. з., близком к синусоидальному,
_ юоо/э
гЛ (4,90)
где 1—действующее значение тока в дуге.
Малая величина сопротивления дуги в начальный момент
короткого замыкания позволяет в случае применения ’быстро-
действующих омметров свести до минимума влияние сопро-
тивлений^дуг на замер омметров. При этом оказывается воз-
можным использовать импедансные омметры, в меньшей сте-
пени реагирующие иа погрешность трансфораторов тока при
переходном режиме (в частности, на фазные погрешности),
чем омметры реактансного типа.
Основным доводом в пользу осуществления быстродей-
ствующих дистанционных защит служит соображение об
устойчивости параллельной работы станций: быстрота заме-
ра омметра устраняет влияние на работу омметра уравни-
тельных токов, возникающих в процессе расхождения роторов
генераторов, быстрое же отключение короткого замыкания
предотвращает возможность нарушения устойчивости и выпа-
дения из синхронизма электрических систем. Таким образом,
§ 4,13] Поведение быстродействующих дистанционных реле
тенденция к сокращению времени действия омметров дикту-
ется весьма вескими соображениями.
Применение быстродействующих омметров, имеющих соб-
ственное время действия порядка одного или нескольких
периодов, приводит к необходимости учета влияния иа работу
омметров апериодических составляющих т. к. з., затухающих
с постоянной времени х = . Согласно литературных дан-
ных для воздушных сетей 110 — 380 кв постоянная вре-
мени составляет от 0,00;8 до 0,03 сек., а для мощных
трансформаторов достигает 0,008 сек. По данным лабора-
тории им. А. А. Смурова для генераторов при коротком
замыкании на зажимах т=0,1 сек.; для трансформаторов
до 35 кв при замыканиях иа выводах и при питании от мощной
системы т=0,01 — 0,02 сек.; наконец, для мощных трансфор-
маторов 110 — 220 о величина т может доходить до 0,1 сек.
В зависимости от быстроты действия и конструктивного
исполнения омметров, последний может реагировать либо на
действующие значения тока и напряжения (за п периодов),
либо на их мгновенные значения.
Рассматривая в качестве примера включение линии на ме-
таллическое трехфазное короткое замыкание имеем (без
учета влияния трансформаторов тока):
Z = /m[sin (а>/—а) — sin а е
(4,91)
здесь а — начальная фаза периодической составляющей тока.
Действующее значение тока за п периодов определяется
по формуле
где Т — период.
Отсюда,
[ 0,5 Л-sin2 а ( 1—е ) —
_ ЛГ -2
2т Fin а-[~ыт cos а ( . х /я лл\
—slna^- 14-^3—V1-е Л • <4-92)
При стационарном режиме (n = °o) J-=:Ko,5 = 0,707. При
‘т
переходном же режиме отношение может сильно возрасти.
* i,z
13*
196 Дистанционные защиты [ Гл. 4
Увеличение действующего значения тока приводит в свою
очередь к снижению замера импеданса, т. е. дает отрицатель-
ную ошибку в замере омметра.
Влияние апериодической составляющей тока обычно толь-
ко в малой степени компенсируется влиянием апериодической
составляющей напряжения. Величина последней зависит от
местоположения защиты в системе и параметров цепи. В на-
чале линии электропередачи, питаемой от мощной электри-
ческой системы, апериодическая составляющая напряжения
близка к нулю и поэтому практически не учитывается. В этом
же случае отрицательная погрешность в замере импеданс-
ного омметра получается 'Наибольшей.
Аналогичное явление имеет место и в других точках одно-
контурной цепи при условии равенства постоянных времени
участка реле—место короткого замыкания и всего контура, в
целом. При этом падение напряжения от апериодического
тока в активном сопротивлении участка компенсируется паде-
нием напряжения от апериодического тока в самоиндукции
того же участка.
В случае быстродействующих электромагнитных омметров
возникает опасение, что омметр может реагировать на мгно-
венные значения напряжений и токов: при переходе напряже-
ния через нулевое значение, а тока — через значение, близ-
кое в амплитудному (при наличии большого фазного сдвига,
как это обычно имеет место при коротких замыканиях), ра-
бочий момент омметра минимального импеданса значительно
превысит тормозной; это может обусловить неправильное дей-
ствие защиты.
Существуют различные способы предотвращения непра-
вильного действия электромагнитных механизмов под влия-
нием мгновенных значений электрических величии.
Один из способов заключается в разделении электромаг-
нитной системы катушки иа две части, магнитные потоки в
которых сдвигаются иа 90° (например, при помощи емкости)
Иначе говоря, в каждый данный момент времени магнитные
потоки в обеих частях сердечника равны соответственно
Фт sin (о)/ -|- ф) и Фт cos («)£ 4“ Ф)- Воздействуя иа подвижную
часть электромагнита, эти потоки создают усилие, пропорцио-
нальное сумме квадратов магнитных потоков: Фт3 sin2 (о)£-|“Ф)4“
-4Фтас°52(а)£-|-Ф)~ФлЛ не зависящее от времени.
Второй способ заключается в расщеплении Магнитного по-
тока иа две части при помощи короткозамкнутого витка. В
результате между магнитными потоками, пронизывающими
обе части полюсного наконечника (одна из которых охвачена
§ 4,13] Поведение быстродействующих дистанционных реле
197
короткозамкнутым витком), создается фазовый сдвиг и уси-
лие, воздействующее на якорь, становится независимым от
мгновенных значений напряжения или тока, подводимого к
эл ектром агн иту.
Третий способ сводится к тому, что напряжение (или ток)
предварительно выпрямляется и затем подводится к катушке
электромагнита.
В тех случаях, когда замер импеданса производится в те-
чение первых периодов короткого замыкания, возникает не-
обходимость устранения или возможного уменьшения влияния
апериодических составляющих.
С этой целью предлагалось применять шунтирование токо-
вой катушки реле вспомогательным сопротивлением, постоян-
ная времени которого выбирается равной постоянной времени
первичной цепи короткого замыкания.
Обозначая параметры шунта через гг и Lu а параметры
цепи обмотки реле через г2 и Z2, получаем в результате
решения дифференциального уравнения свободную составляю-
щую, циркулирующую в цепи реле — шунт и затухающую
L I 1м
с постоянной времени т12 = фф . Начальная амплитуда
этого свободного тока равна по величине и обратна по знаку
мгновенному значению периодической составляющей тока
в цепи реле в начальный момент короткого замыкания.
Влияние этого свободного тока иа работу реле может быть
в значительной мере устранено путем уменьшения постоянной
времени Последнее может быть достигнуто за счет уве-
личения сопротивления rg, т. е. путем введения в цепь токо-
вой обмотки реле дополнительного активного сопротивления.
При этом, однако, к. п. д. понижается и трансформаторы тока
перегружаются.
Влияние апериодической составляющей тока не может
быть устранено применением полосового фильтра с полосой
пропускания порядка 45—55 гц, так как при этом следует учи-
тывать переходные процессы, обусловленные самим фильтром.
В тех случаях, когда постоянная времени цепи короткого
замыкания мала, можно спустя примерно один период
(t~0,02 сек.) пренебречь экспоненциальными функциями,
входящими в выражение (4,92). При этом имеем:
Ц = [о,5+ sin2® — ™ sin 2а)]"’. (4,93)
198 Дистанционные защиты [ Гл. 4
Максимальная (положительная или отрицательная) по-
грешность в замере омметра из-за наличия второго слагае-
мого в выражении (4,93) получается при
tg2a = T-^3. (4,94)
4Д4. ПИТАНИЕ ОММЕТРОВ С НИЗКОЙ СТОРОНЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
При установке дистанционных защит на стороне высокого
напряжения станций или подстанций, оборудованных транс-
форматорами напряжения только с низкой стороны, возни-
кает необходимость использования последних для измерения
фазных или линейных напряжений высокой стороны, с ком-
пенсацией фазового сдвига (в случае соединения обмоток
трансформатора по сх^ме звезда-треугольник) и падений на-
пряжений в силовом трансформаторе. Ниже дано описание
предложенных автором способов измерения фазных и линей-
ных напряжений1.
Измерение фазных напряжений. Вариант! (фиг. 4,38, а).
Приняты следующие обозначения:
Л, В, С—для фаз на высокой стороне силового транс-
форматора;
а, Ь, с — то же иа низкой стороне;
ZT — импеданс силового трансформатора 1.
Коэффициенты трансформации силового трансформатора 1
и измерительных трансформаторов 2 и 3 ради упрощения
приняты равными единице; группа соединений обмоток сило-
вого трансформатора: У/Д— И.
На основании метода симметричных составляющих напря-
жение фазы а на низкой стороне силового трансформатора
° а=(Цл + 4 А)®;м°+(Цл+4А) е~ /30°-
Напряжение на вторичной стороне трансформатора напря-
жения о, имеющего ту же группу соединения обмоток, что и
силовой трансформатор, за вычетом падений напряжений
в силовом трансформаторе от тока фазы А равно
4= (4а + 4а^) 430’-^/г0’+ (4а + 4а4)7300-430-
-(4а+4а+4)2г=4а+4а+ 4=4-
1 Авторское свидетельство № 302329 от 27/V 1940 г.
§ 4,14] Питание омметров с низкой стороны трансформаторов 199
Фйг. 438. Схемы для измерения фазных напряжений.
200
Дистанционные защиты.
[ Гл. 4
Аналогично
(7 =(7 (7 — й
Р в т с
Вычитание напряжений в трансформаторе осуществляется
при помощи специальных вспомогательных трансформато-
ров 1 4, включенных во вторичную цепь трансформаторов
тока 2 на высокой стороне силового трансформатора и имею-
щих сердечники с воздушным зазором (для создания э. д. е.,
пропорциональной величине тока).
Вариант II (фиг. 4,38,6). В отличие от варианта I вспо-
могательные трансформаторы 4 включены во вторичные цепи
трансформаторов тока 2, установленных на низкой стороне
силового трансформатора 1.
ч Благодаря принятой нафиг. 4,38,#схеме соединений транс-
форматоров тока 2 получается:
^=(UiA+iiAZT}^.e~^UiA + l\AZT)e-^
— (1а 1с } 3 Zo *3" I
так как
1а - Л = (/ 1а е~/30° + Л а е J/3 =( 1\А + 4л )/3>
Аналогично
и, =йв, й^йс.
Для создания напряжения L/Q ~—/02гвсхеме фиг.4,38,^
использован вспомогательный трансформатор 6, включенный
во вторичную цепь трансформатора тока 5, установленного
в нейтрали силового трансформатора. Следует иметь в виду,
что вспомогательный трансформатор 6 мог бы быть также
включен в нулевой провод трансформаторов тока, соединенных
в звезду на высокой стороне силового трансформатора /.
Преимущество второго варианта перед первым заключает-
ся в возможности использования отдельных и в ряде случаев
более мощных трансформаторов тока 2 на низкой стороне.
В обоих вариантах при соединении трансформатора на-
пряжения по схеме звезда-звезда может быть применен про-
межуточный трансформатор напряжения 3 с соединением об-
моток треугольник-звезда и с коэффициентом трансформации,
равным единице.
1 Применение^трансформаторов 4 предполагает допустимым положить
ZT jxT , что не вносит заметной ошибки в измерения» так как импе-
дансный угол силовых трансформаторов обычню превы$3£т 85°.
§ 4,14 ] Питание омметров с низкой стороны трансформаторов 201
Если нулевая точка силового трансформатора изолиро-
вана, то в обоих вариантах должен быть применен дополни-
тельный трансформатор напряжения, включенный между ну-
левой точкой силового трансформатора и землей (для созда-
ния напряжения t/j).
Измерение линейных напряжений, В тех случаях, когда
для целей измерения или релейной защиты требуется наличие
на высокой стороне только линейных напряжений (это, напри-
мер, имеет место в дистанционной защите от замыкания
между фазами), схемы соответственно упрощаются. .
При коэффициенте трансформации трансформатора, равном
единице:
<4 = 7^(4-4) - <А,
)-;А,
<4 = ТГ/4-<4)-iczT,
откуда __
UA ~йв =VWa -^0А)-(Л -/дИг.
ев-йс=Узфь -uoj-(iB-ic)zT,
йс-йА =/з (йс -й^-ис-/А)гТг
здесь —напряжение нулевой последовательности на
стороне треугольника.
При коэффициенте трансформации силового трансформа-
тора, равном единице:
/л-4=Кз/«,
4-4 =/зЛ,
/с— 4 = /3/е .
Следовательно,
йА-йв
uB-uc=V3{u„-u^-ibzT),
йс-йА =/з(4 -4д-4 zr)-
На фиг, 4,39,а и б показаны возможные варианты изме-
рения линейных напряжений на стороне звезды с помощью
трансформатора напряжения, установленного на стороне тре-
угольника.
202
Дистанционные защиты
|Гл. 4
А в С
6)
Фиг. 4,39. Схемы для измерения линейных напряжений.
§4,15] Многофазные омметры 203
Как видно из полученных выше выражений, линейным
напряжениям со стороньт звезды соответствуют фазные на-
пряжения со стороны треугольника.
Для устранения влияния й0^ нулевая точка трансформа-
торов разземляется.
Во всех предыдущих рассуждениях величину ZT пред-
полагали независимой от режима работы трансформатора,
что с достаточной для практики точностью согласуется с
опытными данными. В частности, при различных насыще-
ниях сердечника силового трансформатора (в пределах ра-
бочей области) изменение в величине реактанса рассеяния
получается ничтожно малым. То же имеет место и в отно-
шении других факторов, влияющих на величину Zr, как-то;
температура обмотки и т. п. Погрешности в измерении на-
пряжений, обусловленные непостоянством величины ZT, не
выходят за пределы точности работы защитной аппаратуры,
в особенности импедансных и реактансных реле. Следует
иметь в виду, что при построении характеристик дистанцион-
ных реле на практике всегда исходят из постоянства
величины Zr.
4,15. МНОГОФАЗНЫЕ ОММЕТРЫ
Установленный выше (§ 4,4)' факт преуменьшения замера
на зажимах одного из омметров при одновременном преуве-
личении замера на зажимах другого омметра в случае не-
симметричных трехфазных коротких замыканий и двухфазных
замыканий за трансформатором с соединением обмоток зве-
зда-треугольник послужил основанием к предположению, что
погрешность в замерах может быть в той или иной степени
устранена применением многофазных омметров.
В 1936 г. возникла идея улучшения замера при между-
фазных коротких замыканиях с помощью трехфазного двух-
элементного омметра.
В 1939 г. в СССР был изобретен трехфазный трехэлемен-
тный омметр, обеспечивающий правильный замер при всех
видах коротких замыканий при условии производства соот-
ветствующих переключений в цепях напряжений в зависимо-
сти от видов повреждения.
Ниже вкратце изложена теория работы многофазного ом-
метра при несимметричных трехфазных коротких замыканиях.
В качестве омметра защиты от замыканий между фазами
может быть применено трехфазное трехэлементное или одно-
элементное (барабанчиковое) реле направления мощности
синусного типа, а также двухэлементное реле направления
Мощности. В случае применения трехэлементного трехфазного
204
Дистанционные защиты
[Гл. 4
реле направления мощности последнее включается на линей-
ные токи и фазные напряжения, компенсированные падениями
напряжений в индуктивном (л\) или полном (Z/) сопротив-
лении защищаемой зоны (фиг. 4,40,6), либо на разность
линейных токов и линейные напряжения, компенсированные
падениями напряжений в указанной зоне (фиг. 4,40,а).
Обозначая через Zj сопротивление участка реле — место
короткого замыкания, получаем выражения суммарной мощ-
ности, подводимой к трехфазному реле, применительно к
расчетной схеме фиг. 4,40,а.
Для схемы включения согласно фиг. 4,40,#
p = {ua -iA ZJ)IA +(UB-IBZ") 1 B+([}c -icz^ic=
=«А'+1В* + Ic 2) - Z/) + IA ‘Ra + IB*RB+ Ic *RC. (4,95)
Для схемы включения согласно фиг. 4,40,а:
Р=(йлв- Iab zi) I АВ+(йвс- iBC z>) iBC+
+ (t/сл - j СА I CA= (Л? + 4с2 + СА ) - А') +
+ 3 UA *RA + IB >RB + Ic *RC). (4,96)
В схемах фиг. 4,40,6 и в компенсация падений напряжений
осуществлена с помощью трансформаторов тока, имеющих
сердечники с воздушными зазорами (ZJ
Реле направления мощности синусного типа реагируют
на мнимую составляющую выражений (4,95) и (4,Уб), т. е.
на
Рг - (Л 2 + 1В 2 + ГС 2) - *l'). (4>97)
Рг = Улв* + 'вс* + V) (*1 - */)• (4.98)
В случае короткого замыкания в защищаемой зоне
и Pr <Z 0. При этом реле действует на отключение. В случае
короткого замыкания во второй или третьей зоне
Рг>0. Как видно из полученных выражений, мощности, на
которые реагируют реле, не зависят от переходных сопро-
тивлений Ra, Rb> Rc. Это положение сохраняет силу также
и в том случае, когда одно из переходных сопротивлений
обращается в бесконечность, т. е. когда имеет место замы-
кание между двумя фазами (при отсутствии тока в неповре-
жденной фазе). При учете нагрузки, т. е. когда ток в непо-
§ 4Д5 ]
Многофазные омметры
205
Фиг. 4,40. Защита от несимметричных трехфазных коротких замыканий
с помощью трехфазного трехэлементного реле направления мощности.
а — расчетная схема; б — включение на линейные токи и фазные напряжения; а — вклю-
чение на разности линейных токов и линейные напряжения.
врежденной фазе отличен от нуля, реле оказывается под до-
полнительным воздействием реактивной составляющей мощ-
ности неповрежденной фазы, вследствие чего при направле-
нии индуктивной мощности от шин в сторону линии защи-
щаемая зона укорачивается, а при обратном направлении
индуктивной мощности удлиняется. Применение избиратель-
ных органов в цепи напряжения уменьшает погрешность
данного реле при двухфазных коротких замыканиях.
206
Дистанционные защиты
I Гл. 4
Фиг. 4,41. Варианты включения многофазных омметров.
а - включение двухэлементного реле направления мощности; б — включение трехфазного
одноэлементного барабанчнкового реле направления мощности.
Исходя из выражений (4,95) и (4,96), можно показать,
что в качестве многофазного омметра может быть применено
также двухэлементное реле направления мощности синусного
типа, включенное по схеме фиг. 4,41,а, либо трехфазное
одноэлементное (барабанчиковое) реле направления мощно-
сти, включенное по схеме фиг. 4,41,6.
В справедливости схемы фиг. 4,41,а можно убедиться,
подставив 1В = — (7Л + 7С) в (4,95):
Р = Фав ~ 1АВ zi) Ia + Фев - Ъ 0.99)
Выражение (4,99) соответствует мощности, измеряемой по
схеме двух ваттметров.
В схеме фнг. 4,41,6 применено трехфазное одноэлементное
(барабанчиковое) реле направления мощности. В соответст-
вии с фиг. 3,7,а на полюсах с четными порядковыми номера-
ми расположены обмотки тока, а иа полюсах с нечетными
порядковыми номерами — обмотки напряжения .(однополяр-
ные концы обмоток обозначены на фиг. 4,41,6 крестиками).
Сочетание токов и напряжений в реле приведено в
табл. 4,18.
§ 4,15]
Многофазные омметры
207
Таблица 4,18
Сочетание токов и напряжений в трехфазном одноэлементном
омметре
Ток Напряжение
&АВ СА~ (iАВ ~~ СА ) Z\
1в &АС ~~ & АВ АС ~ ^АвУ Z\
?с UСВ — АС ~ &СВ — 1 АС )
?В U СА UСВ (?СА ?СВ )
При таком сочетании токов и напряжений барабанчиковое
реле реагирует на мощность:
Р = 1а |рАВ — Оса—(/АВ— 7сд)-2\']“ЬЛв [^АС— UАВ —
--- (/'АС— /дв") ^1'] 4“ /с [£/сА — &ВС—(/ СА- /вс)^/] 4~
Чг / В [^Zsc ~~ £1 АС — {1 ВС — 1 АС ) 2/] =/ А ^/7АВ U СА
---(/ АВ — IcA ) Zl'] +1 в [Ове — UАВ — [1вс — ) Ав] +
44 /с [^СА —&ВС-----(/СА — / вс) ^1] • (4,100)
Полученное выражение тождественно выражению (4,96),
что подтверждает правильность схемы фиг. 4,41,6.
Вышеприведенный анализ работы многофазных омметров
относился к случаю одностороннего питания места поврежде-
ния.
Вопрос о влиянии переходных сопротивлений при двухсто-
роннем питании требует специального разбора. В частности,
нуждается в проверке вопрос о том, какож из падений напря-
жений— реактивное или полное — более выгодно сточки
зрения замера при двустороннем питании использовать для
компенсации (с учетом переходных сопротивлений). Одновре-
менно с теоретическими исследованиями в этой области жела-
тельна также экспериментальная проверка указанного уст-
ройства в условиях эксплоатации.
208 Яредотеращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
ГЛАВА ПЯТАЯ
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ
ЗАЩИТ ПРИ КАЧАНИЯХ
5,1. ЗАЩИТЫ, ПОДВЕРЖЕННЫЕ НЕПРАВИЛЬНЫМ ДЕЙСТВИЯМ
ПРИ КАЧАНИЯХ
Под защитами, подверженными неправильным,действиям
при качаниях, понимаются защиты, могущие действовать не-
правильно при качаниях или асинхронной режиме, возникаю-
щих при нарушении статической или динамической устойчи-
вости параллельной работы.
Неправильное действие защиты при качаниях и асинхрон-
ном режиме может заключаться в отключении неповреж-
денного участка сети или в отказе на поврежденном
участке.
Опыт эксплоатации дистанционных и направленных вы-
сокочастотных защит н теоретический анализ, проведенный
рядом авторов, показали, что эти защиты могут неправильно
. л действовать при качаниях, возникающих в случае нарушений
устойчивости параллельной работы станций.
Одними из первых работ, посвященных аналитическому
изучению поведения защит при нарушениях устойчивости па-
раллельной работы электрических систем, явились исследо-
вания лаборатории им. Смурова, проведенные в 1933 г. [Л. 1].
В течение 1933—1934 гг. по данному вопросу был опублико-
ван ряд статей в журнал ах [Л. 2 и др.].
В этих работах были проанализированы векторные диа-
граммы токов и напряжений в линии, соединяющей две стан-
ции, в зависимости от угла расхождения роторов этих станций.
Были получены кривые изменения основных электрических ве-
личин (напряжений, токов, имиедансов, .реактансов и мощно-
стей) в функции времени, а также кривые распределения им-
педапсов и реактансов вдоль линии для различных моментов
времени (или углов расхождения роторов).
В лаборатории им. Смурова было теоретически и экспери-
ментально изучено поведение реактансиых реле типа LBi
при качаниях [Л. 1, 2].
В 1935 г. опубЛикована работа доктора техн, наук
проф. Н. Н. Щедрина, посвященная вопросу влияния угло-
вого сдвига э. д. с. при качаниях генераторов в сложных
электрических системах на величины т. к. з. и действие ди-
станционных защит [Л. 3].
Работы, проведенные в этот период в Советском Союзе,
особенно в Теплоэлектропроекте, положены в основу разра-
§ 5,1 1 Защиты, подверженные неправильным действиям 209
ботки соответствующих разделов Руководящих указаний по
релейной защите, выпущенных в 1937 г. [Л. 4, 5].
Вслед за этим были проведены исследования в целом
ряде организаций: в Мосэнерго, Уралэнерго и др.
Опыт эксплоатации и теоретические исследования пока-
зали, что вероятность неправильного дей-
ствия защиты при качаниях понижаете
увеличением выдержки времени. Это обуславли-
вается тем, что периоды времени, в течение которых пусковые
органы защиты при качаниях действуют, могут быть меньше
Фиг. 6,1. Кривая действующих значений токов при качаниях.
Im — максимум действующих значений тока при качаниях; Ip,m — ток трогания пусковых
органов; 1р.в’-— ток возврата пусковых органов; /р — выдержка времени защиты.
выдержки времени защиты. На фиг. 5,1 в виде примера пока-
зано действие защиты максимального тока при качаниях. Кри-
вая, приведенная на фиг. 5,1, изображает действующие зна-
чения токов при качаниях [Л. 4].
Защита действует при
< G •
При выдержках времени защиты порядка 1—2 сек. и вы-
ше, при условии быстрого возврата (Пусковых органов и ор-
ганов выдержки времени, действие защиты при качаниях
практически маловероятно, а неправильным действиям при
, качаниях особенно подвержены быстродействующие защиты—
высокочастотная и первая ступень дистанционной защиты.
По данным лаборатории ТЭП действие ре акта йеной за-
щиты (реле ИР-105) во II ступени с выдержкой времени
: I сек. в случае качаний может иметь место только при перио-
дах качаний,, 'больших указанных в табл. 5,1.
Действие дистанционной защиты в I ступени при качаниях
более вероятно в случае реактансных реле, чем импедансных.
Наличие в реактансной защите пускового органа мини-
мального импеданса несколько ограничивает чувствительность
данной защиты к качаниям, однако это ограничение получа-
14 Г. И, Атабеков,
210 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
Таблица 5,1
Периоды качаний, при которых реактансная защита действует
неправильно во II ступени
Диапазон изменения токов при качаниях, а Период качаний, сек. Примечание
0—50 1,2 Диапазон изменения
0—30 1.6 напряжений на зажимах реле при качаниях от 0
0—15 2,2 до 90 в
ется меньшим, чем в импедансной защите, так как импеданс
трогания пускового органа реактансной защиты, как правило,
значительно превышает импеданс первой зоны. Уменьшение
же импеданса трогания пускового органа реактансной защиты
нецелесообразно, так как пусковой орган должен действовать
также и при замыканиях в пределах второй и третьей зон
(с учетом возможных переходных сопротивлений).
5,2. АНАЛИЗ ЗАМЕРОВ ОММЕТРОВ И ВЫРАЖЕНИИ МОЩНОСТЕЙ
НА ЗАЖИМАХ ОРГАНОВ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИ КАЧАНИЯХ
Ниже дай математический анализ замеров омметров и
выражений мощностей на зажимах органов направления,
установленных иа линии, соединяющей две электрические*
станции (фиг. 5,2,а). Предполагается, что э. д. с. и £п
параллельно работающих станций составляют угол 0
Фиг. 5,2. Расчетная схема (а) и векторная диаграмма (б).
(фиг. 5,2,6), величина которого является функцией времени;
Zj и Zn — импедаисы слева и справа от места установки
омметров.
Вывод выражения импедансов и реактансов, замеряемых
омметрами, дан применительно к схеме включения омметров
которая с точки зрения замеров при качаниях (не соп-
§ 5,9]
Анализ замеров омметров при качаниях
211
ровождающихся короткими замыканиями) равноценна схеме
/Д’
Ток / в линии находится из выражения
Zj 4* zn
Здесь принято:
Z —Zj +ZU,
£„ = «£[ еГ1*- (5,2)
Фазное напряжение в месте установки защиты
U=E, —IZl
(5,3)
и, следовательно, импеданс иа зажимах омметра (отнесен-
ный к первичной стороне измерительных трансформаторов)
Z Zn (cos 8 —— J sin 8)
J 1—1—ncos 8-j-jnsin 8 ’ v > /
Соответственно реактанс на зажимах омметра определяется
мнимой частью выражения (5,4):
хп(1—п COs6)4"MJfi (cos 6 — n)— (fj 4“ Гц) я Sin 8 z-
*Р 1 — 2n cos 8 4- я3 ’
♦
При я== 1 расчетные выражения упрощаются. Реактанс на
зажимах омметра становится при этом равным:
X Г sin 8 1 _ ч
= 2‘[1— ctg<?i_coS-e']— . (5,6)
Здесь x = +*ц; у— импедансный
всей системы передачи, т. е. ср = arc tg
угол сопротивления
4* хн
И +гп
Ура вненне'(5,6), выражающее функциональную зависимость
вида хр =f(x[ ), представляет собой уравнение прямой.
В предельном случае при ср =^90° (г( + гп 0) прямая
z пересекает среднюю точку системы передачи, причем слева
имеют место положительные, а справа — отрицательные зиа-
чения хр. Полагая сопротивления станций равными нулю,
т. е. считая сопротивление передачи сосредоточенным в линии,
получаем для двух крайних положений защиты замеры
р
14*
2\2 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
Фиг. 5,3. Зависимость реактанса на зажимах омметра от места в системе
влектропередачи фиг. 5,2 а.
На фиг. 5,3 показана зависимость от —- при импеданс-
ном угле системы ф = 60° для разных значений угла расхо-
ждения роторов 0.
График построен в соответствии с (5,6) по формуле
х_ Г 8 7 Хг
=0,5[1—ctgcpctg у] — —•
Из приведенного графика видно, что в случае соедине-
4/д
иия омметров по схеме — или точка, в которой замер
реактанса равен нулю, по мере увеличения угла 0 переме-
щается по линии слева направо, т. е. от станции с опере-
жающим вектором э. д. с. к станции с отстающим вектором,
проходя в течение одного периода качаний последовательно
все точки систем передачи. Вследствие этого при достаточно
быстром перемещении точки с нулевым реактансом вдоль
линии может иметь место отключение линии от дистанцион-
ной защиты одновременно в нескольких точках.
Вероятность неправильного действия защиты при реактаис-
ных омметрах больше, чем в случае импедансных, так как
на значительном протяжении системы реактанс на зажимах
омметра может быть близок к нул^ или иметь отрицатель-
ный знак.
В частности, для того чтобы импеданс на зажимах ом-
метра был равен нулю, согласно (5,4) при п=1, требуется
соблюдение условия
§ 5,2]
Анализ замеров омметров при качаниях
213
В то же самое время равенство нулю реактанса на зажи-
мах омметра отвечает согласно (5,6) условию
х Г 6 1
*i =Т 1 — ctgipctg у . (5,8)
Иначе говоря, в отличие от импедансного омметра реак-
тансный омметр может иметь замер, равный нулю прн раз-
ных значениях угла 0.
Можно показать, что в случае включения омметров по
(Л
схеме-— направление перемещения точки с нулевым реак-
7 А
тансом изменяется: в этом случае она движется от станции
с отстающим вектором э. д. с. к станции с опережающим
вектором.
Неправильные действия дистанционных защит при кача-
ниях наступают в тех случаях, когда одновременно с заме-
ром реактанса в пределах реактанса трогания защиты дей-
ствуют остальные элементы защиты (пусковой орган, орган
направления мощности). С этой точки зрения представляет
интерес знак мощности, подводимой к органу направления.
При 90° схеме включения реле направления мощности типа
UpIp cos(cpp выражение мощности, на которое реаги-
рует данное реле при качаниях, может быть найдено по
формуле (§ 3,1)
р,^[ГЗ{ЛеМ,]д- (5.9)
С учетом (5,1) и (5,3) выражение (5,9) принимает вид:
^ = 1/3 (4/l/C1— eJ9)-2Zt (1—соз0)еЛ’~9О”)]д =
= /з(т) [(*„ — )sin(<p4-a)(l— cos©)— zcos (!p-j-a)sin0j.
(5.Ю)
Здесь предполагается, что и имеют одинаковый им-
* педансный угол ср.
;• Выражение (5,10) показывает, что зависимость мощности
от z, прямолинейна (фиг. 5,4), а от угла 0 имеет синусо-
идальный характер.
Условием работы органа направления мощности является
или в соответствии с (5,10)
о
—z,—zctg (<? + «)• ctg у >0. (5,11)
Обычно а =30-г- 45° и <р > 60°; поэтому ctg (? + а) <0,
214 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
Фиг. 5,4* Зависимость мощности, на которую реагируют реле направле-
ния типа Uplp cos (<рр4~ 30°) (при схеме 90°), от места установки в
системе электропередачи фиг. 5,2,а прн а —30° (д) н а=:45о((?).
При =0 реле направления мощности действует
6
При условии, ЧТО ctg 2" > 0 или
к > © > 0. (5,12)
При zn—zt<0 условие (5,12) является необходимым,
но не достаточным, так как при этом требуется также соб-
людение неравенства
6
ctg г
(5,13)
tg(<F +«) •
§ 5,2]
Анализ замеров омметров при качаниях
215
Таким образом, взамен условия (5,12) получается условие
где
(5,14)
Чем больше абсолютная разность zn — z{, тем меньше
угол
На фиг. 5,4 изображены графики мощностей на зажимах
реле направления ^отнесенных к J/3—J в функции от •—
при значениях ср и 0, положенных в основу графика фиг. 5,3,
Угол внутреннего сдвига реле принят а=30° (фиг. 5,4,а)
и а — 45° (фиг. 5,4,tf). Графики построены в соответствии
с (5,10) по формуле
( 1 ~2-^-) sin (^-)-а)(1 — cos — cos (? Н- а)sin
т (5,15)
Сопоставление графиков фиг. 5,4 с приведенным выше
графиком фиг. 5,3 показывает, что одновременное действие
омметра и органа направления мощности может иметь место
в значительной части системы передачи.
Формулы (5,6) и (5,10) и соответственно графики фиг. 5,3
и 5,4 получены без учета нагрузок в предположении, что
коэффициент п, входящий в (5,1), р&вен единице.
Поэтому приведенные выводы следует рассматривать в
качестве ориентировочных.
Фиг. 5,5. Расчетная схема для анализа поведения
направленной высокочастотной защиты.
Переходя к рассмотрению поведения при качаниях в си-
стеме направленных защит с блокировкой на постоянном токе
или с высокочастотной блокировкой следует иметь в виду,
что условием, необходимым для действия защиты какого-либо
участка, является получение мощностей одного знака на за-
жимах органов направления, установленных по концам дан-
цогр участка.
216Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
В соответствии с обозначениями, принятыми на фиг. 5,5,
вышеуказанное условие для органов направления мощности,
установленных в точках А и В (фиг. 5,5), выражается сог-
ласно (5,15) следующим образом:
(I — 2 ~ ) sin (<р + а) (1 — cos О) > cos (<Н-а) sin 0,
г ,4 (5J6)
( 1 — 2 — j sin (<p-J-a)(1 — cos 0) <cos (ср4"а) sin
При cp4“0E="K' данное условие сводится к простой зави-
40
симости:
(5,17)
Последнее означает, что средняя точка электрической системы
расположена в пределах защищаемого участка АВ; по обе
стороны от средней точки системы мощность на зажимах ор-
гана направления имеет один и тот же знак и поэтому на-
правленная защита с блокировкой может действовать на от-
ключение.
Дистанционные и направленные защиты с блокировкой,
имеющие пусковые органы и органы направления мощности,
реагирующие на составляющие отрицательной или нулевой
последовательности, при качаниях, не сопровождающихся
короткими замыканиями, в действие не приходят.
К защитам электрических систем, подверженных кача-
ниям, предъявляются следующие требования: »
1. Для повышения устойчивости параллельной работы
станций и уменьшения тем самым вероятности возникновения
качаний необходимо применять, по возможности, быстрое от-
ключение места повреждения.
2. При качаниях в системе, не сопровождающихся корот-
кими замыканиями, релейная защита не должна действовать.
В случае подверженности защит действиям при качаниях тре-
буется применение специальных устройств, предотвращающих
возможность неправильных действий (§ 5,3).
3. При коротких за(мыканиях в системе, сопровождающихся
качаниями, релейная защита должна действовать правильно,
т. е. селективно отключать поврежденный участок. Последнее
выполнимо в случае дифференциальных защит и защит, не
реагирующих на составляющие положительной последова-
тельности.
§ 5,3] Устройства для предотвращения неправильных действий 217
4. При возникновении длительных качаний в системе и
при выпадении из синхронизма параллельно работающих ге-
нераторов их оставление в параллельной работе является, не-
допустимым.
В связи с этим в системах, подверженных качаниям, тре-
буется установка специальных устройств, разделяющих систе-
му при длительных качаниях и при выпадении из синхрониз-
ма параллельно работающих генераторв на отдельные части
с таким расчетом, чтобы генераторы отдельно работающих
частей ие были перегружены, т. .е. место разделения системы
должно, по возможности, совпадать с точкой < раздела на-
грузки [Л. 10].
Благодаря .принятым в GCCP мерам повышения устойчи-
вости работы электрических систем (быстрое отключение к. з.,
форсировка возбуждения, быстродействующее регулирование
напряжения, компаундирование, автоматическое включение ре-
зерва, автоматическая разгрузка, пофазные отключения, АПВ
и т. д.) случаи нарушений устойчивости в настоящее время
крайне редки [Л. 11—13].
5,3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕПРАВИЛЬНЫХ
ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТ ПРИ КАЧАНИЯХ [Л. 6]
Эти устройства имеют цель предотвратить отключение не-
поврежденных участков при качаниях и могут быть разбиты
, на следующие группы:
1. Устройства, действие которых основано иа использова-
нии разной скорости изменения электрических величии при
коротких замыканиях и при качаниях.
2. Устройства, выводящие защиту из действия (с после-
: Дующей деблокировкой):
а) по истечении определенной выдержки времени;
. б) при направлении мощности короткого замыкания к
; шииам;
у в) при возвращении пусковых органов в исходное положе-
^ие.
3. Пусковые органы, выполненные с реле мощности и
Одерживающей обмоткой напряжения.
4. Устройства, не реагирующие на составляющие токов
П й напряжений положительной последовательности.
Устройства, действие которых основано на использовании
разной скорости изменения электрических величин при корот-
ких замыканиях и при качаниях
При качаниях, ие сопровождающихся коротким замыка-
нием, изменение токов и1 напряжений происходит с некоторой
218 Пред°твращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
конечной скоростью. Если принять, что линейный ток при ка-
чаниях изменяется по закону синуса половинного угла [Л. 4]
/? = Z„Sin| = /msin-^, (5,18)
где —максимальное действующее значение тока;
0 — угол сдвига между э. д. с. обоих генераторов;
0^=1»!—ш3 — разность угловых скоростей обоих генераторов,
то скорость изменения тока при качаниях определяется из
выражения:
~dt=-2/mcos -2-al^K.
Здесь в целях упрощения принято const. Наиболь-
шая скорость изменения тока при качаниях соответствует
значению
to t
С 1
COS = 1
или, что то же,
____________________________2А«
(k — целое число или нуль), при этом
(di \ to
-тг) —^lajceK. (5,19)
at /щах 2 m ' *
Принимая минимальную величину периода 7^ — — при
асинхронном режиме порядка 0,1 сек., получаем значение
а)с^62,8, с учетом которого иа основании (5,19) может быть
вычислена наибольшая скорость изменения тока при нару-
шении устойчивости.
В случае короткого замыкания скорость изменения тока
превышает эту величину и последнее обстоятельство может
быть использовано для запуска защиты.
Практическое применение указанного принципа нашло
следующие технические решения.
Устройство, реагирующее на скорость из-
менения токов, превышающую значение, по-
лучаемое на основании (5,19). Такого типа устрой-
ства не дают возможности защите действовать при качаниях,
не сопровождающихся замыканиями, и наоборот, приводят
защиту в действие при повреждениях. На этом принципе, в
частности, основано устройство для деблокировки защити
^ХДР при качаниях.
§ 5,3 ] Устройства для предотвращения неправильных действий 219
На фиг. 5,6 приведена схема присоединения поляризо-
ванного реле, реагирующего на скорость изменения тока. При
изменении в первичной обмотке насыщающегося трансформа-
тора Г[ во вторичной обмотке трансформатора напряже-
ния Т2 наводится э. д. с., пропорциональная скорости измене-
ния магнитного потока.
Последняя с некоторым приближением может считаться
di
пропорциональной скорости изменения тока
При действии поляризованного реле постоянный ток под-
водится к защите на время, достаточное для ее работы. По-
скольку; купроксный выпрямитель не обеспечивает идеально-
Фиг. 5,6. Принципиальная схема присоединения реле, реагирующего на
' скорость изменения тока.
— трансформатор тока (насыщающийся); Г9 — трансформатор напряжения; К—куп-
роксный выпрямитель (двухполупериодный); ЗК — запирающий контур; ПР — поляризо-
ванное реле.
го выпрямления переменного тока и выпрямленный ток со-
держит составляющие d частотой 100 гц, в цепи поляризован-
ного реле предусмотрен запирающий контур для токов двой-
ной частоты. Согласно исследованиям, проведенным лабора-
торией ТЭП, данное устройство не реагирует на качания при
изменении токов в интервале от 0 до 70 а и периодах кача-
ний от 0,1 до 2,5 сек. Наряду с этим обеспечивается дей-
ствие защиты при мгновенном изменении тока на величи-
ну Д/, равную: при ненасыщенном состоянии трансформа-
тора 7\ порядка 3 а (например, при изменении тока от 0 до
3 а или от 5 до 8 с); при насыщенном достоянии трансфор-
матора Тх —величина А / возрастает до 10 а и более (напри-
мер, при изменении от 10 до 20 а и т. д.).
Благодаря применению в схеме фиг. 5,6 поляризованного
реле исключается возможность повторного действия данного
. реле при исчезновении тока короткого замыкания в момент
d[
отключения к. з., когда -- имеет отрицательный знак.
dt
Схема фиг. 5,6 имеет следующие недостатки:
1) Во избежание действия поляризованного реле при ма-
лых периодах качаний и под влиянием составляющих высших
гармоник, наводимых во» вторичных цепях трансформаторов,
данное устройство должно быть достаточно загрубдено, что
220 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
м
Фиг. 5,7. Кривые действующих значений токов в точках 1 и 2 прн пов-
реждении, сопровождаемом качаниями.
ti — момент повреждения в точке К\ /я— момент отключения повреждения.
приводит к понижению чувствительности защиты при корот-
ких замыканиях.
2, Возможно действие защиты при отсутствии поврежде-
ния в момент коммутационных пеоеключений. Так, например,
при отключении одной из линий ток в остающейся параллель-
ной линии возрастает мгновенно и пусковое устройство, реа-
гирующее на скорость изменения тока, может действовать.
Если при этом возникнут качания, защита может действовать
неправильно.
3. При отключении повреждения возможно мгновенное
возрастание тока при условии, что к моменту отключения
повреждения угол сдвига между э. д. с. параллельно работа-
ющих генераторов достигнет значительной величины.
В качестве примера на фиг. 5,7 показана кривая измене-
ний тока в точке 1 при отключении места повреждения К и
возникновении качаний. В момент отключения при расхожде-
нии э. д. с. генераторов на угол, близкий к 180°, мгновенное
возрастание тока в точке 1 приводит к повторному пуску за-
щиты, вследствие чего возможно неправильное действие за-
щиты при последующих качаниях.
Данный недостаток может в ряде случаев не иметь места
благодаря наличию в схеме фиг, 5,6 насыщающегося транр-
§ 5,3 J Устройства для предотвращения неправильных действий 221
форматора 7\. Как указано выше, для повторного действия
поляризованного реле в момент отключения повреждения,
когда трансформатор Т\ насыщен, требуется значительное
возрастание тока.
4. В сетях, в которых возможно каскадное действие за-
питы, пусковое устройство, реагирующее на скорость изме-
1ения тока или напряжения, должно подводить постоянный ток
с защите на время, большее времени каскадною отключения.
В связи с этим при качаниях, возникших до истечения ука-
занной выдержки времени, возможно неправильное действие
защиты.
Устройства, реагирующие на скорость изменения напряже-
ний, могут действовать при перегорании предохранителей в
цепях напряжений и поэтому требуют блокировок, предотвра-
щающих неправильное действие защиты в этих случаях.
Следует иметь в виду, что при применении устройств, реа-
гирующих на скорость изменения токов, требуется установка
этих устройств на каждой из линий в отдельности в то время,
как устройство, реагирующее на скорость изменения напря-
жений, может быть общим на все комплекты защиты, приклю-
ченные к одной и той же системе шин.
В 1940 г. в Энергетическом институте АН СССР был
предложен оригинальный способ блокировки защит при кача-
ниях, основанный на сравнении электрических величин (на-
пряжений или токов) на входе и выходе цепочечной схемы.
Устройство, состоящее из двух реле с раз-
ными уставками, основанное на том, что при
коротких замыканиях значения токов, напря-
жений и импедансов изменяются мгновенно,
а при качаниях постепенно. Принцип блокировки
защиты на основе учета разной скорости изменения элек-
трических величин при коротких замыканиях и качаниях
впервые предложен в СССР в 1’934 г. инж. О. В, Сусловым
Значительно позже, примерно в 1937 г., этот принцип начал
применяться за границей.
Если пусковой орган выполнен состоящим, например, из
двух реле минимального импеданса с разными уставками им-
педансов трогания, то при коротких замыканиях оба реле
действуют практически одновременно, а при качаниях—не-
одновременно: в последнем 'Случае защита может быть выве-
дена из действия.
1 Авторское свидетельство иа имя О. В. Суслова № 48718, 7/V1II
" 1934 г.
222 Н редотв ращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
Фиг. 5,8* Кривая изменения значений импеданса прн динамическом нару-
шении устойчивости (в результате отключения одной из параллельных
линий).
— момент отключения линии 1 — 3; момент трогания первого реле минимального
импеданса, имеющего уставку z'pm; t3 — момент трогания второго реле минимального
импеданса, имеющего уставку z"p^m; — момент возврата второго реле минимального
импеданса.
Этот принцип использован в защитах фирмами СdС/(реак-
та иси а я защита типа RXAP) и Вестингауз (высокочастотная
защита в комбинации с импедансной типа HZ).
На фиг. 5,8 в качестве примера показано действие устрой-
ства при динамическом нарушении устойчивости в результа-
те отключения одной из параллельных линий (без короткого
замыкания).
В момент отключения линии 1-3 (время /х) импеданс
на зажимах реле в точке 2 падает, так как весь ток стан-
ции М начинает протекать по оставшейся в работе линии.
В связи с отключением линии 1-3 отдаваемые активная
и реактивная мощности станции М несколько снижаются,
в результате чего генераторы станции М получают избы-
точный момент в сторону ускорения. Это дополнительно
увеличивает ток в линии 2-4 и, следовательно, импеданс
снижается. В момент времени /2 приходит в действие пер-
вое реле минимального импеданса с импедансом трогания 2/ т,
а в момент времени /3—второе реле минимального импеданса
с импедансом трогания zp т. Последнее возвращается
в исходное положение в момент времени /4, следующий
за первым полупериодом качаний, когда импеданс на зажи-
мах реле становится равным импедансу возврата в. Нако-
§ 5,3 ] Устройства для предотвращения неправильных действий 223
Фиг. 5,9. Кривая изменения значений импеданса при динамическом нару-
шении устойчивости (в результате короткого замыкания в точке JQ,
it -- момент повреждения в точке К; У9 — момент отключения повреждения; tt — момент
возврата реле минимального импеданса, имеющего уставку znpM\ Л— момент возврата
реле минимального импеданса, имеющего уставку zfp m\ и /в — моменты трогания обоих
реле в последующем периоде качания.
нец, в момент времени /5 возвращается в исходное положе-
ние первое реле, имеющее импеданс возврата в.
В интервале времени от до 1$ должна действовать бло-
кировка, выводящая защиту из работы.
При динамическом нарушении устойчивости указанная
блокировка приходит в действие в первом же периоде кача-
ний, когда указанные выше реле минимального импеданса
поочередно возвращаются в исходное положение.
На фиг. 5,9 в качестве примера показан другой случай
динамического нарушения устойчивости (в результате ко-
роткого замыкания в точке ТС). Реле минимального импе-
данса, имеющее уставку возвращается в исходное
[сложение в момент времени /3, а реле, имеющее уставку
'р т» —в момент времени /4, т. е. неодновременно. При этом
ащита блокируется. В последующие 'Периоды качаний оба
1еле минимального импеданса приходят в действие неодио-
(ременно (например, в моменты /5 и /6).
Разница в уставках пусковых реле должна быть тем боль-
пе, чем меньше ожидается период качаний. При малых пе-
шодах качаний может потребоваться столь большая разница
в уставках, что чувствительность защиты при коротких замы-
каниях окажется недопустимо низкой (особенно в случаях
длинных линий). В частности, в защите HZ разница в устав-
ках достигает 80%.
224 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
Экспериментальные исследования, проведенные лаборато-
рией Теплоэлектропроекта, показали, что в целях ускорения
действия такого рода блокировок возможно применение реле
с нормально замкнутыми контактами1 (фиг. 5,10).
Для обеспечения при качаниях действия схемы фиг. 5,10
необходимо, чтобы разница в уставках пусковых органов 1
и 2 составляла не менее 30% (при пусковых органах макси-
мального тока типа ЭТ и при быстродействующих пусковых
органах минимального импеданса).
Разница в уставках пусковых органов 1 и 2 должна быть
тем больше, чем меньше период качания, например, при пу-
сковых органах максимального тока и токах трогания 7,5 а
(реле ПО-1) н 10 а (реле ПО-2) неправильное действие за-
щиты возможно при периодах качаний, меньших указанных
в табл. 5,2 по данным лаборатории.
СД
Дг
Таблица 5,2
Периоды качаний, при которых
может иметь место неправиль-
ное действие устройства по
схеме с пусковыми органами
максимального токв
(реле типа ЭТ)
Диапазон изменения Период качаний,
токов при качанивх, а сек.
Фиг. 5,10. Выведение защиты из дей-
ствия при медленном изменении тока
и напряжения.
TJ0-1, 770-2—пусковые органы защиты, имею-
щие неодинаковые уставки трогания; Э/Z—ре-
ле промежуточное; СД —сопротивление до-
бавочное
0—15 0,13
0—30 0,42
0—50 0,89
Указанный способ выведения защиты из действия при ка-
чаниях предотвращает неправильное действие защиты как
при статическом, так и при динамическом нарушении устой-
чивости параллельной работы станции. При этом в схемах им-
педансной защиты в* качестве двух реле с разной чувстви-
тельностью могут быть использованы орган минимального им-
педанса и омметр II ступени.
Описанный способ имеет следующие недостатки.
1. Возможно неправильное действие защиты после отклю-
чения повреждения до момента действия блокировки (в про-
межутке между t2 и h фиг. 5,8).
2. Для обеспечения правильного действия устройств при
1 По предложению С. П. Иноземцева (1940 г.).
§ 5,3' Устройства для предотвращения неправильных действий 225
малых периодах качания^
разница в уставках пуско-
вых органов должна быть
достаточно велика.
В схемах реактансной
защиты наличие второго
пускового органа мини-
мального импеданса по-
нижает чувствительность
защиты, что может при-
вести к отказу защиты в
действии, например, при
замыканиях через пере-
ходные сопротивления.
В связи с этим данное
устройство может при-
меняться, главным обра-
зом, в дистанционной за-
щите импедансного типа,
где в качестве двух пу-
сковых органов данного
Ю-А ЗП-1А
ЛААл—
/7W ЭП-18
ПО~С ЗП-1С
—<<-0- ~~ WV—
зп-м
ЗП~18
зп-^ё
зв-т
-vw-
СД
зп-г
эп*г
ЗП-1А ЗГНв ЗП-1С
*ААА о—о о
ЗЛ-2
Рель joutuai^
Фнг. 5,11. Устройство для выведения
защиты из действия с выдержкой вре-
мени и с последующей деблокировкой.
ПО—пусковой орган защиты; ЭП-1- проме-
жуточное реле; ЭП-2— промежуточное реле;
Зв-1, 2 — реле времени; СД — сопротивление
добавочное.
устройства могут быть использованы пусковой орган мини-
мального импеданса и омметр II ступени.
Цри этом для обеспечения надежного действия устрой-
ства пусковые органы должны быть быстродействующего
типа.
Устройство, выводящее защиту из действия на определенное
время после истечения времени, необходимого для отключения
повреждений на защищаемой линии
Для каждой защиты может быть установлена определен-
ная выдержка времени, в течение которого защита должна
подействовать при условии, если повреждение будет нахо-
диться в защищаемой зоне. Если по истечении этой выдержки
Времени не последует отключение, то это будет означать, что
повреждение находится вне зоны данной защиты и поэтому во
избежание неправильного действия при последующих кача-
ниях эта защита может быть заблокирована. Деблокировка
защиты, т. е- введение ее в действие, должна последовать с
некоторой выдержкой времени, при условии, если качания
после отключения замыкания не возникнут. В противном слу-
чае защита должна быть выведена на все время качаний.
На фиг. 5,11 приведена схема устройства, основанного на
описанном принципе.
Преимуществом данного принципа является его простота.
Недостатком же его является возможность неправильного
15 Г. И. Атабеков.
226 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
действия защиты три качаниях, до того как подействует дан-
ная блокировка. Кроме того, при повреждениях, следующих
после действия блокировки, время отключения возрастает.
Данный способ является тем более эффективным, чем
меньше время действия защиты.
Устройство, выводящее защиту из действия при направлении
мощности короткого замыкания к шинам
При направлении мощности короткого замыкания к шинам
защита может быть выведена из действия во избежание не-
правильной работы при последующих качаниях, так как вы-
1
Цепь защиты
Фиг. 5,12. Выведение защиты из действия при направлении мощности корот-
кого замыкания к шинам с последующей деблокировкой.
//Q — пусковой орган защиты; ЭН — промежуточное реле; ЗВ — реле времени; ИМ—реле
направления мощности; СД — сопротивление добавочное.
бор направления к шинам означает, что повреждение нахо-
дится вне защищаемой зоны.
При наличии высокочастотной блокировки или блокировки
на постоянном токе защита может быть выведена из действия
на обоих концах неповрежденного участка.
При отсутствии указанной блокнро(вки те комплекты за-
щиты, которые не были выведены из действия при коротком
замыкании (вследствие направления мощности короткого за-
мыкания от шин в линию), могут быть выведены из действия
в случае последующих качаний при первом же изменении
знака мощности (в первом полупериоде).
На фиг. 5,12 приведена схема устройства, основанного на
указанном принципе.
Так же как и в предыдущем случае, способ отличается
простотой. К недостаткам его относятся:
§ 5,3 ] Устройства для предотвращения неправильных действий 227
1) оставление в действии тех комплектов защиты, в ко-
торых пусковые органы при замыкании не подействовали (на-
пример, при удаленном замыкании);
2) оставление в действии тех комплектов защиты, в ко-
торых мощность короткого замыкания направлена от шин в
линию; эти комплекты защиты могут при качаниях действо-
вать неправильно, причем чем дальше отстоит орган направ-
ления мощности от электрического центра, тем большую часть
периода качаний мощность на зажимах органа направления
не меняет своего знака;
3) при выведении из действия II ступени дистанционной
защиты последняя не резервирует защиты соседнего повреж-
денного участка с выдержкой времени II ступени.
Фнг. 5,13. Случай каскадного отключения лнннн 1 — 3.
Так, например, при повреждении одной из параллельных
линий и перемене направления мощности в неповрежденной
линии после отключения выключателя 1 (фиг. 5,13) защита 2
рстается заблокированной и не резервирует защиту 5.
Устройство, временно выводящее защиту из действия при
возвращении пусковых органов в исходное положение
Если после отключения повреждения пусковые органы
возвращаются в исходное положение, то защита может быть
выведена из действия на время, большее возможного периода
качаний с таким расчетом, чтобы в случае,возникновения ка-
чаний после отключения повреждения защита оставалась
заблокированной на все время качаний.
На фнг. 5,14 приведена схема устройства, основанного на
указанном принципе.
При пусковых органах максимального тока н изменении то-
ков при качаниях от 0,1 до 1,5 /р.т и выше блокировка дей-
ствует надежно, если период качаний после отключения ко-
роткого замыкания превышает 0,1 'Сек.
Указанный способ, отличающийся простотой, имеет сле-
дующие недостатки:
1. Защита может действовать неправильно при качаниях
до того, как подействует блокировка, а именно:
а) при нарушении статической устойчивости — первом же
периоде качаний;
15*
228 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
ПО-А ЗП-1А
ПО-С ЗЛ-1С
ЗП-1А
ЗП-18
ЭЛ-1С
СД
-ъ-
зп-г
-W
м-г
зп-з
ЛУг
ЗП- ГА ЗП~!6 ЗП-1С
^~ЗП^
ЗВ
ЗЛ-1А ЭЛ-1В ЗП-Гй
зп 3 0
Uem> защиты
Фиг. 5,14. Выведение из действия при
возврате пусковых органов в исходное
положение.
ПО — пусковой орган защиты; ЭП-1 — промежу-
точное реле; ЭП-2— промежуточное реле;
ЭП‘3—промежуточное реле; СД — сопротив-
ление добавочное; ЭВ реле времени.
ЗЛ-fB
F
б) при качаниях, воз-
никших после отключения
короткого замыкания, —
на тех линиях, на кото-
рых пусковые органы за-
щиты не пришли в дейст-
вие во время короткого
замыкания (например,
вследствие отдаленности
точки повреждения или
разветвления токов по па-
раллельным ветвям);
в) прн качаниях, воз-
никших в процессе корот-
кого замыкания на не-
поврежденных участках
до окончания короткого
замыкания;
г) при качаниях, воз-
никших в процессе корот-
кого замыкания, — после отключения поврежденного участка;
в этом случае может иметь место возрастание тока после от-
ключения повреждения; вследствие этого пусковые органы мо-
гут не возвратиться в исходное положение до тех пор, пока ток
(или импеданс)’ не достигнет величины тока (или импеданса)
возврата* Поскольку в этот период времени защита еще ие
будет выведена из действия, то может иметь место -непра-
вильное действие защиты.
Следует иметь в виду, что к концу первого периода кача-
ний после момента отключения повреждения ток в линии
может не уменьшиться до величины тока возврата.
На фиг. 5,15 показана кривая изменения действующих зна-
чений токов при замыкании, сопровождаемом качаниями.
В процессе короткого замыкания (в интервале от f\ до t2)
ток постепенно нарастает вследствие расхождения э. д. с. по
фазе. В момент времени h ток может не снизиться до тока
возврата пускового органа из-за наличия тока нагрузки, не-
равенства э. д. с. и вследствие того, что угол сдвига между
векторами э. д. с. при отсутствии асинхронного режима может
быть неравен нулю.
2. Если при качаниях или после отключения поврежде-
ния, когда защита выведена из действия, возникнет повтор-
ное короткое замыкание, то действие защиты возможно толь-
ко при наличии специального- деблокирующего устройства.
При этом в зависимости от типа этого устройства введение
защиты в действие может происходит с определенной вы-
§ 5,3 ] Устройства для предотвращения неправильных действий 229
держкой времени при всех видах замыканий между фазами
или только при симметричных замыканиях (между тремя
фазами).
Пусковые органы, содержащие реле максимальной мощ-
ности с удерживающей обмоткой напряжения
Для уменьшения вероятности действия защиты при кача-
ниях существуют пусковые органы, совмещающие в себе од-
Фиг. 6,15. Кривая изменения действующих значений токов при повреж-
дении, сопровождаемом качаниями.
— момент повреждения; tt — момент отключения повреждения; /а — момент окончания
первого периода качания; Ip,m — ток трогания пусковых органов; 1р.Л — ток возврата пус-
ковых органов.
непременно функции органов пуска и направления мощности
(например, пусковые органы GCX).
Такие пусковые органы содержат тормозной элемент,
имеющий момент, пропорциональный .квадрату напряжениями
рабочий элемент с моментом, пропорциональным мощности.
Подробнее этот вопрос рассмотрен в § 4,11 ив гл. 9.
‘Устройства, не реагирующие на составляющие токов и напря-
жений положительной последовательности
Прн качаниях, не сопровождающихся несимметричным
повреждением, в электрической системе протекают только то-
ки положительной последовательности. Поэтому органы, не
реагирующие на составляющие токов или напряжений поло-
жительной последовательности, на качания не реагируют.
Существуют следующие две категории устройств, не реа-
гирующих на составляющие положительной последователь-^
кости:
а) реле максимального тюка, напряжения или мощности
нулевой последовательности.
б) реле максимального тока, напряжения или мощности
отрицательной последовательности.
Первая группа устройств предназначена для защит от за-
мыканий на землю.
230предотвращение неправильных действий защит при качаниях [Гл. 5
Вторая группа устройств предназначена как для защит от
замыканий между фазами так н для защит от замыканий на
землю.
В противовес высказываниям насчет пригодности таких
устройств только для несимметричных коротких замыканий
в 1937 г. была выдвинута идея о том, что даже и при" трех-
фазном коротком замыкании можно рассчитывать на крат-
ковременное появление составляющих отрицательной после-
довательности (вследствие неодновременное™ перекрытия
всех трех фаз).
Принцип деблокировки защиты токами отрицательной по-
следовательности был реализован в схеме реактансной защи-
ты RXAP.
Самостоятельное развитие в больших масштабах приобрел
этот вопрос в СССР, где устройство, реагирующее на появ-
ление составляющих отрицательной последовательности, ста-
ло широко применяться в качестве основного вида блокиров-
ки при качаниях [Л. 7, 8].
Большая доля заслуги в деле практического разрешения
этого вопроса принадлежит отдельным энергосистемам Сою-
за, которые впервые эксплоатацнонно проверили возможность
применения блокировок с помощью реле напряжения отрица-
тельной последовательности и внесли уточнение в отношение
областей применения реле максимального тока и напряжения
отрицательной последовательности.
Опыт эксплоатации этих устройств оказался вполне поло-
жительным, [Л. 8].
Теоретические исследования показали \ что (Кратковремен-
ного появления напряжения ла выходе фильтра отрицатель-
ной последовательности следует ожидать даже при одновре-
менно1м замыкании всех трех фаз, так как, оно обуславливает-
ся переходными процессами в фильтре.
Таким образом, реле, реагирующие на составляющие отри-
цательной последовательности, при замыканиях между тремя
фазами кратковременно приходят в действие, что позволяет
обеспечить, работу защиты при всех видах повреждений 1 2.
Схема устройства должна быть выполнена таким образом,
чтобы постоянный ток подводился к защите только на> время,
достаточное для ее действия 3.
1 См., например, гл. 1, примеры 1,4 и 1,5.
2 На практике имели - место единичные случаи отказа реле отрица-
тельной последовательности в действии во время опытов со включением
выключателя на закорючку.
3 Если защита выполнена с помощью реле направления, реагирую-
щего на мощность отрицательной или нулевой последовательности, то
защита может вводиться в действие иа все время, в течение которого
существует мощность отрицательной или нулевой последовательности.
§ 5,3 J Устройства для предотвращения неправильных действий 231
Общий недостаток, свойственный блокировкам с помощью
составляющих отрицательной последовательности, заключает-
ся в невозможности быстрого выведения защиты из действия
на тех участках сети, где вероятна каскадная работа защи-
ты (фиг. 5,16).
Некоторое осложнение вносит также то обстоятельство,
что в момент отключения симметричного повреждения воз*-
можно кратковременное появление напряжения на выходе
фильтра U2 из-за (неодновременного размыкания контактов
Фиг. 5Д6. Случай каскадного отключения линии I — 2.
выключателя, либо вследствие переходных процессов, возни-
кающих в фильтре при восстановлении напряжения в системе.
В виде примера на фиг. 5,17 и 5,18 приведены принципи-
альные схемы устройств для предотвращения неправильного
действия защиты при качаниях, реагирующие на появление
отрицательной последовательности.
Схема с деблокировкой от реле мини-
мального напряжения1 (фиг. 5,17) [Л. 7, 8]. При
появлении напряжения отрицательной последовательности раз-
мыкающий контакт реле ЭН-2 разрывает цепь обмотки проме-
жуточного (реле ЭП-1, которое осуществляет следующие функ-
ции.- дополнительно размыкает цепь своей обмотки, (приводит
в действие промежуточное реле ЭП-2 н замыкает цепь быстро-
действующей защиты.
Реле ЭП-2 приводит в действие реле времени, которое по
истечении времени, достаточного для действия быстродейст-
вующей защиты, замыкает контакт и приводит в исходное по-
ложение реле ЭП-1.
Реле ЭП-2 удерживается до отключения повреждения
1 Схема фиг. 5,17 разработана по материалам авт. овид. № 61423 oj
10/IV 1938 г. на имя А. Барзама.
232 Предотвращение неправильных действий защит при качаниях [ Гл. 5
А
в
с
Филыпр
Фиг. 5,17. Схемы цепей постоян-
ного тока и цепей нгщряжения
устройства, реагирующего на по-
явление напряжения отрицатель-
ной последовательности с дебло-
кировкой от реле минимального
напряжения.
ЭН-1 — реле минимального напряжения;
ЭП-1 — реле промежуточное; феле
максимального напряжения; ЭВ — реле
времени.
в сработанном состоянии за-
мыкающими контактами реле
ЭН-2 (при наличии напряже-
ния отрицательной последова-
тельности), или реле ЭН-1 при
замыканиях между тремя фа-
зами (<во избежание повторного
действия реле ЭП-1).
Последовательно с замы-
кающим контактом ЭН-1 пре-
дусматривается замыкающий
контакт ЭП-2 для обеспечения
действия защиты при замыка-
ниях в процессе качаний. Прн
отсутствии этого контакта в
случае качаний могло бы дей-
ствовать реле ЭП-2, которое в
свою очередь могло бы приво-
дить в действие реле ЭВ.
В схеме предусмотрен за-
медленный возврат контактов у
реле ЭП-2 для того, чтобы
после отключения поврежде-
ния размыкающий контакт реле
ЭН-2 вернулся в исходное по-
ложение раньше, чем успеет
разомкнуться контакт реле ЭВ.
Выдержка времени реле ЭВ
выбирается больше времени
действия защиты (с учетом
каскадного действия). Схема
фиг. 5,17 имеет следующие не-
достатки:
1. Если повреждение отключится со временем, меньшим
выдержки времени реле ЭВ, то неправильное действие защи-
ты может иметь место после отключения повреждения до то-
го момента, как защита будет выведена из действия.
2. В кольцевых сетях или на параллельных лнйнях необ-
ходимо выбирать выдержку времени реле ЭВ с учетом кас-
кадного действия защиты, вследствие чего возможность не-
правильного действия защиты в соответствии с n. 1 увеличи-
вается.
3. При отдаленных замыканиях или замыканиях через пе-
реходное сопротивление реле ЭН-1 может не действовать.
В этом случае при отключении повреждения возможен пов-
§ 5,3] Устройство для предотвращения неправильных действий 233
торный запуск защиты вследствие кратковременного появле-
ния составляющих отрицательной последовательности.
4, Возможность неправильного действия защиты три ка-
чаниях, возникших в результате коммутационных операций,
при которых возможно кратковременное появление состав-
ляющих отрицательной последовательностн (вследствие неод-
новременного замыкания или размыкания контактов выклю-
чателей), например, при неправильной синхронизации.
Схема с деблокировкой от реле времени1
(фиг. 5,18).
Фиг. 5,18. Схема цепей постоянного тока устройства, реагирующего на
появление напряжения отрицательной последовательности с деблокиров-
кой от реле времени.
ПО — пусковой орган; ЭП—реле промежуточное; ЭВ — реле времена (модифицирован-
ное); ЭС~ б линкер; СД — сопротивление добавочное.
Отличительной особенностью схемы фнг. 5,18 является
деблокировка с выдержкой времени, большей максимально
возможного времени отключения повреждения/
Благодаря этому повторное появление напряжения отрица-
тельной последовательности при отключении повреждения ие
отражается на работе схемы и надобность в реле минималь-
ного напряжения отпадает.
В схеме применено модифицированное реле ЭВ с двумя
выдержками времени.
Как видно из фнг, 5,18, реле ЭВ приходит в действие после
срабатывания реле ЭП и самоудерживается своим мгновен-
ным контактом.
По прошествии выдержки времени, достаточной для дей-
ствия защиты, замыкается контакт ЭВ с первой выдержкой
времени н реле ЭП возвращается в исходное положение.
1 Схема разработана Г, И. Атабековым и Я. М. Сиородйнским
(январь 1Й1 г.).
234
Фильтры симметричных составляющих
[ Гл. 6
Деблокировка всей схемы происходит после замыкания кон-
такта ЭВ со второй выдержкой времени.
Мгновенный контакт реле времени, осуществляющий са-
моудержнвание этого реле, регулируется таким образом, что,
при деблокировке схемы он размыкается с некоторым опере-
жением по сравнению с контактом, имеющим предельную вы-
держку времени (во избежание многократного действия схе-
мы прн деблокировке).
В цепи обмотки ЭП предусмотрен переключающий контакт
реле напряжения или тока отрицательной последовательности
ПО в целях предотвращения повторного действия реле ЭП
после деблокировки всей схемы в случае длительного появле-
ния напряжения или тока отрицательной последовательности,
например, вследствие перегорания предохранителя в цепи на-
пряжения или неисправности в цепях тока (на этот же слу-
чай в схеме предусмотрено сигнальное реле ЭС).
Преимущество схемы фиг. 5,18 перед схемой фнг. 5,17 за-
ключается в большей простоте схемы, а также в устранении
недостатка схемы фиг. 5,17, указанного в п. 3.
Прн этом не требуется применение реле минимального на-
пряжения, термически устойчивого реле времени н промежу-
точного реле с задержкой при возврате. Следует иметь в (виду,
что в соответствии со схемой фиг. 5,18 быстродействующая
защита выводится из действия после отключения поврежде-
ния на время, достаточное для того, чтобы'прн отключениях
в системе не происходил повюрный пуск защиты.
В процессе длительной эксплоатацин этих устройств не
зарегистрированы случаи повторных коротких замыканий,
в моменты, предшествующие деблокировке схемы, однако, ве-
роятность их (полностью не исключена.
Применительно к схеме фит. 5,18 следует иметь в виду,
что прнниципнальнс имеется возможность ускорить деблоки-
ровку прн повторных несимметричных коротких замыканиях,
а также после действия разрядников и прн (работе АПВ.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ1
6,1. КРАТКИЙ ОБЗОР
Создание метода симметричных составляющих послужило
началом развития схем релейной защиты н автоматики, осно-
ванных иа выделении составляющих напряжений и токов фа-
зовых последовательностей с помощью фильтров.
Принципиальная и конструктивная разработка фильтров
1 Написано совместно с канд. техн, наук Я, М, Смородинским,
§ 6,1 ] Краткий обзор 235
сопутствовала развитию самого метода симметричных состав-
ляющих [Л. 1, 2].
Первые устройства, предназначенные в основном для изме-
рения составляющих положительной н отрицательной после-
довательностей, отличались относительной сложностью н не-
совершенством конструкции. Этим отчасти н объясняется тот
факт, что, несмотря на неоспоримые преимущества фильтро-
вых защит, последние не находили в начале широкого рас-
пространения на практике. С другой стороны, развитие энер-
гетических систем и самой техники релейной защиты того
времени находились на таком уровне, что не ощущалось осо-
бой потребности в использовании преимуществ, даваемых
фильтровыми схемами. Так, электрические системы не дости-
гали еще пределов статической н динамической устойчивости
и не нуждались в связи с этим в применении специальных
фильтровых устройств, предотвращающих неправильные дей-
ствия защит прн качаниях.
Ввиду отсутствия длинных и сильно1 нагруженных магист-
ралей вопрос о чувствительности пусковых органов не вставал
во всей своей остроте. В результате в течение долгого вре-
. мени в технике релейной защиты применялись лишь простей-
шие типы фильтров — составляющих нулевой последователь-
ности.
К числу первых сложных фильтровых защит, использую-
щих составляющие отрицательной последовательности, сле-
дует отнести защиты, описанные в литературе, в 1935 г. не
получившие, однако, широкого применения.
Разработка фильтров тока и напряжений отрицательной
последовательности в СССР начата в 1933 г. в лаборатории
им. проф. Смурова, применительно к защите двигателей и ли-
ний, а вслед за этим заводом ХЭМЗ (применительно к защи-
те КР-121).
В работе д-ра тен. наук проф. П. Л. Калантарова, опубли-
кованной в 1937 г. [Л. 10], впервые произведено обобщение
ряда фильтров симметричных составляющих на основе мосто-
вых схем. П. Л. Калантаровым показана возможность пере-
хода от мостовых схем к двух- и трехэлементным, частными
случаями которых являются фильтры Олкатта и фильтры с
делителями.
В связи с необходимостью предотвращения неправильного
действия защит при качаниях практическое применение в СССР
получили блокировки на фильтрах составляющих отрицатель-
ной последовательности, описанные в гл. 5.
Перед началом второй мировой войны в СССР и за гра-
ницей началась разработка с последующим внедрением в экс-
236
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
плоатацию более сложных фильтровых схем, использующих
симметричные составляющие илн комбинации их.
Применение фильтров в большой мере способствовало упро-
щению указанных защит благодаря их односистемному ис-
полнению. Описание и разбор этих защит приведены в гл. 7 и 8.
За последние годы вопрос о фильтровых схемах приобред
особую актуальность в связи с применением устройств для
выбора поврежденной фазы прн однофазных отключениях
линий, а также в связи с разработкой фильтровых защит ге-
нераторов и новых фильтровых высокочастотных защит.
6,2. ИСХОДНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Фиг. 6,1. Фильтры
каждый из них
А в С
Фильтром симметричных составляющих напряжений или
токов принято называть устройство, подключаемое к трех-
фазной электрической цепи, на выходных зажимах которого
получаются напряжения или токи, пропорциональные соот-
ветствующим симметричным составляющим одноименных фа-
зовых последовательностей на входе его. Коэффициенты про-
порциональности, именуемые в дальнейшем коэффициентами
фильтра (£\, fe, &о), задаются в зависим ости от типа фильтра
может представлять ком-
плексную величину или
быть равным нулю, Во
всех случаях, рассматри-
ваемых ниже, эти коэф-
фициенты будут приняты
для симметричных состав-
ляющих фазы А.
Фильтр может быть
выполнен с тремя или че-
тырьмя входными зажи-
мами в зависимости от его
конструктивных особен-
ностей и типа. Подробнее
этот вопрос будет рас-
смотрен ниже.
Число выходных за-
жимов фильтра может
быть равно / двум — в
случае питания однофазной нагрузки, трем — в случае трех-
фазной нагрузки и трем или четырем — в случае двух одно-
фазных нагрузок.
Фильтр с трехфазным выходом не нашел широкого при-
менения на практике по причине относительной его сложно-
сти, а также потому, что в большинстве случаев является до-
Фильтр
тона
о)
симметричных со-
ставляющих,
а — фильтр напряжения; б—фильтр тока.
§ 6,2 1
Исходные положения
23?
статочным использование симметричных составляющих только
одной фазы.
Ниже в связи с этим рассматриваются в основном фильтры
с однофазным выходом, изображенные в общем виде на
фиг. 6,1.
В соответствии с вышесказанным выражение электриче-
ской величины, например тдка, на выходе фильтра имеет в
общем случае следующий вид:
-|- а2/2 4- ао/о.
Здесь составляющие /п Д, /0 отнесены к фазе А. Это усло-
вие ие накладывает дополнительных ограничений на рас-
сматриваемые случаи, так как угловые операторы а и а3,
соответствующие переходу от симметричных составляющих
одной фазы к симметричным составляющим другой фазы,
могут быть включены в выражения комплексных коэффици-
ентов £3 и &0.
В простом фильтре только один из коэффициентов й от-
личен от нуля. В комбинированном фильтре коэффициенты
задаются в зависимости от назначения фильтра.
На практике нашли применение комбинированные фильтры
типа + М (см. гл.-7), изображенные в об-
щем виде на фиг. 6,1.
При исследовании фильтров удобно пользоваться теоре-
мой Тевенена. Для фильтра напряжения фиг. 6,1,а в соот-
ветствии с указанной теоремой схема замещения имеет вид,
изображенный на фиг. 6,2,а. Прн включенной нагрузке ZH
напряжение йр на выходных зажимах равно (§ 1,4):
it z
t г итп^н /с 1 х
UJ> ^z. "+z ’ , (6>1)
? ^ф. H I '
здесь Umn — напряжение на выходе фильтра прн разомкнутых
зажимах inti (Z*=qo — режим холостого хода);
Z^ н — сопротивление, измеренное со стороны зажи-
мов тп прн отключенной нагрузке и равенстве
нулю всех э. д. с., питающих фильтр.
Сопротивления источников напряжения несоизмеримо малы
в сравнении с сопротивлением фильтра; поэтому при замере
Z^K с достаточной для практики точностью можно считать
входные зажимы фильтра закороченными. Это позволяет
рассматривать Z^н в качестве внутреннего сопротивления
фильтра напряжения. Для фильтра тока фиг. 6,1,6 в соот-
ветствии с тем же методом схема замещения имеет вид,
238
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
Фиг. 6,2. Схема замещения фильтров на основании теоремы Тевенена.
а— для фильтра напряжения; б — для фильтра тока.
изображенный на фиг. 6,2,6. Прн включенной нагрузке ZH
ток 1 в выходной цепи равен:
. Т 7
т __ тппф. m
р Z^ „4-Z *
ф. m i к
(6,2)
здесь 7mri — ток в выходной цепи фильтра прн закороченных
зажимах mn (ZH~0—режим короткого замыка-
ния);
Z^ т — сопротивление, измеренное со стороны зажи-
мов тп, при отключенной нагрузке и равенстве
нулю токов всех источников, питающих фильтр.
Сопротивления источников токов несоизмеримо великн
в сравнении с сопротивлением фильтра; поэтому при замере
сопротивления входные зажимы фильтра следует счи-
тать разомкнутыми- Аналогично фильтру напряжения сопро-
тивление Z^ т именуется внутренним сопротивлением филь-
тра тока.
_ ПР“ рациональном проектировании фильтров величины
Z# н должны быть взаимно согласованы.
Как видно нз формул (6,1) н (6,2), величины Up^ I по-
лучаются максимальными при
(6,3)
Практически это условие невыполнимо из-за наличия
активных сопротивлений внутри фильтров и в нагрузке.
При фиксированных значениях внутреннего сопротивления
фильтра £ф и импедансного угла нагрузки выбор вели-
§ 6,2" Исходные Положений, 239
чнны zH должен быть произведен, исходя нз условия макси-
мума полной мощности, отдаваемой фильтром:
у 2
= ± (6,4)
НЛИ
Р _/ Зг .
р р «
Любое из этих равенств может быть использовано при
нахождении максимума функции Рр\
дР
<£=<> (6.6)
Применительно к фильтру напряжения имеем:
IP *
тпн
IP
тп*н
После преобразования имеем:
(6,7)
(6,8)
Считая согласно условию гя за переменную, находим
после дифференцирования выражения (6,8) в соответствии
с (6,6)
1+1 2 гcos (<₽«—V+(г) — -
ф г \ф]
2 — cos (ф —(р,) 4-2 ~ —
или
откуда
(6,9)
Подстановка (6,9) в (6,8) дает:
m“x
(6,10)
Как это следует нз условия (6,3), выражение (6,10) имеет
максимум при ™ тг. Это означает, что для обеспе-
чения наибольшей мощности, отдаваемой фильтром в на-
246
Фильтры симметричных Составляющих f Гл. б
грузку, абсолютные величины их сопротивлений должны быть
равны, а импедансные углы, по возможности, близки по ве-
л
личине Ку и противоположны по знаку.
Обычно сопротивления нагрузки имеют индуктивный
характер, вследствие чего вышеуказанному условию могут
удовлетворять лишь фильтры, внутреннее сопротивление
которых имеет емкостный характер.
Все вышесказанное справедливо также для фильтров
токов, поскольку уравнение (6,8) сохраняет силу также и для
фильтров токов, для которых
Ф
Коэффициенты фильтров напряжения н тока на основании
приведенного выше определения выражаются
образом:
d ____
Ф'Я ~ + ZH) ’
следующим
(6.И)
Z 7
£ __ тп^ф.т
*-ш — 1(гфм +zH)'
(6,12)
здесь U и / — фазные величины напряжения и тока симмет-
ричных составляющих, подводимые к входным зажимам
фильтра.
Соблюдая условие (6,9), имеем:
йт„
Ь[1+е^--^У (б’13)
кФ <п ~ (6’14)
или соответственно
г^ф. И
7 2
ь __________(6,15)
V « йу? /1+cos (Т(М -f„)
t f н
2
k — _______________ (6,16)
ф'т f Уз V 14-cos в)
§ 6,3]
Разновидности фильтров и требования к ним
241
с учетом (6,4), (6,5), (6,11) н (6,12) получаем:
для фильтра напряжения
р=~г~,
н
(6Д7)
для фильтра тока
P=k\mFzH. (6,18)
Как видно нз выражений (6,17) и (6,18), полная мощность,
отдаваемая фильтром при заданном значении пропорцио-
нальна квадрату коэффициента фильтра k$. Отсюда можно
заключить, что выбор схемы фильтра надлежит
производить с учетом абсолютных величин
коэффициентов k$.
6,3. РАЗНОВИДНОСТИ ФИЛЬТРОВ. ТРЕБОВАНИЯ*
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ФИЛЬТРАМ
Применяемые в релейной технике фильтры фазовых после-
довательностей могут быть, вообще говоря, классифицирова-
ны различным образом на основе самых разнообразных при-
знаков.
В силу подобия большинства фильтров токов и напряже-
ний классификация может быть распростра|нена в равной сте-
пени как на те, так; и на другие фильтры.
Фильтры могут быть классифицированы:
1. По характеристике электрических величин выделяемых
фильтрами:
а) простые фильтры, выделяющие только одну нз фазовых
последовательностей (положительную, отрицательную или ну-
левую);
б) сдвоенные фильтры, выделяющие одновременно две
разные симметричные составляющие;
в) комбинированные фильтры, выделяющие фазовые по-
следовательности электрических величин в заданной -комби-
нации.
2. По числу фаз на выходе—фильтры с однофазным и
трехфазным, выходом.
3. По величине угла, на который осуществляется пово-
рот вектора напряжения или тока соответствующей фазы в
пределах от —90° до +90°.
На практике нашли распространение фильтры с внутрен-
ними поворотами на +30с, +60°, ±'90° (поворот на 180°
к внутренним поворотам фильтра не относится).
4. По способу осуществления поворота вектора фазного
или линейного напряжения или тока прн помощи:
а) активно-реактивных контуров;
б) индуктивно связанных контуров;
16 г. и. Атабеков.
242
Фильтры симметричных составляющих
| Гл. 6
в) комбинации первых и вторых.
5. По характеру внутреннего сопротивления фильтра:
а) активное сопротивление;
б) активио-индукдивиое сопротивление (положительный
импедансный -угол);
в) активно-емкостное сопротивление (отрицательный им-
педансный угол).
6. По типу электрической цепи, к которой непосредственно
приключается фильтр:
а) фильтр для трехпроводиой цепи;
б) фильтр для четырехпроводной цепи.
Развитие фильтровых односистемных защит предъявляет
повышенные требования к фильтрам напряжения и тока. Эти
требования сводятся в основном к следующему:
1. Простота фильтра, стандартность входящих в него эле-
ментов.
2. Высокий коэффициент добротности фильтра опре-
деляемый отношением полной мощности на выходе фильтра
(Рр) к полной мощности той же последовательности (Р) иа
входе его.
3. Фильтры должны иметь относительно малое потребле-
ние (РПот) при нормальном режиме (т. е. при подведении к
ним составляющих положительной последовательности), ха-
Р *
рактеризующееся коэффициентом .
'пот
4. Постоянство коэффициентов пропорциональности кф меж-
ду электрическими величинами (ток или напряжение) соответст-
вующей последовательности иа входе фильтра и выходе его.
Это требование предопределяет линейность элементов, вхо-
дящих в фильтр.
5. Минимальная погрешность 7 при отклонении частоты
от нормальной, определяемая относительным изменением
электрической величины (напряжения или тока) иа выходе
фильтра к относительному изменению частоты (Д/):
^«.б "Л
6. Минимальный небаланс на выходе фильтра, определяе-
мый активными потерями в реактивных элементах, а также
нелинейностью элементов, неточностью их подбора и т. п.
7. Удобство регулирования, легкость настройки и сниже-
ния небалансов.
* — мощность на выходе фильтра при подведении составляющих
отрицательной последовательности, равных по величине составляющим
Положительной последовательностн/прн которых измерено РП0т,
§6,4]
Основные соотношения
243
6,4. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
Системы напряжений и токов положительной и отрица-
тельной последовательностей отличаются друг от друга толь-
ко порядком следования во времени амплитуд фазных (или
соответственно линейных) величин; поэтому всякая схема для
измерения составляющих положительной последовательности
может быть путем перестановки любых двух фаз превращена
в схему для измерения составляющих отрицательной последо-
вательности.
С этой точки зрения является достаточным рассмотреть
схемы только одной из указанных фазовых последовательно-
стей, распространив затем полученные результаты на вторую
систему симметричных составляющих.
Ниже приведенный анализ дан применительно к системе
отрицательной последовательности.
В основе проектирования простых фильтров для измерения
напряжения и тока отрицательной последовательности лежат
известные формулы:
О, = I [ иА 4- а*ив + аис] , (6,19)
4 = у [ +<1, (6,20)
где д — — фазовый оператор.
Для измерения напряжения отрицательной последователь-
ности практически наиболее рапиоиальиыми являются схемы,
основанные иа использовании линейных напряжений, так как
при этом исключаются составляющие нулевой последова-
тельности и становится возможным пользоваться двумя ли-
нейными напряжениями вместо трех фазных по формуле (6,19).
В связи с этим выражение (6,19) может быть преобразо-
вано следующим образом:
й = т +а0* - а°в + ] =
= |[(Уд-^) + а(йс-£7а)] (6,21)
или, что то же самое,
• 1Г* 1 /120° • 1
Выражение (6,22) может быть переписано следующим
образом:
& =| . (6,23)
16*
244 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
—Л
Если умножить обе части равенства (6,22) иа в , а ра-
венства (6,23) на е*\ то получим:
[ e~Ja(jAB 4- вЛ,20О-*)г7св], (6,24)
ehU2 = 1 [ А/лВ 4- e-/(60°-“VBC] . (6,25)
На основании этих формул видно, что для получения
напряжения отрицательной последовательности достаточно
пользоваться двумя линейными напряжениями, которые
должны быть повернуты иа соответствующие углы в сторону
отставания или опережения и затем геометрически сложены.
Угол а определяется в каждом отдельном случае кон-
структивными особенностями фильтра.
Способы включения фильтров тока отличаются от спосо-
бов включения фильтров напряжения.
В последних для исключения влияния составляющих нуле-
вой последовательности достаточна пользоваться тремя фаз-
ными напряжениями без нулевого провода, что равносильно
использованию двух линейных напряжений, как это было по-
казано выше.
В цепях тока переход от четырехпроводной системы к
трехпроводной путем изъятия нулевого провода недопустим,
так как это было бы равносильно размыканию вторичных це-
пей трансформаторов тока по отношению к составляющим ну-
левой последовательности.
На фиг. 6,3 приведены различные варианты присоединения
фильтров тока к; четырехпроводиой схеме.
Фиг. 6,3,а изображает фильтр тока, предназначенный для
непосредственного приключения к четырехпроводной цепи.
Влияние токов нулевой последовательности исключается
внутри самого фильтра в соответствии с формулой (6,20).
К такого рода фильтрам относятся, например, фильтры,
описанные в [JL 1,2].
Исключение составляющих токов нулевой последователь-
ности на входе фильтра приводит обычно к упрощению самого
фильтра, что достигается различными способами.
В трехпроводных системах, в которых токи нулевой йо-
следовательности отсутствуют, к фильтрам достаточно под-
вести лишь два линейных тока, причем к третьему входному
зажиму приключается обратный провод.
В этом случае в основу фильтров могут быть положены
формулы (6,24) и (6,25) при условии замены в них линейных
напряжений соответствующими токами.
А В С О
А В С О
А В С О
Фиг. 6,3. Варианты присоединения фильтров тока в четырехпроводной
цепи.
а — схема с подводом к зажимам фильтра симметричных составляющих всех трех фазо-
вых последовательностей; б — способ исключения составляющих нулевой последователь-
ности соединением трансформаторов тока в треугольник; в — то же, попарным соеди-
нением трансформаторов тока на разность токов двух фаа; а, 9 — то же, с использовани-
ем трансформаторов тока в нулевом проводе; а, ж — то же, геометрическим суммиро-
ванием магнитных потоков; а — то же, с использованием специального фильтра токов
нулевой последовательности.
246 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
Наиболее распространенные на практике способы перехода
от четырехпроводиой цепи к трехпроводной, в результате чего
исключается влияние токов нулевой последовательности вие
самого фильтра, основаны на включении трансформаторов тока
на разность фазных токов, как это показано на фиг. 6,3,6
и 6,3,#.
В случае включения трансформаторов тока в нулевой про-
вод компенсация может быть произведена по схеме фиг. 6,3,г
и 6,3,6. При этом следует учитывать, что коэффициент транс-
формации трансформаторов тока в нулевом проводе должен
быть в три раза больше, чем в фазных проводах.
Взамен суммирования токов может быть применено соот-
ветствующее суммирование магнитных потоков, как это пока^
зано на фиг. 6,3,0 и 6,3,ж.
В литературе также известен способ исключения тока ну-
левой последовательности вне фильтра при помощи зигзаг-
трансформатора согласно фиг. 6,3^.
6,5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ НАПРЯЖЕНИИ В ФИЛЬТРЫ
ТОКОВ И ОБРАТНО
Известные из литературы схемы фильтров, предложенные
отдельными авторами [Л. 1, 2, 3, 10], не исчерпывают всего
многообразия фильтров.
Ощущается острая необходимость в ’более общем подходе
к анализу; фильтровых схем и в создании обобщенной теории
преобразования фильтров, позволяющему расширить класс
существующих фильтров и установить их общие свойства. В
этом отношении определенный интерес представляют принцип
замены источников напряжения источника-
ми тока (или наоборот) и принцип дуальных цепей.
Действительно, как указывалось в § 1,1, трансформаторы
напряжения, питающие фильтры напряжения симметричных
составляющих, могут рассматриваться в качестве источников
напряжений, отличающихся неизменной величиной и формой
кривой э. д. с. при различных нагрузках.
Внутренние сопротивления таких источников напряжения
малы в сравнении с последовательно соединенными с ними
сопротивлениями внешней цепи и могут быть отнесены к по-
следней или с достаточной для практики точностью могут
вообще ие .учитываться.
В свою очередь трансформаторы тока могут рассматри-
ваться в качестве источников тока, поддерживающих пример-
но неизменную величину и форму кривой тока при различных
значениях напряжения на их зажимах. Сопротивление ветви
намагничивания трансформатора тока, приведенное к числу
витков вторичной обмотки, обычно велико по сравнению с со-
§ 6,5]
Преобразование фильтров
247
единенными параллельно с ветвью намагничивания сопротив-
лениями вторичной обмотки и нагрузки. Отсюда, естественно,
возникает мысль о целесообразности использования указан-
ных выше двух принципов для преобразования фильтров од-
ного рода в фильтры другого рода.
1. Эквивалентные и дуальные цепи
Пусть задана электрическая цель, содержащая п незави-
симых контуров и питаемая одним источником напряжения U
(фнг. 6,4,а). Замена источника напряжения источником тока
в этой цепи может быть осуществлена двумя методами: за-
меной заданной цепи эквивалентной или заменой дуальной.
В первом случае все пассивные элементы остаются неиз-
менными и сохраняются условия (напряжение, ток) иа вход-
ных зажимах цепи. При этом источник напряжения с виут-
Фиг. 6,4. Замена источника напряжения источником тока методами экви-
валентных и дуальных цепей.
« — заданная цепь, латаемая источником напряжения; б — эквивалентная цепь, питаемая
Источником тока; а, г — заданные цепи, питаемые источником напряжения, с вынесеи-
мыми эа пределами четырехполюсника диагональными ветвями с элементом z„— 1; д —ду-
альная цепь по отношению к цепям фигур в и г, г — дуальная цепь по отношению к
цепи фигуры а (ветвь zn _i внесена внутрь четырехполюсника).
248
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
реииим сопротивлением Zo заменяется источником тока
• й
(фиг. 6,4, б) I = с параллельно присоединенным сопро-
тивлением Zo [Л. 9]. Следует заметить, что при сохранении
неизменными как самого четырехполюсника Z, так я элек-
трических величин тока Г и напряжения U* ~U —Г ZQ иа
его входных зажимах параллельно источнику тока 7 может
быть приключено произвольно выбранное сопротивление ZK
при условии, что ток I удовлетворяет уравнению
/=^4-Л (6,26)
При этом, однако, одинаковые условия на зажимах обеих
цепей, питаемых источниками напряжения и тока, будут
иметь место только при стационарном режиме и некоторой
фиксированной частоте, удовлетворяющей уравнению (6,26).
Сохранение равенства условий иа зажимах обеих цепей
при произвольных режимах и частотах возможно в общем
случае только при Zo.
Во Втором случае заданная цепь заменяется дуальной.
Закон изменения напряжений между узлами новой цепи со-
ответствует закону изменения контурных токов в заданной
цепи. Так, например, электрические процессы, происходящие
в цепи, содержащей элемешы г, L, С, последователь-
но приключенные к источнику напряже-
ния и (/), описываются интегро-дифференциальным уравне-
нием
ri -f- L -j-{idt и (/).
1 dt 1 CJ v '
В свою очередь электрические процессы, происходящие
в цепи, содержащей элементы f = , V = mCt — (т —
коэффициент пропорциональности), параллельно при-
ключенные к источнику тока r(Z), описываются ии-
тегро-дифференциальиым уравнением
Lu + C'£+±\udt = i(f)
или
ги 4-L 4-mi (t).
1 dt 1 CJ 4 '
Приведенные здесь в качестве примера цепи являются
дуальными.
§ 6,5 1
Преобразование фильтров
249
Дифференциальные уравнения заданной цепи, записанные
для контурных токов по второму закону Кирхгофа, аналогич-
ны дифференциальным уравнениям дуальной цепи, записан-
ным для узловых напряжений по первому закону Кирхгофа.
Таким образом, каждой области, ограниченной независи-
мым контуром заданной цепи, с учетом также и области,
внешней по отношению ко всей цепи, соответствует определен-
ный узел дуальной цепи и, следовательно, число областей за-
данной цепи равно числу узлов дуальной.
При построении дуальной цепи по отношению к заданной
планарной цепи удобно пользоваться следующим графическим
приемом [Л. 9].
В\каждой из областей, ограниченной независимым конту-
ром заданной цепи, наносится точка, рассматриваемая в ка-
честве будущего узла дуальной цепи.
Узлы, соответствующие каждой паре смежных областей,
соединяются между собой параллельными ветвями, число ко-
торых равно числу элементов, последовательно включенных
в цепь, граничащую с указанными областями. Элементами
параллельных ветвей являются «аналоги» элементов заданной
цепи (аналогом источника напряжения служит источник
тока, аналогом индуктивности — емкость, аналогом, сопротив-
леиия — проводимость).
Таким образом, результирующее сопротивление ветви, со-
единяющей непосредственно два узла дуальной цепи, полу-
чается обратно пропорциональным сопротивлению заданной
цепи, разграничивающей две смежные области, которым соот-
ветствуют означенные узлы.
При этом, коэффициент пропорциональности для всех пас-
сивных элементов схемы одинаков.
Фиг. 6, 4,а, г, dt е иллюстрируют построение цепи, дуаль-
ной по отношению к цепи фиг. 6,4,а. Ради общности рассуж-
дений принимается, что четырехполюсник Z фиг. 6,4,а со-
держит две диагональные ветви. Для получения областей,
ограниченных независимыми контурами, одна из диагональ-
ных ветвей, например, содержащая элемент выносится
за пределы четырехполюсника (фиг. 6,4,а и г).
При этом вся заданная электрическая цепь становится
планарной.
Как видно из фиг. 6,4,а, область п+1 не граничит с об-
ластью п. Это означает, что между узлами п и п + 1 ду-
альной цепи, соответствующими этим областям, ие будет
непосредственной связи.
На основании вышеописанного графического приема по-
лучена дуальная цепь (фиг. 6,4,J), которая после внесения
250
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
внутрь четырехполюсника ветви представлена на
фиг. 6, 4,е, При этом четырехполюсник фиг. 6,4, в, условно
обозначенный Z', представляет собой электрическую цепь, ду-
альную по отношению к четырехполюснику Z фиг. 6,4,а.
Можно показать, что если четырехполюсник Z, имеет пара-
метры Лп, Л12, Л21, Л22, то четырехполюсник будет
соответственно иметь параметры, пропорциональные Л22, Л21,
Л12, Ар Следует заметить, что на фиг. 6,4,а диагональная ветвь
с элементом U была выиесеиа из четырехполюсника Z
так, Зчто она охватила область п. Однако, эту ветвь можно
Фильтр
напряжения
/ I ZHf Zh2 I j
—I
Фильтр
тона
/о о?
Фнг. 6,5. Преобразование фильтров симметричных составляющих.
а — заданный фильтр напряжения; б — фильтр тока, полученный методом дуальных це-
псй; в — фильтр тока, полученный методом эквивалентных цепей.
было бы изобразить охватывающей область 1 (фиг. 6,4, г).
В этом случае внешняя область я-]-1 становится смежной
с областью п и ие имеет границы с областью 1.
В последнем случае дуальная цепь фиг. 6,4,е сохрани-
лась бы без изменения, а номера узлов п—1 и /г —( -1 поме-
нялись бы местами (см. обозначения узлов, заключенные в
скобки иа фиг. 6,4,J и е).
При отсутствии в четырехполюснике Z перекрещиваю-
щихся ветвей, т. е. при £и_1=ооузлы п—1 и n—|—1 ду-
альной цепи соединяются накоротко (Z'^j^O).
2. Преобразование фильтров симметричных составляющих
Пользуясь изложенными выше приемами преобразования
цепей, легко показать их применимость для преобразования
фильтра напряжения в фильтр токов той же последователь-
ности или наоборот.
Пусть задан фильтр напряжения, изображенный в виде
пятиполюсиика иа фиг. 6,5,а. Можно показать, что при за-
мене заданной цепи фиг. 6,5,а дуальной цепью получается
§ 6,5 '
Преобразование фильтров
251
фильтр токов той же последовательности (фиг. 6,5,5). Фиг. 6,5,5
соответствует случаю, когда фильтр напряжения фиг. 6,5,а
содержит пересекающиеся ветви, одна из которых, принадле-
жащая к контуру, обозначенному п—1, вынесена так, что
она охватывает область л. При отсутствии диагональных
ветвей узлы и п—1 оказываются закороченными. На-
пряжение между узлами п и п—1 в дуальной цепи (т. е.
напряжение на зажимах приемника Zn') изменяется по тому
же закону, что и контурный ток в выходной цепи (контур
п) заданного фильтра, т. е. они являются электрическими ве-
личинами одноименной фазовой последовательности.
Из этого следует, что полученный пятиполюсник явля-
ется фильтром токов одноименной фазовой последователь-
ности с исходным фильтром напряжения.
Следует иметь в виду, что пятиполюсник остается филь-
тром независимо от характера приключаемой нагрузки Z/.
При выборе характера ZJ целесообразно исходить из усло-
вия максимальной отдачи мощности.
Как уже указывалось выше, наряду с заменой источни-
ков напряжений (фиг. 6,5,а) источниками токов (фиг. 6, 5,6),
сопровождающейся переходом пятиполюсиика Z в ду-
альный пятиполюсник 2', возможна также замена источни-
ков напряжений источниками тока с сохранением неизмен-
ными как самого пятиполюсиика Z, так и токов Г и /" и
напряжений Uab я Ubc на его зажимах (фиг. 6,5,в) при
стационарном режиме и заданной частоте. В этом случае па-
раллельно источникам токов должны быть приключены сопро-
тивления ZK1 и Z^, удовлетворяющие уравнениям:
Uab
Ubc
j ВС Z'
(6,27)
При этом представленная иа фиг. 6,5,в схема пятиполюс-
ника с шунтирующими входные зажимы сопротивлениями
ZK1 и Z^ может служить фильтром токов той же последо-
вательности, что и схема фиг. 6,5,а при условии, что
/ав Uab
I вс Ubc
Естественно, что свойства фильтра токов будут также сохра-
нены в том случае, если все сопротивления, входящие в схе-
му фиг. 6,5,в, будут изменены bi одинаковое число раз.
252
Фильтры симметричных составляющих
Ил. 6
3)
Фиг. 6,6 Преобразование фильтров напряжения нулевой последователь-
' иости в фильтры токов методом дуальных цепей.
а — схема соединения трансформатора напряжения разомкнутым треугольником (фильтр
напряжения нулевой последовательности); 6 — схема замещения; в — цепь, дуальная по
отношению к фигуре б; г — схема фильтра токов нулевой последовательности; д — схе-
ма для вмделеиия напряжения нулевой последовательности; е — схема замещения фигу-
ры д; ж — цепь, дуальная по отношению к фигуре в; з — схема фильтра токов нулевой
последовательности.
§ 6,5 -
Преобразование фильтров
253
3. Фильтры нулевой последовательности
В качестве простейшей иллюстрации применения метода
дуальных цепей к фильтровым схемам на фиг. 6,6 показано
преобразование схем фильтров напряжений нулевой последо-
вательности в схемы фильтров токов.
На фиг. 6,6,а изображена так называемая схема включе-
ния трансформатора напряжения разомкнутым треугольни-
ком, а на фиг. 6,6,6 — схема замещения ее (внутреннее со-
противление источника напряжения принято равным нулю).
Пользуясь графическим приемом, указанным выше, легко
получить дуальную цепь, изображенную на схеме фиг. 6,6,в.
Последняя является схемой замещения фильтра токов нуле-
вой последовательности (фиг. 6,6,а).
Аналогичным образом фиг. 6,6,3 иллюстрирует дуальную
цепь по отношению к заданной схеме фиг. 6,6,6, представляю-
щую известную из литературы разновидность фильтра токов
нулевой последовательности [Л. 1].
4. Простые фильтры положительной и отрицательной
последовательности
Приводимые ниже рассуждения справедливы как для
фильтров отрицательной, так и положительной последователь-
ности.
В качестве примеров схем здесь будут рассмотрены схемы
фильтров отрицательной последовательности.
В табл. 6,1 приведены основные типы фильтров напряже-
ний н токов отрицательной последовательности [Л. 2, 3, 6,
7, 1QJ.
1) фильтр двухэлементный, вариант 1;
2) то же, вариант 2;
3) фильтр четырехэлементный;
4) фильтр с делителем (автотрансформатором);
5) фильтр Смородинского;
6) фильтр трансформаторного типа.
Всего в табл. 6,1 дано шесть схем фильтров напряжений
и столько же схем фильтров токов. Фильтры токов и напря-
жений, обозначенные одним номером, получены методом дуаль-
ных цепей. Цри этом, схемы 46 и 6а являются новыми Кро-
ме того, в таблице приведены основные расчетные соотноше-
ния, связывающие сопротивления элементов фильтров.
1 Обмотки фильтра напряжения по схеме 6а табл. 6,1 должны рас-
полагаться на разных сердечниках магнитопровода.
254
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
Таблица 6,1
Основные типы фильтров напряжений и токов отрицательной
последовательности
5. Сдвоенные фильтры
В табл. 6,2 приведены основные разновидности сдвоенных
фильтров напряжений и токов положительной и отрицатель-
ной последовательностей [Л. 2, 3, 10]. Так же как и в преды-
дущей табл. 6,1 фильтры, обозначенные одинаковыми номе-
рами, могут быть получены методом дуальных цепей.
§ 6,5;
Преобразование фильтров
255
Т а б л и ц а 6,2
Основные типы сдвоенных фильтров напряжений и токов
положительной и отрицательной последовательности
Следует иметь в виду, что в сдвоенном фильтре На-
пряжений по схеме 2а Калантарова сопротивления нагрузок
Zlw и ^2н одновременно служат в качестве элементов самого
фильтра, В связи с этим сопротивления нагрузок в фильтре
;токов Z3/ и Z2J должны являться „аналогами" соответствую-
щих сопротивлений в фильтре напряжений.
•• Схемы сдвоенных фильтров табл. 6,2 за. исключением
: фильтров Калантарова (2а и 26) могут быть легко приведены
; к простым схемам фильтров путем размыкания соответствую-
? щих цепей напряжения или шунтирования накоротко цепей
тока.
256 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
6. Комбинированные фильтры
Преобразование фильтров методом дуальных цепей пол-
ностью применимо также к схемам комбинированных фильт-
ров. Однако, в связи с тем, что на практике нашли преиму-
щественное распространение комбинированные фильтры
токов, ниже рассмотрены лишь схемы последних.
В общем случае заданная комбинация симметричных со-
ставляющих может быть получена последовательным соеди-
нением (в случае напряжений} или параллельным соедине-
нием (в случае токов) двух или большего числа выходных
цепей фильтрой. Практически целесообразнее ради упрощения
схем совмещать фильтры в одном устройстве. В тех случаях,
когда на выходе фильтра задается комбинация симметричных
составляющих положительной и отрицательной последова-
тельностей, задача может быть легко разрешена путем соот-
ветствующей расстройки элементов фильтра, обуславливаю-
щей появление на выходе последнего симметричных состав-
ляющих в заданном соотношении.
Для получения на выходе фильтра составляющей нулевой
последовательности в комбинации с составляющими положи-
тельной или отрицательной последовательности используется
ток в нулевом проводе для создания нужной величины состав-
ляющей нулевой последовательности.
В табл. 6,3 приведены типовые схемы комбинированных
фильтров токов [Л. 6].
Изменением полярности обмоток вспомогательных транс-
форматоров можно на выходе фильтров взамен составляющих
положительной последовательности получить составляющие
отрицательной последовательности или наоборот.
Как видно из табл. 6,3, составляющие нулевой последо-
вательности могут добавляться с различным знаком.
На основании сказанного можно сделать следующее за-
кдючение:
1. Метод преобразования фильтров дает общий подход к
анализу существующих и созданию новых типов фильтров и
является поэтому весьма эффективным средством исследова-
ния и разработки фильтровых защит. Получение указанными
выше путями новых фильтров не ограничивается приведен-
ными примерами и может быть иллюстрировано многочислен-
ными схемами.
2. В отличие от субъективного метода разработки фильт-
ровых схем, носящего в значительной мере характер случай-
ного изобретательства, описанный выше метод базируется на
определенных теоретических положениях и автоматически
безошибочно приводит к решению задачи.
§ 6,5
Преобразование фильтров
257
А
Таблица 6,3
Разновидности комбинированных фильтров токов
3. Расчет, произведенный для какого-либо одного фильтра,
Сможет быть использован для другого, являющегося дуальным
pro отношению к известному.
В Напряжение холостого хода на выходных зажимах одного
них соответствует току короткого замыкания на выходе
^второго.
( 4. Приведенный метод особенно полезен в тех случаях,
$когда по условиям поставленной задачи требуется обеспечить
Йпределеннный характер протекания процессов в цепях на-
^пряжений и токов нагрузки.
&
Г, И. Атабеков.
У-
258
Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
6, 6. СХЕМЫ ВНУТРЕННИХ СОЕДИНЕНИИ ФИЛЬТРОВ
И ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ
Из приведенных выше формул и таблиц следует, что для
осуществления фильтров симметричных составляющих необ-
ходимо произвести суммирование падений напряжений или
токов, находящихся в определенных соотношениях с электри-
ческими величинами, подводимыми к фильтру.
Приведенные в табл. 6,1 и 6,2 основные расчетные соот-
ношения, обусловленные типом фильтра, могут быть удовлет-
Фнг. 6,7. Элементы фильтров напряжения.
ворены самыми различными способами путем соответствую-
щего подбора элементов цепей фильтра: активных, индуктив-
ных, емкостных, смешанного типа и индуктивно связанных.
На фиг. 6,7, 6,8 и 6,9 приведены наиболее распространен-
ные способы осуществления фазных сдвигав в фильтрах на-
пряжений и токов.
Векторные диаграммы фиг. 6,7 и 6,8 соответствуют разомк-
нутым зажимам m и л, а на фиг. 6,9 — закороченным зажи-
мам.
В тех случаях, когда вместо фазных поворотов требуется
также дополнительно изменить величину напряжения или то-
ка, применяются различного рода делители: автотрансфор-
маторы, потенциометры и т. п.
В случае необходимости осуществления фазовых поворотов
на 180° последние могут быть выполнены при помощи вспомо-
гательных трансформаторов.
§ 6,6 □ Схемы соединений и векторные диаграммы 259
Фиг. 6,8. Элементы фильтров токов.
Фиг. 6,9. Элементы фильтров токов.
Следует заметить, что при выполнении фильтров непосред-
ственное суммирование электрических величин может быть
заменено суммированием магнитных потоков [Л. 2].
В табл. 6,4 и 6,5 приведены схемы внутренних соединений
фильтров, их векторные диаграммы (при холостом ходе или
коротком замыкании) и основные параметры.
17*
262
Фильтры симметричных составляющих
[ Гл. 6
Схемы, векторные диаграммы ^параметры филь
Тип
фильтра
Схема
векторные диаграммы
при поддедении
при подведении 1^
Смородин-
сного
1АВ
Сабтотранс
формата -
ром тока
Двух-
элемент-
ный
(дар.))
Четырех-
элемент-
ный.
чсв
*гвс
1АВ
(аВ
Ч8С
г,ТЦ JUJU
IA8
ЧВС
2АВ
Imn
гвс
Ъв kc
^А8 k
Трансфор-
маторный
Ьа
kt
^'Jza^^Ec
ha
§ 6,6 ] Схемы соединений и векторные диаграммы 263
Таблица 6,5
ров токов отрицательной последовательности
Основные соотноше- ния 2фТ Imn Кфт (при <$,=60°) Показам. Параметры элементов фильтров выраж. через 2.фт(при%=80°)
a Y
х = Сз6, R2 =2Rt 2V3R,ei3° 30° V3I2Aei3° ( 0,9 eJ'5 0,27 0,5 и н1~ 2V3 п - нг ~ и — 2
х = \f3Rl Rz =2Rt V3R,ei3Q 30° t Г , ~№ V3l2Ae -1105 0,9e- 0,25 0,5 П= г1>т R V3 _ 2гфг R^~ ¥з 2С - 2фТ
-jSO 2R6 -60° 1,51^° ~f!20 t,5oJ 1,73 0,5 R .2 X=*2~2фг
хг=Ъ 0,6 Re'^5 -45° 1,5 ^l^e’30 r 322,5 0,93 0,23 ё- ь? £ £ со сГ V* " ос ? CkT Н
cvV3 M/- R R+z,^ Ы,5Rei40 40° -jso 1,33i2ar -150 0,676 0,47 0,5 R~0}67z$T
260
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
Схемы, векторные диаграммы и параметры
Тип
фильтра
Схема
----------------
при подведении
Векторные диаграммы
при подведении Ц
§ 6,6}
Схемы соединений и векторные диаграммы
261
Таблица 6,4
фильтров напряжений отрицательной последовательности
Основные соотноше- ния ^фн РфИ $mn Мфн {присрн=60°) Показат. Параметры элементов филыпроб бы раж. через 2Н (при <рн=60°)
CL Y
R 11 V3 2R Хг~ и 2R c-j3Q Уз -30° ЗЦг.е']ю 2,12е1В 1,5 0,76 в_Уз7 1 2 £‘фм ^фн
Х=Л- V3 1 ' .8 Г ^]c\J -60° 1,5 Цн i,5ei№ 1,73 0^5 R ~ 2 2фм х~~^^фн
lf Н 4R1 --KO -30° Узи2Ае}х 1,22 ej7S $38 0,5 £фн R^~ р х = 0,75 гфн
Н II % К ЦЭвЗЯ^ -45° i,5V3U2Ae’30 2,12е,аг’5 0,33 0^9 Ri=CCg —1,035Z(pM ОС,—^2~ 0,6 £фн
264 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
---------------------------------------------------------
6, 7. ОБЩАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФИЛЬТРОВ
7. Фильтры для реле напряжения
Расчет фильтров следует вести, исходя нз условия ма-
ксимума отдачи мощности в нагрузку в соответствии с (6,9).
В основу расчета фильтров, применяемых для релейной
защиты, кладется обычно заданная величина симметричной
составляющей фазного напряжения (U) иа входе фильтра,
при которой должно обеспечиваться надежное действие при-
ключенного к (Ьильтру реле (с учетом возможных небалансов
на фильтре). Этому напряжению соответствует на выходе
фильтра напряжение k^HU(здесь k$ н — коэффициент фильтра),
откуда с учетом коэффициента запаса k3 (порядка 1,5 — 3)
может быть получено выражение для напряжения трогания
реле:
(6,29)
С другой стороны, известно, что напряжение трогания реле
может быть выражено через потребление и сопротивле-
ние zH его обмотки:
(6,30)
Отсюда с учетом (6,29) и (6,30)
Величины для разных типов фильтров напряжений при-
ведены в табл. 6,4, в которой также указаны значения им-
педансных углов ср .
Для численного определения £ требуется иметь значе-
ние Для большинства типов электромагнитных и индук-
ционных реле ориентировочно можно считать 60-4-70°.
В соответствии с (6,9) z$.H~ параметры всех элементов
рассчитываемого фильтра определяются в функциях от z
согласно табл. 6,4.
2. Фильтр для реле тока
Методика расчета фильтров тока аналогична приведен-
ной для фильтров напряжения с той разницей, что в каче-
стве исходной принимается расчетная величина симметрич-
ной составляющей фазного тока / на входе фильтра, равная
/=^-, (6.32)
Пт
§ 6,7} Общая методика расчета фильтров ' 265
здесь /я—расчетная величина первичного тока;
— результирующий комплексный коэффициент транс-
формации, учитывающий коэффициенты транс-
формации главных трансформаторов тока, вспо-
могательных трансформаторов и схемы их соеди-
нения (с учетом фазового сдвига).
Выражение тока трогания реле имеет вид:
4»=^’ (б.зз)
с другой стороны,
= (6,34)
m
откуда окончательно сопротивление реле
Р Л2
= • (6,35)
ф.т
Величины k$m для разных типов фильтров токов приведены
в табл. 6,5, в которой также указаны значения импеданс-
ных углов Сказанное выше относительно угла реле
напряжения справедливо также в отношении токовых реле.
Характерной отличительной особенностью фильтров токов в
сравнении с фильтрами напряжения является то, что прн
коротких замыканиях токи, протекающие в элементах филь-
тров токов, могут значительно превысить токи нормального
режима, в то время как в фильтрах напряжения оии снижа-
ются в сравнении с токами при нормальном режиме.
Иначе говоря, термическая и электрическая прочность и
индукция в элементах фильтров напряжения рассчитываются,
исходя из токов при нормальном режиме, а в фильтрах тока,
исходя из максимальных токов короткого замыкания.
Конструктивные особенности элементов фильтров тока
часто ставят требования снижения величин токов. Это до-
стигается применением промежуточных трансформаторов тока,
учитываемых вместе с основными трансформаторами тока
общим коэффициентом
П ~ * (6,36)
здесь и ят" — коэффициенты трансформации основных и
промежуточных трансформаторов тока, определяемые отно-
шением числа вторичных витков трансформатора к числу
первичных в каждой фазе;
kcx — коэффициент, учитывающий схему соединения транс-
форматоров^ тока и принимаемый для схемы полной звезды
266
Фильтры симметричных составляющих
[Гл. 6
равным единице, а для треугольника или разности токов
С учетом вышесказанного, а также (6,9) выражение (6,35)
принимает вид:
РМ*
_ m 3 TH
7 *
п * ф.т
коэффициент трансформации пт в свою
величиной максимального тока короткого
(6,37)
Результирующий
очередь связан с
замыкания и предельно допустимыми напряжениями и тока-
ми на элементах фильтра тока зависимостью, определяемой
типом фильтра:
п 7 v раб max* ф.т'
тп
(6,38)
В результате совместного решения (6,37) и (6,38) определя-
ются
л и г.
т ф.т
В тех случаях, когда электрические свойства элементов
фильтра' не лимитируют величин токов и напряжений при
максимальном режиме, надобность в промежуточной транс-
формации тока отпадает и величина пт представляет собой
коэффициент трансформации основных трансформаторов тока.
Все элементы фильтра выражаются в функции от гфт в со-
ответствии с табл. 6,5.
3. Фильтры напряжения и тока для реле мощности
В основу расчета фильтров, предназначенных для пита-
ния обмоток реле мощности, кладется заданная минималь-
ная величина мощности Рп в первичной цепи, при которой
должно обеспечиваться надежное действие приключаемого к
фильтрам реле. Величине Рп будет соответствовать на входе
фильтров мощность Р, абсолютная величина которой с уче-
том коэффициентов трансформации равна:
Р =
п
пнпт
(6,39)
Полагая, что схема включения фильтров обеспечивает на
реле с учетом внутренних углов его обмоток максимальную
мощность, находим расчетную мощность трогания реле по
формуле
Р т = ^~, (МО)
Р- т k3 ’ v '
§ 6,7}
Общая методика расчета фильтров
267
k3 — коэффициент запаса выбирается для быстродействующих
реле в пределах (З-нЮ) с учетом необходимой быстроты и
надежности нх действия. В свою очередь мощность трогания
реле связана функциональной зависимостью с потреблением
его обмоток.
Действительно, потребление обмоток напряжения Рн и
тока Рт реле мощности в ва прн трогании выражается форму-
лами
гр
Р-н=~~{-, (Ml)
я
р =р Z,
т р^ ТП т*
>(6,42)
здесь zH и zm—сопротивления обмоток напряжения и тока
реле мощности.
С учетом с (6,41) и (6,42) выражение мощности трогания
реле может быть представлено в следующем виде:
Отсюда
Р —U I =\/ Р Р - .
р. m р. т р. т у нт zm
zh _Р^р. т
zm ^н^т
(6,43)
(6,44)
Величина развиваемого момента, отнесенная к корню квад-
ратному из произведения потреблений обмоток напряжения
и тока реле мощности, определяется в основном конструктив-
ными особенностями реле и для конкретного типа реле мо-
жет рассматриваться в качестве известной постоянной вели-
чины, именуемой коэффициентом добротности kd.
В соответствии с этим
, __ м
ГЛЛ.’ (6,5)
с учетом (6,39), (6,40), (6,44) и (6,45) имеем:
zm '
(6,46)
Момент М на реле при расчете фильтров принимается в
пределах 1н-5 г-см в зависимости от требуемой величины
усилия нажатия контактов.
Искомыми величинами, входящими в выражение (6,46),
являются zH, zm и пт; для нахождения этих величин допол-
нительно требуются два уравнения.
268 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
В качестве второго условия может быть принято приве-
денное выше выражение (6,38).
В качестве третьего условия может быть принято соот-
ношение между сопротивлениями и х1Я1, учитывающее:
а) распределение мощности между обмотками; б) насыщение
магнитопровода токовой системы; в) надежное действие кон-
тактной системы при вибрациях, вызванных большими тока-
ми в обмотке; г) распределение нагрузки между измеритель-
ными трансформаторами; д) конструктивные особенности
фильтров и др.
Руководствуясь аналогично предыдущему условием (6,9)
при расчете фильтров тока н напряжения, находим гф н и
гф т, а по ним по табл. 6,4 и 6,5 — параметры элементов
фильтров.
В случае присоединения к фильтру напряжения несколь-
ких реле гф н представляет собой сопротивление, полученное
в результате параллельного соединения всех сопротивлений
реле, причем сопротивление каждого из реле рассчитывается
указанными выше способами отдельно.
4. Выбор схемы включения реле мощности
Напряжения и токи, подводимые к реле мощности (Up и
^), могут быть выражены через первичные величины при по-
мощи коэффициентов фильтров.
В соответствии с (6,13) н (6,14)
(6.47)
I (6.48)
/Я
Таким образом, мощность, на которую реагирует косинус-
ное реле смешанного типа, определяется из выражения
Р == U I cos (ю -Р а) =
р р Р V * р I /
UnIn
mC0S + Ч Н - V т + ₽ + “)> (6.49)
здесь а — угол внутреннего сдвига реле;
Чп — Угол между векторами Un и 1п (уя положителен при
отстающем токе).
Для получения максимального вращающего момента на
реле необходимо иметь:
cos(<рл + я — <р!б я + р + а)га±1. (6.50)
§ 6,91 Расчетные выражения
269
В уравнении (6,50) величины и m определяются
типом фильтра и импедансными углами обмоток реле. По-
этому при заданных углах и а для удовлетворения усло-
вия (6,50) необходим соответствующий подбор угла р.
Последний зависит от схемы соединения основных и вспо-
могательных трансформаторов тока и схемы включения
фильтров.
В случае, если основные или промежуточные трансфор-
маторы тока создают на вторичной стороне разности токов,
аналогично приведенным на фиг. 6,36, то применительно к
фильтрам положительной последовательности — 30°, а к
фильтрам отрицательной последовательности р— 4~30°.
Если принять схему включения фильтра напряжения не-
изменной и изменять циклически подвод токов к фильтру,
то угол р может быть дополнительно изменен на 120° и 240°.
6,8; СОПОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ФИЛЬТРОВ
Выше было показано, что максимальная отдача мощности
фильтром в реле обеспечивается только при емкостном ха-
рактере сопротивления фильтров Z^ (считая сопротивление
реле индуктивным). При этом предпочтение должно быть отда-
но той схеме фильтра, у которой при прочих равных условиях
абсолютные величины импедансного угла сопротивления Z^,
коэффициента фильтра k$ и коэффициента добротности
выше, а коэффициент у—ниже.
Принятые для сравнения фильтры напряжения табл. 6,4 и
фильтры тока табл. 6,5 охватывают основные разновидности
фильтров, нашедших применение на практике и являющихся
представителями различных категорий схем.
Сопоставление данных, приведенных в табл. 6,4 и 6,5 дает
основание заключить, что одними из лучших фильтров напря-
жения и тока являются схемы фильтров, приведенные
в табл. 6,4 поз. 4 и табл. 6,5 поз. 4, как наиболее простые и
имеющие лучшие ^показатели в сравнении с другими. Ниже
в качестве прпймефа дана методика расчета указанных фильт-
ров напряжения и тока отрицательной последовательности
для случая питания пусковых органов и органов направления
мощности.
6,9. РАСЧЕТНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ ПРИНЯТОГО ТИПА ФИЛЬТРА
L Общие соображения
Как уже отмечалось выше (табл. 6,4 и 6,5), сопротивления
активного и емкостного элементов в каждом контуре фильтра
связаны определенным соотношением. Это соотношение мо-
270 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
жет быть удовлетворено при различных значениях сопротив-
лений элементов в каждом из контуров. Иначе говоря, соот-
ношение сопротивлений конденсаторов в обоих плечах может
быть выбрано произвольно.
Выбор этого соотношения должен быть произведен, исхо-
дя нз условия минимума емкости.
Применительно к фильтрам тока это условие соблюдается
прн одинаковых градиентах потенциала в конденсаторах,
выбранных с учетом их электрической прочности. Поскольку
токи в конденсаторах обоих контуров находятся в соотно-
шении /3:1, то равенство градиентов будет иметь место
при отношении емкостных сопротивлений 1:/3.
Таким образом, в фильтрах тока принимается:
. (6.51)
или
Сз г
Как показывает анализ [Л. 7], применительно к фильтрам
напряжения минимуму емкостей отвечает условие
— = 1,31.
Однако, при отклонении соотношения до величины, рав-
ной /3, общая емкость конденсаторов фильтра при той же
отдаваемой мощности возрастает лишь на 3%.
Поэтому в целях однотипности фильтров тока и напряже-
ния в дальнейшем в качестве расчетного в обоих случаях
применяется выражение (6,51).
2. Расчетные выражения для фильтра напряжения
Исходными для расчета фильтра напряжении являются
выражения, вытекающие из табл. 6,4 с учетом выражения
(6,51):
2фм-= 1.67^6“Л5°> (6,52)
' , (6,53)
прн этом в качестве нагрузки выбрано стандартное реле
серии Э с импедансным углом обмотки фн = 60°, имеющее
потребление Р порядка 0,15 ва при уставке (обеспечиваю-
щей достаточное нажатие контактов н быстродействие).
§ 6,9 ] Расчетные выражения 271
В соответствии с (6,31)
k 2 (6,54)
Приравнивая абсолютные значения г^ки определяем:
г — (6,55)
Ру ——' ^2 -— 3%J, (6,56)
— X], (6,57)
г 108 G1 314Х! ’ (6,58)
г* ^1 ’ —VT‘ (6,59)
3. Расчетные выражения для фильтра тока
Исходными для расчета фильтра тока являются выраже-
ния, вытекающие из табл. 6,5 с учетом выражения (6,51):
2ЛЯ1-1.035х,е-^( (6,60)
^=1.23e-‘7I12’S'- (6.61)
Приняв в качестве нагрузки упомянутое выше реле серии Э,
получим в соответствии с (6,37):
гф,т — /2
л2п
На основании (6,60)
= 0,096 -4^ •
^2 л
(6,62)
(6,63)
Л
С другой стороны, в соответствии с (6,38) имеем:
лт2
п max
= 0,8 Upa6,
(6,64)
здесь 4----коэффициент, учитывающий величину тока в
емкости;
Upa6 — рабочее напряжение конденсаторов;
0,8 — коэффициент запаса.
272 Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 5
Совместное решение (6,63) и (6,64) дает:
= > 0,65)
кз 1 п max
xt =8,92 (• (6,66)
\яз'я max/
Сопротивления остальных элементов фильтра находятся
по выведенным ранее формулам (6,56) — (6,59). Коэффициент
трансформации промежуточных трансформаторов тока л",
включенных на разность фазных токов, находится на осно-
вании (6,36) с учетом kcx = :
' п"т=-^-, (6,67)
здесь п'т— коэффициент трансформации основных трансфор-
маторов тока, соединенных звездой.
При расчете коэффициент ri'm может быть округлен, при
этом должна быть пересчитана величина Xj в соответствии
с (6,64).
4. Расчетные выражения для фильтров напряжения
и тока, питающих органы мощности
В отличие от фильтров напряжения или токов, питающих
реле тока или напряжения, фильтры для реле мощности не
могут рассчитываться изолированно для каждой из обмоток
реле; их параметры должны быть взаимно увязаны.
В основу расчета могут быть положены выражения (6,46),
(6,64) и соотношение
(6,68)
•*Im v-
Для барабанчиковых реле мощности, применительно к
которым дается расчет, коэффициент b может быть по дан-
ным испытания принят порядка £ = 0,3-4-1. Значения £ = 0,3
соответствуют случаю малых величин кратности токов от-
рицательной последовательности, а верхний предел соответ-
ствует большим величинам кратности токов.
На основании (6,46), (6,52) и (6,60), (6,68) имеем:
0,62-Р^
(6,69)
§ 6,9 ] Расчетные выражения
откуда
__ 0,79-P„ka
Пт ~' Мп^уу '
подстановка (6,70) в (6,64) дает:
или, что то же,
273
(6,70)
(6,71)
(6,72)
1Я1~У7/Я гпаЛМ*
Величины х2т, /?1т, P2mt С1т, С2п рассчитываются на осно-
вании формул (6,56) — (6,59).
Параметры фильтра напряжения находятся из условия
х1к“дх1я1. (6,73)
В тех случаях, когда кроме реле мощности имеются пу-
сковые органы напряжения или тока отрицательной последо-
вательности, фильтры напряжения или тока в целях упроще-
ния могут быть совмещены.
Для этого в случае пускового органа напряжения одно-
именные элементы обоих фильтров напряжения, рассчитанных
в отдельности, указанным выше методом складываются па-
раллельно, причем оба реле приключаются к фильтру также
параллельно.
В результате сопротивление первого элемента искомого
фильтра получается равным 1:
здесь хгм н — сопротивление первого элемента фильтра напря-
жения, рассчитанного отдельно для органа Мощ-
ности;
х1п« —т0 же Для пускового органа.
Прн наличии пускового органа тока, обмотка которого
имеет импедансный угол (Примерно такой же, как н органа
мощности, обмотки обоих реле могут быть также приключены
к общему фильтру параллельно, причем фильтр рассчитывается
аналогично предыдущему.
1 Строго говоря, формула (6,74) справедлива при равенстве импе-
дансных углов обоих реле.
18 г. И. Атабеков.
21^ Фильтры симметричных составляющих [ Гл. 6
Можно показать, что коэффициент трансформации проме-
жуточного трансформатора также может быть получен на ос-
новании расчетных данных, вычисленных для каждого из ор-
ганов в отдельности (ri'M и я") по формуле
п" = -^~й- (6,75)
-h л_
М 1 л
В тех случаях, когда импедансные углы обмоток тока
обоих реле различны, элементы фильтра токов и коэффици-
ент трансформации вспомогательного трансформатора нахо-
дятся аналогично предыдущему.
Однако, обмотки реле рекомендуется в этом случае вклю-
чать последовательно, предварительно изменив их параметры
из условия сохранения мощностей на обмотках. Обозначая
искомые сопротивления токовых обмоток реле мощности и
пускового органа через z'Mm и z'
найдем:
здесь z—сопротивление параллельно соединенных токовых
обмоток реле мощности zM m н пускового реле znm до пере-
счета.
6,10. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕ
Полное сопротивление обмотки (г„) находится в общем
случае в соответствии с (6,31) или (6,35), а применительно
к принятому активно-емкостному фильтру в соответствии
(6,54) или (6,62).
На 'практике применяются два метода расчета обмоточных
данных реле:
1) метод пересчета, исходя из известных обмоточных дан-
ных реле этой же серии;
2) метод расчета по конструктивным размерам обмотки.
Метод пересчета основан на квадратичной зависимости со-
противления обмоток от числа витков.
По известным суммарному числу витков w, сопротивле-
нию z и диаметру эмалированного провода d реле данной серии
§ efw j
Расчет параметров реле
275
производится пересчет параметров реле применительно к ис-
ходному сопротивлению zh по следующим формулам:
(6,77)
(6,78)
Такой метод дает правильные результаты, если значения
z и zh отличаются друг от друга не более чем в 3—4 раза.
Реле серии Э-60 или Э-500 имеют следующие параметры:
Таблица 6,6
z, ом w d, мм ' A w p.tn min A-w p.m max
60 1460 —
210 2740 0,37 । 50 100
750 5500 0,25 1
1400 7460 0,18
Примечание. Под w подразумевается суммарное число витков обеих катушек.
Расчет параметров реле на основе конструктивных раз-
меров ведёмся в соответствии с (6,29) и (6,33) по следующим
формулам:
для реле тока
w _ Awpac4
(6,79)
р.т
для реле напряжения
w = (6,80)
р.т
здесь 4®^= 1,25 Aw^.
Диаметр провода определяется по заданному сечению
окна катушки soK и коэффициенту заполнения k3an (опреде-
ляемому из таблиц)
/” ^оЛол , (6,81)
d= 1/ w
u— I/ ir-TT
18*
276 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
Сечение окна для реле серии Э равно s0K~ 224 мм3. Коэф-
фициент заполнения для проводов малого сечения d~
= (0,08-г- 0,15) мм составляет примерно 0,45, для больших
сечений г/=(0,2 н-0,4) мм примерно 0,55, а для (0,5 — 0,8) мм
примерно 0,65,
Диаметр провода по сечению окна s0K и числу витков
может быть определен на основании таблиц [Л. 8].
Применительно к реле мощности удобнее пользоваться
методом пересчета, так как неизвестны в отдельности Up m
и I . Ниже приведены данные для барабанчиковых реле
серии ИМБ.
Таблица 6,7
Обмогка напряжения | Обмотка тока
Z, ом W dt мм Z, ом W d, мм
300 3 600 0,35 30 600 0,5
520 4 600 0,31 340 2000 0,3
— — 700 2 800 0,25
П р йм ечаийе, Под w подразумевается суммарное число витков обмотки.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ
ЗАЩИТЫ1
7,1. ПРИНЦИП ЗАЩИТЫ И ЕГО РАЗВИТИЕ
Развитие современных энергетических систем идет по пути
объединения районных электростанций н подстанций с по-
мощью разветвленных высоковольтных сетей большой протя-
женности и сложной конфигурации.
В указанных сетях, в особенности при наличии многосто-
роннего питания, наилучшнм образом обеспечивают селектив-
ность и быстроту действия защиты, основанные на диффе-
ренциальном принципе. Эти защиты пригодны для
сетей любой конфигурации, так как по своему принципу дей-
ствия не реагируют на повреждения вне защищаемой зоны и
поэтому выполняются без выдержки времени. К числу таких
1 Написано совместно с канд. техн, наук Г. В. Микуцким.
§ 7,1]
Принцип защиты и его развитие
277.
защит относятся продольные дифференциальные
защиты с соединительными проводами, осуществляющие срав-
нение токов по величине н по фазе по концам защищаемого
участка, высокочастотные направленные защи-
ты, сравнивающие знаки мощности по концам участка, и д и ф-
ференциальн о-ф а з и ы е, сравнивающие фазы токов.
Защиты с соединительными проводами имеют область
применения, ограниченную участками малой протяженности
(10 км), исходя из техннко-э ко комических соображений. Что
касается высокочастотных защит, то их применение не лими-
тируется дальностью электропередачи, причем в качестве ка-
налов связи используются линии высокого напряжения.
Применение токов высокой частоты в энергосистемах не
ограничивается только релейной защитой. В практику совре-
менных энергосистем внедряются телемеханические и телеиз-
мерительные устройства, а также средства связи, использую-
щие высокую частоту. Таким образом, высоковольтные линии
электропередачи используются для создания высокочастотных
каналов, причем вопросы защиты, телемеханики и
связи р е ш аются в настоящее время комплекс-
н о. Наряду с технической целесообразностью такое решение
вопросов является наиболее экономичным, поскольку затра-
ты, связанные с высокрчастотной обработкой линии электро-
передачи, распределяются между несколькими видами
устройств.
Следует заметить, что современное состояние электро-
вакуумной техники в СССР и длительный опыт применения
ламповых сх^м защиты и системной автоматики в энергосисте-
мах позволяют считать применение высокой частоты в защите
безусловно надежным.
Из существующих разновидностей высокочастотных защит
массовое распространение в энергосистемах получили за по-
следнее десятилетне пока только направленные высокочастот-
ные защиты; разбору последних специально отведена гл. 8.
Дифференпнально-фазные высокочастотные защиты пере-
живают еще стадию экспериментирования и рассмотрению
именно этих защит посвящена настоящая глава.
Идея создания высокочастотной дифференциальной эащи-
ты, основанной jia сравнении фаз токов по концам защищае-
мого участка линии электропередачи, была предложена
в 1927 г. Если за положительное направление токов
принять направление от шин к лннин, то при повреждении
вне защищаемой зоны первичные токи по обоим концам уча-
стка сдвинуты по фазе на 180° по отношению друг к другу.
В случае повреждения в защищаемой зоне угол сдвига между
278 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
токами одноименных поврежденных фаз по концам линии
примерно равен нулю. Таким образом, совпадение фаз токов
по концам защищаемого участка свидетельствует о наличии
повреждения в пределах данного участка.
Для осуществления сравнения фаз токов по концам уча-
стка необходимо, чтобы фаза тока противоположного конца
линии была передана на данный конец. Для этой цели ис-
пользуются либо контрольные про!вода (при малой протяжен-
ности участка), либо высокочастотный канал.
Для того чтобы помощью одного канала охватить защи-
той все три фазы, применяется суммирующее устройство, пре-
образующее трехфазную систему в однофазную.
В первоначальной схеме в качестве суммирующего устрой-
ства был использован трансформатор, аналогичный применяе-
мому в защите транслей. Такой суммирующий трансформатор
оказался мало пригодным для дифференциально-фазной за-
щиты.
’Основным препятствием ,к применению такого рода сумми-
рующих устройств явилось значительное расхождение по фазе
токов на выходе этих устройств прн различных видах ко-
ротких замыканий, в случае разных режимов работы линии.
Это выявилось при опытных испытаниях защиты в Г927 и
1928 г., а также прн опытной установке защиты в 1929 г. на
линии 220 кв.
' В силу этих обстоятельств защита была осуществлена на
фильтрах токов нулевой последовательности и поэтому при
всей своей сложности не охватывала междуфазных коротких
замыканий.
Последующее применение защиты имело место на той же
линии в 1933 г. В качестве суммирующего устройства был
применен комбинированный фильтр токов отрицательной и
нулевой последовательности типа /2 + k/o. Днфференциально-
фазная защита, приключенная к такому фильтру, правильно
действовала прн всех видах несимметричных коротких замы-
каний, но не реагировала на симметричные трехфазные ко-
роткие замыкания.
В 30-х годах развитие высокочастотных защит пошло по
пути внедрения в эксплоатацию направленной защиты с вы-
сокочастотной блокировкой. Последняя состоит, как правило,
нз полукомплектов, расположенных по концам защищаемой
лннин н сблокированных между собой такцм образом, что
при внешних коротких замыканиях один из полукомплектов
(расположенный ближе к месту повреждения и фиксирующий
направление мощности короткого замыкания в сторону шин)
посылает по высокочастотному каналу блокирующий сигнал
на противоположный конец данной неповрежденной линии,
§ 7Д ]
Принцип защиты и его развитие
279
препятствуя тем самым ее отключению. Прн коротком же за-
мыкании в пределах данной линии мощности короткого замы-
кания на обоих концах имеют направление от шин в сторону
линии; посылка блокирующего высокочастотного сигнала пре-
кращается н поврежденный участок отключается. Более под-
робное описание защит, основанных на этом принципе, дано
в гл. 8.
Стремление к упрощению высокочастотных защит н же-
лание избегнуть применения целого ряда устройств, как-то:
1) блокировок, предотвращающих неправильные действия на-
правленных высокочастотных защит при качаниях (см. гл. 5);
2) блокировок при перегорании предохранителей: 3) органов
направления мощности; 4) пусковых органов в фазах —
послужили поводом к тому, что в 1938 г. в СССР были нача-
ты разработки днфференциально-фааных защит.
Эти работы велись в основном на "ХЭМЗ, в ОРГРЭС и в
Московском отделении ТЭП. В разработках защит ХЭМЗ н
ОРГРЭС осуществлялось сравнение токов только по фазе, в
разработке же Теплоэлектропроекта предусматривалось срав-
нение токов также и по амплитуде.
В 1941 г. ХЭМЗ были выпущены первые образцы диффе-
ренциально-фазной защиты системы Плешко (тип КРЗ-151).
Однако, в связи с условиями военного времени ни одна из
указанных разработок полностью закончена не была и в э^с-
плоатацню не поступила.
В период с 1945 по 1948 г. в ЦНИЭЛ разработаны и ис-
пытаны новые высокочастотные защиты, основанные на диф-
ференциальном принципе, а именно: дифференциально-фазная
и дифференциальная фазно-амплитудная защита [Л. 1].
В 1944 н 1945 гг. в американской литературе появились
сведения о введений в эксплоатацию высокочастотных диф-
ференциально-фазных защит типа НКВ н др. Защита НКВ
[Л. 6] на фильтре типа lr~\-kIQ явилась высокочастотным
вариантом продольной дифференциальной защиты НСВ. Кри-
тический разбор всех этих защит приводится ниже.
В 1945 г. была усовершенствована защита, установленная
в 1933 г. на фильтре типа + причем было добавлено
переключение при симметричных трехфазных коротких за-
мыканиях с комбинации на ток А- Разновидности
высокочастотных дифференциально фазных защит не огра-
ничиваются перечисленными Типами, так как работы по
созданию высокочастотных дифференциально фазных зашит
велись во многих странах (СССР, США, Франция, Швеция).
Большинство дифференциально-фазных защит использует
суммирующие органы в виде комбинированных фильтров
280 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
симметричных составляющих различных фазовых последова-
тельностей. 1
Дифференциально-фазные защиты, использующие комби-
нированные фильтры токов, обладают следующими особенно-
стями. Если комбинированный фильтр не имеет на выходе
составляющей Л, то защита, построенная на таком фильтре,
нечувствительна к симметричным трехфазным коротким замы-
каниям. Для избежания этого недостатка в некоторых систе-
мах защит при трехфазных коротких замыканиях предусмот-
рено переключение защиты на положительную последователь-
ность. При этом, во-первых,- возникает опасность неодновре-
менного переключения на обоих концах линии и, следователь-
но сравнения по фазе токов разноименных фазовых последо-
вательностей и, во-вторых, защита получает очень низкую чув-
ствительность к трехфазным коротким замыканиям.
Фильтры, содержащие составляющие, Л вызывают зави-
симость защиты от токов нагрузки линии. Зависимость фазы
и амплитуда Л от тока нагрузки приводит к тому, что защи-
та, работающая от таких фильтров, может давать отказ при
целом ряде повреждений прн одностороннем литании. Во из-
бежание этих отказов приходятся угрублять пусковой орган
настолько, чтобы он вообще не приходил в действие на при-
емном конце линии. Это приводит к значительному за груб л е-
нрю всей защиты, главным образом, по отношению к трехфаз-
ным коротким замыканиям.
Прн выполнении дифференциально-фазных защит на ком-
бинированных фильтрах возникают вопросы, являющиеся об-
щими для большинства таких защит. К числу таких вопросов
относятся:
1) выбор типа комбинированного фильтра н коэффициен-
та k;
2) выбор пускового органа;
3) определение максимальной фазной погрешности при
внешних коротких замыканиях.
Комбинированные фильтры Ц нли 4 + ^4 имеют пре-
имущество перед фильтром в том, что при несимметричных
коротких замыканиях обеспечиваются более правильные фазо-
вые соотношения.
Величина коэффициента k выбирается из условия Л/0>/х
или [Л. 5]. Поэтому для фильтра 4 + применяе-
мого в большинстве известных схем защит, величина коэф-
фициента k должна быть значительной (порядка 5~Н0). Про-
исходит это вследствие того, что при коротком замыкании
вблизи места установки мощного трансформатора с наглухо-т
§ 7,1 ] Принцип защиты и его развитие 281
заземленной нулевой точкой соотношение между токами Л и
/0, подтекающими с противоположного конца линии, может
быть велико.
Пуск днфференциально-фазной защиты осуществляется
либо от отдельных пусковых органов, включенных на линей-
ные токн, либо от реле, приключенного к фильтру. В том слу-
чае, когда пуск защиты осуществляется от реле, подключен-
ного к фильтру Л+^/о> это реле должно быть отстроено от то-
ков максимальной нагрузки линии. Это приводит к заметному
загрублению защиты. Пуск от реле h в дополнение к пуску
от может быть осуществлен прн условии отстройки его
от токов А» появляющихся на приемном конце линии при не-
симметричных коротких замыканиях (в режиме односторонне-
го питания) или прн повреждении в цепи тока фильтра /2.
В фазно-амплитудной защите пуск от 1% может быть вы-
полнен более чувствительным, так как отпадает необходи-
мость отстройки пускового органа от токов отрицательной
последовательности приемного конца.
Фазные погрешности при внешних коротких замыканиях
обуславливаются в основном двумя причинами:
1) разностью фаз токов по концам линии и задержкой прн
распространении высокочастотных сигналов; эта погрешность
вызвана тем, что электромагнитные волны распространяются
с конечной скоростью;
2) фазными погрешностями трансформаторов тока за счет
насыщения последних от апериодической составляющей тока
короткого замыкйния.
Токн одноименвых фаз по концам лннин могут иметь угол
сдвига
2nfl
'₽=—-
где/ — длина линии в км;
v — скорость распространения электромагнитных волн вдоль
линии (у ^300 000 км/сек);
f— промышленная частота.
При длине линии в 100 км этот угол составляет 6°.
Фаза тока противоположного конца линии передается на
данный конец по высокочастотному каналу. При своем рас-
пространении вдоль линии высокочастотный сигнал также
претерпевает запаздывание на время , которое после
демодуляции дает дополнительный фазный сдвиг также на
угол ср. Таким образом, за счет запаздывания электри-
ческих сигналов на линии длиной в 100 км Можно ожидать
фазный сдвцг до 12°,
282
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [Гл. 7
Следует отметить, что фазная погрешность, обусловленная
сдвигом фаз линейных токов, ничем не может быть скомпен-
сирована, так как оиа меняет знак при перемене направления
мощности. Фазная погрешность за счет запаздывания при рас-
пространении высокочастотных сигналов может быть ском-
пенсирована в том случае, если приемник может отделить
сигналы, поступающие с противоположного конца линии, от
сигналов передатчика данного конца. Это может иметь место
либо в случае двухчастотной системы связи, либо при таком
способе построения защиты, когда приемник запирается при
работе местного передатчика.
Основным источником фазных погрешностей являются
искажения в трансформаторах тока. Как было показано в
гл. 2, трансформаторы тока при внешних коротких замыка-
ниях могут вносить значительные погрешности за счет влия-
ния остаточных магнитных потоков в сердечниках трансфор-
маторов. В той же главе было установлено, что максималь-
ная погрешность трансформатора тока имеет место на втором-
третьем периодах после начала короткого замыкания и может
достигать значительной величины.
Сдвиг вектора тока в одной из фаз можно себе предста-
вить, как добавление к линейной системе токов вектора тока
небаланса. Этот вектор может быть разложен на симметрич-
ные составляющие, которые вместе с симметричными со-
ставляющим линейных токов подаются на вход фильтра. Оче-
видно, что наибольшие искажения вектора тока на выходе
фильтра могут иметь место в том случае, когда комбиниро-
ванный фильтр увеличивает токи той последовательности, ко-
торая отсутствует в системе линейных токов. Например, для
фильтра Ц-^-kIo при коротких замыканиях между двумя фаза-
ми за счет увеличения в k раз вектора тока небаланса нуле-
вой последовательности фазная погрешность результирую-
щего вектора на выходе фильтра может оказаться весьма
значительной.
Наименьшие фазные погрешности получаются при фильтре
/1—^/2, так как токи Л и Л имеют место почти при всех ви-
дах коротких замыканий. Величина фазных погрешностей
очень быстро растет при увеличении коэффициента k.
В связи с указанными выше недостатками защит, постро-
енных на комбинированных фильтрах, в последнее время на-
метилась тенденция к отказу от комбинированных фильтэов.
Так, например, шведская защита производит раздельное срав-
нение фаз токов положительной и отрицательной последова-
тельностей, используя для этой цели два высокочастотных
Канала (на одной несущей частоте).
§ 7,2 ] Отечественные дифференциально-фазные защиты 283
Французская защита характерна отсутствием фильтра то-
ков: в ней производится сравнение фаз каждого из линейных
токов в отдельности, для чего используются три высокочастот-
ных канала (также на одной несущей).
Эти две защиты являются по идее более совершенными,
чем другие, однако чрезвычайная сложность высокочастот-
ной части сводит на-нет принципиальную простоту метода
сравнения фаз.
7,2. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНЫЕ ЗАЩИТЫ
Л. Защита А. П. Плешко (КРЗ-151) [Л. 2,5]
Схема защиты показана иа фиг. 7,1. Оба передатчика как
рассматриваемого, так и противоположного конца линии ра-
ботают на одной несущей частоте.
Высокочастотный приемник принимает сигналы обоях пе-
редатчиков. Наличие любого из этих сигналов вызывает ток
в анодной цепи приемной лампы, протекающий через тор-
мозную обмотку ПРх отключающего поляризованного реле
ПР (фиг. 7,1). С помощью специального манипулятора, опиь-
Фиг. 7,1. Защита КРЗ-151 ХЭМЗ (А. П. Плешко).
санного ниже, передатчик на каждом из концов линии мани-
пулируется выходным напряжением суммирующего фильтра.
Полярности фильтров таковы, что при внешних коротких за-
1 Первоначальный вариант защиты предложен А, П. Плешко в 1Q38гт
284 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
мыканиях передатчики работают поочередно, в разные по-
луперноды тока промышленной частоты. При этом в анод-
ной цепи приемника получается непрерывное протекание
тока — защита не действует.
При коротких замыканиях в защищаемой зоне иа одном
из концов происходит изменение фазы примерно иа 180°,
вследствие чего передатчики часть периода работают одно-
временно, а затем появляются моменты времени, когда оба
передатчика бездействуют. В эти моменты времени тормозная
обмотка ПРх кратковременно обесточивается и реле ПР дей-
ствует на отключение.
Тормозная обмотка ПР} присоединена к плюсу батареи
через переключающийся контакт поляризованного* реле ПР.
Благодаря этому реле ПР, подействовав от первого провала
между импульсами анодного тока приемной лампы, не воз-
вращаются в исходное положение до окончания короткого
замыкания.
При нормальном режиме контакты реле ПР удерживают-
ся в разомкнутом состоянии за слет тормозного действия вто-
рой обмотки ПР2, питаемой от источника постоянного тока1.
Эта обмотка обесточивается при действии пускового реле Аг.
Таким образом, по характеру воздействия схемы сравне-
ния на отключающее реле данная защита относится к катего-
рии защит с блокировкой.
Данная схема представляет единственный пример защиты,
действующей на отключение при первом спаде тока в анодной
цепи приемника.
Пуск защиты осуществляется двумя реле максимального
тока Ai и Л2 подключенными к выходным зажимам фильтра-
сумматора. Пусковые реле имеют разные токи трогания. Бо-
лее чувствительное реле Ах запускает передатчик и манипу-
лятор. Бблее грубое реле Л2 размыкает цепь питания проме-
жуточного реле РП, которое своим контактом обесточивает
тормозную обмотку ПР г поляризованного реле ПР. Кроме того,
реле Л2 замыканием второй пары контактов! подготавли-
вает оперативную цепь отключения.
Фильтр-сумматор представляет собой комбинацию двух
трансформаторов Тх и Т2. Трансформатор является транс-
форматором напряжения, трансформатор — многообмоточ-
ным трансформатором тока. Напряжение на выходе фильтра
может быть представлено в виде
(7- ЦШШ
§ 7,3] Отечественные дифференццально-фазные защиты 285
где k2 и kQ— комплексные числа;
7и /2, /0—симметричные составляющие токов.
Подбором чисел витков трансформаторов 7\ и Г2 обеспе-
чивается неравенство абсолютных значений
При этом обеспечивается преобладание составляющей нуле-
вой последовательности при замыканиях на землю и преобла-
дание составляющей отрицательной последовательности при
замыканиях между двумя фазами. Это необходимо1 с точки
зрения пуска и с! точки зрения правильности фазовых соотно-
шений векторов на выходах фильтров при различных видах
коротких замыканий.
Назначением манипулятора является превращение напря-
жения 50 гц и а конденсаторе Сх (выходное напряжение
фильтра-сумматора) в импульсы постоянного тока продолжи-
ла
тельностью периода тока промышленной частоты, что в
градусах соответствует углу 240°. Этими импульсами произ-
водится манипуляция несущей частоты передатчика. Фаза им-
пульсов, создаваемых манипулятором, точно соответствует
фазе напряжения на выходе фильтра-сумматора.
Манипулятор представляет собой двухламповую схему.
Маломощная лампа (тип 6Ф5) служит для управления бо*-
лее мощной лампой Л2 (тип 6Ф6). При появлении анодного
тока этой лампы появляется напряжение на сопротивлениях
R7 и Re, которое подается на экранную сетку лампы задаю-
щего генератора передатчика.
Сеточная цепь первой лампы представляет собой диодный
детектор с автоматической отсечкой за счет нагрузки R2 С2.
Меняя соотношение сопротивлений R2 и /?з, можно получить
любой угол отсечки от 90 до 180°, причем этот угол не будет
зависеть от амплитуды входного напряжения. Для получения
по выходе импульсов в 240° угол отсечки устанавливается в
120°, т. е. лампа Л} открыта в течение 120° каждого периода
частоты входного напряжения.
В ту часть периода, когда лампа Л1 открыта, конденса-
тор С4 разряжается через ее внутреннее сопротивление и соз-
дает ток в сопротивлении Rs, за счет которого лампа Л2 'дер-
жится запертой. Попеременная работа ламп обуславливает
то, что лампа Л2 оказывается открытой в течение 240° каж-
дого периода частоты управляющего напряжения (напряже-
ния с выхода фильтра-сумматора).
Лабораторные испытания, проведенные в ЦНИЭЛ, показа-
ли, что конструкция фильтра-сумматора имеет тот существен-
286 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
ный недостаток, что коэффициенты ki, k2, ko не остаются по-
стоянными при изменении первичных токов. Поэтому при
большом неравенстве" токов короткого замыкания, при по-
вреждении в зоне защиты, фильтр может внести столь боль-
шие фазные искажения на обоих концах участка, что защи-
та откажет в действии. Это обстоятельство явилось причиной
отказа от постановки данной защиты в опытную эксплоа-
тацию.
Кроме того, представляется необоснованным выбор про-
должительности рабочего импульса в 240°, так как при этом
минимальный угол сдвига фаз между токами на выходах
фильтров, при котором защита действует, составляет пример-
но 90°. Во многих случаях повреждений в зоне защиты этот
угол может оказаться меньше 90° и защита не подействует.
Б. Защита ОРГРЭС
Дифференциально-фазная защита, показанная на фиг. 7,2,
Фиг. 7Д. Защита ОРГРЭС.
была доложена на совещании
по высокочастотной связи и
защите в 1941 г. Эта защи-
та (Явилась продолжением
серии высокочастотных за-
щит, р азр а бота иных в
ОРГРЭС.
Хотя данная защита не
была доведена до опытного
образца, пригодного для по-
становки в эксплоатации, и,
следовательно, ие испыты-
валась в линейных услови-
ях, она заслуживает рас-
смотрения, так как в ией
предложена оригинальная
схема тира тронного пуско-
вого органа.
Рабочая катушка отклю-
чающего реле подключена
к трансформатору, питаемо-
му от фильтра токов отри-
цательной последователь-
ности.
§ 7,2] Отечественные дифференциально-фазные защиты 287 '
Высокочастотная часть защиты служит для блокировки от-
ключающего реле при внешних! коротких замыканиях. Следо-
вательно, данная защита, так же как и защита КРЗ-151, от-
носится к категории защит с высокочастотной блокировкой.
Эта блокировка осуществляется методом сравнения фаз
токов отрицательной последовательности; работа защиты при
симметричных трехфазных коротких замыканиях основана на
том, что симметричное короткое замыкание всегда развивает-
ся из несимметричного, так что даже при трехфазном корот-
ком замыкании в течение первого периода после начала ко-
роткого замыкания в линии протекают токи отрицательной
последовательности.
В случае исчезновения токов отрицательной последователь-
ности до того, как успеет подействовать защита, тиратрониый
пусковой орган переключает схему сравнения фаз и отклю-
чающее реле с питания от фильтра отрицательной последова-
тельности на питание от фильтра Л.
В схеме защиты имеется сдвоенный фильтр токов положи-
тельной и отрицательной последовательностей, подающий че-
рез трансформаторы Л и Л напряжения, пропорциональные
токам /1 и 12 соответственно. Оба трансформатора работают
при сильном насыщении сердечников и имеют во вторичных
обмотках ограничители напряжения JIi и Л2. Это необходимо
для ограничения амплитуд выходных напряжений 7\ и Т2.
Трансформатор Т2 питает двухполупериодный выпрямитель,
собранный на тиратронах с холодным катодом ТХх и ТХ2. На
выход выпрямителя включена обмотка 2 пускового реле Р.
Обмотка 1 того же реле включена через контакты реле вре-
мени РВ в анодную цепь тиратрона ТХ3. Сетка этого тира-
трона возбуждается от трансформатора Т2.
Реле Р состоит из двух механически сочлененных кодовых
реле: каждая из обмоток 1 и 2 притягивает свой якорь, пере-
ключающий свою группу контактов.
Ампервитки обмоток так соразмерены, что при возбужде-
нии обеих обмоток превалирует действие обмотки 2, ее кон-
такты Р2 замыкаются, а контакты Р\ остаются в их нормаль-
ном положении. Если обмотка 1 находится под током, то при
исчезновении тока в обмотке 2 переключаются контакты Pj.
Контактами Р\ производится переключение питания авто-
трансформатора АТ с фильтра Л на фильтр Ц.
Автотрансформатор АТ, во-первых, подает манипулирую-
щее напряжение на высокочастотный передатчик, во-вторых,
через купроксиый выпрямитель подает напряжение на рабо-
чую обмотку РОр отключающего роле РО,
Кроме того, с этого же трансформатора подается напряже-
ние на лампу высокочастотного приемника С сойротивле-
288
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [Гл. 7
иия /?1 на эту лампу подается смещающее напряжение, кото-
рое подбирается таким образом, чтобы лампа Л3 была за перс-
та при отсутствии на ее сетке высокочастотного сигнала. Пе-
редатчик передает высокую частоту в те полупериоды, когда
иа аноде лампы Л3 имеется отрицательная полуволна напря-
жения. При внешнем повреждении передатчики на обоих кон-
цах линии работают поочередно, так что прн положительной
полуволне напряжения иа аноде Л3 иа ее сетку поступает вы-
сокая частота с противоположного конца линии. Лампа от-
крывается и через обмотку РО m течет блокирующий ток —
зашита бездействует.
При повреждении в защищаемой зоне передатчики рабо-
тают одно времен но>, лампа Л3 все время заперта, тормозная
обмотка Р@т обесточена и реле РО срабатывается под дей-
ствием обмотки РОр.
Пусковая схема работает следующим образом.
При любом виде повреждения иа линии иа выходе фильт-
ра /2 появляется напряжение, пропорциональное току отри-
цательной последовательности. Это напряжение выпрямляет-
ся двумя тиратронами ТХх .и ТХ2 и питает обмотку 2 реле Р.
Одновременно с этим пускается тиратрон ТХ3 и подает пита-
ние иа обмотку 1. При этом; притягиваются контакты Р2? ко-
торые подают плюс оперативной батареи иа схему приемопе-
редатчика. Питание автотрансформатора АТ производится от
фильтра /2. Если имеет место симметричное трехфазное ко-
роткое замыкание, то напряжение иа выходе трансформатора
Г2 может исчезнуть быстрее, чем сработает защита.
Обмотка 2 реле Р обесточится, а обмотка 1 останется под
током: переключаются контакты Ри которые подают на авто-
трансформатор АТ напряжение с фильтра Л. Обесточивание
обмотки 1 реле Р производится помощью реле времени РВ,
которое размыкает свои контакты через 10 периодов промыш-
ленной частоты после запуска ТХ3.
Данная защита принципиально обладав^ значительными
преимуществами перед защитами, использующими комбини-
рованный фильтр (например, так как во всех случаях
несимметричных повреждений фазовые соотношения получа-
ются благоприятными для работы защиты. Защита может
быть сделана весьма чувствительной, так как нет необходимо-
сти отстраиваться от токов нагрузки. Эти преимущества обя-
заны идее переключения защиты с фильтра Л на фильтр Л
при симметричных коротких замыканиях; однако, это пере-
ключение выполнено недостаточно совершенно.
При внешних несимметричных коротких замыканиях мо-
жет иметь место такой режим, когда через один-два периода
$ 7,21 Отечественные дифференциально-фазные защиты 289
после начала короткого замыкания величина тока Ц будет
такова, что ток в обмотке 2 реле Р будет соответствовать
пределу чувствительности этой обмотки. В этом случае кон-
такты Pi могут переключиться на одном конце линии и не пе-
реключиться на другом; при этом защита будет сравнивать
фазы токов разноименных последовательностей.
В. Дифференциально-фазная защита ЦНИЭЛ 1
Дифференциальио-фазная защита, разработаииая в ЦНИЭЛ,
отличается большой простотой и содержит малое число реле
простейшего типа. Высокочастотная часть защиты состоит из
обычного приемопередатчика, применяемого для направлен-
ной высокочастотной защиты.
Манипуляция производится напряжением с 'выхода фильт-
ра-сумматора. Передатчик генерирует частоту при положитель-
ных полуволнах напряжения с выхода фильтра, благодаря
чему он посылает в линию импульсы высокой частоты продол-
жительностью один полупериод промышленной частоты: фа-
за этих импульсов точно соответствует фазе напряжения на
выходе фильтра. При внешних коротких замыканиях пере>-
датчики обоих концов линии работают в разные полупериоды
промышленной частоты, благодаря чему на оба приемника
непрерывно поступает высокочастотный сигнал. При коротком
замыкании в зоне защиты* передатчики работают однов!ремен-
но, так что существуют отрезки времени, когда высокочастот-
ный сигнал на входе приемника отсутствует, т. е. на вход
приемника поступают импульсы высокой частоты. Приемник
преобразует эти импульсы в ток, воздействующий иа отклю-
чающее реле таким образом, что величина тока в этом реле
пропорциональна разности фаз сравниваемых токов.
Защита предназначена для линий ПО кв с любым видом
грозозащиты (трос или разрядники). В отличие от многих
иностранных дифференциально-фазных защит (см. ниже) за-
щита ЦНИЭЛ обладает высокой чувствительностью к несим-
метричным коротким замыканиям.
Достоинством защиту является большая простота ее высо-
кочастотной части. Защита не содержит специального лампо-
вого манипулятора и не содержит электронной схемы сравне-
ния фазы. Сравнение фаз осуществляется автоматически
в приемнике высокочастотного поста.
В 1948 г. дифференциально-фазная защита ЦНИЭЛ вклю-
чена в опытную эксплоатащию на линии ПО кв.
1 Разработана коллективом специалистов под руководством проф.
И. И. Соловьева.
19 Г. И. Атабеков.
290
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
Фиг. 7,3. Защита Логана.
7,3. АМЕРИКАНСКИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНЫЕ
ЗАЩИТЫ
Как уже упоминалось, первые разработки дифференциаль-
нофазйых защит относятся к 1927 г. Одиако, сведения о
введении в эксплоатацию дифференциальио-фазных защит от
всех видов коротких замыканий появились лишь в 1944 г.
Ниже приводится описание таких зашит, расположенное в по-
рядке их опубликования.
А. Защита Логана
Эта защита была выполнена и испытана в эксплоатацион-
иых условиях.
Схема сравнения фаз этой защиты (фиг. 7,3) через про-
межуточное. реле РП воздействует иа тормозную обмотку РОт
отключающего реле РОГ рабочая обмотка Р&р которого пи-
тается от токовых пусковых органов. Эти пусковые органы
включены независимо от фильтра-сумматора. Подобно двум
выше описанным защитам защита Логана также относится
к категории защит с высокочастотной блокировкой.
В качестве фильтра-сумматора применен комбинированный
фильтр типа Л+^/о-
Слагающая klo введена для обеспечения правильных фазо-
вых соотношений по концам линии при однофазных замыка-
§ 7,3 ] Американские дифференциально-фазные защиты 291
ниях на землю, когда составляющие положительной после-
довательности могут под влиянием токов нагрузки сильно
расходиться по фазе. Коэффициент k должен быть взят с та-
ким расчетом, чтобы при всех видах замыканий на землю со-
ставляющая /г/0 преобладала над /ь Это необходимо для пред-
отвращения возможности сравнения по фазе составляющих
разных последовательностей (иа одном конце преобладает
Л, на другом &/0).
Пусковой орган состоит из восьми реле максимального тока.
В каждую фазу и в нулевой провод включено по два реле
разной чувствительности. Более чувствительные реле Ль
и (М запускают высокочастотный приемопередатчик. Бо-
лее грубые реле Л2, В2, С2 и О2 подают напряжение на рабо-
чую обмотку РО р поляризованного отключающего реле РО
(фиг. 7,3).
Высокочастотный передатчик модулируется напряжением
промышленной частоты,, получаемым с выхода фильтра-сум-
матора. На противоположном конце линии принятый высоко-
частотный сигнал демодулируется, а на выходе приемника по-
лучается напряжение промышленной частоты, совпадающее
по фазе с исходным напряжением. Таким образом, напряже-
ние на выходе приемника соответствует напряжению на вы-
ходе фильтра-сумматора противоположного конца линии.
Напряжение иа выходе приемника сравнивается по фазе
с выходным напряжением местного фильтра-сумматора с по-
мощью лампы Ль На сетку этой лампы подается напряже-
ние непосредственно с местного фильтра, анодная же цепь ее
питается переменным током с рыхода приемника. Фазировка
напряжений иа выходах фильтров такова, что при внешних
коротких замыканиях положительные полуволны напряжения
на сетке совпадают с положительными же полуволнами на-
пряжения иа аноде. Благодаря этому лампа открывается че-
рез один полупериод промышленной частоты и в ее анодной
цепи течет пульсирующий ток. Для того, чтобм через обмотку
реле РП, включенную в т.у же цепь, протекал постоянный ток,
обмотка зашунтироваиа конденсатором С.
При повреждении в зоне защиты положительные полувол-
ны напряжения йа сетке соответствуют отрицательным полу-
волнам напряжения на аноде, вследствие чего лампа оказы-
вается все время запертой. Реле РП обесточивается и своим
контактом обесточивает тормозную обмотку РОт, благодаря
чему происходит Отключение.
Ток, протекающий через обмотку реле РП, пропорциона-
лен фазному соотношению выходных напряжений фильтров-
19*
292
Дифференцшиьно-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
Прием-
ник В к
Фнг. 7,4. Защита НКВ.
сумматоров по концам участка. Благодаря этому зона блоки-
ровки может регулироваться ампервитками этой обмотки.
Предельный фазный сдвиг, соответствующий режиму работы
на блокировку, принят равным 75°.
В приведенной Логаном схеме приемопередатчики рабо-
тают на разных несущих частотах, используя в качестве ка-
нала контрольные провода. Однако, автор указывает иа воз-
можность осуществления этого принципа при работе иа одной
несущей частоте.
Защита испытывалась на линии напряжением в ПО кв,
длиной 69 км. За период испытаний защита 120 раз работала
на отключение и блокировку. Из этого числа было несколько
случаев ложной работы, отнесенных автором за счет несовер-
шенства высокочастотной части защиты.
К принципиальным недостаткам защиты следует отнести
следующие:
1. Схема, использующая девять реле на комплект и дуп-
лексный высокочастотный канал, является очень сложной. Су-
дить об одиочастотном варианте схемы не приходится, так как
он в статье ие приводится.
2. Защита обладает грубым токовым пусковым органом,
она может допускаться только в том случае, когда ток корот-
кого замыкания превышает ток максимальной нагрузки.
$ 7,3 ] Американские дифференциальнл-фазные защиты 293
Б. Защита НКВ [Л. 6]
Схема защиты НКВ представлена на фиг. 7,4.
В отличие от описанных выше защит схема сравнения фа^
данной защиты воздействует непосредственно на отключаю-
щее реле. Ток, протекающий в отключающее реле, пропорци-
онален фазовому соотношению сравниваемых токов. Током
трога ни я этого рел е
регулируется величина
предельного фазового
сдвига, при котором
защита срабатывает.
Величина этого пре-
дельного угла выби-
рается равным пример-
но 150°.
Защита имеет токо-
вый пусковой орган,
включенный на выход
фильтра-сумматора, ти-
па Л+^/о (фиг. 7,4).
Кроме реле максималь-
ного тока А функцию
пускового органа вы-
полняют два тиратро-
на Л\ и Ль которые
одноврем еино служ ат
для манипуляции пере- Фнг. 7,5. Фазная характеристика защиты
датчика и управления Н*В.
приемником, Подача
анодного напряжения на тиратроны осуществляется контак-
том реле А. Тиратройы имеют разную чувствительность. Бо-
лее чувствительный тиратрон Л1 запускает передатчик путем
подачи напряжения на анод задающего генератора. Тиратрон
Л1 зажигается в тот лолупериод, когда на его сетку посту-
пает положительное напряжение. В следующий полупериод
зажигается тиратрон Л2. После зажигания Л2 конденсатор С
разряжается через его внутреннее сопротивление, благодаря
чему падает напряжение па аноде тиратрона Л\ и он гаснет.
Таким образом, тиратроны Лх и Л2 работают попеременно.
Передатчики иа каждом из концов линии работают через
каждые полпериода промышленной частоты.
Фазировка выходных напряжений фильтров такова, что
при сквозном повреждении передатчики работают поочередно.
Благодаря этому и а вход высокочастотного приемника сиг-
нал подается непрерывно, при этом иа сопротивлении
294 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [Гл. 7
включенном в анодную цепь приемника, создается падение
напряжения/ запирающее лампу Л3.
При повреждении в защищаемой зоне передатчики на
обоих концах линии начинают часть периода работать одно-
временно. Положительные (импульсы на /?з не компенсируют-
ся больше отрицательным напряжением иа R$. В анодной цепи
<ZZ3 течет пульсирующий ток, переменная составляющая ко-
торого трансформируется, выпрямляется и подается на отклю-
чающее реле РО.
На фиг. 7,5 показана фазная характеристика защиты,
т. е. зависимость тока в обмотке отключающего реле от угла
расхождения фаз токов, входящих в линию. <
Время действия всей защиты составляет от 2,5 до 3,5 пе-
риодов частоты 60 гц.
Авторами защиты указывается, что могут быть случаи
двухфазных замыканий иа землю фаз ВС, когда с одной сто-
роны линии течет только ток положительной последователь-
ности, а с другой ток нулевой последовательности. При этом
фазы токов Л и /о могут совпадать и защита ие подействует.
Кроме этого недостатка, отмеченного самими авторами,
следует указать также ряд других недостатков, как-то:
1. Низкая чувствительность пускового органа к замыкаг
ииям между двумя фазами. При токе нагрузки '5 а ток тро-
гания пускового реле А составляет 1,4 *5=7 а. Чувстви-
тельность более грубого тиратрона Л2 такова, что он сраба-
тывает от полуторажратного тока трогания реле А, т. е. для
его зажигания требуется ток положительной последователь-
ности 1,5*7=10,5 а. Таким образом, при замыканиях между
двумя фазами ток положительной последовательности должен
превышать 10,5 а, т. е. полный ток должен составлять 17,5 а.
2. При коротких замыканиях в защищаемой зоне возмож-
но такое токораспределение, когда на одном из концов при-
дут в действие оба пусковых тиратрона, а на другом только
более чувствительный; передатчик этого конца окажется не-
прерывно включенным, и защита будет заблокирована с обо-
их концов. Этот случай отказа работы защиты наиболее ве-
роятен в кольцевых сетях и при параллельных линиях.
В. Новая американская защита
Новейшей из выпущенных в Америке дифференциально-
фазных защит является защита, опубликованная в декабре
1945 г. Схема защиты приведена на фиг. 7,6.
Схема сравнения фаз защиты воздействует непосредствен-
но на отключающее реле POt причем ток в реле пропорцио-
§ 7,3 ] Американские дифференциально-фазные защиты 295
Фиг. 7,6. Новая американская защита.
нален фазовому соотношению сравниваемых токов. Фирмой
применен комбинированный фильтр, дающий на выходе на-
пряжение, пропорциональное токам /г+^/о при 'несимметрич-
ных видах коротких замыканий и пропорциональное 1\ прн
симметричных трехфазных коротких замыканиях. Перестрой-
ка фильтра со схемы иа Ц осуществляется тремя реле
максимального тока, каждое из которых включено в соответ-
ствующую фазу. Перестройка фильтра происходит при одно-
временном срабатывании всех трех реле. При нормальном ре-
жиме напряжение на выходе фильтра равно нулю.
Получаемое на выходе фильтра напряжение используется,
во-первых, для запуска передатчика и, во-вторых, для срав-
нения фаз по концам защищаемого участка.
При любом несимметричном повреждении напряжение иа
выходе фильтра определяется выражением:
О — Ua [(а2- а) /2+ £Z0] =«[-/V3 4 + Hb (7,1)
где п — коэффициент пропорциональности;
k — действительное число;
а = е',2Г
Соотношение витков первичных обмоток трансформаторов
7\ и Т2 показаны на схеме.
При трехфазных коротких замыканиях действуют токовые
реле в фазах, контакты которых дешунтируют сопротивление
/?2. Благодаря этому баланс напряжения между точками tn и
296
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [Гл. 7
л нарушается и между ними появляется напряжение, опреде-
ляемое выражением:
U= naix (р— 1), (7,2)
где р есть отношение напряжений на после и до размы-
кания контактов Л, В и С.
С выхода фильтра напряжение подается на двухтактный
ламповый усилитель,, нагруженный иа выходной трансформа-
тор Т3 с тремя вторичными обмотками. Благодаря наличию
этого усилителя фильтр практически ие несет никакой наг
груэки.
Обмотка I трансформатора Г3 последовательно с батареей
постоянного тока включена в цепь экранных сеток ламп пере-
датчика. При отсутствии напряжения на этой обмотке пере-
датчик заперт. Прн наличии напряжения передатчик пускает-
ся при положительной полуволне и остается запертым при от-
рицательной.
Обмотка III трансформатора Т3 служит для питания пу-
скового органа. Последний необходим, во-первых, для того,
чтобы обеспечить пуск передатчиков с обоих концов, прежде
чем начнет действовать схема сравнения фаз, и, во-вторых,
для того, чтобы на время повреждения вывести из действия
все другие функции,, с которыми защита может быть совме-
щена в одном высокочастотном канале (связь, телемеханика,
телеизмерения и т. д.). Пусковой орган состоит из лампы <Х7з,
в анодную цепь которой включено пусковое реле РП. Нор-
мально лампа Лз заперта напряжением смещения, снимаемым
с сопротивления Напряжение на обмотке II трансформа-
тора Тз выпрямляется двухполупериодным купроксным вы-
прямителем и отпирает лампу Лз. Контакты реле РП вклю-
чены последовательно в цепь экранной сетки лам|пы Л^
в анодную цепь -которой включено отключающее реле РО.
Экранная сетка лампы <ZZ4 питается от обмотки II транс-
форматора Тз. На управляющую сетку этой лампы подается
отрицательное иапряжеиие с выхода высокочастотного при-
емника. Через отключающее реле РО может протекать ток
только в те моменты времени, когда положительные полувол-
ны на обмотке II совпадают с отсутствием напряжения и а
выходе высокочастотного приемника, т. е. тогда, когда за-
перт передатчик противоположного конца линии. Это поло-
жение соответствует режиму повреждения в зоне. При внеш-
нем повреждении положительная полуволна на обмотке II
совпадает с периодом работы высокочастотного передатчика
на противоположном конце линии, т. е. с периодом, когда на
управляющую сетку Л4 подается запирающее напряжение
$ 7,3 ] Американские дифферекциалыю-фазные защиты 297
Фиг. 7,7. Фазная характеристика
защиты
с высокочастотного при-
емника; при этом ток в
отключающем реле отсут-
ствует и тем самым осу-
ществляется блокировка.
Таким образом, ток в от-
ключающем реле зависит
от соотношения фаз на-
пряжений иа выходах
фильтров по концам за-
щищаемого участка. Фаз-
ная характеристика дана
иа фиг. 7,7. Ток отключаю-
щего реле в некоторых
пределах зависит также
от величины т. к. з., от
затухания высокочастот-
ного канала и напряже-
ния источников питания
иа обоих концах. Если ве-
личину т. к. з. выразить
через кратность тока тро-
гания пускового реле, то кривые фиг. 7,7 даны для следую-
щих условий: средняя кривая соответствует нормальным усло-
виям работы—току в пусковом реле в 1,5 раза больше тока
трогания, затуханию линии 10 децибел, напряжению стан-
ционной батареи 129 в. Верхняя граница заштрихованного
участка соответствует току в пусковом реле, равному на каж-
дом конце полуторакратному току трогания, затуханию ли-
нии 5 децибел, напряжению станционной батареи 110 в. Ниж-
няя граница соответствует двадцатикратиому току в пуско-
вом реле, затуханию в линии 15 децибел и напряжению
станционной батареи 140 в.
Лампа и включенное в ее аиодиую цепь сигнальное
реле служат для вызова к симплексному высоко частотно му
телефону, а также для сигнализации повреждения в цепях
постоянного тока.
На схеме фиг. 7,6 показано также сериесное вспомога-
тельное реле СВР, шунтирующее контакты отключающего
реле. 1
Элементом, подлежащим регулировке в зависимости от
параметров защищаемой сети, является величина коэффи-
циента k.
Время действия защиты при кратностях по отношению
к троганию более трех составляет примерно 0,04 сек.
В литературе не приводится данных эксплоатациониой
298 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ ГЛ. 7
проверки защиты, поэтому ее свойства могут быть оценены
только предварительно.
Обращает на себя внимание малая чувствительность за-
щиты при трехфазных коротких замыканиях. Кроме того,
неясно поведение защиты при внешних трехфазиых коротких
замыканиях, когда токи повреждения близки к токам трога-
ния реле Я, В и С. В этом случае при отказе одного из шести
реле максимального тока возможно неселективное отключе-
ние, так как с одной стороны линии на выходе фильтра будет
напряжение, пропорциональное Л, а с той, где не подейство-
вало реле, оио будет равно нулю. Эго явление может также
иметь место при качаниях в системе.
7,4. ШВЕДСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ЗАЩИТА
Схема защиты (фиг. 7,8) была доложена на международ-
ной конференции по высоковольтным линиям летом 1946 г.
в Париже.
Защита основана на сравнении фаз токов положительной
и отрицательной последовательности по концам защищаемого
участка линии электропередачи. В отличие от всех известных
дифференциально-фазных защит, осуществляющих сравиеиие
по фазе какой-либо одной электрической величины (например,
данная защита осуществляет раздельное сравнение
Фиг. 7,8. Шведская защита.
§ 7,4 ] Шведск.ая дифференциально-фазная защита 299
фаз токов Ц и h независимо друг от друга. Смысл подобного
разделения заключается в том, что защита, основанная и а
<;равнении\ фаз /2, правильно действует при всех видах несим-
метричных коротких замыканий 1. Сравнение по фазе токов
Ц предусмотрено иа случай симметричных трехфазных корот-
ких замыканий. Для осуществления сравнения фаз каждой
из последовательностей используются два канала связи меж-
ду концами защищаемой линии (дуплексная передача), так
что вся защита требует четыре канала связи. Четыре канала
передаются по двум несущим частотам методом многократ-
ной тональной модуляции.
На фиг. 7,8 показана общая схема защиты,, на которой
полностью дана схема фильтров положительной и отрицатель-
ной последовательностей, а электронная часть защиты пред-
ставлена в виде блок-схемы. Защита имеет две раздельных
системы фильтров, одну для питания пускового органа и дру-
гую для подачн составляющих Ii и /2 иа схему сравнения
фаз.
Для одновременного получения составляющих Ц и Л ис-
пользован сдвоенный фильтр токов положительной и отрица-
тельной последовательностей (см. гл. 6). Ввиду того
что фильтр включен на линейные токи, то для компен-
сации токов нулевой последовательности применены проме-
жуточные трансформаторы тока с тремя обмотками 7\ и Г2.
Третьи обмотки этих трансформаторов включены в нулевой
провод (число витков третьей обмотки в три раза меньше
числа витков обмотки, питаемой линейным током).
На выходе комбинированного фильтра получаются напря-
жения, пропорциональные токам Ц и /2, каждое из которых
трансформируется отдельным трансформатором. Трансформа-
тор Г3 составляющей имеет три вторичных обмотки.
С одной обмотки подается напряжение для модуляции пере-
датчика канала положительной последовательности. Со вто-
рой обмотки напряжение подается на схему сравнения фаз
положительной последовательности, причем и а ту же схему
с выхода высокочастотного приемника подается напряжение,
пропорциональное току положительной последовательности
противоположного конца линии. Третья обмотка служит для
питания пускового, органа, о котором будет сказано ниже.
Трансформатор составляющей kl2 подает напряжение
для модуляции канала отрицательной последовательности и
напряжение на схему сравнения фаз того же канала.
1 Исключением являются некоторые случаи обрывов с односторон-
ним заземлением, как это указано ниже.
300
Дифферешщально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
В схеме предусмотрено два раздельных пусковых органа,
один для симметричных и другой для несимметричных корот-
ких замыканий. Первый пусковой орган действует подобно
реле минимального импеданса положительной последователь-
ности. Этот орган состоит из двух выпрямляющих схем и
поляризованного пускового реле, помещенного в пусковом
элементе. Одна из выпрямительных схем питается напряже-
нием klu а вторая напряжением, которое пропорционально
напряжению положительной последовательности за вычетом
падения напряжения от тока положительной последователь-
ности в половине с.опротивления защищаемой линии ( йг —
. z. \
— А J • Достигается это тем, что последовательно в про-
вода, подключенные к фазам трансформатора напряжения,
Z
включены импедансы, равные и обтекаемые линейными
токами от промежуточных трансформаторов 777. Таким обра-
зом, иа выходе выпрямительной схемы получается напряже-
ние, определяемое выражением:
^=1^1-1^-/;^- • (7,з>
При нормальном эксплоатациоииом режиме величина V\
преобладает над остальными величинами, входящими в иы-
ражение (7,3), и потому напряжение иа выходе выпрямитель-
ной схемы имеет отрицательный знак — защита бездействует.
При коротком замыкании в зпие защиты напряжение иа
выходе выпрямительной схемы пускового органа меняег знак,
причем величина этого напряжения зависит от местоположе-
ния короткого замыкания. При симметричном повреждении
в середние линии второй член выражения (7,3) обращается
в нуль, так что
вых = 0. (7,4)
При коротком замыкании в начале или в конце защищаемой
зоны второй член выражения (7,3) равен Д-s-, так что иа-
> &
пряжение на иыходе пускового органа равно:
1 0ЫА * \ £ J
Для того чтобы в этом случае пускоиой орган работал
иужио, чтобы ^)вых>0, т. е. £>—.
§ 7Л 1
Шведская дифференциально-фазная защита
301
При коротких замыканиях вне защищаемой зоны напря-
жения иа выходах пусковых органов по концам защищаемого
участка получаются одинаковыми независимо от местополо-
жения короткого замыкания. Равенство напряжений имеет
место при всех видах коротких замыканий. Это может быть
доказано следующим простым рассуждением: напряжение иа
выходе пускового оргаид, установленного иа ближайшем
к месту короткого замыкаиня конце линии, определяется вы-
ражением:
141-pi+Av •
Соответственно напряжение на выходе пускового органа
противоположного конца линии равно:
I ^1—=
= РЛ1-|4+Л^|.
где Ut— напряжение положительной последовательности иа
конце линии, ближайшем к месту к. з. (все величины отнесены
к вторичной стороне; коэффициент фильтра принят равным
единице). Положительное направление для тока Ц принято
в сторону места повреждения.
Равенство напряжений иа выходах выпрямительных схем
пусковых органов при любых внешних коротких замыканиях
имеет очень существенное значение для обеспечения селек-
тивной работы защиты.
Второй пусковой орган действует при всех несимметрич-
ных коротких замыканиях и работает подобно реле макси-
мального напряжения отрицательной последовательности.
Этот пусковой орган состоит из двухполупериодиой выпрями-
тельной схемы и поляризованного реле, помещенного в пу-
сковом элементе. Выпрямительная схема питается напряже-
нием, пропор|циональиым напряжению отрицательной после-
довательности, за вычетом падения напряжения от тока от-
рицательной последовательности в сопротивлении половины
длины линиИ), т. е
^2 вых ” ^2 А j • (7,5)
Прн нормальном эксплоатационном режиме напряжение
U2sbix Равно нулю. При несимметричном коротком замыкании
в пределах зоны защиты и2вых не равно нульб, причем вели-
чина У^вых зависим от местоположения короткого замыкания.
При повреждении в середине участка это напряжение про-
302
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
порционально напряжению отрицательной последовательно-
сти в месте„короткого замыкания. При кордтком замыкании
в начале линнн получается перекомпенсация и напряжение
U2ebix возрастает по отношению к напряжению в месте корот-
кого замыкания. При коротком замыкании в конце линии
имеет место недокомпенсацня.
При внешних коротких замыканиях подобно тому, как
это имеет место в пусковых органах положительной после-
довательности, напряжения U2ebtx на °бонх концах защищае-
мого участка равны друг другу прн любом местоположении
и характере короткого замыкания.
Для питания обоих пусковых органов требуются напря-
жения ( Ux—Д -у-) н U2—/2 • Этн напряжения полу-
чаются с помощью комбинированного фильтра напряжений
положительной и отрицательной последовательностей, пред-
ставляющего собой модификацию известного фильтра с авто-
трансформатором. На входе фильтра имеют место фазные
. z . . Z . . Z
напряжения UA — 1А соответ-
ственно.
В случае появления напряжения на выходе выпрямитель-
ной схемы пускового органа положительной последователь-
ности пусковой элемент включает тональный генератор кана-
ла этой последовательности. Звуковая частота модулируется
напряжением, пропорциональным /|, от трансформатора Тз.
Модулированное напряжение звуковой частоты в свою оче-
редь подается на высокочастотный передатчик для модуляции
несущей частоты. При появлении напряжения на выходе пу-
скового органа отрицательной последовательности аналогич-
ным образом включается тональный канал отрицательной по-
следовательности.
Сравнение токов Ц производится специальной схемой срав-
нения, на которую подается напряжение, пропорциональное
Л, с трансформатора Тз и напряжение с выхода высокоча-
стотного приемника, пропорциональное току Л противополож-
ного конца линнн. Схема сравнения состоит в основном из
электронной лампы, анодная цепь которой питается одним из
сравниваемых напряжений, а сеточная цепь—другим. При
этом анодный ток лампы пропорционален разности фаз срав-
ниваемых напряжений. Фазная характеристика дана на
фиг. 7,9. Токн отрицательной последовательности сравниваются
аналогичным образом другой такой же схемой сравнения.
Анодные токн ламп обеих схем сравнения текут через обмотки
дифференциального реле!, которое нормально держит свои кон-
§ 7,5]
Французские дифференциалъно~фазные защиты
303
такты замкнутыми. При
срабатывании дифферен-
циального реле его кон-
такты размыкаются, сра-
батывает реле РП, кото-
рое подает питание на от-
ключающее реле РО.
Имеется указание, что
данная защита установ-
лена в опытную эксплоа-
тацию, но материалов
этой эксплоатацин еще
недостаточно для сужде-
ния о практических до-
стоинствах или недостат-
ках схемы.
Применение раздель-
ного сравнения по фазе
составляющих положи-
ло н ы:
Фиг. 7,9. Фазная характеристика швед-
ской защиты.
тельной н отрицательной последовательностей с точки зре-
ния правильности фазовых соотношений имеет определенные
преимущества перед общепринятым методом сравнения ком-
бинации различных последовательностей (например,
Благодаря этому обеспечивается правильность действия за-
щиты как при двустороннем, так н прн одностороннем лита-
нии, вне зависимости от наличия сквозной нагрузки.
При всех своих положительных качествах защита в целом
отличается значительной сложностью в выполнении электрон-
ной части и требует для работы двух независимых несущих
частот.
Подлежит особому рассмотрению случай обрыва с одно-
сторонним заземлением, при котором фазовые соотношения
как у Ц, так и у /2 могут быть неблагоприятными с точки
зрения правильности работы защиты.
Кроме того, защита может действовать неправильно при
перегорании предохранителей в цепях напряжения, питающих
пусковой орган.
7,5. ФРАНЦУЗСКИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНЫЕ ЗАЩИТЫ
Разработка высокочастотных дифференциально-фазных
защит во Франции относится к 1937—1938 гг. Предварительно
выполненная защита была основана на сравненин-фаз токов
/2+&/0 по концам защищаемого участка линии. Эта защита
нечувствительна к симметричным трехфазным коротким за-
мыканиям. Позднее к ней была добавлена система переклю-
304 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
чения комбинированного фильтра с h~\-klo на Л при симмет-
ричных коротких замыканиях.
Последняя защита была названаЛ«электронной», так как
поч^н не содержала механических реле. Отключающее реле
был^ выполнено’ в виде тиратрона, включенного непосредст-
венно в цепь отключающей катушки выключателя. Время дей-
ствия защиты составляло 0,05 сек. В литературе не приводит-
ся схема защиты и каких-либо данных о результатах линей-
ных испытаний.
0 1946 г. во Франции была введена в опытную эксплоата-
цню новая система днфференциально-фазной защиты.
Защита предложена в двух вариантах. В первом варианте
она сравнивает фазы токов на выходах комбинированных
фильтров положительной и нулевой последовательностей по
обо^м концам защищаемого участка линии. Во втором ва-
рианте производится непрерывное сравнение токов каждой
из фаз в отдельности, т. е. каждая нз трех фаз снабжена
самостоятельной и днфференциально-фазной защитой, дейст-
вующей на отключение выключателя данной фазы (предпола-
гается пофазное отключение). В литературе приводится по-
добное описание только последнего варианта защиты, кото-
рый был установлен в эксплоататии.
Принципиальная схема защиты одной фазы линии электро-
передачи показана на фиг. 7,10. Трансформатор тока дан-
ной фазы питает первичную обмотку трансформатора Т и то-
ковую обмотку реле минимального импеданса ПО; обмотка
напряжения этого реле питается напряжением одноименной
фазЫ- Трансформатор Т имеет две вторичные обмотки. Одна t
из них подает напряжение на ограничитель, с которого оно
посГУпает для модуляции высокочастотного передатчика, с
другой обмотки напряжение поступает на фазный контур ФЛ^
н далее на схему сравнения фаз ССФ. На ту же схему по-
дается напряжение 50 гц, принятое по высокочастотному ка-
налУ с противоположного конца линии н пропорциональное
линейному току данной фазы на дальнем конце. Выходное на-
пряжение схемы сравнения подается на усилитель постоян-
ного тока У ПТ, на выход которого включено отключающее
реле РО.
Схема сравнения фаз дает на выходе положительное на-
пряжение, если фазы токов по обоим концам линии совпада-
ют, н отрицательное напряжение, если этн фазы противопо-
ложны. В случае исчезновения одного из управляющих напря-
жений выходное напряжение схемы сравнения становится
равным нулю. Усилитель постоянного тока выполнен таким
образом, что при подаче на его вход постоянного отрицатель-
& 7,5 ]
Французские дифференциально-фазные защиты
305
Фиг. 7,10. Принципиальная схема французской защиты.
кого напряжения он создает на выходе, в отключающем реле
РО, постоянный ток по-рядка 100 ма.
В целях осуществления непрерывного контроля за работой
защиты сравнение фаз токов производится не только в мо-
мент повреждения, но непрерывно, благодаря чему защита
принципиально не требует пускового органа. Тем не менее
защита снабжена пусковым органом в виде импедансного ре-
ле ПО, которое превращает днфференциально-фаЗхЧую защи-
ту данного фазного провода линии в ватгметровую, в тех
случах, когда вследствие повреждения на линии к зажимам
cd схемы сравнения не поступил сигнал с противоположного
конца. Осуществляется этот переход следующим образом: па-
раллельно выходным зажимам приемника включено реле ми-
нимального напряжения, которое замыкает свои контакт при
исчезновении напряжения с противоположного конца лнннн.
Если в момент повреждения срабатывает реле Р, то импеданс-
ное реле ПО подключит к зажимам вг напряжение иАВ от
трансформатора напряжения. Таким образом, если в момент
повреждения прекратится сигнал с противоположного конца
линии, то схема сравнения фаз ССФ будет работать как реле
направления мощности и подействует на отключение прн на-
правлении мощности от шнн к линии. Напряжение от транс-
20 Г. И. Атабеков.
306
Дифференциально-фазные высокочастотные защиты [ Гл. 7
Фиг. 7,11. Схема сравнения фаз
французской защиты.
этом случае она также требует
форматора напряжения по-
дается к зажимам вг через
фазный контур ФДг.
Для осуществления пол-
ной защиты линии по ука-
занному принципу между
двумя концами линии тре-
буется три дуплексных нли
шесть симплексных каналов,
по два на каждый фазный
провод. Этн шесть каналов
можно получить по одному'
дуплексному высокочастот-
ному каналу с использова-
нием многократной модуля-
ции несущих частот различ-
ными звуковыми частотами.
Таким образом, система пе-
редачи заключается в том,
что на каждом из концов
линии трн фазных тока мо-
дулируют трн звуковые ча-
стоты, которые в свою оче-
редь модулируют несущую.
Если нет необходимости в
пофазном отключении, то
защита сравнивает фазы то-
ков на выходах комбиниро-
ванных фильтров Л+&/о, в
(уплескного высокочастотного
канала, но несущие частоты этого канала могут модулиро-
ваться непосредственно токами на выходах фильтров без
применения звуковых частот.
Прн системе многократной модуляции на звуковых часто-
тах требуется применение фильтров звуковой частоты для
разделения каналов. Эти фильтры представляют сббой инер-
ционные системы, которые вносят паразитный фазный сдвиг
в передаваемые напряжения промышленной частоты. Для
компенсации этого фазного сдвига в цепь местного тока
включен фазовый контур, как показано на схеме фнг. 7,10.
Данная зашита имеет оригинальную схему сравнения фаз,
на работе которой следует остановиться подробнее. Принци-
пиальная схема сравнения показана на фиг. 7,11,а, полная
схема представлена на фнг. 7,11,6. На схему от трансфор-
маторов Т1 и Т2 подаются напряжения и1 и и2, пропорцио-
нальные местному току данной фазы и току i2 той же фазы
§ 7,5]
Французские дифференциально-фазные защиты
307
на ’противоположном конце и*
линии. Схема содержит два
двухполупернодиых выпря-
мителя г\ и г2> один
из которых питается суммой
напряжений а дру-
гой их разностью — и2.
Выходное напряжение полу-
чается на сопротивлении
которое должно быть значи-
тельно больше нагрузочных
сопротивлений выпрямите-
лей н /?2. С сопротивления
р напряжение подается на
усилитель постоянного тока
и далее на отключающее
реле.
Характер напряжения на
сопротивлении р зависит от
вольтамперных характери-
стик выпрямителей ги г\ н
Фиг. 7,12. Фазная характеристика
схемы сравнения фаз французской
защиты.
г2, ^2- Для -случая параболической характеристики выпря-
мителей зависимость напряжения на 7? от напряжений н
«з выражается формулой.
Ц = 2aRU1U2 cos ф,
(7,6)
где а — коэффициент пропорциональности, определяе-
мый характеристикой выпрямителя;
F} — /^1~R2—сопротивление нагрузки каждого нз выпрями-
телей;
Ц, U2— амплитуды переменных напряжений;
ср — угол сдвига фаз между напряжениями.
В случае линейных характеристик выпрямителей напряже-
ние на сопротивление R определяется выражением
У [ yut' + u* + wtu2cos<f-
— 1/Ц2 + U.* — 2ОД cos <Р ] ,
(7,7)
где b — сопротивление выпрямителя в проводящей области.
На фиг. 7,12 изображена зависимость (7р по формуле (7,7)
от угла сдвига фаз и от соотношения амплитуд напряже-
ний Ц н U2. Кривые показывают, что при равенстве ампли-
туд Ut и U2 схема дает почти линейную зависимость нзме-
20*
308 ДифференциОлъно-фазные высокочастотные защиты [Гл. 7
неиня выходного напряжения от сдвига фаз Ц и U2. 14з
кривых фнг. 7,12 видна зона чувствительности защиты. Так
как усилитель постоянного тока, подключенный к сопротив-
лению R, создает ток в отключающем реле только прн отри-
цательных напряжениях на входе, то зона действия состав-
ляет 4" 90° по отношению к случаю полного совпадения фаз,
т. е. полная зона работы составляет 180&.
Данная схема сравнения фаз представляет собой не что
иное, как купроксный ваттметр, на который вместо тока и
напряжения подаются два напряжения, пропорциональные
токам по концам защищаемого фазного провода. В качестве
элемента сравнения можно было бы применить обычное ме-
ханическое реле мощности, однако последнее обладает боль-
шим потреблением и потому менее удобно.
Данная защита испытывалась как в лаборатории, так н на
линии напряжения 150 /се. Защита была установлена наг этой
линии с действием на сигнал и показала правильную работу
при коротких замыканиях внешних и в зоне защиты. Следует
отметить интересный эксперимент по исследованию прохожде!-
ния тока высокой частоты, в случае замыкания на землю фа-
зы, по которой происходила передача. При замыкании на зем-
лю провода, по которому производилась высокочастотная пе-
редача, напряжение высокой частоты на приемном конце, за-
меренное на активном сопротивлении 400 ом, уменьшалось
всего в два раза. На основании этих экспериментов был сде-
лан вывод, что при однофазных замыканиях на землю, даже
при замыкании той фазы, по которой производится передача
высокой частоты, ие происходит нарушения действия высоко-
частотного канала.
Описанная защита имеет следующие особенности:
1. Защита осуществляет пофазное отключение, причем от-
ключение поврежденной фазы не влияет на работу защиты
неповрежденных фаз. Это имеет существенное значение, так
как за последнее время наметилась тенденция к более широг-
кому применению систем с пофазным отключением н пофаз-
ным АПВ.
2. Сравнение фаз полных токов по каналам защищаемого
участка с точки зрения правильности действия дифференци-
ально-фазной защиты имеет некоторые преимущества перед
сравнением фаз токов положительной составляющей.
3. Благодаря отсутствию специального пускового органа
схема обладает высокой чувствительностью.
4. Применение узкополосных фильтров звуковых частот
Значительно повышает помехоустойчивость схемы.
К недостаткам защиты относятся:
1. Относительная сложность всей системы. Кроме обычно-
§ 7,6]
Общие выводы
309
го приемопередатчика на каждый конец линии требуется по
три комплекта следующих элементов схемы: ламповый огра-
ничитель, генератор звуковой частоты, модулятор, демоду-
лятор, двух каскадный усилитель постоянного тока и т. д. Та-
кая сложная многоламповая схема не сможет надежно рабо-
тать от напряжения станционной батареи 115 в, так что для
нее потребуется специальная вольтодобавочная батарея.
2. Система непрерывного действия и отсутствие пускового’
органа может прн повреждении отдельных целен привести к
ложному действию защиты.
3. Непрерывная подача в линию высокой частоты связана
с влияниями канала защиты на другие высокочастотные кана-
лы линии электропередачи н линий связи, проходящие вбли-
зи защищаемой линии.
4. Зона действия защиты по углу мала по сравнению с
другими системами защиты. Это особенно существенно при
работе по первому варианту, т. е. с использованием комбини-
рованного фильтра
5. При одностороннем питании могут иметь место режимы
коротких замыканий, при которых фазовые соотношения пол-
ных токов по концам поврежденного участка линии будут нет
благоприятны с точки зрения действия защиты (например,
замыкание между двумя фазами илн одностороннее замыка-
ние на землю в случае отсутствия нулевой точки на приемном
конце). Если при одностороннем питании токи нагрузки на
приемном конце создают достаточную модуляцию, то возмо-
жен отказ в работе защиты.
6. Система переключения дифференцнально-фазной защи-
ты на ваттметровую прн нарушении высокочастотного канала
может привести к тому, что защита может действовать при
выпадении системы из синхронизма. При нарушении устойчи-
вости системы ,реле минимального импеданса ПО и реле Р
могут одновременно держать замкнутыми контакты на выхо-
де ФКг за счет того, что реле Р имеет выдержку времени на
возврат.
7,6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
На основании приведенного выше анализа схем днфферен-
циально-фазных защит можно сделать следующие выводы:
1. Дифференциально-фазный принцип является весьма за-
манчивым ввиду простоты релейной части.
2. Наибольшей простотой обладают защиты, использую-
щие комбинированные фильтры токов. Однако, этн защиты,
как правило, требуют отстройки от токов нагрузки н потому
имеют малую чувствительность при трехфазных коротких за-
мыканиях.
310
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
3. Большинство дифференцнально-фазных защит (защита
НКВ, Логана) кроме низкой чувствительности прй трехфазиых
коротких замыканиях обладают также низкой чувствительно-
стью прн замыканиях Между двумя фазами.
4. Отечественная дифференциально-фазная защита, раз-
работанная в ЦНИЭЛ, имеет преимущество перед загранич-
ными защитами с точки зрения простоты, так как в ней отсут-
ствует как специальный электронный манипулятор, так и спе-
циальная схема сравнения фаз.
5. Большинство дифференциально-фазных защит плохо ра-
ботает в режиме большой сквозной нагрузки (при коротком
замыкании в зоне защиты).
б. По сравнению с другими дифференциально-фазными
защитами принципиально наиболее совершенными являются
защиты с раздельным сравнением линейных токов или раз-
дельным сравнением фаз токов /1 и /а. Однако, защиты, осу-
ществляющие такое сравнение, являются сложными в своей
высокочастотной части.
7. В системах с пофазным отключением дифференциальио-
фазная защита имеет то преимущество перед другими, что
защита может продолжать правильно работать при отклю-
ченной фазе.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
НАПРАВЛЕННЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАЩИТЫ1
8,1. РАЗВИТИЕ ЗАЩИТЫ
В предыдущей главе (§ 7,1) указывалось значение, кото-
рое имеют высоко частотные защиты для современных энер-
гетических систем. К числу основных преимуществ высокоча-
стотных защит относятся:
1) возможность отключения поврежденного участка без вы-
держки времени, так как по принципу своего действия защита
не реагирует на внешние короткие замыкания н поэтому не
требует согласования выдержки времени с защитами смеж-
ных участков;
2) возможность защиты линий большой протяженности, для
которых выполнение продольных дифференциальных защит с
соединительными проводами неэкономично;
3) возможность комплексного сочетания вопросов релейной
защиты, высокочастотной телефонной связи и телемеханики.
Многолетний опыт эксплоатации направленных высокоча-
стотных защит подтвердил высокие качества., в силу кото-
1 Написано совместно с канд. техн, наук Я. М. Смородинским.
§ 8,21 Особенности существующих высокочастотных защит 311
рых они и являются в настоящее время основным ви-
дом защиты линий электропередачи ПО кв н выше,
входящих в электрические системы сложной конфигурации, в
которых требуемая быстрота отключения повреждений не мо-
жет быть обеспечена более простыми способами.
Первое упоминание о высокочастотной защите, использую-
щей органы направления мощности для отключения повреж-
денного участка, относится к 1923 г. Указанная защита осно-
вывалась на принципе циркуляции высокочастотных токов н
требовала для правильного действия двухстороннего питания.
Из-за этого н целого ряда других недостатков защита прак-
тического осуществления не получила.
Начало 30-х годов отмечено появлением ряда схем на-
правленных высокочастотных защит. К этому периоду отно-
сятся первые разработки в СССР высокочастотных защит в ла-
боратории им. проф. Смурова в Ленинграде. Лабораторией
были изготовлены н установлены в энергосистемах Союза не-
сколько десятков комплектов указанной защиты.
Вторая половина 30-х годов знаменуется быстрым разви-
тием направленных высокочастотных защит, ускорением их
действия, совершенствованием релейных и высокочастотных
частей и внедрением их в эксплоатацию в больших масшта-
бах.
К указанному периоду относится начальная стадия разра-
ботки высокочастотных защит на ХЭМЗ, завершившаяся к на-
чалу 1941 г. выпуском защиты типа КРЗ-161.
События последующих лет задержали дальнейшее завод-
ское производство этих защит.
Ввиду большой важности высокочастотных защит для
энергосистем Союза в период с 1941 по 1948 г. в СССР про-
должалась разработка быстродействующих направленных вы-
сокочастотных защит, простых по своему исполнению и на-
дежных с точки зрения эксплоатации.
В результате этих работ в СССР были созданы новые
быстродействующие фильтровые направ-
ленные высокочастотные защиты от всех
видов коротких замыканий, имеющие преимущества перед
заграничными [Л. 2, 7]. Описание такого вида защит приво-
дится ниже (§ 8„4—8,6).
8,2. ОСОБЕННОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
ЗАЩИТ С ОРГАНАМИ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В ФАЗАХ
Е} Советском Союзе и за границей перед войной получили
преимущественное распространение высокочастотные защиты,
основанные на применении органов направления мощности в
фазах н в нулевом проводе.
Л2 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. $
Наряду с большим многообразием схем этих защит им
свойственны некоторые общие особенности и недостатки, при-
сущие принципу действия и способу их выполнения. В каче-
стве иллюстрации приводятся краткие пояснения к ряду сле-
дующих схем, относящихся к. предвоенному периоду.
1) защита лаборатории им. проф. А. А. Смурова [Л. 3];
2) защита типа КРЗ-161 ХЭМЗ;
3) защита Спорна и Мёллера [Л. 1];
4) защита GMB;
5) защита HZ [Л. 1].
Принципиальные схемы защит в самом упрощенном виде
изображены на фиг. 8,1—8,5.
Защита лаборатории им. проф. А. А. Смурова (фиг. 8,1)
При коротком замыкании действует пусковой орган ПО,
подводящий плюс батареи через нормально замкнутый кон-
Дмодно я цель
паие^мина
Фиг. 8,1. Принципиальная схема
защиты лаборатории им. Смурова.
ПО -— пусковой орган; БР — блокирую-
щее поляризованное реле, замыкающее
контакт под действием постоянного маг-
нита при отсутствии тока в тормозной
обмотке (БРт); ВПР — выходное проме-
жуточное реле; W—реле направления
мощности (переключающее контакт при
направлении мощности короткого замы-
кания от шин в сторону ЛИНИЙ);
такт органа направления мощ-
ности 1Г к аноду лампового ге-
нератора.
Если повреждение произо-
шло вне защищаемой зоны, то
на том конце лнннн, где мощ-
ность короткого замыкания на-
правлена к шннам, орган на-
правления мощности продол-
жает держать контакт в анод-
ной цепи передатчика замкну-
тым и в линию посылаются то-
ки высокой частоты. Послед-
ние принимаются приемниками
обоих концов лннни, в резуль-
тате чего блокирующие поля-
ризованные реле БР, включен-
ные в анодную цепь приемни-
ков, обтекаются токами. Прн этом реле БР размыкают кон-
такты в цепи обмоток выходных промежуточных реле ВПР
и защита не действует.
Если повреждение произошло в защищаемой зоне, то при
наличии двухстороннего питания мощность короткого замы-
кания на обоих концах линнн направлена от шин в сторону
линнн: орган направления мощности W переключает контак-
ты, размыкая анодную цепь передатчика н замыкая цепь об-
мотку выходного промежуточного реле ВПР; в результате пе-
редатчики на обоих концах поврежденной линии останавли-
ваются, блокирующие реле обесточиваются и цепь обмоток
§ 8,2 1 Особенности существующих высокочастотных защит
313
реле ВПР замыкается: защита на обоих концах линии дейст-
вует на отключение.
Время действия защиты порядка 0,2 сек.
Защита типа КРЗ-161 ХЭМЗ (фиг. 8,2)
В защите предусмотрены два типа пусковых органов: чув-
ствительный пусковой орган ZZOi служит для пуска пере-
датчика (путем подачи минуса к катоду генератора через
нормально замкнутый контакт органа направления мощности
й?) н грубый пусковой орган
ПО2 для подачи оперативного
тока на отключение.
Блокирующее поляризован-
ное реле БР имеет две тормоз-
ные обмотки: первая нормально
обтекается постоянным током,
а вторая включена в анодную
цепь приемника и обтекается
током при наличии в линии вы-
сокой частоты.
Если ‘повреждение произо-
шло вне защищаемой линии, то
на том конце линии,, где мощ-
ность короткого замыкания на-
правлена к шинам, орган на-
правления мощности W про-
должает держать контакт в
цепи катода замкнутым и в
в — WVW
РП БРт
ж»------VWW
Фиг. 8,2. Принципиальная схема
высокочастотной защиты ХЭМЗ
(тип КРЗ-161).
ПО1 — пусковой орган (чувствительный);
F10t — пусковой орган (грубыйЧ БР—
блокирующее поляризованное реле, за-
мыкающее контакты под действием по-
стоянного магнита при отсутствии тока
в обеих тормозных обмотках (БРт)\
ВСР — выходное сериесное реле; РП —
вспомогательное промежуточное реле;
о W — орган направления мощности (раз-
ЛННИЮ ПОСГупаЮТ ТОКИ ВЫСОКОЙ мыкающий контакт при направлений
частоты; защита поврежденной мощности ^ону «“ви’Г °ТШЯИ
линии не действует.
Если повреждение произошло в защищаемой зоне, то ор-
ганы направления мощности на обоих концах линии размы-
кают цепь катода и передатчики останавливаются. В обеих
тормозных обмотках поляризованного реле БР ток в этом слу-
чае отсутствует и реле БР под действием постоянного маг-
нита замыкает цепь отключения.
Время действия защиты порядка трех периодов.
Защита Спорна и Мёллера (фиг. 8,3)
При коротком замыкании действует пусковой орган ПО.
Одним из размыкающих контактов он пускает передатчик
путем снятия минуса с сетки генератора. Другим своим раз-
мыкающим контактом он прекращает подвод минуса к обмот-
ке блокирующего реле БР.
314
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
Если повреждение произошло вне защищаемой зоны, то
иа том конце линии, где мощность короткого замыкания на-
правлена к шинам, орган мощности продолжает держать кон-
такт в анодной/ цепи передатчика замкнутым и в линию по-
сылаются токи высокой частоты. Этн токи принимаются при-
емниками обоих концов линии и блокирующее реле БР, по-
терявшее питание от пускового органа, продолжает находиться
под анодным током приемника. Поэтому реле БР продолжает
держать контакт в отключающей
цепй разомкнутым и защита ие
действует.
Если повреждение произошло
в защищаемой зоне, то реле
мощности на обоих концах линии
размыкают анодную цепь пере-
датчиков, блокирующие реле БР
обесточиваются и замыкают цепь
отключения. Лнння отключается
с обоих концов.
Применение в схеме фнг. 8,3
реле W и ПО с нормально за-
мкнутыми контактами позволяет
осуществить быстродействующую
защиту с временем действия по-
рядка одного периода, но одно-
временно создает вероятность .
неселективного действия при пе-
ремене направления мощности.
Для предотвращения неправильного действия защиты при
внешних повреждениях, сопровождаемых переменой направ-
ления мощности, в схеме предусмотрено блокирующее реле
БПН с собственным временем действия порядка 2,5 периода.
Фиг. 8,3. Принципиальная схе-
ма однопериодной высокоча-
стотной защиты Спорна и
Мёллера.
ПО — пусковой орган; БР — блокй-
рующее поляризованное реле; БПН—
блокировка при перемене направле-
ния мощности; W7 — орган направле-
ния мощности (размыкающий кон-
такт при направлений мощности от
шин в линию).
Защита GMB (фиг. 8,4)
При коротком замыкании пусковой орган ПО\, размыкая
контакт, снимает отрицательное смещение с сетки генератора
и запускает тем самым передатчик. Одновременно контактом
более грубого пускового органа ПО% размыкается цепь тор-
мозной обмотки БРП блокирующего реле БР.
Если короткое замыкание произошло вне защищаемой зо-
ны, то на одном из концов линии мощность короткого замы-
кания направлена к шннам и орган направления мощности
держит контакт разомкнутым: передатчик работает и вторая
тормозная обмотка блокирующего реле БР (в анодной цепи
приемников на обоих концах лнннн) обтекается током—кон-
такт БР остается разомкнутым н отключение ие происходит.
§ 8,2] Особенности существующих высокочастотных защит 315
Если короткое замыкание произошло в пределах рассмат-
риваемой линии, тр органы направления мощности на обоих
концах линии замыкают свои контакты я подают минус на
сетку генератора: передатчики останавливаются н поляризо-
ванное блокирующее реле, потеряв торможение в обеих своих
обмотках, замыкает контакт под действием постоянного маг-
нита. Линия отключается.
Время действия защиты порядка 2,5 периодов, при отсут-
ствии разрядников н около 7 периодов при наличии их.
Фиг. 8,4. Принципиальная схема
защиты GMC
ПО1 — пусковой орган (чувствительный);
ПОЛ — пусковой орган (грубый^; БР —
блокирующее поляризованное реле, за-
мыкающее контакт под действием посто-
янного магнита при отсутствии тока в
обеих тормозных обмотках (£Pm); ВСР—
выходное сернесиое реле; W — орган
направления мощности (замыкаюший кон-
такты при направлении мощности корот-
кого замыкания от шин в сторону линии).
Фиг. 8,5. Принципиальная схема
высокочастотной защиты H.Z
17Ot — пусковой орган (чувствительный);
ПОЯ — пусковой орган (грубый); БР —
блокирующее поляризованное реле;
БРр — рабочая обмотка блокируклцего
реле, действующая в сторону замыкания
контактов; БРт — тормозная обмотка
блокирующего реле; РП — промежуточ-
ное реле; ВСР — выходное сериесное ре-
ле; W — орган направления мощности
(замывающий контакт при направлении
мощности короткого замыкания от шин
в линию).
Защита HZ (фиг. 8,5)
Прн коротком замыкании пусковой орган ПО\, замыкая
контакт, подает минус к катоду задающего генератора — пе-
редатчик начинает работать. Одновременно замыкается кон-
такт более грубого пускового органа ПО% в цепи вспомога-
тельного промежуточного реле ПР.
Если короткое замыкание произошло вне рассматривае-
мого участка, то на одном из концов этого участка мощность
короткого замыкания направлена от линии к шинам и орган
направления мощности держит контакт разомкнутым: вспо-
могательное промежуточное реле в действие не приходит н
блокирующий высокочастотный сигнал продолжает поступать
в лннню, тормозная обмотка блокирующего реле на протйво-
316 Направленные высокочастотные защиты
[ Гл. 8
положном конце участка (включенная в анодную цепь при-
емника) обтекается током и отключение не происходит.
Если короткое замыкание произошло в пределах данной
линии, то органы направления мощности на обоих концах
этой линии, замыкая свои контакты, приводят в действие
вспомогательные промежуточные реле РП, которые разры-
вают цепь катода: высокая частота исчезает (т. е. в тормоз-
ной обмотке блокирующего реле ток прекращается), а рабо-
чая обмотка блокирующего реле оказывается под током —
блокирующее реле замыкает контакты н происходит отклю-
чение линии.
Время действия защиты порядка 2,5 периодов (при отсут-
ствии разрядников) и около 7 периодов — прн наличии нх.
Существующим схемам большинства направленных высо-
кочастотных защит предвоенного периода свойственны сле-
дующие особенности:
1. В схемах предусматриваются, как прави-
ло, две отдельные защиты, предназначаемые
на случай: а) замыканий между фазами н б) за-
мыканий и а землю.
Вызвано это тем обстоятельством, что пуск защиты при за-
мыканиях между фазами выполняется, как правило, прн по-
мощи импедансных пусковых органов (включенных на ли-
нейные токи и линейные напряжения) или пусковых органов
минимального напряжения (включенных на линейные напря-
жения) с токовой блокировкой, не обладающих достаточной
чувствительностью при замыканиях на землю.
Введение^ в схему органов, реагирующих на составляющие
нулевой последовательности, позволяет увеличить чувствитель-
ность защиты при замыканиях на землю и отстроиться при
этих повреждениях от влияния токов нагрузки и токов не-
поврежденных фаз, предотвратив тем самым возможность
неправильного действия защиты от замыканий между фазами
при замыканиях на землю.
Кроме того, применение органов, реагирующих на состав-
ляющие нулевой последовательности, позволяет обеспечить
отключение замыканий иа землю независимо от действия
устройств, предназначаемых для предотвращения неправиль-
ной работы защиты при качаниях.
Ввиду большей четкости работы органов нулево^ после-
довательности при замыканиях на землю эта группа реле
принимает на себя функции управления приемопередатчиком
и всей защитой в целом, т. е. при замыканиях на землю по-
ведение защиты в целом определяется работой элементов ну-
левой последовательности. Последние состоят обычно из пу-
§8,2] Особенности существующих высокочастотных защит 317
сковых органов максимального тока и органов направления
мощности нулевой последовательности.
2. В каждой защите (от замыканий между фазами н от за-
мыканий на землю), как правило, предусматриваются два
отдельных комплекта пусковых органов:
а) чувствительные и б) грубые.
Пуск высокочастотной части защиты осуществляется чув-
ствительными пусковыми органами, а релейной — грубыми.
Делается это во избежание неправильных действий защиты
при внешних коротких замыканиях в случае, если высокоча-
стотный полукомплект на конце лнниц, на котором мощность
короткого замыкания направлена в сторону шин, не будет за-
пущен и вследствие этого не будет посылать блокирующего
высокочастотного сигнала на противоположный конец лннни
{где мощность короткого замыкания направлена от шин и
передатчиц остановлен). Поэтому для пуска передатчика ис-
пользуется обычно более чувствительный пусковой орган,
а для замыкания цепей защиты — более грубый пусковой
ррган.
Это особенно актуально в случае применения пусковых
органов максимального тока, работающих в условиях, близ-
ких к режиму трогания, когда вследствие неполной индентич-
ностн установок или возможного разброса токов трогания ре-
ле защита может быть приведена в действие только на одном
конце неповрежденного участка, в частности на том, где мощ-
ность короткого замыкания направлена от шин в сторону ли-
нии (где передатчик остановлен). Неправильное действие за-
щиты предотвращается в этом случае тем, что пуск передат-
чика осуществляется от отдельного, более чувствительного пу-
скового органа, обеспечивающего тем самым при внешних ко-
ротких замыканиях появление блокирующего сигнала на не-
поврежденном участке вне зависимости от того, будет ли за-
пущена релейная часть защиты на одном или на обоих кон-
цах данного неповрежденного участка.
3. Высокая частота в защите используется
исключительно для целей блокировки, т. е. для
посылки блокирующего сигнала с одного нз концов непо-
врежденного участка (на котором мощность короткого замы-
кания направлена от лннни к шинам) на другой конец дан-
ного участка. Никакие другие функции на высокую частоту
в релейной части защиты не накладываются.
Пуск каждого передатчика осуществляется отдельно, вне
зависимости от пуска другого передатчика.
Для блокировки защиты используется, как правило, при-
емное поляризованное реле (в анодной цепи приемника). Сле-
дует заметить, что использование блокирующего сигнала
318 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. 8
в направленных высокочастотных защитах имеет преимуще-
ство перед другими способами [Л. 1], заключающееся в том,
что блокировка защиты осуществляется на неповрежденных
участках, где высокочастотные каналы связи не нарушены,
а иа неповрежденном участке необходимость в передаче высо-
кочастотных сигналов (как это, например, требуется при пе-
редаче отключающих импульсов) отпадает.
4. Направленные высокочастотные защи-
ты снабжаются обычно отдельными устрой-
ствами, предотвращающими неправильное
действие защит при качаниях.
Условие для неправильного действия направленной высо-
кочастотной защиты при качаниях наступает тогда, когда
электрический центр качаний оказывается в пределах защи-
щаемой линии. В этом случае органы направления на обоих
концах линии фиксируют направление мощности от шин
в линию, как если бы на линии было действительное замы-
кание между тремя фазами (подробнее см. гл. 5).
Применяемые во избежание неправильного действия за-
щит специальные устройства (блокирующие защиты при ка-
чаниях) выполняются фирмами и заводами, выпускающими
высокочастотную защиту, различным образом.
Следует отметить, что в схеме высокочастотной защиты
лаборатории нм. проф. А. А. Смурова, так же как и в схеме
защиты типа КРЗ-161 завода ХЭМЗ, используется для целей
блокировки защиты прн качаниях реле напряжения отрица-
тельной последовательности; никакие другие функции на него
не возлагаются. В частности, его присутствие, не исключает в
этих схемах необходимости применения пусковых органов
минимального импеданса и максимального тока нулевой по-
следовательности.
5. Схемы направленных защит с высокочастотной телебло-
кировкой во избежание неправильного дей-
ствия защиты при перегорании предохра-
нителей или обрывах в цепях напряжений,
как правило, снабжаются специальными
устройствами, блокирующими защиту в
подобных случаях. В Советском ' Союзе такого рода
блокировки осуществляются обычно при помощи реле, реаги-
рующего на асимметрию в цепи напряжения (сопровождаемую
смещением нулевой точки, т. е. появлением составляющих
нулевой последовательности).
Следует, однако, иметь в виду, что согласно данным экс-
плоатацяи при медленном (длительностью порядка несколь-
ких периодов) перегорании предохранителей в цепях напря-
§ 8,2 ] Особенности существующих высокочастотных защит
319
жеиия в случае коротких замыканий в этих цепях защита мо-
жет действовать неправильно на отключение.
6. Время действия направленных защит с высокоча-
стотной телеблокировкой обычно определяется: а) собствен-
ным временем действия реле, входящих в схему, и б) вы-
держкой времени, необходимой для отстройки от работы
трубчатых разрядников (в случае, если они установлены на
линии).
При наличии трубчатых разрядников время действия вы-
высодочастотных защит составляет обычно несколько перио-
дов. Замедление защиты достигается применением вспомога-
тельных реле.
В свою очередь ускорение отключения выключателя поми-
мо применения быстродействующих реле достигается тем, что
контакты пусковых органов и блокирующего реле включаются
непосредственно в оперативную цепь отключения выключате-
ля. Во избежание подгорания контактов этих реле, не рассчи-
танных на ток отключающей катушки, в оперативной цепи
предусматривается быстродействующее сериесное промежу-
точное реле, приходящее в действие в начальной стадии нара-
стания отключающего тока и шунтирующее своим контактом
контакты пусковых и блокирующих реле.
Цепь самоудерживания сериесного реле разрывается прн
отключении выключаг^еля блок-контакдамн на валу выключа-
теля.
7. Вопросы выбора высокочастотной аппа-
ратуры присоединения (приемопередатчики, загради-
тели, конденсаторы связи н фильтры присоединения) здесь не
рассматриваются,, так как относятся к самостоятельной обла-
сти техники и довольно широко описаны в специальной лите-
ратуре. Следует лишь заметить, что из существующего много-
образия способов присоединения высокочастотной аппаратуры
в СССР нашел применение наиболее экономичный способ об-
работки линий электропередачи по системе фаза —
земля.
Существующие защиты имеют следующие основные
н ед остатки:
1. Возможен отказ защиты в действии прн замыканнн
между двумя фазами на лнннн, работающей по условиям
эксплоатации в режиме одностороннего питания (нормально
же имеющей двухстороннее питание), если защита приемного
конца будет запущена пусковым органом минимального им-
педанса.
2. Возможен отказ в действии защит при коротких замы-
каниях вследствие применения двух комплектов пусковых ор-
ганов разной чувствительности. Это может иметь место при
320:
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. &
коротких замыканиях в кольцевой сети с одной точкой пита-
ния- или на одной из двойных линий, когда распределение
т. к. з. по линиям может обусловить на одном конце действие
обоих пусковых органов, а на другом только одного. Кроме
того, отказ одного из пусковых органов возможен вследствие
наличия переходного сопротивления в месте повреждения.
3. На сильно нагруженных линиях и на линиях большой
протяженности даже при наличии одного комплекта пусковых
органов минимального импенданса возможен отказ в их дей-
ствии при междуфазных повреждениях, сопровождаемых про-
теканием т. к. з., соизмеримых с токами нагрузки. Указанное
обстоятельство привело к необходимости разработки новых
типов пусковых органов и защит длинных и сильно нагружен-
ных линий (см. гл. 9).
4. Даже при наличии специальной блокировки от неправ
вильных действий защиты при перегорании предохранителей
в цепях напряжения медленное перегорание предохранителей
(порядка нескольких периодов) может привести к неправиль-
ному отключению.
5. Применение избирательных органов в фазах, дублиро-
вание отдельных элементов (органов, пуска, направления и
т. д.), а также применение различного рода специальных бло-
кировок (от качаний, перегорания предохранителей и др.)
сильно усложняет и без того сложные схемы защит, делает
их менее надежными, удорожает их изготовление^ монтаж и
эксплоатацию.
8,3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К СОВРЕМЕННЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ЗАЩИТАМ.
ПРЕИМУЩЕСТВА ФИЛЬТРОВЫХ ЗАЩИТ
Z
К направленной высокочастотной защите предъявляются
следующие основные требования:
1. Правильный выбор направления должен обеспечиваться
при любом виде повреждения независимо от схемы питания
высоковольтной сети.
В частности, в тех случаях, когда по условиям эксплоата-
ции возможен режим одностороннего питания линии (имею-
щей в другое время двухстороннее питание), должен обеспе-
чиватьси правильный выбор направления мощности иа при- ,
емном конце линии при несимметричном коротком замыкании
в пределах данной линии (при условии, если защита приемно-
го конца будет запущена, например, пусковым органом мини-
мального импеданса).
2. Действие защиты на поврежденном .участке должно
обеспечиваться при любом виде короткого замыкания неза-
§ 8,3 ]
Основные требования к защите
321
висимо от соотношения между т. к. з. (при минимальных ре-
жимах) и токами нагрузки (при максимальном режиме) или
токами неповрежденных фаз.
Иначе говоря, пусковой орган должен обеспечивать туск
защиты поврежденного участка при возможных на практике
неблагоприятных условиях.
3. При осуществлении защиты с реле, реагирующими на
симметричные составляющие отрицательной последователь-
ности, должно обеспечиваться правильное действие защиты
вне зависимости от вида повреждения (даже при замыканиях
между тремя фазами в защищаемой зоне).
4. Пуску релейной части защиты неповрежденного уча-
стка всегда должен предшествовать пуск высокочастотного
приемопередатчика (во избежание неправильного отключения
неповрежденного участка). Прн безинерциоином пуске пере-
датчика (см. § 8,6) это требование отпадает.
5. Защита должна , быть быстродействующей — время дей-
ствия защиты ориентировочно должно составлять порядка
1—3 периода, а при наличии на линии трубчатых разрядни-
ков не более 4—6 периодов.
6. Должна быть исключена возможность неправильных
действий защиты при:
а) качаниях и. асинхронном режиме работы генераторов,
вызванных нарушением статической или динамической устой-
чивости системы;
*б) коротких замыканиях, происшедших в процессекачаний;
в) перемене направления мощности при коротких замыка-
ниях, а также в случае каскадного действия защиты в системе;
г) переходе одного вида короткого замыкания ® другой;
д) перегорании предохранителей и обрывах цепей напря-
жения или тока, а также в момент их исправления;
е) перегорании предохранителей в цепях постоянного тока,
а также и момент их восстановления;
ж) работе защиты от перенапряжения (трубчатых разряд-
ников) в случае наличия их в защищаемой сети;
э) включении неповрежденной линии с одного конца;
и) опробовании высокочастотной части защиты.
7. Должно обеспечиваться действие защиты на поврежден-
ном участке при:
а) коротком замыкании, возникшем в процессе качаний;
б) одностороннем включении линии на существующее ко-
роткое замыкание, например, если на линии после ремонта
оставлена закоротка.
8. Желательна быстрая готовность защиты к повтор-
ному действию.
21 Г. И. Атабеков.
322 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. &
9. Должна быть осуществлена сигнализация неисправно-
сти цепей защитьи1.
Все эти требования должны быть удовлетворены при на-
личии простоты в выполнении защиты и минимальном коли-
честве реле и контактов.
Дальнейшее развитие высокочастотных защит, как это-
следует из предъявляемых к ним требований, должно итти
по линии улучшения технических качеств защит при одно-
временном упрощении их.
Коренное улучшение высокочастотных защит требует раз-
работки новых принципов осуществления схем, конструктив-
ных исполнений реле и вспрмогательных устройств.
Успехи последних лет в области разработки и практиче-
ского осуществления фильтров токов и напряжений отрица-
тельной последовательности и более добротных реле позво-
ляют широко внедрить в релейную технику новые принципы:
выполнения схем защит, основанные на использовании сим-
метричных составляющих отрицательной последовательности.
Основные преимущества такого рода защит за-
ключаются в следующем:
1. Защита осуществляется в односистемном ис-
полнении, обеспечивающем простоту.
2. Защита имеет более высокую чувствительность (в срав-
нении с обычными типами защит), так как не реагирует на
токи нагрузки (реле при нормальном режиме не обтекаются:
током).
3. Защита обладает высокой селективностью
вследствие более четкого действия пускового органа, выбора,
направления мощности и нереагирования на качания, по-
скольку поведение реле не зависит от составляющих положи-
тельной последовательности.
4. Защиты, расположенные ближе к месту повреждения,
находятся в преимущественном положении с точки зрения
величины вращающих моментов реле по срав-
нению с более удаленными реле (в связи с особенностью рас-
пределения составляющих отрицательной последовательности).
Перечисленные преимущества являются столь существен-
ными, что они предопределяют в значительной мере развитие
современных схем релейных защит на основе широкого*
применения фильтров.
Об относительной сложности существующих направленных
защит с высокочастотной блокировкой, имеющих органы на-
правления в фазах, можно судить на основании табл. 8,1.
1 В системах С пофазными отключениями к защите предъявляются,
дополнительные требования.
§ 8,3 J Основные требования к защите 323
Таблица 8,1
Сопоставление существующих типов направленных высокочастот-
ных защит
Наименование органов Способы_выполнения защиты и количество реле
В высокочастотных за- щитах с органами на- правления в фазах и в нулевом проводе В фильтровых высокочастотных защитах
с электромеханиче- ским органом направ- ления мощности с детекторным органом на- правления мощности*
Пусковые орга- ны 6 реле минималь- ного импеданса и 2 реле максималь- ного тока 1 реле макси- мального тока илн напряжения
Органы направ- ления мощности 3 однофазных (или 1 трехфазиое) реле направления для защиты от за- . мыкаииЙ между фазами и 1 одно- фазное реле на- правления для за- щиты от замыка- ний на землю . 1 однофазное ре- ле направления мощности 1 поляри- зованное реле
Различного рода блокировки ' (на случай перегора- ния предохраните- лей, действия труб- чатых разрядников и т. п.) 4 Несколько про- стых реле Несколько жростых реле
* Опытный комплект защиты проходит эксплоатационную проверку.
21*
324 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. 3
8,4. ФИЛЬТРОВАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ОРГАНА НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА
ПОЛОЖИТЕЛЬНУЮ 1
Принципы, положенные в основу быстродействующей
фильтровой направленной защиты с высокочастотной блоки-
ровкой и дистанционным пуском передатчика
Существенные особенности защиты заключаются в сле-
дующем:
1. Пуск всей защиты (релейной и высокочастотной
части) осуществляется только одним реле, реагирующим
на появление тока илн напряжения отрицательной последова-
тельности (при отсутствии избирательных пусковых органов в
фазах и в нулевом проводе). Пуск защиты не реагирует на
перегрузки, качания и асинхронный режим работы генерато-
ров в системе.
2. При действии пускового органа защиты на одном из
концов осуществляется дистанционный пуск пере-
датчика противоположного конца линии токами высо-
кой частоты.
3. В качестве органа направления мощности используется
одно реле, реагирующее на мощность отрицательной или по-
ложительной последовательности (в зависимости от вида ко-
роткого замыкания).
Перечисленные принципы, положенные в основу защиты,
взаимно связаны. Ниже даны пояснения в отношении указан-
ных принципов н их практического осуществления.
Пусковой орган защиты (фиг. 8,6). В развитие
принятого в релейной практике использования составляю-
щих отрицательной последовательности исключительно для.
блокировки защит при качаниях или для пофазного отключе-
ния [Л. 4, 6, 8] в фильтровой защите осуществлен ч у в с т в н-
тельный пуск как высокочастотной, так и релейной ча-
сти защиты от одного реле, приключенного к фильтру отрица- /
тельной последовательности. В связи с этим отпадает необхо- /
димость в применении многочисленных пусковых органов
минимального импеданса в фазах, реле максимального тока
нулевой последовательности или каких-либо иных.
Пусковой орган защиты одновременно осуществляет
функции органа, определяющего вид повреждения, сигнали-
1 Авторское свидетельство на имя Г. И. Атабекова и Я- М. Сморо-
динского № 67394, 26 мая 1941 г. Лабораторная проверка и доработка
схемы проведены в 1944—1945 гг. Теплоэлектропроектом. Защита
выпускается заводом МЭП (тип ПЗ-161).
§ 8,4 1
Фильтровая высокочастотная защита
325
зирующего неисправность в цепях фильтра и блокирующего
защиту при качаниях и перегрузках. Такое выполнение пу-
скового органа наряду с упрощением защиты, позволяет по-
лучить пусковой орган, превосходящий по чувствительности
все известные и не лимитируемый током нагрузки (чувстви-
тельность ограничивается только небалансами на выходе
фильтра).
Длительное или даже кратковременное размыкание нор-
мально замкнутого контакта реле напряжения или тока отри-
цательной последователь-
ности (Э-1) приводит в
действие промежуточное
реле ЭП-3, которое одним
из своих контактов подает
плюс к передатчику, а
другими контактами за-
мыкает цепи постоянного
тока релейной части за-
щиты.
Во избежание непра-
вильного действия защи-
ты при качаниях, могу-
Фиг. 8,6. Пусковой орган защиты.
1 ~ реле максимального направления илн тока
отрицательной последовательности; 2, 3, 5 — ре-
ле промежуточное (КДР); 4 — реле времени
(моднф.); 11, 12, /3—сериесные блинкеры (ЭС-91);
15 сопротивление добавочное.
щих возникнуть в резуль-
тате короткого замыка-
ния, замыкание оператив-
ной цепи защиты контак-
том реле ЭП-3 производится кратковременно, а именно в те-
чение времени, достаточного для срабатывания данной за-
шиты на отключение при наличии повреждения в пределах
защищаемой зоны.
Достигается это тем, что одновременно с пуском пере-
датчика контакт реле ЭП-3 приводит последовательно в дей-
ствие реле ЭП-5 (имеющее цепь самоудерживания) и модифи-
цированное реле ЭВ-4, имеющее два контакта с выдержкой
времени1. /
По прошествии времени, достаточного для действия за-
щиты (например, спустя десятые доли секунды), первый кон-
такт реле времени ЭВ-4 возвращает реле ЭП-3 в исходное
положение. По истечении выдержки времени, превышающей
возможное время отключения короткого замыкания в данной
сети (например, 0,5 -нЗ сек.), реле времени ЭВ-4, шунтируя
обмотку ЭП-5, деблокируется, и защита приходит в исходное
положение.
1 В заводском исполнении защита содержит два одноконтактных
реле времени.
326
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
Следует отметить, что деблокировка защиты при повторных
несимметричных к. з. может быть осуществлена немедленно.
В настоящее время для одной из энергосистем Союза! разра-
ботана схема пускового органа, обеспечив1ающая готовность
защиты к действию при повторных к. з. Эта схема принци-
пиально мало отличается от схемы фиг. 8,6. Наличие АПВ
также позволяет ускорить деблокировку защиты.
Выпадение блинкера ЭС-11 при коротком замыкании при
исправном предохранителе исключается тем, что контакт реле
времени ЭВ-4 шунтирует замыкающий контакт реле Э-1 вме-
сте с блинкером на все время действия реле ЭВ-4.
Наличие указанного кон-
Анодная цепь
'WPA-----* приемника
Цепь пуска передатчика
__ от основного пуск. органа
Пр-д 30-8 1
о.А о J----аноду задающе-
го генератора
зп-в
такта (ЭВ-4) предотвращает
также возможность повтор-
ных пусков реле ЭП-3 при
переходах одного вида ко-
роткого замыкания в другой
или при отключении корот-
кого замыкания, когда мо-
Uent защит*
жет иметь место повторное
Фиг. 8,7. Дистанционный пуск пере-
датчика токами высокой частоты.
7— приемное поляризованное реле; 8—
промежуточное реле с задержкой при от-
пускании (КДР^З).
срабатывание реле Э-1.
Промежуточное реле
ЭП-2 используется в схеме
защиты для включения об-
моток напряжения и тока
органа направления мощности на напряжение и ток положи-
тельной последовательности ‘при симметричном коротком за-
мыкании.
Дистанционный пусвд передатчика токами
высокой частоты (фиг. 8,7).
Дистанционный пуск передатчика при помощи токов вы-
сокой частоты, посылаемых с противоположного конца линии,
является одной из существенных особенностей данной защи-
ты, органически' связанной с упомянутыми выше принципами.
Данное устройство предназначается для предотвращения
с помощью «ответного» высокочастотного сигнала неправиль-
ного действия защиты в случае отказа пускового элемента на
одном из концов неповрежденного участка при внешних ко-
ротких замыканиях и при перегорании предохранителей или
обрывах в цепях напряжений. Достигается это тем, что поля-
ризованное реле, включенное в анодной цепи приемника, сра-
батывает на противоположном конце данного участка и пу-
скает передатчик. Оперативный ток подводится к релейной
части защиты кратковременно и благодаря получению ответ-
ного высокочастотного сигнала, блокирующего защиту, не-
правильное действие защиты, установленной на том конце
'§ 8Л]
Фильтровая высокочастотная защита
327
линии, где перегорел предохранитель, исключается. Дистан-
ционный пуск передатчика является логическим следствием
осуществления пускового органа защиты одним реле, так как
устраняет необходимость дублирования пусковых органов для
раздольного пуска высокочастотной и релейной частей защи-
ты. Кроме того, он исключает необходимость применения спе-
циальных блокировок от перегорания предохранителей в це-
пях напряжения, являющихся к тому же несовершенными, по
причинам, указанным выше.
Следует особо подчеркнуть то обстоятельство, что воз-
можность неправльного действия ^защиты при перегорании
предохранителя в цепи напряжения исключается в данном
случае независимо от того, насколько быстро или медленно
происходит процесс перегорания предохранителя.
Положение, аналогичное описанному выше, будет иметь
место также й при внешнем1 коротком замыкании, сопрово-
ждаемом отказом пускового органа Э-1 на конце линий, где
мощность1 короткого замыкания направлена к шинам.
Орган направления мощности, реагирую-
щий на мощность отрицательной последова-
тельности.
Осуществление защиты с одним пусковым органом и дис-
танционным пуском передатчика предъявляет особые требо-
вания к органу направления мощности, а именно должен
обеспечиваться правильный выбор направления мощности при
всех видах коротких замыканий (при отсутствии избиратель-
ных пусковых органов в фазах) и правильное действие реле
приемного конца поврежденной линии (работающей времен-
но в режиме одностороннего питания). Этим требованиям не
могут удовлетворять обычные органы направления мощно-
сти. Поэтому в качестве органа направления мощности при-
нято реле, реагирующее при всех видах несимметричных
повреждений на мощность отрицательной последовательности,
а при отсутствии составляющих отрицательной последова-
тельности реагирующее на мощность положительной после-
довательности.
Полагая, что первичный ток отрицательной последователь-
ности опережает напряжение одиоимеииой фазы иа 100°, т. е.
<р3 = —100°, находим cos(<pp-|-a) с учетом выражения (6,50):
cos -р a) = cos (— 100 + 82,5 +112,5 4- 30 + 30) =
= cos 15,5° = — 0,9,
здесь: a=30°. p = 3QP, = 82,5°, = - 112.5°.
1 Благодаря наличию дистанционного пуска передатчика пуск за-
щиты может быть осуществлен размыкающим контактом реле мощности
отрицательной последовательности (вместо реле Э-1).
328 Направленные высокочастотные защиты - [Гл. 8
Отрицательное значение косинуса .указывает на то, что
реле направления мощности должно быть присоединено к за-
жимам тип обоих фильтров разноименными концами.
Такой способ выполнения органа направления мощности
имеет следующие преимущества перед обычным выполнением
с помощью трехфазного реле (или трех однофазных), вклю-
ченного на линейные напряжения, и одного реле направле-
ния мощности нулевой последовательности:
а) взамен двух комплектов органов направления мощно-
сти используется одно реле направления, приключенное
к фильтрам и имеющее^ чувствительность, лимитируемую
только токами небаланса;
б) отпадает необходимость в применении избирательных
органов в фазах и в нулевом проводе;
в) исключается возможность неправильных действий на
приемном конце (при одностороннем питании) в случае не-
симметричных коротких замыканий.
В результате лабораторных испытаний, принято жесткое
включение обмоток тока и напряжения однофазного бара-
банчикового реле мощности на активно-емкостные фильтры
тока и напряжения отрицательной последовательности. Такое
решение обеспечивает большую простоту и меньшее время
действия защиты.
При симметричных повреждениях происходит переключе-
ние реле на разность токов /с — 1А и линейное напряжение
Цсв-
Применение быстродействующих реле позволяет произво-
дить переключения цепей фильтра двумя контактами, при-
чем реле мощности не успевает реагировать на напряжения
и токи, получающиеся в процессе переключения из-за неод-
новременности действия контактов 1
Описание и действие фильтровой направленной высоко-
частотной защиты
Все элементы защиты подчинены общей идее — отклю-
чать выключатель при повреждениях в зоне и блокировать
оперативную цепь отключения во всех других случаях.
Защита действует следующим образом.
Несимметричные повреждения на защи-
щаемой линии. При возникновении коротких замыканий
1 Вариант использования в качестве органа направления мощности
положительной или отрицательной последовательности одного трехфаз-
ного одноэлементного реле типа ИМБ, включенного на полные линейные
токи и на систему напряжений положительной или отрицательной пос-
ледовательности, описан в § 3,4.
§ 8,4 1
Фильтровая высокочастотная защита
329
Фиг. 8,8. Фильтровая высокочастотная защита с переключением органа
мощности с отрицательной последовательности на положительную.
а— цепи тока; 6 — цепи напряжения; в — цепи постоянного тока. 1 — реле макси-
мального тока (ЭТ-523); 2, 3, 5 — реле промежуточное (КДР-1); 4 — реле времени (ЭВ-мо-
дифицированное); 6 — реле направления мощности (ИМБ-171); 7—реле поляризован-
ное); if —реле промежуточное (КДР-3); 9 — выходное реле (РП-2/М); 10, 11, 12, 13— блин-
керы сериесные (ЭС); 14—сопротивление добавочное (3 000 ом); 15- сопротивление
добавочное (2 000 ом); 16, 17, 1S — накладки; 19, 20 — промежуточные трансформаторы.
срабатывает реле Э-1, приводящее в действие промежуточное
реле ЭП-3* которое нормально самоудерживается одним нз
своих контактов. Реле ЭП-3 пускает передатчик подачей
плюса на его анод, чем в начальный момент короткого замы-
кания обуславливает действие реле ПР-7 и блокировку за-
щиты. Одновременно остальными контактами реле ЭП-3 осу-
ществляет пуск реле ЭП-5 и тем самым подготовляет на вре-
мя, достаточное для действия защиты, цепь для остановки пе-
редатчика и цепь отключающей катушки выключателя.
При коротком замыкании в защищаемой зоне реле на-
правления мощности ИМ-6 замыкающими контактами на
обоих концах линии останавливают передатчики. Приемные
330
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
Цепь отключения
Фиг. 8,9. Осциллограмма действия защиты при внешнем коротком
замыкании.
/—шлейф и цепи нормально замкнутого контакта (реле Э-1); 2—шлейф иа выходе
фильтра тока отрицательной последовательности; 5 — шлейф в цепи вкраниой сетки
генератора; 4— шлейф в анодной цепи приемника; 5—шлейф в цепи отключения.
поляризованные реле ПР-7 замыкают цепи отключения и от-
ключают выключатели. В выходной цепи предусмотрено, бы-
стродействующее сериесное промежуточное реле ЭП-9, шун-
тирующее своим контактом реле ПР-7, ЭП-5 и ЭП-3 в на-
чальной стадии возрастания отключающего тока и тем самым
осуществляющее разгрузку этих контактов и самоудержица-
ние (с последующим разрывом цепи блок-контактом выклю-
чателя) . Контакт реле ЭП-3 в этой же цепи предусмотрен для
обеспечения только кратковременной возможности действия
защиты на отключение (во избежание неправильных действий
при качаниях и т. п.).
Возвращение реле ЭП-3 в исходное положение по истече-
нии времени, достаточного для действия защиты (0,15—
0,2 сек.), осуществляется контактом реле времени ЭВ-4,
пускающимся от реле ЭП-5.
По истечении выдержки времени,> превышающей время от-
ключения короткого замыкания в данной сети (1,5 ‘ 3 сек.),
реле времени шунтирует обмотку реле ЭП-5 и защита прихо-
дит в исходное положение. Первый контакт реле времени,
шунтирующий контакт реле Э-1, предотвращает повторный
пуск защиты при действии пускового органа в результате
перехода одного вида короткого замыкания в другой или
в момент отключения короткого замыкания.
На фиг. 8,9 приведена осциллограмма действия защиты
При несимметричном коротком замыкании в защищаемой зоне.
§ 8,4]
Фильтровая высокочастотная защита
331
Внешнее несимметричное повреждение.
В отличие от предыдущего случая на одном из концов непо-
врежденной линии, где мощность короткого замыкания на-
правлена к шинам, реле направления мощности не снимает
блокирующего высокочастотного сигнала; приемные поляризо>
ванные реле ПР-7, оставаясь под током, держат контакты в
выключающей цепи разомкнутыми, и защита не действует.
При рассматриваемом виде повреждения, если один из Пуско-
вых органов не срабатывает, селективность действия защи-
ты обеспечивается дистанционным пуском передатчика проти-
воположного конца линии и приемом ответного высокочастот-
ного сигнала.
Достаточный запас селективности при этом обеспечивается
задержкой поряДка одного периода, создаваемой контактом
ЭП-5 в цепи остановки передатчика. Эта задержка особенно
необходима на случай, если реле ИМ-6 замкнет контакты
раньше или одновременно с действием реле ЭП-3.
В этом случае при отсутствии задержки, осуществляемой
контактом ЭП-5, если на противоположном конце участка не
подействует пусковой орган при внешнем коротком замыка-
нии, защита работала бы неправильно, так как местный пере-
датчик оказался бьп запертым до пуска и вследствие этого
передатчик противоположного конца линии ие был бы запу-
щен и не послал бы ответного сигнала.
На фиг. 8,10 приведена осциллограмма действия защиты
при внешнем несимметричном коротком замыканий.
Симметричное повреждение. При симметрич-
ных повреждениях реле Э-1 пускает высокочастотную и релей-
ную части защиты и,, быстро возвращаясь в исходное положе-
ние, дополнительно приводит в действие реле ЭП-2
Реле ЭП-2 переключает цепи фильтра тока и напряжения
таким образом, что к реле подводится разность линейных то-
ков и линейное напряжение (описание фильтра дано в гл. 6).
Этим обеспечивается правильное действие реле направления
мощности. В остальном действие защиты не отличается от
указанных выше случаев действия при несимметричных по-
вреждениях. Контакт реле ЭП-2 .в цепи катушки реле Э-2
предотвращает «прыгание» указанного реле после переключе-
ния цепей его фильтра. При включении линии на металличе-
ское трехфазное короткое замыкание, когда выключатель на
противоположном конце отключен, в схеме исключена воз-
можность ответного высокочастотного сигнала со стороны par
зомкнутого конца при помощи блок-контакта выключателя в
цепи передатчика. Кроме того, при опробовании линии в схе-
ме предусмотрена возможность пользования накладкой 18,
шунтирующей контакт реле ПР-7 в отключающей цепи.
332
Направленные высокочастотные защиты
[ Гл. 8
Действие пускового органа Э-1
Действие ИМ в
Начало
г
Действие ЗП~5
Действие ЗЛ~3
нар зам ~~ч
Пусн [*
передатчика
У
Действие ЗЛ
^22периода
Остановка
передам чина
Разыымание ПР~ 7
Замыкание ПР-7
Импульс на отключение
t_—Действие ЗЛ ~9
Фиг. 8,10. Осциллограмма
действия защиты при не-
симметричном коротком
замыкании в зоне.
] — шлейф в цепи нормально
замкнутого контакта реле Э-1;
2— шлейф иа выходе фильтра
тока отрицательной последо-
вательности; 3 — шлейф в
цепи экранной сетки гене-
ратора высокой частоты,
включаемой контактами ЭП-3,
ЭП-5 и ИМ-6 через различные
сопротивления; 4—шлейф в
анодной цепи приемника;
5 — шлейф в цепи отключе-
ния.
Качания. При качаниях или асинхронном режиме работы
генераторов защита не действует, так как реле Э-1 не пуска-
ется. В случае качаний, наступивших в результате короткого,
замыкания, неправильное действие t защиты предотвращается
тем, что реле ЭП-3 пускается при коротком замыкании только
на время, достаточное для действия защиты (0,18-4),2 сек.),
после чего оно возвращается в исходное положение и при ка-
чаниях уже больше не действует.
Перегорание предохранителей в цепях
напряжения или обрывы в цепях тока. При
перегорании предохранителей или обрывах в цепях тока дей-
ствует реле Э-1 и ЭП-3. При этом подается высокочастотный
сигнал, срабатывают оба приемных реле ПР-7, дистанционно
пускается передатчик противоположной подстанции и одно-
временно блокируется защита. Поэтому, даже если под влия-
нием мощности небаланса сработает реле ИМ-6, отключение
не произойдет, так как обмотки реле ПР*7 будут все время
находиться под током*1. В реле ЭП-8 задержка на отпускание
составляет, примерно 0,5 сек., что больше времени возврата в
исходное положение реле ЭП-3; поэтому реле ЭП-8 размы1-
кает свой контакт в цепи дистанционного пуска передатчика
и схема приходит в исходное положение.
Отсутствие реле ЭП-8 привело бы к тому, что реле ПР-7
и приемопередатчик, взаимно возбуждая Друг друга, само-
удерживались бы.
1 Вероятность действия реле ИМ-6 под влиянием мощности небалан-
са (при обрыве в цепях одного из фильтров) практически мала.
§ 8,4 J Фильтровая высокочастотная защита 333
В момент деблокировки реле времени выпадает блинкер
ЭС-11 в цепи контакта Э-1, замкнутого вследствие наличия
отрицательной последовательности. Блинкер сигнализирует о
повреждении. После замены предохранителя или исправле-
ния цепей схема восстанавливается.
Опробование высокочастотной части. В
схеме предусмотрена кнопка для пуска передатчика от руки.
Ток; в приемном реле измеряется при помощи миллиампер-
метра. Действие высокочастотной части сигнализируется на
обоих концах линии помощью реле ЭП-8.
В случае повреждения высокочастотной части или неис-
правности в цепях постоянного или переменного тока защи-
та выводится из действия посредством снятия накладки 16
в цепи отключения обоих комплектов.
Разрядники. При .установке защиты на линии, снабжен-
ной трубчатыми разрядниками, необходимо в схеме снятием на-
кладки 17 дешунтировать нормально закороченную шунтовую
обмотку выходного реле ЭП-9, имеющую большое сопротивле-
ние. В этом случае собственное время реле ЭП-9 будет повы-
шено до трех периодов.
Предполагается, что при однократной или многократной
работе разрядников длительность одновременного, замыкания
контактов органов направления мощности ИМ-6 на обоих кон-
цах линии не будет достаточна для приведения в действие
выходного реле.
Некоторые особенности цепи постоян-
ного тока. Ниже приводятся некоторые особенности вы-
полнения схемы.
В целях ускорения действия реле ЭП-3, пускающего вы-
сокочастотную и релейную части защиты, реле должно иметь
большой момент’прц возврате. Указанное приводит к резкому
увеличению потребления при трогании и реле оказывается при
этом термически неустойчивым. Для сохранения термической
устойчивости реле самоудерживается через добавочное сопро-
тивление 15, равное 2 000 ом (ток при этом больше тока воз-
врата), а для обеспечения большой мощности при срабаты-
вании реле пускается контактом реле времени помимо ука-
занного сопротивления. Такой способ дает одновременно воз-
можность применить стандартное реле КДР-1 на номинальное
напряжение 24 в.
Контакт ЭП-3 в цепи замыкающего контакта реле Э-1 пред-
отвращает действие реле ЭП-2 до момента возвращения реле
Э-1 в исходное положение, что имеет место при симметричных
повреждениях. Блинкер ЭС-12, сигнализирующий действие ре-
ле ЭП-9, одновременно выполняет роль добаво<чно1го сопротив-
ления к стандартному кодовому реле ЭП-2.
334
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
7/7
" own । о —---- t у" "А/у
J/7-7 J/7-5
5/7 _
Г~1
Цепь отключения
Фиг. 8,11. Автоматическое выве-
дение защиты из действия при
исправлении предохранителей в
цепи постоянного тока защиты.
Аналогичные функции выполняет и блинкер ЭС-13, вклю-
ченный последовательно с реле ЭП-5.
В данном случае добавочное сопротивление необходимо
для возможности шунтирования реле ЭП-5 контактом реле \
времени, а также для снижения напряжения на реле ЭП-5
с целью создания необходимого времени действия. i
Реле ЭП-8, предусмотрен-
ное в схеме для предотвраще-
ния самоудерживания приемо-
передатчиков, и реле ПР-7 од-
новременно выполняют следую-
щие функции:
1) контролируют исправ-
ность цепей отключения, кон-
тактов реле ПР-7 и предохра-
нителей в оперативных цепях
в высокочастотной и релейной
части защиты;
2) сигнализируют длитель-
ное появление тока высокой ча-
стоты (высокочастотного сигнала), способного привести в дей-
ствие реле ПР-7.
Реле имеет шунтовую и сериесную обмотки, включенные
последовательно. При отсутствии разрядников шунтовая об-
мотка закорачивается накладкой 17 и реле действует без вы-
держки времени. При наличии разрядников накладка снима-
ется и вводится выдержка времени 3—4 периода.
Во время исправления предохранителей в цепи постоянно-
го тока защиты желательно, чтобы защита была выведена из
действия — от руки или автоматически. Последнее может"
быть достигнуто применением блокировки, изображенной на
фиг. 8,11. При исчезновении постоянного тока промежуточное
реле ЭП, имеющее цепь самоудержания, размыкает цепь от-
ключения защиты.
После восстановления цепи постоянного тока реле ЭП воз-
вращается в исходное положение замыканием контактов реле
ЭП-3 и ЭП-5 (после деблокировки защиты). При этом реле
ЭП восстанавливает цепь отключения защиты.
В схеме сигнализируется; а) Неисправность
цепей постоянного тока и наличие длительного высокочастот-
ного сигнала — реле ЭП-8 (см. выше).
б) Обрыв цепи накала — реле, включенным в указанную
цепь.
в) Отключение выключателя от высокочастотной зашиты—
блинкером ЭС-10.
г) Неисправность цепей напряжения—блинкером ЭС-11.
§ 8,4]
Фильтровая высокочастотная защита
335
Периоды Периоды
а)
Фиг. 8,12. Последовательность н
время действия реле и защиты.
а — время действия отдельных реле и всей
rj ' защиты при несимметричных повреждениях
и 50-кратной мощности на ИМ-6: б — время
действия отдельных реле и всей защиты при
несимметричных повреждениях и 5-кратной мощности иа ИМ-6; в — время действия от-,
дельных реле и всей защиты при симметричных повреждениях в независимой части при
2,5-кратиой мощности (последнее указано пунктиром).
д) Симметричные повреждения—блинкером ЭС-12.
Необходимо отметить, что блинкер ЭС-12 может выпасть
также при действии разрядников и в случае отхода пускового
органа до возвращения реле ЭП-3 (быстрая ликвидация по-
вреждения) .
е) Пуск защиты—блинкером ЭС-13.
Область применения защиты. Данная защита
преимущественно предназначена для магистральных линий с
двухсторонним питанием. Предполагается, что в случае остав-
ления защищаемой линии без питания с одной из сторон (что
может иметь место при относительно кратковременных экс-
плоатационных режимах) действие органа направления мощ-
ности на приемном конце обеспечивается благодаря достаточ-
ной чувствительности реле мощности отрицательной последо-
вательности.
Случай полного отсутствия нагрузки на приемном конце
магистральной линии, работающей временно с односторонним
питанием, не учитывается, как практически мало вероятный.
Параметры защиты. 1. Уставка (вторичная) пу-
скового органа отрицательной последовательности не менее:
4—5 в в случае реле напряжения; 1,5 а в случае токового реле,
2. Мощность трогания реле направления — около 5 ва.
3. Время действия при несимметричных повреждениях н
отсутствии разрядников — 2<3 периода.
336 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. 8
4. Время действия при симметричных повреждениях—соот-
ветственно 3 5 периодов.
5. Потребление в цепях тока 3 5 ва.
6. То же в цепях напряжения 20-J- 100 ва.
Принципы расчета элементов фильтровой защиты приве-
дены в гл. 6.
Время действия отдельных реле и последовательность их
действия указаны на фиг. 8,12.
8,5. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ ФИЛЬТРОВАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ
ЗАЩИТА С МГНОВЕННЫМ ДВУХСТОРОННИМ ЗАМЕРОМ
МОЩНОСТИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ 1
Принципы, положенные в основу защиты и взаимная связь
между ними
Существенные особенности защиты заключаются в сле-
дующем:
1. Пуск защиты (релейной и высокочастотной части) и
выбор направления мощности совмещены и основываются на
принципе мгновенного двухстороннего замера знака мощности
отрицательной последовательности на обоих концах защищае-
мой линии.
2. При действии защиты на одном из концов защищаемого
участка осуществляется дистанционный пуск передатчика про-
тивоположного конца токами высокой частоты.
Перечисленные принципы, положенные в основу защиты,
взаимно связаны.
Ниже даны пояснения в отношении указанных принципов
и их практического осуществления.
Пуск защиты и выбор н а п р а в л е н и я м о щ -
пости. На каждом из концов защищаемого участка пуск
осуществляется при размыкании контактов реле мощности от-
рицательной последовательности.
Для повышения надежности действия схемы при внешних
повреждениях в условиях, близких к троганию реле, парал-
лельно контакту реле мощности включен контакт реле напря-
жения отрицательной последовательности.
При любом виде короткого замыкания в пределах защи-
щаемого участка происходит размыкание контактов реле мощ-
ности на обоих концах (при симметричном повреждении раз-
мыкание кратковременно).
1 Авторское свидетельство на имя Г. И. Атабекова н Я. М. Сморо-
динского № 66791, 5/IX 1945 г. Лабораторная проверка схемы проведена
в 1947 г. в Теплоэлектропроекте.
§ 8,5 ] Защита с мгновенным замером мощности 337
Во всех остальных случаях, как-то:
а) внешние повреждения;
б) повторное появление составляющих отрицательной по-
следовательности в момент отключения внешних симметрич-
ных повреждений;
в) перегорание предохранителей независимо от скорости
перегорания или неисправности во вторичных цепях перемен-
ного тока, реле мощности может действовать только на одном
из концов защищаемого участка.
Таким образом, размыкание в самый начальный момент
короткого замыкания контактов обоих реле мощности отрица-
тельной последовательности, установленных по концам защи-
щаемого участка, вне зависимости от дальнейшего положения
этих контактов в процессе короткого замыкания, т. е. мгно-
венный двухсторонний замер мощности
отрицательной последовательности одного
и того же знака, является верным признаком повреж-
дения данного участка.
Размыкание контакта реле мощности только на одном
конце защищаемого участка, т. е. мгновеи й замер
мощности отрицательной последовательно-
сти разного знака, указывает на' отсутствие поврежде-
ния в пределах защищаемого участка.
Применение быстродействующих реле направления мощ-
ности, приключенных к фильтрам и надежно действующих
даже при кратковременном появлении составляющих отрица-
тельной последовательности в самый начальный момент по-
вреждения, обуславливает правильное действие защиты не
только при несимметричных коротких замыканиях, но также и
при трехфазных повреждениях. Этим исключается необходи-
мость использования составляющих положительной последо-
вательности, упрощается защита и повышается надежность ее
действия.
Мгновенный двусторонний замер мощности позволяет не
считаться с возможностью повторного запуска защиты на
одном из концов защищаемого участка при внешних повреж-
дениях.
Указанное дает возможность осуществить защиту таким
образом, что она быстро возвращается в исходное положение
после отключения короткого замыкания и готова к повторно-
му действию непосредственно после отключения повреждения,
без применения для этой цели специальных деблокирующих
устройств.
Совмещение пуска защиты и выбора направления мощно-
сти в одном реле предъявляет особые требования к органу
направления мощности, а именно: правильный выбор направ-
22 г. и. Атабеков.
338 На&равлённые высокочастотные Защиты [ Гл. 8
ления при всех видах копотких замыканий (при отсутствии
избирательных пусковых органов в фазах), правильное дей-
ствие реле приемного конца поврежденной линии (работаю-
щей временно в режиме одностороннего питания) и надеж-
ность нормально замкнутого контакта реле.
Эти требования не могут быть удовлетворены обычными
органами направления. Поэтому в качестве органа направле-
ния мощности принято быстродействующее реле направления
мощности, приключенное к фильтрам и реагирующее при всех
видах повреждений на мощность отрицательной последова-
тельности, которая, как это подтверждено многолетним опы-
том эксплоатации блокировок от качаний на отрицательной
последовательности, появляется на время, достаточное для
размыкания контактов быстродействующих реле.
Запас энергии в емкостях фильтров способствует действию
реле при кратковременном появлении составляющих отрица-
тельной последовательности.
Дистанционный пуск передатчика тока-
ми высокой частоты. Аналогично предыдущей филь-
тровой защите дистанционный пуск предназначается для пред-
отвращения с помощью «ответного» высокочастотного сигнала
неправильного действия защиты при внешних повреждениях
(в случае медленного запуска передатчика от Э-9), при пе-
регорании предохранителей или неисправности в цепях на-
пряжения, при действии трубчатых разрядников вие защищае-
мой зоны и т. п.
Достигается это тем, что поляризованное реле, включенное
в анодную цепь приемника, при появлении высокочастотного
сигнала срабатывает на противоположном конце данного
участка и пускает передатчик, не запущенный своим пуско-
вым органом.
Ответный высокочастотный сигнал блокирует защиту на
время (примерно 5 периодов), большее, чем это требуется
для ее действия при повреждениях в зоне и оперативный ток
с защиты оказывается снятым раньше, чем прекратится ответ-
ный высокочастотный сигнал с передатчика противоположного
конца линии.
Дистанционный пуск высокочастотного приемопередатчи-
ка является логическим следствием отказа от дублирования
пусковых органов защиты для целей раздельного пуска высо-
кочастотной и релейной части.
Кроме того, он исключает необходимость применения спе-
циальных блокировок от перегорания предохранителей в це-
пях напряжения, являющихся к тому же несовершенными по
причине медленности их действия, в особенности примени-
тельно к данной защите.
§ 8,5]
Защита с мёндвённым ёамердМ мощности
339
в)
Фиг. 8,13. Быстродействующая фильтровая высокочастотная защита с
мгновенным двухсторонним замером мощности отрицательной последо-
вательности.
а — цепи тока; б — цепи напряжения; в — цепи постоянного тока; 1 — реле направления
мощности (ИМБ); 2, 3, 5 — промежуточное реле (КДР-1); 4— поляризованное реле;
б— выходное сериесное реле; 7, 8 — блинкер сериесный; 9 — токовое реле (ЭТ-523);
10 — кнопка; 11, 12 — промежуточные трансформаторы тока; 13 — накладка.
Из сказанного следует, что вторая из рассматриваемых
особенностей защиты—дистанционный пуск—органически свя-
зана с первой мгновенным замерам знака мощности, и отказ
от нее в схеме невозможен.
Описание и действие защиты
Схема защиты приведена на фиг. 8,13.
Все элементы защиты подчинены общей идее селективно-
сти и быстроты действия.
Защита действует следующим образом.
22*
340
Направленные высокочастотные защиты
[ Гл. 8
6)
Фиг. 8,14. Диаграммы времени действия защиты при
коротком замыкании в зоне.
а — несимметричное короткое замыкание в зоне; 6 — симметричное
короткое замыкание в зоне.
Повреждение на защищаемой л и н и и. При
любом повреждении в пределах защищаемого участка проис-
ходит размыкание параллельно включенных контактов реле
направления мощности ИМ-1 и ;реле напряжения илн тока
Э-9 на обоих концах (при симметричном повреждении кратко-
временное) .
Промежуточное реле ЭП-2, включенное нормально через
контакты этих реле, потеряв питание и самоудерживание,
срабатывает, при этом своими контактами оно производит:
1) пуск передатчика (подачей плюса на анод задающе-
го генератора), чем в самый начальный период повреждения
обуславливается действие реле ПР-4 н блокировка защиты;
2) подготовку цепи отключения на время, достаточное для
действия защиты;
3) подготовку цепи остановки передатчика;
4) Разрыв в цепи самоудержнвання и пуск промежуточного
реле ЭП-3.
Реле ЭП-3 своими контактами производит:
1) остановку передатчика (подачей минуса на сетку);
2) подготовку цепи отключения;
3) замыкание цепи промежуточного реле ЭП-2 через свою
удерживающую обмотку ЭПУ -3;
§ 8,5]
Защита с мгновенным замером мощности
341
4) замыкание цепи сигнализации.
Приемные поляризованные реле ПР-4 после остановки пе-
редатчиков (контактом реле ЭП-3) обесточиваются и замы-
кают цепи отключения выключателей. j
Время действия защиты порядка 2,5 периодов.
Диаграммы времени действия защиты даны иа фиг. 8,14.
В выходной цепи предусмотрено быстродействующее се-
риесное промежуточное реле ЭП-6, шунтирующее контакты
реле ПР-4, ЭП-2 и ЭП-3 в начальной стадии нарастания
отключающего тока и тем самым обеспечивающее разгрузку
этих контактов, одновременно осуществляя самоудерживание.
Самоудерживание снимается разрывом цепи блок-контак-
том выключателя.
Контакты реле ЭП-2 в цепи остановки передатчика и в
цепи отключения предусмотрены для обеспечения только крат-
ковременной возможности действия защиты на отключение.
С этой целью реле ЭП-3 замыканием контакта возвращает
реле ЭП-2 в исходное положение по истечении выдержки вре-
мени примерно два периода (собственное время действия ре-
ле ЭП-2).
После отключения несимметричного повреждения в защи-
щаемой зоне реле ИМ-1 и Э-9, возвращаясь, шунтируют
удерживающую обмотку реле ЭП-3. Последнее отпадает и
приводит схему в исходное положение.
Возврат схемы в исходное положение при симметричном
повреждении происходит несколько быстрее, так как для воз-
врата реле направления мощности не требуется отключения
повреждения.
Внешнее' несимметричное пов реждение.
При повреждениях вне защищаемого участка реле направле-
ния мощности ИМ-1 может действовать только на одном кон-
це участка, где мощность направлена от шин в линию. На
этом конце защита может начать действовать так же, как и
и при повреждении в защищаемой зоне.
На противоположном конце участка, где реле ИМ-1 не
действует, передатчик будет запущен дистанционно ст реле
ПР-4 или непосредственно своим реле Э-9, в зависимости от
того, какое из них подействует раньше. Пои этом передатчик
будет работать до -тех пор, пока ие возвратится реле Э-9 по-
сле отключения повреждения.
За время, значительно меньшее (порядка двух периодов),
реле ЭП-2 йа том конпс, где защита пришла в действие, бу-
дет возвращено и цепь*оперативного тока разорвана.
Выдержка времени (1 период), создаваемая контактами
реле ЭП-2 в цепях отключения и остановки передатчика, пре-
дусмотрена для надежного действия реле ПР-4, обеспечиваю-
342
Направленные высокочастотные защиты
£Гл. 8
Фиг. 8,15. Диаграммы времени действия защиты при внешнем несиммет-
ричном коротком замыкании.
щего ответный высокочастотный сигнал, и создания прн этом
достаточного запаса селективности. Диаграммы времени дей-
ствия защиты приведены на фиг. 8,15.
После отключения внешнего несимметричного повреждения
реле ИМ-1 возвращается, шунтирует реле ЭП-3 н защита
быстро приходит в исходное положение, соответствующее го-
товности ее к действию при повторных коротких замыка-
ниях.
Внешнее симметричное повреждение.
При симметричном повреждении вне защищаемого участка
может, произойти лишь кратковременное размыкание контак-
тов реле ЙМ-1 на одном конце и Э-9 на обоих концах линии.
Действие защиты при этом вйде повреждения не отличается
от действия прн (внешнем, несимметричном повреждении.
Однако, возврат схемы в исходное положение происходив
быстрее, так как он обусловлен лишь временем возврата ре-
ле ЭП-5 (примерно 5 периодов) защиты. Это время пример-
но в два раза превышает время, необходимое для выведения
защиты из действия, размыканием контакта в пепи отключе-
ния. Диаграммы времени действия приведены на фиг. 8,16.
В момент отключения внешнего симметричного поврежде-
ния в некоторых случаях возможен пЬвторный запуск защиты -
на одном из концов линии (вследствие неодновременного раз-
рыва токов трех фаз). В этом случае защита ведет себя ана-
логично внешнему симметричному повреждению,
§ 8,5]
Защита с мгновенным замером мощности
343
Фиг. 8,16. Диаграммы времени действия защиты при симметричном корот-
ком замыкании вне зоны.
Качания. При качаниях или асинхронном режиме рабо-
ты генераторов, вызванных нарушениями статической устойчи-
вости, защита в действие не приходит, так как составляющие
отрицательной; последовательности отсутствуют.
В случае качаний, наступивших в результате короткого
замыкания, происшедшего в процессе качаний, защита отклю-
чает только поврежденный участок, совершенно не реагируя
на симметричные составляющие токов, и напряжений положи-
тельной последовательности, обусловленные качаниями.
Перемена направления мощности. При пе-
ремене направления мощности, обусловленном каскадным от-
ключением повреждения, комплект, подействовавший первым,
выводится нз’‘действия спустя примерно 3,5—4 периода с мо-
мента начала короткого замыкания, т. е. еще до перемены на-
правления мощности. Комплект защиты, пуск которого возмо-
жен после перемены направления мощности, не произведет
отключения, благодаря двустороннему запуску передатчика с
помощью реле Э-9 и ПР-4 при несимметричном повреждении.
Прн симметричном же повреждении, когда реле Э-9 действует
лишь кратковременно, блокировка защиты осуществляется
ответственным сигналом от реле ПР-4.
Перегорание предохранителей или не-
исправности в цепях напряжения. Нарушение
исправности в цепях напряжения контролируется реле Э-9.
Последнее пускает передатчик. В результате действуют при-
емное реле ПР-4 н ЭП-5. Реле ЭП-5 подает сигнал, который
прекращается только после исправления цепей напряжения.
В случае, если под влиянием мощности небаланса (что
мало вероятно, так как небаланс в токовой цепи весьма мал)
произойдет пуск защиты, то отключение не последует, так
346
Направленные высокочастотные защиты
[Гл. 8
8,6. ДЕТЕКТОРНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ
ЗАЩИТА ’
Вое известные высокочастотные защиты при коротких за-
мыканиях независимо от того, произошло ли повреждение
в зоне нли вне ее, осуществляют в первый момент запуск
передатчиков. Этим предотвращается возможность непра-
вильного отключения поврежденной линии с того конца, где
мощность направлена от шин. Принципиально можно осуще-
ствить направленную высокочастотную защиту без предвари-
тельного запуска передатчиков с обеих сторон прн условии
применения безинерционных устройств для управления пере-
датчиками. Действительно, это выполнимо в том случае,
если на один и тот же орган, реагирующий на направление
мощности, возложить функции безинерционного пуска пере-
датчика (при направлении мощности короткого замыкания
к шинам) и подачи отключающего импульса с некоторым за-
медлением (при направлении мощности от шин в сторону
линии).
Безинерционный пуск передатчика нанлучшим образом
может быть осуществлен с помощью фазочувствительных
схем, основанных на применении различного рода детектор-
ных устройств [Л. 8, 9].
На фиг. 8,17 в качестве примера приведена принципиаль-
ная схема направленной высокочастотной защиты, основан-
ной на применении фазочувствительной схемы с твердыми
выпрямителями.
Питание схемы осуществляется от фильтров напряжения
и тока отрицательной последовательности. Напряжение С72
подводится к автотрансформатору напряжения I, а иапря-
Фиг_ 8,17. Детекторная фильтровая направленная высокочастотная защита..
,ЛР — поляризованное реле; U, — фильтр напряжения отрицательной последовательно-
сти; 1Я — фильтр тока отрицательной последовательности.
1 Авторское свидетельство на имя Г. И. Атабекова, В, И. Иванова
И Я. М, Смородинского № 810/350781, 30/XI 1946 г.
§ 8,6] Детекторная направленная высокочастотная защита
347
жение, пропорциональное току Д, поступает к трансформа-
тору напряжения 2; следовательно, напряжения в трансфор-
маторах 3 и 4 пропорциональны суммам и разностям векто-
ров напряжений (73 и А/2=Л/2е . Угол а подбирается
Л!
так, чтобы напряжение Л/2 составляло с напряжением 0%
угол 0 нли 180° в зависимости от направления мощности
короткого замыкания.
Вторичные напряжения трансформаторов 3 и 4 выпрямля-
ются в двухполупериодных схемах 5 и 6, к выходу которых
приключается поляризованное реле, реагирующее на величи-
ну и знак разности выпрямленных токов.
При направлении мощности от шин в сторону линии
в случае повреждения в зоне разность выпрямленных токов
имеет знак, обусловливающий срабатывание поляризованных
реле на обоих концах и создающий дополнительное смеще-
ние на сетках генераторов передатчиков, вследствие чего по-
следние бездействуют и в тормозных обмотках поляризован-
ных реле ток отсутствует; последние срабатывают и самоудер-
живаются сериесными обмотками до тех пор, пока цепь опе-
ративного тока #не будет разомкнута блок-контактами выклю-
чателя.
При замыкании вне защищаемой зоны на том конце, где
мощность направлена к шинам, разность выпрямлецных токов
на зажимах поляризованного реле имеет такой знак, что об-
уславливает торможение поляризованного реле и одновре-
менно пускает передатчик. Блокирующий сигнал принимается
приемников противоположного Конна и поступает в тормоз-
ную обмотку поляризованного реле. Скорость нарастания тока
в тормозной обмотке превышает скорость нарастания тока
в рабочей обмотке. Этим предотвращается возможность не-
правильного его действия.
В ЦНИЭЛ МЭС выполнена такая защиты для линий
ПО кв. Чувствительность защиты высокая. При трехфавных
коротких замыканиях защита успевает сработать от состав-
ляющих отрицательной последовательности, появляющихся в
начальный момент за счет неодновременности замыкания фаз.
В случае включения выключателя на закоротку неодновре-
меиность может быть меньше 0,25 периода, необходимых для
работы защиты. Поэтому дополнительно (предусматривается
устройство, использующее реле положения выключателя и
действующее на отключение в случае включения на закоротку.
Защита весьма компактна: вся релейная часть умещается
в одном кожухе от репе типа КР. Защита нечувствительна к
перегрузке, к капаниям в систему и к перегоранию предохра-
348 Направленные высокочастотные защиты [ Гл. S
кителей. К ее недостаткам следует отнести то, что она успе-
вает (Подействовать при работе разрядников и поэтому может
быть установлена лишь на линиях, защищенных тросами.
Детекторная защита ЦНИЭЛ является самой простой и
быстродействующей из всех известных высокочастотных за-
щит. Для опытной проверки она установлена в одной из
энергосистем Союза.
8,7. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ПРИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЗАЩИТАХ
Применение описанных высокочастотных защит не исклю-
чает необходимости установки резервных защит.
Практика эксплоатации последних лет показывает, что
при наличии надежной основной защиты всех участков сн-
стемы роль резервной защиты сводится преимущественно
к замене основной при ее выведении из действия, что обычно
имеет место в относительно редких случаях и на непродол-
жительное время.
Именно с этой точки зрения нецелесообразно совмещение
в одном комплекте функций основной и резервной защит.
Такое комбинированное выполнение кроме всего прочего
имеет тот недостаток, что всякая неисправность элементов
или цепей резервной защиты (может послужить причиной от-
каза основной защиты при повреждениях на защищаемом
участке и требует выведения из действия основной защиты
во избежание неселективных действий при внешних коротких
замыканиях.
Таким образом, раздельное выполнение основной и ре-
зервной защит имеет то преимущество, что при проверке или
неисправности одной из них другая остается для ее замены.
Наряду с этим раздельное выполнение этих защит дает воз-
можность в каждом конкретном случае выбирать тип резерв-
ной защиты применительно к условиям защищаемого участка
и позволяет в большинстве случаев иметь основную и резерв-
ную защиты в наиболее простом исполнении. В частности, по
такому же пути пошла в настоящее время и зарубежная тех-
ника в защитах НСВ (с контрольными проводами), НКВ
(высокочастотная защита), GMB (высокочастотная) и др.
Ранее выпущенная фирмой Вестингауз высокочастотная
защита HZ имеет существенный недостаток— сложноегь схе-
мы (по два импедансных органа на фазу для высокочастот-
ной защиты и блокировки при качаниях). Этот недостаток
фирма пыталась оправдать дополнением омметров первой
ступени и созданием на этой основе резервной импедансной
защиты от замыканий между фазами. Однако, такой довод
не мог быть' убедительным, так как при этом фирма дала
§ 8,S i
Общие выводы
349
резерва для защиты от замыканий на землю (потребность
в котором несравненно более велика, чем при замыкании
между фазами) и не обеспечила резерва на случай эксплоата-
ционных проверок защиты.
8,8. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Направленные высокочастотные защиты являются в на-
стоящее время основным и наиболее совершенным видом за-
щиты высоковольтных линий электропередачи, в особенности
в системах ответственного назначения, с большим числом
участков и многосторонним питанием.
2. Повышенным техническим требованиям, предъявляемым
эксплоатацией, могут удовлетворять высокочастотные защи-
ты, построенные иа фильтрах симметричных составляющих.
Переход к фильтровым защитам позволяет коренным обра-
зом упростить защиту и в ряде случаев повысить чувстви-
тельность и надежность действия. Фильтровые защиты; надо
полагать, будут находить все более и более широкое при-
менение.
3. В Советском Союзе разработаны и внедрены в эксплоа-
тацию направленные высокочастотные защиты, реагирующие
на мощность отрицательно# последовательности.
Теоретические исследования и опыт эксплоатации подтвер-
дили правильность положенных в основу этих защит прин-
ципов.
4. Реле тока и напряжения отрицательной последователь-
ности, использовавшиеся ранее в сложных сетевых защитах
только в целях блокировки при качаниях, а также реле на-
правления мощности отрицательной последовательности це-
лесообразно применять в направленных высокочастотных за-
щитах в качестве основных пусковых органов. Это особенно
актуально для защиты длинных и нагруженных линий элек-
тропередачи, поскольку чувствительность реле отрицательной
последовательности не лимитируется токами нагрузки, а опре-
деляется! небалансами на выходе фильтров.
5. В случае, когда допускается быстродействующее от-
ключение без искусственного замедления для отстройки от
действия разрядников, есть основания полагать, что действие
защиты, приключенной к фильтрам симметричных составляю-
щих отрицательной последовательности, будет происходить
до момента перехода несимметричных повреждений в симмет-
ричные, вследствие чего использование составляющих поло-
жительной последовательности не потребуется.
6. Применение детекторных органов направления мощно-
сти, выполненных в виде фазочувствительных электроино-ион-
ных схем, позволяет создать сверхбыстродействующую направ-
350
Защита длинных и сильно нагруженных линий
(Гл. 9
ленную^ высокочастотную защиту. Такая защита почти не со-
держйт* электромеханических реле и характеризуется совме-
щением в одном устройстве всех основных органов направ-
ленной высокочастотной защиты.
7. Проблема осуществления фильтровых направленных
высокочастотных защит и промышленного их освоения впер-
вые нашла свое практическое разрешение в СССР.
ГЛАВКА ДЕВЯТАЯ
ЗАЩИТА длинных и сильна НАГРУЖЕННЫХ линии
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
9,1. ПРИНЦИП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИТЫ ДЛИННЫХ
И СИЛЬНО НАГРУЖЕННЫХ ЛИНИЙ
При проектировании длинных и сильно нагруженных
линий электропередачи обычно возникают трудности, связан-
ные с выбором чувствительности пусковых органов. Реле
минимального импеданса, применяемые во многих современ-
ных защитах в качестве пусковых и избирательных органов,
оказываются в этих случаях недостаточно чувствительными.
При передаче больших мощностей по линиям средней
протяженности (100—200 км) величина импеданса на зажи-
мах реле при рабочем режиме может сравнительно мало от-
личаться от величины импеданса при коротком замыкании
в конце защищаемой зоны, в особенности при наличии пере-
ходного сопротивления в месте повреждения. То же относит-
ся и к работе импедансных реле, используемых в качестве
избирательных органов в фазах (например, в случае реак-
тансных защит), когда замер импеданса в неповрежденной
фазе при несимметричном коротком замыкании может быть
соизмерим с замером импеданса в поврежденной фазе.
Наряду с этим в настоящее время существуют линии элек-
тропередачи, характеризующиеся особо большой протяжен-
ностью (порядка 500 км). Экономически оправдываемая
дальность передачи энергии переменным током согласно рас-
четным данным превышает 1 000 км. Однако, экономические
преимущества постоянного тока дают основания полагать,
что перспективы развития электропередачи переменного тока
следует ограничить расстоянием порядка 600—700 км [Л. 2]*
Применение для защиты столь длинных линий пусковых ор-
ганов минимального импеданса также встречает серьезные
затруднения в .связи с тем, что импеданс на зажимах реле
при коротких замыканиях оказывается по величине мало от-
личающимся от импедансов при нормальном режиме или при
качаниях.
§ 9,1]
Принцип проектирования защиты
351
Для анализа замера импеданса на зажимах реле при различ-
ных режимах работы длинной линнн удобно пользоваться урав-
ниями передачи [Л. 1, 4]:
Z71=L4IchY/+/nZcshY/, (9,1)
Z, = /„ ch 1/+Ц) sh fl, (9,2)
здесь U}t /{— действующие значения напряжения и тока в
начале линии;
LZn, /п — то же, в конце линии;
Y — постоянная передачи;
/—длина линии в км\
Zc— характеристическое сопротивление в ом.
Как известно,
Т = /(/? +J*L) (О +JVC) = f + Д (9,3)
Z --- R + № /Q
где /?, Gt Z, С —первичные параметры линии;
P — коэффициент затухания (в неперах на ки-
лометр);
а — фазовый коэффициент (в радианах на кило-
метр).
Ограничиваясь пока рассмотрением симметричных режи-
мов работы, линии, можно для определения импеданса на
зажимах реле, установленного в начале линии (отнесенного
к первичной стороне), воспользоваться соотношением одно-
именных фазных напряжений и токов. В дальнейшем этот
импеданс будет именоваться входным сопротивлением линии.
Итак для входного сопротивления линии имеем выраже-
ние;
7—A— Z ZnchTH-.^shT<
z.,— znsh7Z+Zfch7Z-
При сопротивлении приемника ZVi = Zc получаем:
ZT = ZC. (9,6)
Этот случай соответствует передаче так называемой на-
туральной мощности линии (передача без отражений).
При металлическом трехфазном коротком замыкании в
конце лннни Zn = 0 и, следовательно,
Zi(K.3) = AthT/. (9,7)
352
Защита длинных а сильно нагруженных линий
[Гл. 9
+7
Фиг. 9,1. Векторная диаг-
рамма входных сопротив-
лений длинной линии при
холостом ходе и корот-
ком замыкании.
а — лянйя без потерь;
б— общий случай.
Наконец, при холостом ходе линии Zn —* со и, следовательно,
А (х.х) — ^cCthy/.
(9,8)
В качестве первого приближения можно пренебречь коэф-
фициентом затухания [J, т. е. рассматривать линию без
потерь (/?=(? = 0).
При этом
tg а/. (9,9)
Аналогично
Zz^^“/Zcctga/.
Нетрудно видеть, что при входные сопротивления при
холостом ходе и при коротком замыкании оказываются рав-
ными по величине характеристическому сопротивлению ли-
нии. Иначе говоря, условия в начале линии электропередачи
(место установки защиты) получаются такими же, как и в
случае передачи натуральной мощности.
Пользуясь известным соотношением, связывающим фазо-
вый коэффициент а с длиной волны I:
а = Т’ (9,11)
можно заключить, что при 50-периодном токе (1 = 6000кж)
такое положение будет иметь место в случае I = 750 км.
Естественно, что возможность применения в качестве пус-
кового органа обычного реле минимального импеданса в этом
случае будет исключена.
Вместе с тем рассмотрение выражений (9,9) н (9,10) поз-
воляет заключить, что в то время, как величина входных
сопротивлений в обоих случаях одинакова, направление век-
торов сопротивлений различно. С учетом сделанного выше
допущения (7?=С? = 0), Zc вещественно и векторы ZI(K3) и
§ 9,1]
Принцип проектирования защиты
353
ZI(r направлены ^взаимно противоположно по оси мнимых
величин (фиг. 9,1,а).
В общем случае вектор входного сопротивления прн трех-
фазном коротком замыкании занимает некоторое положение
в первой четверти комплексной плоскости, а при холостом*
ходе—в четвертой четверти. Наконец, при нормальном ра-
бочем ^режиме и cos tp, близком к единице, вектор входного
сопротивления располагается вдоль оси положительных дей-
ствительных величии, т. е. на границе первой н четвертой
четвертей (фиг. 9,1,6).
При качаниях же вектор входного сопротивления может
занимать различные положения и. в частности, может нахо-
диться в пределах также и первой четверти.
Анализ показывает, что одновремен-
ный учет величины и направ-
ления вектора входного со-
противления дает возможность
судить о в режиме работы линии, отли-
чать условия коротких замыканий от
условий перегрузки или качаний и фи-
ксировать зону повреждения.
При коротких замыканиях с уче-
том переходных сопротивлений ориен-
тировочно можно считать, что вектор
Фиг. 9,2. Диаграмма вход*
кого сопротивления ли*
нии при коротких замы*
каниях (с учетом сопро*
ти в лен ия дуги).
линии; ВС — то же
входного сопротивления располагается
в пределах заштрихованной на фнг. 9,2
площади. Здесь АВ—вектор входного
сопротивления, при металлическом за-
мыкании; AD — сопротивление дуги
при коротком замыкании в начале
при коротком замыкании в конце линии
В случае замыканий между тремя или двумя фазами выше-
указанное сопротивление определяется отношением линейных
напряжений к разности токов поврежденных фаз (с первичной
стороны).
Расчет защиты и анализ ее работы удобно вести графо-
аналитическим способом путем сопоставления области работы
защиты, вычерченной также в комплексной области, с об-
ластью, занимаемой вектором входного сопротивления при
различных режимах. Для этого требуется построение харак-
теристик различных типов защит в комплексной плоскости.
1 Такой метод построения вектора входного сопротивления с учетом
переходного сопротивления в месте повреждения правилен, строго гово-
ря, только для коротких линий, питаемых с одного конца. Более подробно
по этому вопросу применительно к длинным линиям см. § 9,3.
23 Г. И. Атабеков.
354 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл. $>
Ниже рассматриваются характеристики реле, имеющие
магнитные системы с обмотками тока и напряжения. Обмот-
ки тока создают вращающий момент, пропорциональный F
обмотки напряжения создают момент, пропорциональный Z72
наконец, в результате взаимодействия потоков, создаваемы:
обмотками тока и напряжения, получается момент, пропор
циональный UI cos (ср — 8), где ср — угол сдвига U относительнс
/, 8 — угол внутреннего сдвига реле.
В условиях, близких к троганию, вращающий момен:
равен нулю.
Таким образом, общим видом уравнений равновесия реле
может служить уравнение второго порядка
kxP — kJJ2 -р UI cos (ср — 8) — А3 — 0. (9,12
Коэффициенты kx и зависят от конструкции реле, от об
моточных данных и т._ д. Постоянная А3 учитывает механи-
ческий момент торможения (пружина, магнит).
Деля (9,12) на k2>P и пренебрегая А3, получаем:
*i___g2 I g-cos(f~S)_
Аа Ад
Ai
Перенеся -г- вправо и прибавляя к обеим частям уравне-
/ 1 \2
ння—» получаем уравнение окружности
-2 (ф 8) । / 1 \2___1 -J- 4А1Аа zq , qv
Z Аа "Ц2Аа?|— (2Аз)2 *
Ч-ЧАГАч
Раднус окружности равен --------» а центр ее смещен
относительно начала координат на под углом 8 (фиг. 9,3).
Фиг. 9,3. Характери-
стика дистанционного
реле общего вида.
Если ki н k% имеют разные знаки, то
начало координат находится вне круга.
При одинаковых знаках и k% на-
чало координат лежит в пределах круга.
Уравнение (9,13) представляет собой
уравнение дистанционного реле
общего вида.
Реле действует в том случае, когда
вектор сопротивления (отношение на-
пряжения н тока£ подводимых к реле)
располагается в пределах круга (фиг. 9,3).
Уравнения (9,12) и (9,13) охваты-
вают значительный класс существующих
§ 9,1]
Принцип проектирования защиты
355
типов реле, уравнениями которых служат частные решения
уравнений (9,12) и (9,13). К числу таких реле относятся и
те, которые в прямом смысле слова не являются дистанцион-
ными. Например, уравнение равновесия токового реле мо-
жет быть получено из (9,12) в предположении, что £7 = 0,
тогда
— &з=^ 0, откуда (9,14)
Ниже более подробно рассмотрены характеристики четы-
рехполюсных барабанчиковых реле следующих типов:
а) реле направления мощности с торможением от напря-
жения (направленный импедансный омметр); б) реле на-
правления мощности без торможения; в) дистанционное реле
смешанного типа; г) дистанционное реле реактансного типа.
В заключение приведена характеристика реле минималь-
ного импеданса, выполненного в виде балансной системы.
1. Реле направления мощности с торможением от напря-
жения (направлений импедансный омметр) (фиг. 9,4).
На основании (9,13)* и фиг. 9,3 можно заключить, что
при — 0 характеристикой реле должна служить окружность,
проходящая через начало координат (фнг. 9,4,в).
на фнг. 9,4,а схематически показано барабанчиковое ре-
ле, имеющее подобного рода характеристику. На одном из
полюсов насажена токовая обмотка, а на остальных трех
полюсах—обмотки напряжения. В цепи обмоток верхнего и
нижнего полюсов, создающих поляризующий магнитный по-
ток, предусмотрен конденсатор, обеспечивающий сдвиг по
фазе на 90° магнитного потока Фл (поляризующей обмотки)
Фнг. 9,4. Реле направления мощности с торможение и от напряжения
(направленный импедансный омметр).
а — принципиальная схема; б — векторная диаграмма; а — характеристика.
23*
356
Защита длинных и сильно нагруженных линий
[ Гл. 9
относительно магнитного потока Фт (тормозной обмотки на-
пряжения).
При определении знака вращающего момента барабанчи-
коворо реле надлежит руководствоваться правилом: магнит-
ное поле, образованное потоками двух взаимно перпендику-
лярных полюсов, вращается в сторону отстающего по фазе
магнитного потока. Величина момента пропорциональна про-
изведению магнитных потоков н синуса угла фазового сдви-
га между потоками.
Как видно из фнг. 9,4,я и векторной диаграммы фиг. 9,4,6,
уравнение равновесия при этом имеет вид1:
67 sin (90° — 8 + <р) ” &Д2,
откуда
2 — -^-cos (ср— 8). (9,15)
Уравнение (9,15) показывает, что конец вектора сопротив-
ления, отвечающего условию равновесия реле фиг. 9,4,а,
описывает окружность, проходящую через начало координат2.
Диаметр окружности, равный , образует с положитель-
ным направлением оси вещественных величин'угол 8 (фиг. 9,4,в).
Углу <р = 8 соответствует максимальный рабочий момент,
т. е. наибольшая чувствительность реле.
Фнг. 9,5. Реле направления мощности (без торможения).
а — прйипппйальная схема; б — векторная дпаграмма; в — характеристика реле.
У— /
1 Под углом внутреннего сдвига б в данном случае подразумевается
угол, дополняющий до -g- угол между векторами U и Фл.
2 Направленный импедансный омметр, имеющий такую характери-
стику, может быть выполнен при помощи поляризованного реле, дейст-
вующего_при отрицательном знаке разности выпрямленных напряжений
или ваттиетровой системы, Греагирую^^ ца коси-
нус угла между V — и (7, где Z/ — импеданс защищаемой зоны.
и
£
§ 9,1]
Принцип проектирования защиты
357
2. Реле направления мощности (без торможения} (фнг. 9,5)
С уменьшением коэффициента k2 растет радиус круга
фиг, 9,4,в и в пределе при £> = 0 (т. е. при отсутствии тор-
можения) характеристика реле обращается в прямую, обра-
зующую с осью вещественных величин угол 90°-}- & (фиг. 9,4,8).
На фиг. 9,5,а схематически показано реле, а на фиг. 9,5,б
дана векторная диаграмма. Благодаря наличию конденсатора
в цепи поляризующей обмотки напряжения магнитный поток
этой обмотки Ф„ может опережать по фазе магнитный поток
токовой системы.
Условием равновесия является в этом случае
UI sin (90° — S Ц- <f>) = 0, (9,16)
откуда г cos (ср — 8) = 0.
Условие это получается также из (9,12) при kx = Л2 = — 0-
Характеристика реле показана на фиг. 9,5,а.
5. Реле дистанционное смешанного типа (фиг. 9,6)
Полагая — и меняя знак у третьего члена равен-
ства (9,12), получаем условие равновесия
Фиг. 9,6. Реле дистанционное смешанного типа.
а — прпнппппальная схем?; 6 — векторная диаграмма; в — характеристика реле.
Это — уравнение реле дистанционного типа, характерис-
тика которого — прямая линия на расстоянии kA от начала
координат (фиг. 9,6, в). Перпендикуляр, опущенный из начала
координат на эту прямую, образует с осью вещественных
величин угол 8.
Фиг. 9,6,а схематически изображает реле такого типа.
358
Защита длинных и сильно нагруженных линий
[Гл. ъ
Благодаря наличию активного шунта в цепи тока между
магнитным потоком Фп поляризующей токовой обмотки и
магнитным потоком Ф рабочей обмотки, питаемой от шунта,
получается фазовый сдвиг. Уравнение равновесия (9,17)
может, быть непосредственно выведено на основании вектор-
ной диаграммы фиг. 9,6,6.
4, Дистанционное реле реактансного типа (фнг. 9,7)
Полагая в (9,17) 8 = 90°, получим:
г sin
(9,18)
Это уравнение дистанционного реле реактансного типа.
Характеристика — прямая, параллельная оси абсцисс, на рас-
стоянии kv (фиг. 9,7,в). .
Как видно из фиг. 9,7,а, реактансное реле отличается
от рассмотренного выше дистанционного реле смешанного
типа (фиг. 9,6,а\ присутствием конденсатора в цепи тор-
мозной обмотки напряжения, обеспечивающего совпадение
по фазе магнитного потока Фт с напряжением U,
Условие равновесия (9,18) может быть получено непо-
средственно иа основании векторной диаграммы фиг. 9,7,6.
Фиг. 9,7. Дистанционное реле реактансного типа.
а — принципиальная схема; 6 — векторная диаграмма; в — характеристика реле.
5. Реле минимального импеданса {ненаправленный импе-
дансный омметр) (фиг. 9,8)
Прн отсутствии взаимодействия между потоками обмоток
напряжения и тока, как это имеет место в реле минималь-
ного импеданса балансного,»нпа (фиг. 9,8), уравнение (9,12)
принимает вид: *7
§ 9,1]
Принцип проектирования защиты
359
/Ъдочая Тормозная
катушка QJ катушка
Фиг. 9,8. Реле минимального импеданса.
а ~ принципиальная схема; б — характеристика реле.
или г=У. = -^1. (9,19)
Характеристика реле — окружность радиуса у с цеит‘
ром в начале координат (фиг. 9,8,#). Иначе говоря, реле
не реагирует на фазный угол между напряжением и током,
подводимым к реле1.
Данные, характеризующие разобранные выше пять типов
реле, сведены в табл 9,1.
Таблица 9,1
Тип реле Условие трогания 4 Раднус Расстояние от центра до начала координат Угол внут- реннего сдвига Хара ктерйстйка
Y *<^“C°S (f—8) 1 2Au 1 2А3 8 Круг, прохо- дящий через начало коорди- нат
КГ z cos(? — 8) >0 co со 8 Прямая
2 Cos (f — 8) kx co со 6 Прямая
X 2 Sin f < Aj co со 90° Прямая
Z j '«Ч|'Ч V 1 I *4 [-4 0 — Круг с цент- ром в начале координат
В первой графе табл. 9,1 приняты следующие обозначения:
1. Y— реле направления с торможением от напряжения;
2. W — реле направления мощности (без торможения);
3. Z/8 —дистанционное реле с углом внутреннего сдвига 5;
4. X — реактансиое реле;
5. Z— реле минимального импеданса.
А Импедансный омметр с такой же характеристикой может быть вы-
полнен в виде ваттметровой системы (см. примечание иа стр. 102).
360 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл. 9
Фиг. 9,9. Характеристики вариантов защит.
Реле типа Y были впервые применены 15 лет назад в
реактансиых защитах типа GAX в качестве органов пуска.
Применение этих реле преследовало цель предотвратить не-
правильное действие реактансиых защит при качаниях.
В последние годы эти реле (под названием реле типа Mho1)
стали использоваться на линиях большой протяженности и
на тяжело нагруженных линиях в качестве направленных им-
педансных омметров [Л. 5]. Причиной к тому послужило то
обстоятельство, *ho прн точной настройке этих реле на опре-
деленную зону они оказываются нечувствительными к пере-
грузкам и качаниям в системе, не требующим отключения.
На фиг. 9,9 показаны характеристики различных вариан-
тов защит, представляющие собой сочетания характеристик
отдельных элементов, рассмотренных выше. Звездочкой от-
мечены положения, которые может занимать конец вектора
входного сопротивления при /Дчаниях нлн коротких замыка-
ниях на других фазах. Как видно из фнг. 9,9,в, защита с ор-
ганом измерения типа Y в меньшей степени реагирует на по-
добные явления.
1 Наименование Mho само по себе неудачно, так как это реле по
существу представляет собой направленный импедансный омметр.
В дальнейшем за ним сохранено условное обозначение Y (в связи с тем
что это реле применено в защите GCY).
§ 9,1 ]
Принцип проектирования защиты
361
Поскольку характеристика реле Y проходит через начало
координат, то при £7=0 н соответственно, г = 0, вращаю-
щий момент обращается также в нуль.
Это следует из самого условия равновесия реле Y:
— k2 U* + UI cos (ср — 6) = 0. (9,20)
Однако, в случае полного исчезновения напряжения (при
коротком замыкании в непосредственной близости от реле)
благодаря колебательному разряду конденсатора С в контуре
поляризующей обмотки примерно в
течение 1,5 периода протекает ток, изо-
браженный на осциллограмме фиг. 9,10.
Это явление имеет существенное значе-
ние для современных быстродействую-
щих защит и позволяет не считаться с
мертвыми зонами в тех случаях, когда
собственно время действия защиты ие
превышает одного периода (например, в
первой ступени дистанционных защит)1.
В тех случаях, когда реле типа Y ис-
пользуется в качестве пускового органа
приемопередатчика высокочастотной за-
щиты, необходимо, чтобы правильное действие этого реле обес-
печивалась в течение всего времени короткого замыкания.
Реле I действует правильно при токах 1,5 а и напряжении
1 в (и выше). При полном же исчезновении напряжения пра-
вильное действие реле в течение одного периода по данным
фирмы обеспечивается при токе не менее 5 а.
Поэтому существует также модификация реле Y со сме-
щенной относительно начала координат характеристикой
(фиг. 9,11,6). ' Ч
Это достигнуто тем, что в цепь напряжения введена до-
полнительная э. д. с., пропорциональная току (фиг. 9,11,а).
Подстановка взамен U в уравнение (9,20) дает:>сЛ
— k2 (U + (U+h!) I cos (ср — 8) =0. (9,21)
Деление на Z2 приводит к уравнению
— + ^)2 + (24" cos (<₽ — 8) = 0
или (9,22)
z = -i- cos (ср — S) —
«2
1 Принцип устранения мертвых зон был впервые разработан в СССР
доктором техн, наук Л. И. Гутеимахером (авторское свидетельство
№ 22933, апрель 1939 г.), использовавшим для этой цели цепные схемы.
Устранение мертвых зои в рассматриваемых реле американской фирмы
Вестингауз даио значительно позже (в 1946 г.).
Фиг. 9,10. Осцилло-
грамма тока в поля-
ризующей . обмотке
реле типа Y при пол-
ном исчезновении на-
пряжения.
362 Защита длинных и сильно нагруженных линий [Гл. 9}
_________ .____-____________________ .. ___ ______._____-________„_____и
а)
Фиг. 9,11. Реле типа Y со смещенной характеристикой.
а принципиальная схема; б — характеристика реле.
Таким образом, окружность диаметра i оказалась сме-
«2
щениой относительно начала координат на величину z*
(фиг. 9,11,6).
Введение в цель обмотки напряжения дополнительной
э. д. с., пропорциональной току, на фиг. 9,11,а условно пока-
зано при помощи шунта, имеющего сопротивление
На фиг. 9,12,а и б даны схемы соединений реле [Л. 5],
имеющих характеристики, соответствующие уравнениям
(9,20) и (9,21). В качестве примера взяты реле фазы Л.
Как видно из фиг. 9,12,6, введение дополнителы^ой э. д. с. в
цепь обмотки напряжения осуществляется практически при
помощи вспомогательного устройства, имеющего две первич*
ные обмотки, включаемые на разность токов (аналогично ра-
бочей обмотке реле), и одну вторичную, имеющую большое
число витков (фиг. 9,12,6).
На вторичной стороне этого вспомогательного устройства
индуктируется э. д. с., пропорциональная разности токов и
опережающая ее по фазе на 90°. Вцедение в цепь активного
Соуфотивлеиия уменьшает фазовый сдвиг и дает возмож-
ность регулировать величину фазового сдвига снимаемого со
вспомогательного устройства напряжения в пределах от 60°
до 75°. Величина э. д. с., получаемой на выходе данного
устройства, регулируется при помощи отпаек от вторичной
обмотки.
Включение реле Y на разность токов обеспечивает пра-
вильное действие его при трехфазных и двухфазных замыка-
ниях.
Реле первой, второй и третьей (резервной) ступеней, обо-
значаемые в дальнейшем Yi, Y2, Y3, отличаются следующими
конструктивными особенностями.
§ 9,1 Т
Принцип проектирования защиты
363
* %
Фиг. 9,12. Реле У (тип Mho).
л — схема внутренних соединений реле Yt й YB 1 й II ступеней. В реле YB отсутствуют
Сь L» и С»; 6 — схема внутренних соедйиеийЙ пускового реле Y, со смешанной харак-
тер нстйк ой.
1. Реле Yj. Параллельно тормозной обмотке, питаемой
от автотрансформатора напряжения, приключен конденса-
тор
Разряд конденсатор Ci при переходных процессах пред-
отвращает возможность неправильных действий реле, напри-
мер, из-за отброса под влиянием пружины при внезапном ис-
чезновении тормозного момента.
Торможение регулируется с помощью автотрансформатора
напряжения, имеющего отпайки. Сопротивление исполь-
зуется при заводской настройке.
364 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл. 9
В цепи поляризующей обмотки напряжения предусмотрены
емкость С2 и регулируемая индуктивность А2, настроенные
таким образом, что ток поляризующей обмотки по фазе
несколько опережает напряжение. Сопротивление г контура,
образованного С2, А2 и поляризующей обмоткой^ удовлетво-
ряет условию колебательного разряда г
марная индуктивность контура).
2
При этом частота колебаний (фиг. 9,10) равна:
_ Г 1 I г \ 2 _
ш zz: 1/ ___। * Л
Г £С2 \2LJ ’
В целях регулировки угла внутреннего сдвига реле 2 в
токовой рабочей системе предусмотрена вторичная обмотка,
замыкающаяся через сопротивление jR2 (8 = 60 -г 75°) или коП-
тур, состоящий из емкости Са и индуктивности £3(о = 60°).
При параллельном соединении сопротивления /?2 и контура
Са, £3 8“45°. При разомкнутом состоянии вторичной об-
мотки 8 — 75°.
2. Реле Y2 и Y3 отличаются от Y5 отсутствием Clt Z2,
£3 и С3. Во вторичную цепь токовой системы, осуществля-
ющую дополнительный сдвиг рабочего магнитного потока,
жестко включено сопротивление /?2.
Регулируя /?2, можно получить максимум крутящего мо-
мента в пределах от ® — 60° до и = 75° (8 — 60-^75°).
Кроме того, как уже указывалось выше, реле Y3 снабже-
но вспомогательным устройством, позволяющим сдвигать ха-
рактеристику.
На фиг. 9,13 изображена характеристика рабогы реле Y!
и Y2 в зависимости от величины тока, подводимого к реле.
Как видно из кривой, при токах свыше 7 а погрешность от-
сутствует. При меньших значениях тока область работы за-
щиты постепенно сокращается. Так, например, при 2 а реле
§9, Г
Принцип проектирования защиты.
365
не действует при установившемся коротком замыкании в пре-
делах первых 5% от начала или от конца защищаемой зоны.
Иначе говоря, окружность, характеризующая реле Y, умень-
шается в диаметре на 10%, при неизменном сохранении поло-
жения центра окружности. Это происходит вследствие того,
что с уменьшением рабочего момента на реле удельный вес
момента от трения и пружины возрастает.
Конструкция реле допускает регулировку уставки пря
<р = 8 в пределах от 3 до 30 ом на фазу (на зажимах реле).
В тех случаях, когда требуется меньшая величина защищае-
мой зоны, применяются промежуточные трансформаторы тока
с коэффициентом трансформации 3 : 1 или 2:1, вследствие
чего пределы регулировки становятся равными от 1 до 10
или от 1,5 до 15 ом. Потребление обмоток тока и напряжения
при 5 а и 1,15 в составляет 17 ва на фазу при коэффициенте
мощности 0,6 (в цепи тока) и 40 вт на фазу при коэффициен-
те мощностй 0,95 (в цепи напряжения). Смещение характери-
стики реле Y3 допускается в пределах от 0 до 5 ом. В слу-
чае применения промежуточных трансформаторов тока, упо-
мянутых выше, пределы составляют соответственно 0—1,3 и
0,2 ол£^гЬ
При'снижении напряжения, подводимого к зажимам реле
до 8 в, зона действия реле сокращается на 10% по сравне-
нию с уставкой4 Если, например, реле отрегулировано на
90% длины участка, то при напряжении 8 в зона составит
81% длины участка. В соответствии с вышесказанным для
того, чтобы ошибка в замере не превосходила 10%, необхо-
димо, чтобы при минимальном режиме и коротком замыкании
в конце защищаемой зоны соблюдалось условие.
3 Anin зоны ,_ о
ИЛИ
УТ Anin *1 0.9 i(KMl 100
' 77
лин (ej
где z—сопротивление линии в ом/км;
пн — коэффициент трансформации трансформатора напря-
жения.
Отсюда минимальная длина , линии
L = (9 23)
'min
На фиг. 9,14,а изображена характеристика реле Y второй
ступени. На основании диаграммы легко получить выражение
366
Защита длинных и сильно нагруженных линий
[Гл,
Фиг. 9,14. Изменение длины защищаемой зоны под влиянием дуги при
разных наклонах характеристик реле Y.
для предельного значения сопротивления дуги R в конце
II зоны, соответствующего переходу в III ступень:
а2 + b2 — (z + Аг)2, (9,24)
Здесь z—сопротивление I зоны;
г-J-Аг~сопротивление II зоны;
k— коэффициент.
С другой стороны,
а2 = /?2 + А2г2 2 kzR cos (9,25)
b2 — R2 4- z2 4- 2г/? cos ср. (9,26)
Подстановка (9,25) и (9,26) в (9,24) дает:
/?2— kz24-/?г(1 — A) cos © = 0,
откуда
/? = АГj/’coss<p(l—A)s+Tfe-(1 — k)cos. (9,27)
Выражение (9,27) может быть использовано для опреде-
ления наименьшей длины I зоны, для которой защита типа Y
применима при условии, что сопротивление дуги задано.
Например, при k = 0,25, <р~75° согласно (9,27)
/?—0,41г и г — 2,44 /?.
В гл. 4 (§ 13)было указано, что в связи с постоянством
градиента дуги (порядка 1,4 = 1,5 кв/м), с достаточной для
практики точностью можно считать:
Я = О.И) (9,28)
где I—длина дуги в м;
/—действующее значение тока в дуге в а.
§ 9,1 ]
Принцип проектирования защиты
367
При больших значениях
сопротивлений дуг на ли-
ниях с большим импеданс-
ным углом характеристика
реле Y может быть распо-
ложена под меньшим углом
наклона, т. е. можно принять
8 < ср (фиг. 9,14,6). Это
позволит обеспечить дей-
ствие защиты при больших
дугах. Поэтому предусмат-
ривается возможность регу-
лировки 2 (8 = 45°, 60°, 75°).
Следуем, однако, заме-
тить, что по мере уменьше-
ния 8 по сравнению с
уменьшается также предель-
ный угол расхождения э. д. с.
генераторов, при кото-
Фнг. 9,15. Графический метод опре-
деления фазного сдвига между
напряжениями.
ром реле типа Y действует. Это ясно из графических по-
строений фиг. 9,15. '
На диаграмме фиг. 9,15 АВ изображает вектор сопротив-
ления защищаемого участка, ВЛ и BR изображают соответ-
ственно векторы сопротивлений остальных частей системы
слева и справа от участка ДВ (предполагается система с
двухсторонним питанием и равными э. д. с). Середина линии
SR является электрическим центром. Перпендикуляр, вос-
становленный к линии SR в этой точке, пересекает харак-
теристику реле в точке К. Вектор АК представляет замер
сопротивления в точке А при некотором угле расхождения
э. д. с. генераторов В и R по фазе. Очевидно, ВК—В4 +
ЛХ' в свою очередь представляет замер сопротивления в
точке В. Наконец с учетом того, что SK— SA Д-АВ
заключаем, что ВК представляет вектор сопротивления, за-
меряемого в точке В. Поскольку ВК~BR-\-RK, то мож-
но заключить, что RK представляет замер сопротивления в
точке R. Таким образом, векторы сопротивлений, замеряемых
в точках S и /?, равны соответственно SK и RK. Угол
0 = образованный между ними, является углом сдви-
га э. д. с., поскольку токи в точках 5 и /? равны (если не
учитывать емкостного тока).
В свою очередь, угол АКВ образованный векторами со-
противлений АК я ВК, является углом сдвига напряжений в
точках Л и В.
368 Защита длинных и сильно нагруженных линий
[ Гл.
’ ’---
Фиг. 9,16. Трехступенчатая дистанционная защита.
а — характеристика в комплексной плоскости; б — ступенчатые характеристики;
в — упрощенная схеме.
Ниже описаны различные способы применения реле типа Y.
Одноступенчатая дистанционная защита типа CEY,
содержит по одному реле Y на фазу и охватывает по данным фирмы
90% участка
Преимуществами защиты является наличие только одного контакта
на фазу, малая чувствительность к апериодическим слагаемым и отно-
сительная нечувствительность к качаниям. В качестве резервной защи-
ты используется направленная защита IBCV, представляющая реле Y в
комбинации с реле времени.
Трехступенчатая дистанционная защита типа
GCY имеет в I и II ступенях реле Y с характеристиками, проходящими
через начало координат, а ® III ступени—реле Y со смещенной харак-
теристикой (фиг. 9,16,а).
В ряде случаев является целесообразным обеспечить действие реле
Y III ступени при направлении энергии короткого замыкания к шинам
(вместо принятого* обычно действиями сторону линии). В частности, это
может иметь место при значительной протяженности линии АВ
(фиг. 9,16,6), обуславливающей характеристику резервной (III) ступени
в точке А, близкую к области перегрузок. В этом случае перенос ре-
зервной ступени в пункте В (фиг. 9,17,6) позволяет сократить область
работы реле Y и повысить тем самым надежность его работы. На
фиг. 9,16,6 показаны зоны действия защит, установленных в пунктах А
Фиг. 9,17. Характеристики трехступенчатой дистанционной защиты с обрат-
ным направлением третьей зоны.
а — характеристика в комплексной плоскости; б — ступенчатые характеристики.
§ 9,1 1
Принцип проектирования защиты
369
ИДг- —М-Дг- —V*— —'\г-я
g А А - Т~В Уз~В Уг~в У Г* уН Чг~А Уз~* ТА
-*л, —*А/— -Аг-*—
Ск А _ г~с Уз< Уг~с yt ~с УГВ Уг~й Уз ~в Т-8
Г - * v- —*А— —— —*д,— —у-*- —у-*— -V*—•
Фнг. 9,18. Развернутые схемы трехступенчатой дистанционной защиты GCY-
а — цепи тока; б — цепи напряжения; в — цепи постоянного тока. Условные обозначения:
Т — Д, В, С — вспомогательные устройства (для смещения характеристик); Yn Ylt Y, —
реле типа Mho; BP — реле времени; блннкеры I, II и ш ступеней; PC — реле
сериесное. Крестиками обозначены однополярные конпы токовых обмоток»
(линии Л В) и В (линия ВС) при обычном 'способе построения ступенча-
тых характеристик (выдержек ©ремегаи. На фнг. 9Л7,6 показан вариант
с измененным напрапвлением действия реле Y III ступени в соответствии
с фнг. 9,17,а.
Такой способ резервирования имеет также преимущества в случае
линий с отпайками, так как, например, при коротком замыкании иа ли-
нии ВС и отказе в действии основной защиты линии ВС, отключение
происходит в пункте В линии АВ и, следовательно, при наличии отпайки
от линии АВ последняя не обесточивается.
24 Г И. Атяб^код.
370 Защита длинных и сильно нагружённых линий [ Гл. 9
Фиг. 9,19. Устройство для предотвращения повторного включения при
качаниях.
Б — блокировочное реле.
Недостатком указанного способа резервирования является возмож-'
ность отказа в действии при исчезновении постоянного напряжения в
пункте В.
На фиг. 9,18 представлены развернутые схемы цепей постоянного
и переменного тока трехютупенчатой защиты GCY. Порядок действия
отдельных элементов защиты понятен из чертежей.
На фиг. 9,19 показана схема устройства, предотвращающего возмож-
ность повторного включения при условии, что отключение имело место
вследствие качаний. Оно может быть также использовано в качестве
устройства, блокирующего защиту при качаниях. Последнее требуется в
тех случаях, когда электрический центр системы находится в пределах
характеристики реле Y, что наиболее вероятно на линиях большой про-
тяженности.
Поскольку импеданс, замеряемый реле при качаниях, способен зани-
мать самые различные положения, характеристики реле Y2 и Y3 должны
быть подобраны таким образом, чтобы при попадании электрического
центра в зону действия защиты сначала приходило в действие реле Y3,
а затем уже Y2. С этой целью характеристики Y2 и Y3 выполняются в
виде концентрических окружностей (фиг. 9,19,6). При этом характери-
стика Y3 полностью охватывает область действия реле Y2.
При наличии опасности в отношении возможности действия реле Y
при качаниях применяются также дистанционные реле типа Z / о (см.
табл. 9,1), ограничивающие область действия реле Y в узких пределах1.
Если направление мощности фиксировано, то достаточно одно ре-
ле Z/.3. В противном случае, когда мощность по линии может пере-
даваться как в одну, так и в другую сторону, необходимо' иметь два та-
ких реле. В случае потери синхронизма вектор сопротивления, замеряе-
мого в точке А, на опережающем конце системы будет пересекать об-
ласть реле Y' справа налево.
Если реле Y расположено иа отстающем конце системы, то вектор
замеряемого сопротивления будет пересекать слева направо.
Неодновременное действие обоих реле Z / » может быть использовано
в устройстве, производящем разделение системы при выпадении генера-
торов из синхронизма (фиг. 9,20).
1 Эти реле © соответствии с их ролью ® схеме иногда называют
„шорами*.
§ 9Л J
Принцип проектирования защиты
371
ПАА
Фиг. 9,20. Устройство для разделения системы
при нарушении устойчивости.
Zi, Z, — вшоры“; РВ — реле времени.
Фин 9,21. Реле типа HZM.
а — характеристика; б — схема внутренних соединений.
Фиг. 9,22. Трехступенчатая дистанционная защита.
а — упрощенная схема; б — характеристика.
т
Защита длинных и сильно нагруженных линий
[Гл. 5
Фиг. 9,23. Характеристики
высокочастотной направ-
ленной защиты (в комби-
нации с дистанционной за-
щитой GCY).
Схемы защит длинных линий с при-
менением реле типа HZM, как и описан-
ные выше, базируются ла графоаналити-
ческих построениях. На фиг. 9,21 изобра-
жена схема реле Y (типа HZM), допу-
скающего регулировку и перемещение ха-
рактеристики в весьма широких пределах.
На фиг. 9,22 в качестве примера показав
вари амт трехступенчатой защиты.
Высокочастотная блокиров-
к а (может быть добавлена к описанной
выше - схеме трехступенчатой дистанцион-
ной защиты GCY. При этом фазировка ре-
ле Y3 третьей ступени изменяется таким
образом, чтобы реле действовало при на-
правлении энергии короткого замыкания к
шин ам и запускало п ер еда тч ик (фиг. 9,23).
На фиг. 9,23 показана характеристика
высокочастотной направленной защиты:
последняя действует только в том случае,
если вектор замеренного импеданса нахо-
дится в пределах заштрихованной области,
т. е. в пределах зоны действия обоих реле Y? (II ступени), установлен-
ных в точках А и В.
При внешнем коротком замыкании реле Y3 (Ш ступени), имеющее соб-
ственное время’-^- периода, успевает запустить пбредатчик раньше, чем
реле (установленное на противоположном конце линии и имеющее
собственное время действия -% периода) подействует на отключение.
К числу основных недостатков реле Y относятся следующие.
1. Возможность неправильной работы кх при перегорании предохра-
нителей в цепях напряжений независимо от числа фаз, в которых про-
изошло перегорание.
2. Наличие мертвых эон при двухфазных коротких замыканиях. По
данным лаборатории ТЭП ирн коротких замыканиях в мертвой зоне
реле Y могут в ряде случае® отказывать в действии при* токах 5 а
и выше.
3. Малая эффективность колебательного разряда в цепи поляризую-
щей обмотки реле при отстройке защиты от работы разрядников.
Уместно упомянуть, что дисташциоиные защиты, разработанные в
Советском Союзе, вообще ие имеют мертвых зои при двухфазных корот-
ких замыканиях, а неправильное действие при перегорании предохраните-
лей устранено специальной блокировкой.
9, 2. НЕКОТОРЫЕ ДАННЫЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ
Ниже приведены некоторые данные о защите двух прож-
женных магистралей:
1. Магистраль 478 км„ 161 кв;
2. Магистраль 435 км, 154 /св.
К защите предъявлены следующие требования-.
§ 9,2 ]
Данные практического выполнения защиты
373
Фиг. 9,24. Система электропередачи.
а — схема коммутаций; б — схема замещения.
1. Быстрое отключение коротких замыканий металлических
и с переходными сопротивлениями в пределах всей длины
линии.
2. Действие защиты с выдержкой времени при замыка-
ниях в пределах зоны резервирования.
3. Действие защиты при качаниях, угрожающих потерей
синхронизма.
4. Нереагирование на перегрузки в пределах статической
устойчивости.
5. Нереагирование на качания в 'Пределах динамической
устойчивости (ориентировочно до величины угла расхожде-
ния между векторами напряжений менее 110°).
В отношении защиты второй линии 154 кв поставлены еще
дополнительные условия:
6. Применение высокочастотной телеблокировкн (на слу-
чай внешних повреждений).
7. Быстродействующее автоматическое включение (в слу-
чае если действие защиты обусловлено коротким замыка-
нием, а не качанием).
Характерной особенностью схемы коммутации этих линий
является отсутствие выключателей на высокой стороне транс-
форматоров фиг. 9,24,а.
Обычные типы защит линии электропередач, как-то: дис-
танционные и высокочастотные, ие могут в данном случае
обеспечить требуемую чувствительность при повреждениях
внутри трансформатора (не говоря уже (о том, что часть транс-
форматора Оказывается только в пределах действия второй
ступени дистанционной защиты). Поэтому возникает необ-
ходимость изыскания других способов отключения поврежде-
ния в трансформаторе.
В настоящее время наметились два возможных решения
ЭТОГО вопроса, а именно:
374 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл. 9
1. При коротком замыкании внутри трансформатора диф-
ференциальная защита трансформатора одновременно с от-
ключением выключателя на низкой стороне поврежденного
трансформатора посылает с помощью высокочастотного ка-
нала связи (по линии электропередачи) отключающий импульс
на противоположный конец линии, т. е. к выключателю вто-
рого трансформатора.
2. После отключения выключателя с низкой стороны по-
врежденного трансформатора включаются заземляющие разъ-
единители на стороне высокого напряжения этого трансфор-
матора (фиг. 9,24). Линия переводится, таким образом,
в режим трехполюсного короткого замыкания. Затем автома-
тически отключаются разъединители, установленные перед
поврежденным трансформатором, и, кроме того, в результате
трехфазного короткого замыкания от линейной защиты от
ключается противоположный конец.
При практическом осуществлении указанных выше линий
был принят второй способ.
Что касается вида защиты таких линий, то, как указыва!-
лось в § 9,1, т. к. з. и емкостные токи при холостом ходе ли-
ний оказываются соизмеримыми с токами нагрузки. Поэтому
аналогично тому, как это было описано выше, наряду
с использованием величин токов и напряжения при коротких
замыканиях в данном случае используется измерение угла
сдвига фаз между ними.
В основу проектирования защиты длинных линий кладет-
ся уже описанный выше принцип сопоставления характери-
стик защиты, вычерченных в комплексной плоскости, с диа-
граммой изменения входного сопротивления передачи. Схемы
защит и типы реле< применяемые в данном случае, не отли-
чаются от разобранных выше.
Что касается метода построения диаграмм входных со-
противлений, то он основывается на уравнениях длинных ли-
ний и разобран ниже.
В литературе приводятся результаты испытаний защиты
протяженной линии 154 кв, сопровождавшихся 22 искусствен-
ными короткими замыканиями с последующим автоматическим
повторным включением (без проверки синхронизма). При этом
имело место два случая нарушения устойчивости (в одном из
которых защита действовала замедленно из-за вибрации кон-
такта земляного реле). Во всех остальных случаях, спустя
примерно 0т4 сек., работа линии восстанавливалась.
§ 9,3 ] Диаграммы входных сопротивлений 375
9,3. ДИАГРАММЫ ВХОДНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДЛИННЫХ
ЛИНИЙ
Имея в виду, что линия вместе с трансформаторами
представляет симметричную трехфазную систему, можно все
рассуждения, касающиеся нормальных эксплоатацноных режи-
мов работы систем и трехфазных коротких замыканий, отно-
сить к одной фазе (применяя однофазную схему замещения).
При таких условиях линия вместе с трансформаторами может
быть представлена в виде четырехполюсника (фиг. 9,24, б),
имеющего два входных и два выходных зажима. Уравнения
передачи четырехполюсника, связывающие значения напря-
жения 44 и тока /[ на входе четырехполюсника (отправи-
тельный конец передачи) с напряжением 47п и током /ц на
выходе четырехполюсника (приемный конец передачи), как
известно, имеют следующий вид [Л. 1, 4]:
Ц, = ^п+А«4. (9.29)
Zj — 4“ ^22 Al’ (9,30)
где Аи, Л12, Д21, Л22—параметры четырехполюсника (ком-
плексные величины).
Как указывалось выше, проектирование защиты, подле-
жащей установке в начале и в конце линии (на входе и
выходе четырехполюсника), удобно вести с помощью графо-
аналитического исследования входного сопротивления четы-
рехполюсника для различных режимов линий и сопоставле-
ния полученных результатов с характеристиками различных
типов реле, вычерченных в той же комплексной плоскости.
При симметричных режимах работы системы, рассматри-
ваемых в настоящем параграфе, отношение линейного напря-
жения к разности линейных токов равно отношению фазного
напряжения к соответствующему линейному току. Поэтому
при анализе входных сопротивлений четырехполюсника допус-
b i
тимо исходить йз выражений Z} == у—, понимая под Ц и
напряжение н ток одноименных фаз.
Изменение входного сопротивления Z{ может рассматри-
ваться двумя способами, а именно:
1) в зависимости от сопротивления — на приемном
конце передачу т. ет П
376
Защита длинных и сильна нагруженных линий
[Гл. <
Фиг. 9,25. Круговая диаграмма
входного сопротивления линии
в зависимости от величины
нагрузки иа приемном конце.
2) в зависимости от угла в
и соотношения vj—, т. е.
При первом способе рассмот-
рения, ; пользуясь выражениями
(9,29) и (9,30), имеем:
7 . Al^n 4~~ Аг
1 ^21 Al 4“ ^22
Выражение (9,31) может быть
преобразовано следующим обра-
зом:
л Ai Аг
7 , Л12~
1 л21 Лэд 4- л21 z ц
а так как ДПД22— Д12Л21 ~1, то
g _Ли__1 . 1
1 Л21 Л21Л21
!+л^ 11
(9,32)
Если изменять только модуль вектора Zn (обозначаемый
ниже через 2П), то согласно теории геометрических мест
конец вектора будет описывать окружность [Л. 1].
На фиг. 9,25 изображена круговая диаграмма Zj==
~/(2п^—7°) ПРИ -2?n“Var применительно к параметрам
электропередачи 154 о, имеющим следующие значения:
A, i = 0,824 Z 3°; А12= 282 £ 77°;
Д21 = 1,34- IO’3 Z 91° и Л22 ~ 0,769/^3°.
На диаграмме показаны векторы: Z[= ~ 367 / 74\
соответствующий режиму короткого замыкания в конце линии
(zn — 0); Zj — —615 Z—88°, соответствующий холостому
ходу линии (2П —оо), и Zj=Zd = — 473 7° при
* А1 Ли
нагрузке, равной Zn~ Z₽n=:i/ 442Z—7°,, где Zd„
г Л21 Лп
Z^n-—характеристические сопротивления даннога несиммет-
ричного четырехполюсника [JJ. 4].
§ 9,3 ?
Дшггродод входных сопротивлений
377
входного
всего мо-
, Фиг. 9,26. Круговые диаграммы входных про-
водимостей линии в Зависимости от угла в
Uu
для разных соотношений *
Диаграмма показывает область, в пределах которой вектор
входного сопротивления ZT может занимать свое положение
при предельных значениях: (короткое замыкание на
приемном конце) и zn ~ оо (холостой ход линии).
При втором способе рассмотрения изменения
сопротивления зависимость ZT == F (в, проще
жет быть получена графоаналитическим путем с
1 /• AAi+A,-------Л]2
инверсии кривой проводимости 7^“^”— -
или, что то же
1 _ Л32 1 (7п
~ Л12~~
-M1+ii^zl8oe-(e+8)b
помощью
4
(9,33)
Как видно из (9,33), геометрическим местом концов век-
торов -у- при 0=var служит семейство концентрических окруж-
иостей, центр которых расположен в конце вектора(фиг. 9,26).
При —Р = 1 окружность проходит через начало ко-
378
Защита длинных и сильно нагруженных линий
[Гл. 9
Фиг. 9,27. Круговые диаграммы входных сопротивлений линии в зависй’
мости от угла в для разных соотношений ]д22Щ"“ •
р —<1 начало координат остается за пре-
ординат, при
делом круга.
Методом инверсии [Л. 1] круговых диаграмм фиг. 9,26
получаются круговые диаграммы Zj ~ ТГ^)* нзображен-
ные на фиг. 9,27.
При этом имеется следующая взаимосвязь диаграммы
фиг. 9,27 с фиг. 9,26: все векторы, лежащие вдоль линии SQ
фиг. 9,26, имеющие началом координат точку О, при обра-
щении занимают положения вдоль линии S7VT фиг. 9,27,
причем линия S’Mf располагается по отношению к оси ве-
щественных величин фиг. 9,27 под тем же углом, что и ли-
ния 5WT фиг. 9,26, но с обратным знаком. При этом век-
торам OQ, OP, ON, ОМ и OS фиг. 9,26 будут соответ-
ствовать обратные им векторы OQf,OP\ ON,ОМ1, OS'фиг.9,27.
В результате обращения получается, что геометрические
места концов векторов, отвечающих условию —=41 на
обоих рисунках представляет собой окружности. Геометри-
ческие места концов векторов, отвечающих условию,
ца фиг. 9,26 представляют окружность проходящую через
§ 9,3 ]
Диаграммы входных сопротивлений
379
начало координат О, а на фиг. 9,27—представляют прямую
линцю или окружность с радиусом, равным бесконечности,
проходящую через точку, отстоящую от начала координат
на расстоянии, равном 'ОР = &р • Прямая тп является гео-
метрическим местом концов векторов, соответствующих ус-
ловию 0-j-8 = 9O°. Геометрическим местом обратных векторов
служит окружность, показанная на фиг. 9,27 пунктиром. По-
лученная диаграмма фиг. 9,27 представляет собой картину
изменения входных сопротивлений (Zi) в начале передачи в
зависимости от угла О между напряжениями и отношения на-
ел,
пряжений т—.
ui
В рассматриваемом случае в качестве примера с трчки
зрения устойчивости предельный угол расхождения напряжений
взят удовлетворяющим условию 0 = 90°. ^Рн меньших
значениях угла О + 8 концы векторов Z\ оказываются вне
площади, ограниченной пунктирной окружностью 8 = 90°.
При больших значениях угла 0 4-8 концы вектора Zi лежат
в пределах указанного круга. Это значит, что при коротких
замыканиях или при качании конец вектора входного сопро-
тивления Z[ будет находиться в пределах очерченной пунк-
тиром области и защита в этих условиях должна действовать
на отключение.
Если же конец вектора входного сопротивления Z] нахо-
дится за пределами очерченной пунктиром области, то это
означает, что линия находится в условиях или нормального
режима, или сквозного короткого замыкания и, следователь-
но, защита не должна действовать. Отсюда следует, что
при проектировании защиты необходимо добиться таких ее
характеристик (вычерченных в той же комплексной плоско-
сти), которая вписывалась бы в указанную зону.
Последнее, как уже указывалось выше, достигается са-
мыми различными способами, описанными в § 9,1.
В рассмотренной диаграмме фиг, 9,27 не учитывалось
сопротивление дуги в месте короткого замыкания. Прн проек-
тировании защиты электропередачи 154 кв сопротивление
дуги учитывалось на основе приближенных расчетов в раз-
мере — 70 ом на ближнем конце линии и /?=100
150 ом на дальнем конце.
Сопротивление дуги принималось чисто активным и скла-
дывалось с вектором Zj геометрически, т. е. откладывалось
от конца вектора Zt в направлении положительных значений
оси действительных величин.
Такой способ учета сопротивлений дуги линий большой
380 Защита длинных и сильно нагруженных линий [Гл, 9
протяженности, строго говоря, неверен, так как при этом
входное сопротивление линии получается равным
п । ^ia___ + А^
л2, '
вместо действительного сопротивления ФФ—, получае-
«21^ ”Т" v
мого на основании (9,31) при ZI( —/?.
9,4. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛИННОЙ ЛИНИИ ПРИ
НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
Предыдущий анализ был посвящен рассмотрению в ос-
новном симметричных режимов работы системы электропере-
дачи, а именно режимов: 1) трехфазного короткого замыка-
ния и 2) работы при различных соотношениях (амплитудных
и фазных) напряжений по концам системы передачи. Этот
анализ базировался на теории четырехполюсника, позволяю-
щей выразить искомые величины (токи, сопротивления и т. д.)
через параметры четырехполюсника. В частности на осно-
вании (9,29) и (9,30) при металлическом замыкании между
тремя фазами входное сопротивление линии определяется из
выражения
г1(м)=^ (9.34)
При холостом режиме работы системы, когда выключатель
на приемном конце разомкнут,
2КХ.Х) = ^- <9-35)
Рассматривая линию электропередачи в отдельности,
имеем:
“ ^22»
Дп2— Л12Л21 = 1. (9,36)
Условия (9,34) — (9,36) могут быть использованы для
определения параметров Дп, Д]2 и Д21 в тех случаях, когда
величины Zr(«,3) и Zi(XX) известны на основании экспериментов.
В свою очередь
Д22 = сИу/ (9,37),
/SC=shT/., (9,38)
Далее характеристическое сопротивление линии
з)и %\ (х. х) ’ (9»39)
§ 9,4 ] Входное сопротивление при несимметричных коротких 381
Поэтому, предварительно найдя 7/ из (9,37), получаем с
учетом (9,3), (9,4) и (9,39):
R-}-Ju>L — iZc, (9,40)
G+/o)C = 4-- (9.41)
Таким образом, на основании данных опытов короткого
замыкания н холостого хода представляется возможным
определить первичные параметры линий /?, (7, L, Ct вторич-
ные параметры у, Zc и параметры Дп, Als, Asl.
В табл. 9,2 приведены данные опытов холостого хода н
короткого замыкания на линии электропередачи 154 о,
435 кХ а в табл. 9,3 — параметры этой линии.
Таблица 9,2
Данные опытов холостого хода и короткого замыкания на линии
р) (X *Х> 1- (D Пу * * ч К '5' N- И ч 1 "ц н, о N 1 (0) Ку £ __ £ I (о) ггу (₽ ’л) oz © W I со Прймечаийе
648 £ — 88 258 /170,6 Парам 275 £—85,6 етры лиини 247 £69,1 электропереда Испытано при ча- стоте 60 гц Таблица 9,3 чи
Последо- ватель». лп Л12 А 21 Zc я, ом} км L, гн(км С, ф(км
Положй- телъная 0,853£3^ Г220£73,8 0,00132£91,3 Ю9£—8,6 0,158 1,37-10-8 0,852-10-8
Нуле- вая 0,735£б 545£75,1 0,000892£91,6 f82£—8,3 f 0,396 3,56-Ю-з 0,606-10-8
В табл. 9,2 приняты следующие обозначения:
ZI(X х)—сопротивление в начале линии при симметричном
трехфазном напряжении; линия на конце разомкнута;
382 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл, 9
э)—1X5 же» три Фазы на конце закорочены;
^о(х.х) —сопротивление в начале линии, приключенной к одно-
фазным источникам направления; все три фазы
в начале и в конце линии закорочены; конец не
заземлен;
Zo 3) — то же, конец заземлен.
На основании данных, приведенных в таблице, и формулы
(9,3), считая активную проводимость G 0, находим посто-
янную передачи для токов положительной последовательности
частоты 50 гц:
Y1 = К(0,158+/314‘1,37-10~3)-/314-0,852-10"® =
= (0,191+Д08)10-3.
Соответственно постоянная передачи для токов нулевой
последовательности
Ъ = К (0,396 + /31ТЗ,56.10-3)/314 А6О6“Ю-8 =
= (0,285+/1,61)10-3.
Таким образом, коэффициент затухания линии для токов
положительной и нулевой последовательностей при / = 50 гц
составляет = 0,191 • 10~3 неп/км н р0 = 0,285 • 10~3 неп/км,
а фазовый коэффициент а1 = 1,08«10'3 рад/км и а0 =
=1,61 • 10“3 рад/км.
Отсюда можно заключить, что скорость распространения
токов положительной последовательности равна
= 291000 км/сек, а токов нулевой последовательности
= 195 000 км/сек. Численные значения
" " t LA} Т.. Yi и Ys показывают, что импедансный
171 Г1 угол обоих этих комплексов составляет
Ld ЦО 80°. Из табл. 9,3 следует, что импедан-
— | ___ | сные углы характеристических сопроти-
влений линии для токов положительной
схема9,28’ ва^гаеиия и нУлевой последовательностей также
длинной линии. примерно равны и составляют около — 8 .
Расчет токов короткого за-
мыкания в случае длинных линий ведется обычно при-
ближенным методом на основе П-образной схемы замещения
[Л. 3].
На фиг. 9,28 изображена П-образная схема, элементы кото-
рой принимаются, исходя из заданных параметров электро-
передачи, а именно
Zj = 412, = (9,42)
§ 9,4 J Входное сопротивление при несимметричных коротких 383
0)
Фиг. 9,29. Комплексные схемы замещения в применении к длинной линии
с односторонним питанием.
а — заьц-лкаиие между двумя фазами; б — однофазное замыкание на землю; в — двух-
фазное замыкание иа землю.
В случае сверхдлинных линий более точные результаты
могут быть получены на основе общих уравнений передачи
вида (9,1) и (9,2) или (9,29) и (9,30).
Как уже указывалось выше, при металлическом замыкании
между тремя фазами в конце линии импеданс, замеряемый
в начале линии, равен в соответствии с (9,7): Z}3> =Zrthf/.
Пренебрегая величиной по сравнению с а, получаем
согласно (9,9):
Z? ^jzc tg al == jZc [ a /+ . (9,43)
При несимметричных коротких замыканиях замер импе-
данса может быть получен на основе комплексных схем заме-
щения, приведенных на фиг. 9,29 для случая одностороннего
питания и на фиг. 9,30 — для случая двухстороннего питания.
Предположим, что в конце линии, питаемой с одной сто-
роны, произошло металлическое замыкание фаз В н С.
Величина импеданса
_,2)
(9,44) ‘
384 Защита длинных и сильно нагруженных линий [ Гл. 9
Фиг. 9,30. Комплексные схемы за-
мещения в применении к длин-
ной линии с двухсторонним пита-
нием.
может быть найдена на ос-
нове формул (9,1) и (9,2) н
схемы фиг. 9,29, а (с учетом
знака тока /w).
Задача особенно упрощается
при условии, что нагрузка на
приемном конце отсутствует и
Z^f). (9,45)
Последов ательно включен-
ные на фиг. 9,29, а четырехпо-
люсники 1 и 2, представляю-
щие собой схемы положитель-
ной и отрицательной последо-
вательностей длинной линии и
имеющие одинаковые характе-
ристические сопротивления Zc и
постоянную передачи у/, могут
быть заменены эквивалентным
четырехполюсником, имеющим
то же характеристическое со-
противление и постоянную пе-
редачи 2f. С учетом Ц_{ = 0
в соответствии с условием
(9,45) имеем:
^1-1'—’ 2-i^c Sh |
Л-I ~ ^2-1 Ck I
(9,46)
Подстановка (9,46) в (9,44) приводит к выводу, что
zp = Zc = zc th 7/,
1 c ch2yZ |-l
т. e. при соблюдении условия (9,45) замеры импеданса в слу-
чае замыканий между тремя или двумя фазами получаются
одинаковыми. Тем самым обеспечивается правильное действие
реле типа Mho в схеме GCY при трехфазиых и двухфазных
замыканиях.
В случае несоблюдения равенства (9,45), а также при
двустороннем питании и других видах повреждений (напри-
мер, при двухфазном замыкании на землю), требуются до-
§ 10,1 ] Статистические данные 385
»’— А _____________,_- - _.__
полнительные исследования. То же относится и к вопросу
замеров импедансов реле неповрежденных фаз *.
Решения проблемы защиты длинных н сильно нагружен-
ных линий твозможно ожидать в применении в качестве основ-
ной защиты — высокочастотной, в качестве резервной—ди-
станционной, основанной, например, на принципе, описанном
в конце § 4,12 (схемы IV категории).
Защита, основанная на указанном принципе, имеет сле-
дующие существенные преимущества:
1. Простота схемы: функции органов пуска, направления
и омметров совмещены в двух реле.
2. Нереагирование первого реле на перегрузку н качания
в системе.
3. Малая подверженность второго реле неправильным дей-
ствиям при качаниях (см. § 9,1).
4. Отсутствие мертвых зон при двухфазных коротких за-
мыканиях.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН 110-220 кв
10,1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Случаи коротких замыканий, имевшие место на сборных
шинах электрических станций и подстанций, побудили экс-
плоатационные и проектные организации заняться разработ-
кой специальных видов защит шин.
Из существующих разновидностей защит сборных шин
110—220 кв практическое распространение получили преиму-
щественно защиты, основанные на дифференциальном прин-
ципе.
В литературе имеется указание, что одна из первых уста-
новок дифференциальной защиты шин относится к 1924 г.
Однако, если не считать единичных случаев применения
дифференциальных защит шин, практическое внедрение их в
эксплоатацию следует относги в основном к началу 30-х го-
дов.
1 Руководствуясь (9,46), можно показать, что
_/2) _ 7 shSyZ_____
ДВ /лв ~ Ch 2? I 4- еД20°
и
&СА _ z sh2yZ
ZcA =7^ ‘ ch27/+e“^°*
25 Г. И. Атабеков.
386
Защита сборных шин
t Гл. 10
Исходя из анализа статистических данных, свидетельство-
вавших о значительном числе повреждений на шинах НО кв,
связанных с замыканиями на землю, в 1933 г. на одной из
энергосистем Союза была осуществлена дифференциальная
защита двойной системы шин от замыканий на землю.
Благодаря дифференциальному принципу защиты обеспе-
чивалось быстрое и надежное отключение пов1режденной сис-
темы шин при самых разнообразных режимах работы, как-то:
при включенном или отключенном шиносоединительном вы-
ключателе, при работе одной или обеих систем шин и т. д.
При этом схемой предусматривалась необходимость про-
изводства дежурным персоналом переключений таковых це-
пей защиты в зависимости от изменения схемы коммутации.
В 1933/34 г. Теплоэлектропроектом [Л. 5] была разрабо-
тана схема дифференциальной защиты шин от замыканий на
землю, обеспечивающая автоматическое переключение токо-
вых цепей. Автоматизация достигалась помощью сигнальных
контактов разъдинитеяей.
В 1935 г. была предложена также дифференциально-на-
правленная схема защиты двойных шин от замыканий на
землю с использованием органов направления мощности ну-
левой последовательности для выбора поврежденной системы
шин [Л. 6].
Практического распространения эти схемы не получили.
В последующие годы опыт эксплоатации подтвердил не-
обходимость широкого внедрения дифференциальных защит
шин с охватом всех видов коротких замыканий. В первую
очередь это относилось к центральным электрическим стан-
циям и узловым подстанциям ПО—220 кв, где медленная
нли неправильная работа защиты» шин приводила в ряде слу-
чаев к системным авариям.
В период с 1936 по 1940 г. в одной из энергосистем СССР
имели место 33 коротких замыкания на сборных шинах ПО кв
[Л. 7]. В табл. 10,1 .указан характер этих повреждений и их
число по годам.
Дифференциальная защита имелась в наличии только в' двух
'случаях коротких замыканий (в 1940 г.). Во всех остальных
случаях действовала защита линий и трансформаторов с вы-
держкой 1,5—7 сек., причем последствием коротких замыка-
ний в шести случаях явилось полное расстройство системы.
Учитывая ответственное назначение защит сборных шин,
энергосистемы СССР пошли по пути массового внедрения
дифференциальных защит шин [Л. 7, 9, 10].
В этих защитах применены преимущественно электромаг-
нитные токовые реле, действующие на отключение через вспо-
могательные промежуточные реле. Трансформаторы тока —
$ юл ]
Статистические данные
387
Таблица 10,1
Короткие замыкания на сборных шннах ПО ке одной нз
энергосистем СССР
Число случаев
Характер повреждение 1-938 г. 1937 г. 1938 г. 1939 г. 1940 г. Всего
Перекрытие изоляции.......... 6
Отключение разъединителей под
напряжением..................... —
Ошибочное наложение заземле-
ния ;........................... —
Повреждение выключателей ... 2
Поломка колонок разъединителей —
Прочие......................... —
Итого ... 8 10
обычно встроенного типа, с коэффициентом трансформации
400/5—600/5, предварительно проверяются по так называемым
кривым 10% погрешностей или кривым намагничивания. Ток
трогания токовых реле выбирается порядка 15—20 а.
Применяемые в СССР схемы дифференциальных защит
шин от всех видов коротких замыканий (с фиксированным и
с произвольным распределением элементов) достаточно по-
дробно описаны в отечественной литературе [Л. 1, 3, 8, 10]
и длительный опыт эксллоатации этих защит подтвердил их
эффективность и надежность, о чем также свидетельствует
высокий процент правильной работы защиты шин в Союзе.
В течение последних десяти лет вопросам защиты сборных
шин уделялось большое внимание в СССР и за границей.
Согласно статистическим данным в течение 1938, 1941 и
1942 гг. в единой британской высоковольтной системе
(Grid), включающей в себе около 500 сборных шин, число за-
мыканий на шинах составляло соответственно 14, 17 и 12. Та-
ким образом, в среднем за год происходило около 14 корот-
ких замыканий на шинах.
Из указанного выше числа коротких замыканий, 18 слу-
чаев имели место на открытых установках, а 28 — в закрытых
установках. В восьми случаях повреждения имели значитель-
ные размеры (2 — в открытой, 6 — в закрытой частях), а в
32 случаях следы повреждений были мало заметны.
Короткие замыкания делились по видам следующим обра-
зом: замыканий на землю — 40 (в том числе однофазных —
25*
ЗЙ8 Защита сборных шин [ Гл. 10
27 и двухфазных замыканий на землю—13) и трехфазиых
коротких замыканий—3 (включение на закоротку).
Защиты шин находились в работе только в двух случаях
и действовали правильно. В остальных более сорока случаях
короткого замыкания ш'цны отключались линейными и резерв-
ными защитами, причем число правильных действий было 21.
Обращает на себя внимание большое число случаев непра-
вильной работы защиты.
Последнее обстоятельство должно было явиться поводом к
улучшению защиты шин [Л. 13].
Наряду с дифференциальной защитой шин в международ-
ной практике нашли применение также и другие типы защит
шин, а именно: защита от замыканий на землю с примене-
нием специальной заземляющей шины, неполная дифферен-
циальная защита, защита с реле типа транслей и др.
Первый из указанных типов защит, получивший распро-
странение в некоторых энергосистемах, основан на исполь-
зовании тока замыкания на землю, направляющегося по спе-
циальной заземляющей шнне, к которой присоединяются все
металлические части распредустройств, подлежащие заземле-
нию. Заземляющая шина имеет связь с землей через транс-
форматор тока, во вторичной цепи которого включено реле
максимального тока мгновенного действия (производящее
отключение).
Второй тип защиты применяется, главным образом, на
шинах электрических станций или распределительных под-
станций, причем дифференциальная защита приключается
только к трансформаторам тока питающих элементов. При
коротких замыканиях на отходящих фидерах защита шин не
действует на отключение благодаря отстройке по времени нли
благодаря применению импедансных реле, отстроенных по
импедансу трогания от коротких замыканий за фидерными
реакторами (в случае наличия последних).
10,2. ТОКИ НЕБАЛАНСА В ЦЕПИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ
ЗАЩИТЫ ШИН
В настоящее время быстродействующая дифференциальная
защита шин является весьма распространенным и общеприня-
тым видом защиты в сетях 110 кв и выше. Опыт эксплоата-
ции и теоретические исследования подтверждают тот факт,
что при внешних коротких замыканиях под влиянием аперио-
дической составляющей тока сердечники трансформаторов
тока tMoryr сильно насыщаться (см. гл. 2). В результате этого
появляются .значительные токи небаланса.
§ 10,2?
Токи небаланса
389
Фиг. 10,1. Короткое замыкание вне зоны дифференциальной защиты шин.
Естественно, что при наличии большого числа присоедине-
ний к шинам, наибольшее влияние апериодическая составляю,
щая оказывает именно на тот трансформатор тока, через ко-
торый протекает суммарный так установки.
В обычной схеме дифференциальной защиты ток в катуш-
ке дифференциального реле равен алгебраической сумме вто-
ричных токов трансформаторов тока. На фиг. 10,1 изображен
случай короткого замыкания на одной из линий, отходящих
от сборных шин. Положительные направления первичных
токов на неповрежденных линиях приняты в сторону шин, а на
поврежденной линии — ст шин к месту короткого замыкания.
Соответствующие выбранным положительным направлениям
вторичные токи указаны на фиг. 10,1.
Ток в реле равен:
п — I
(10.1)
Я1=1
Вторичные токи связаны с первичными формулой
где и iQ — мгновенные значения первичного тока
намагничивания.
Подстановка (2) в (1) дает:
-П — 1
(Ю.2)
и тока
Л - I
•JX’
w2
(10,3)
L
Согласно первому закону Кирхгофа выражение
скобке равно нулю. Следовательно,
i —
р о
в первой
(Ю.4)
п — 1
Л7—I
Wa
390
Защита сборных шин
[Гл. 10
Итак, ток в дифференциальном реле равен приведенному
ко вторичной стороне току намагничивания трансформатора
тока поврежденной линии за вычетом суммы приведенных то-
ков намагничивания трансформаторов тока остальных присое-
динений, охваченных дифференциальной защитой.
Если предположить, что явление (насыщения наступает
только в трансформаторе тока поврежденного присоединения
и в первом приближении пренебречь токами намагничивания
остальных ненасыщенных трансформаторов тока, то согласно
(10,4) и (10,2).
L = ft”~ = ft"’ -ft”- (10,5)
Таким образом, результирующий ток небаланса в цепи
дифференциальной защиты шцн может быть представлен в
виде разности двух кривых: кривой вторичного тока, построен-
ной, исходя из нормального коэффициента трансформации
без учета насыщения, и кривой действительного вторичного
тока (получающегося с учетом насыщения). Максимальное
значение тока небаланса может иметь место не в начальный
момент короткого замыкания, а спустя некоторое время, когда
магнитный поток в трансформаторе тока достигнет максимума.
Постоянная времени вторичной цепи трансформаторов
тока, определяющая процесс затухания свободных апериоди-
ческих составляющих в цепи защиты, значительно превышает
постоянную времени первичной цепи короткого замыкания
(определяющую процесс затухания апериодической состав-
ляющей первичного тока). Поэтому ток небаланса в цепи
дифференциальной защиты шин может длиться долгое время.
Наряду с проблемой насыщения на практике возник во-
прос об отстройке от внешних коротких замыканий при ма-
ксимальных режимах в тех случаях, когда по условиям ми-
нимальных режимов при коротком замыкании в зоне требо-
валось значительное повышение чувствительности дифферен-
циальных реле.
В связи с этим были разработаны специальные конструк-
ции трансформаторов тока, слабо насыщающихся под влия-
нием апериодических составляющих. Однако, их габариты,
веса и стоимости могли быть оправданы только на наиболее
ответственных установках.
Ро избежание неправильного действия дифференциальной
защиты шин при пользовании обычными трансформаторами
тока были разработаны дифференциальные реле с большим
числом тормозных катушек, допускающие минимальную
уставку первичного тока трогания порядка 1 % от макснмаль-
§ Ю,2]
Токи небаланса
391
Фиг. 10,2. Короткое замыкание в зоне дифференциальной защиты шин
ного значения тока при внешнем коротком замыкании.
Время действия такой защиты 0,05—0,06 сек.
При наличии сборных шин с большим числом отходящих
линий число потребных тормозных катушек возрастает на-
столько, что конструктивное оформление дифференциальных
реле будет практически затруднительным.
Поэтому разработка быстродействующих дифференциаль-
ных защит шин пошла в основном по двум путям:
а) по линии использования принципа торможения высши-
ми гармоническими [Л. 8];
б) по линии искусственного уменьшения токов небаланса
в цепях дифференциальных защит [Л. 12].
Первым из указанных принципов используется наличие в
токе намагничивания высших гармонических. Как известно,
при протекании по первичной обмотке тока синусоидальной
формы намагничивающий ток несинусоидален, причем с уве-
личением насыщения сердечника трансформатора степень
отклонения от синусоиды возрастает.
При коротких замыканиях в зоне дифференциальной за-
щиты шин (фиг. 10,2) в катушке дифференциального реле
протекает ток:
п п я
(10,6)
m«l т«1
Таким образом, в катушке дифференциального реле про-
текает ток, равный суммарному первичному т. к. з., приведен-
ному ко вторичной стороне трансформаторов тока, за выче-
том суммы намагничивающих токов, также приведенных ко
вторичной стороне. Так как намагничивающий ток трансфор-
матора тока составляет относительно небольшой процент от
его вторичного тока, то искажение форму кривой тока, про-
392
Защита сборных шин
[Гл. 10
текающего через катушку реле, за счет высших гармониче-
ски намагничивающего тока, получается небольшим.
При коротком замыкании вне зоны защиты через катушку
реле в соответствии с (10,4) протекает разность приведенных
намагничивающих токов и поэтому кривая тока в катушке
дифференциального реле содержит большой процент высших
гармоник.
Отсюда возникает идея, что если в цепь дифференциальной
защиты включить фильтры верхних и нижних частот, то в за-
висимости от процентного! содержания высшнх гармонических
можно отличить короткое замыкание в зоне дифференциаль-
ной защиты от внешнего короткого замыкания.
Подробности, касающиеся этого принципа защиты, приве-
дены в § 10,3.
Что касается искусственного уменьшения токов небаланса
при коротких замыканиях вне защищаемой зоны, то в каче-
стве одного из способов, предотвращающих насыщение сердеч-
ника трансформатора тока, был применен способ введения в
цепь магнитопровода воздушного зазора. При этом была до-
стигнута предельная чувствительность дифференциального
реле порядка 10% от максимального тока внешнего корот-
кого замыкания.
Стремление к возможному упрощению и ускорению дей-
ствия дифференциальной защиты шнн привело к разработке
новой защиты б применением взамен трансформаторов тока
катушек взаимоиндукции, не имеющих стального сердечника
и насаживаемых на втулки выключателей. Чувствительность
такого рода защиты получилась порядка 6% от максималь-
ного тока внешнего короткого замыкания при двухкратном
коэффициенте запаса. Время действия защиты — 1 период.
Описание этой защиты дано в § 10,4.
Наряду с указанными выше основными принципами осу-
ществления быстродействующих дифференциальных защит
сборных шин, нашедших применение за последние годы,
предлагались также и другие способы защиты. К числу та-
ких защит относится, например, защита шин станции при по-
мощи реле направления мощности нулевой последовательно-
сти, блокируемых от реле максимального тока мгновенного
действия, установленных на фидерах. Подобного рода за-
щиты нашли ограниченное применение на практике.
10,3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
С ТОРМОЖЕНИЕМ ВЫСШИМИ ГАРМОНИЧЕСКИМИ
Дифференциальная защита шин типа HDC, использую-
щая принцип торможения от высших гармонических, была
выпущена в 1938 г.
§ 10,3] Торможение высшими гармоническими 393
Защита эта отличается от защиты
HDD, применяемой для трансформа-
торов, меньшей чувствительностью и
отсутствием дополнительного тормо-
жения от линейных токов. Последнее
обстоятельство позволяет использовать
данную защиту при любом числе ли-
ний, отходящих от сборных шин.
Как уже указывалось выше, в ос-
нову этой защиты положена следую-
щая идея:
WA--
10,3. Токи в диф-
ференциальном реле.
а при внешнем коротком
замыкании; б — при коротком
замыкании в зоне зашиты.
при замыканиях в пределах защи-
щаемой зоны форма кривой тока, протекающего в цепи диф-
ференциальной защиты (фиг, 10,3,6), значительно отличается
от формы кривой тока небаланса, появляющегося в цепи
дифференциальной защиты при внешних коротких замыка-
ниях 1 (фиг. 10,3,я). Ниже дается таблица примерных величин
гармонических составляющих токов, возникающих в цепи
дифференциальной защиты, в указанных выше случаях.
Таблица 10,2
Гармонические составляющие токов в цепи дифференциальной
защиты
Причина возникновении тока в цепи
защиты
Составхяющве тока (амплитудные значения)
Короткое замыка- Внешнее короткое
ние в пределах за- замыкание
щнщаемой зоны
Основная гармоника»...............
Апериодическая составляющая . . .
2-я гармоника.....................
3-я...............................
4-я...............................
5-я...............................
6-я...............................
7-я...............................
Амплитудное значение тока . . . .
100%
38%
9%
4%
7%
4%
6%
2%
145%
100%
0%
4%
32%
9%
2%
1%
3%
126%
Примечание. Приведенные в таблице данные выражены в % от величины ос-
новной гармоники.
Как видно из табл. 10,2 и из фиг. 10,3,а и 10,3,6, кривая
тока, протекающего в цепи дифференциальной защиты при
повреждении в пределах защищаемой зоны, мало отличается
1 Кривая фиг. 10,3,о относится к установившемуся режиму.
394
Защита сборных шин
| Гл. 10
Фиг. 10,4- Принципиальная схема диф-
ференциальной защиты шин с тор-
можением от высших гармонических.
от синусоиды, в то время как кривые токов небаланса при
внешних коротких замыканиях содержат гармоники высшего
порядка значительной величины.
Особенно резко возрастает третья гармоника в случае
внешнего короткого замыкания(32%) по сравнению с тем,
что имеет место при коротком замыкании в пределах защи-
щаемой зоны (4%).
Что касается апериодической составляющей, то ее величи-
на не зависит от вида повреждения, а зависит от момента
возникновения короткого замыкания и при известных усло-
виях может быть равно нулю.
Для обеспечения правильной работы дифференциальной
защиты используется тормозное действие высших гармони-
ческих составляющих тока, протекающего в цепи дифференци-
альной защиты.
На фнг. 10,4 показана схема внутренних соединений реле.
Ток в цепи дифференциальной защиты трансформируется
при помощи трансформатора тока, встроенного в реле, до ве-
личины, допустимой с точки зрения номинальных значений
тока купроксного выпрямителя и конденсаторов, применяе-
мых в данном реле.
К вторичной обмотке этого вспомогательного трансформа-
тора тока приключены параллельные цепи рабочей и тормоз-
ной катушек.
Цепь рабочей катушки, включая самую рабочую катуш-
ку, емкость Ci н индуктивность Li, настраивается на про-
пускание основной гармонии.
Цепь тормозной катушки в свою очередь содержит фильтр,
§ 10,3 ]
Торможение высшими гармоническими
395
Фиг. 10,5. Осциллограммы токов в дифференциальном реле.
а — при внешнем коротком замыкании; б *— при коротком замыкании в эоне защиты.
состоящий из емкости С2, соединенной параллельно с индук-
тивностью Z.2. <
Благодаря наличию фильтра в цепи тормозной катушки
протекают только токи высших гармоник. При внешних ко-
ротких замыканиях высшие гармонические составляющие
оказывают "тормозное действие, предотвращая тем самым не-
правильную работу дифференциальной защиты (благодаря
разной величине воздушных зазоров между якорем и катуш-
ками действие тормозной катушки в данном случае преобла-
дает над действием рабочей катушкн). Купроксный выпря-
митель включен в цепь тормозной катушки в целях выпрям-
ления тока, протекающего в этой цепи, так как опыт показы-
вает, что наличие фазового сдвига между токами рабочей и
тормозной катушек может вызвать неправильное действие
защиты.
Реле имеет следующие параметры:
1) ток трогания—5 а при синусоидальном токе и рабочей
частоте 60 гц;
2) время действия реле—1 период при токе, вдвое боль-
шем токе трогания и рабочей частоте 60 гц;
3) потребляемая мощность токовой цепи —1 ва при токе
5 а.
Относительно высокий ток трогания (5 а) выбран в целях
предотвращения неправильного действия защиты при обрыве
цепи одного из трансформаторов тока. Для защиты шнн та-
кой ток трогания вполне приемлем, так как повреждение на
шинах сопровождается, как правило, протеканием значитель-
ных токов короткого замыкания.
На фиг. 10,5,а и б представлены осциллограммы токов
при замыканиях вне защищаемой зоны (фиг. 10,5, а) и в
пределах защищаемой зоны, т. е. на шинах (фиг. 10,5,6).
Ток в 10 000 а подводился к шинам по двум параллельным
фидерай, а отходил от шин по одному фндеру. На всех трех
фидерах были установлены трансформаторы тока встроенного
типа с коэффициентом трансформации 600/5, к вторичной
цепц которых и было приключено дифференциальное реде,
396
Защита сборных шин
[ Гл. 10
Фиг. 10,6. Дифференциальное реле ХЭМЗ с последовательным включением
фильтров.
Tt — входной трансформатор; Га — промежуточный трансформатор; ЭТ — реже максималь-
ного тока; Фп Фя -- сглаживающие фильтры; R — сопротивление.
На фиг. 10,5,а кривая 1 изображает т. к. з. (10 000 а пер-
вичных), кривая 2 — ток небаланса в цепи дифференциаль-
ного реле (с максимальной амплитудой 116 а). Так как реле
не действовало, то ток в цепи контактов был равен нулю
(кривая 3).
На фиг. 10,5,6 кривая 1 изображает ток к. з. (7 200 а пер-
вичных), кривая 2— ток в цепи дифференциального реле
(59,5 а), кривая 3 —ток в цепи (контактов.
На основании кривой 3 можно заключить, что время дей-
ствия реле не превышает одного периода.
Разработка дифференциальной защиты, использующей
тормозное действие от высших гармонических составляющих
тока небаланса, велась в Советском Союзе в двух вариантах:
с последовательным и параллельным включением фильтру-
ющих контуров [Л. 11].
На фиг. 10,6 показана схема дифференциального реле
с последовательным включением фильтров: рабочего (Li Ci)
и тормозного (L2C2).
Контур L1C1 работает при частоте 50 гц в условиях резо-
нанса токов: его сопротивление и соответственно падение на-
пряжения оттоков основной частоты максимальны. В контуре
при той же частоте наступает резонанс напряжения, т, е.
§ 10,31
Торможение высшими гармоническими
397
Фиг. 10,7. Дифференциальное реле
ХЭМЗ с параллельным включе-
нием фильтров.
ПР — поляризованное реже.
его сопротивление, а следова-
тельно, и падение напряжения
от токов основной частоты ми-
нимальны. Падения напряже-
ний на рабочем и тормозном
контурах, выпрямленные с по-
мощью двухполупериодных
схем, сглаживаются фильтра-
ми Ф| и Ф2 и нх алгебраиче-
ская сумма подается на сетку
электронной лампы. В анод-
ную цепь лампы включено
Электромагнитное реле мгно-
венного действия, срабатываю-
щее при подаче положительно-
го потенциала на сетку. Паде-
ние напряжения, подводимое от
рабочего фильтрующего контура, обуславливает повышение
потенциала на сетке лампы, а падение напряжения от тор-
мозного контура обуславливает подачу отрицательного сме-
щения.
Таким образом, действие реле в анодной цепи лампы зави-
сит от формы кривой тока, протекающего через фильтрующие
контуры.
Второй вариант схемы, основанный на параллельном вклю-
чении фильтров, показан на фиг. 10,7.
Так же как и в предыдущем случае, один нз фильтров
настраивается на резонанс токов, а другой—на резонанс напря-
жения. Выпрямленные токи подаются в рабочую и тормозную
катушки дифференциального поляризованного реле На экс-
периментальном образце получена чувствительность поряд-
ка 5 а. Время действия—порядка одного периода. Настройку
реле рекомендуется производить на месте опытным путем.
Возможность широкой регулировки электронного реле пред-
ставляет одно из преимуществ данного варианта.
В настоящее время еще не имеется подробных сведений
об опыте эксплоатации дифференциальных защит шин исполь-
зующих принцип торможения. Следует полагать, что практи-
ческое применение этого принципа встретит ряд трудностей
в связи с отсутствием точных данных относительно процент-
ного содержания высших гармонических в токах, протекаю-
щих в дифференциальных цепях прн всевозможных аварий-
ных режимах. В частности, проверенная в СССР защита
трансформаторов с торможением от высших гармонических
оказалась на практике непригодной.
398
Защита сборных шин
[Тл. 10
Фиг. 10,8. Принципиальная схема со-
единений катушек взаимоиндукции.
10,4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
С ПРИМЕНЕНИЕМ КАТУШЕК ВЗАИМОИНДУКЦИИ
В 1942 г. была выпущена дифференциальная защита сбор-
ных шин, основанная на применении взамен обычных транс-
форматоров тока трансформаторов без стальных сердечников
(катушек взаимоиндукции), насаживаемых на втулки выклю-
чателей. Иначе говоря, для
дифференциальной защиты
были применены одновитко-
вые трансформаторы тока,
имеющие воздушные сердеч-
ники [Л. 12]. Благодаря от-
сутствию стальных сердеч-
ников исключались явления,
связанные с насыщением, и
обеспечивалась почти линей-
ная зависимость между пер-
вичным током и вторичным напряжением.
Как видно из принципиальной однолинейной схемы соеди-
нений катушек взаимоиндукции фиг. 10,8, последние в отличие
от трансформаторов тока соединены последовательно, обра-
зуя замкнутый контур с включенной в него обмоткой диффе-
ренциального (реле. В указанном контуре индуктируется э. д. с.,
пропорциональная алгебраической сумме токов всех линий,
охваченных данной дифференциальной защитой. При нормаль-
ном режиме или внешнем коротком замыкании сумма токов
равна нулю и соответственно э.д.с. в контуре отсутствует.
Прн коротком замыкании на шинах в контуре наводится
э. д. с., пропорциональная суммарному току короткого замыка-
ния, и дифференциальное реле действует на отключение вык-
лючателей всех линий, присоединенных к поврежденным
шинам.
Таким образом, результирующая э.д.с. в цепи дифферен-
циальной защиты при одинаковых коэффициентах взаимо-
индукции катушек равна:
ер
и соответственно ток в дифференциальном реле
. _________________________ JwMv/j
Z *
здесь X/ представляет собой сумму первичных токов, az—
суммарное сопротивление цепи дифференциальной защиты.
« 10,4]
Применение катушек, взаимоиндукции
399
полностью сцеп-
Фиг. 10,9. Тороидная
обмотка с прямым и
обратным проводом.
В процессе разработки этой защиты в числе прочих во-
просов встала задача наиболее эффективного использования
малой мощности катушек взаимоиндукции н создания кату-
шек, обладающих одинаковыми коэффициентами взаимоин-
дукции и не подверженных влияниям внешних полей.
В результате проведенных исследований катушка взаимо-
индукции была выполнена в виде обмотки, насаженной на
немагнитный тороид (фиг. 10,9). Ток, протекающий в катуш-
ке, создает при этом магнитный поток, почти
ленный с проводником, проходящий че-
рез отверстие катушки. При этом спосо-
бе выполнения катушки влияние обрат-
ного (внешнего) проводника получается
минимальным и положение катушки от-
носительно прямого (внутреннего) про-
водника не оказывает заметного влияния
на величину индуктируемой э. д. с.
Таким образом, катушка тороидаль-
ной формы имеет определенный коэффи-
циент взаимоиндукции по отношению к
первичному (внутреннему) проводнику и
индуктивно почти не связано с проводниками, расположен-
ными вблизи.
Что касается идентичности отдельных катушек, то удалось
обеспечить точность коэффициента взаимоиндукции в преде-
лах ±1,5%.
Если исходить из расчета установившегося режима, то прн
возможных отклонениях величины М от среднего значения
на ±1,5% максимальная погрешность может быть получена
в предположении, что коэффициенты взаимоиндукции кату-
шек на линиях с подтекающими и оттекающими от шин тока-
ми разнятся друг от друга на 3%. При этом э. д. с., наводи-
мая в контуре, равна:
1,01—0,985Л/ф2* « .0,03/ЛЯ,
где /скз — суммарный ток, подтекающий или оттекающий от
шин при сквозном коротком замыкании.
С учетом коэффициента запаса, равного 2, максимально
допустимая чувствительность дифференциального реле соот-
ветствует 6% от суммарного тока, подтекающего к сборным
шинам (или оттекающего от них) при внешнем коротком за-
мыкании, например на линии, в непосредственной близости
400 Защита сборных шин [ Гл. 1QJ
' “ " —’1'
от шин. Таким образом, ток трогания дифференциального
реле должен быть выбран, исходя из условия
л Пй Ш^скв max
«“*0,06----—-—
или, что то же,
i “0,06г* тят.
р. m ’ скв шах
В зависимости от точности изготовления катушек соот-
ношение между уставкой дифференциального реле и расчетным
(вторичным) максимальным суммарным током сквозного ко-
роткого замыкания (равное 1р может изменяться
в широких пределах (табл. 10,3). \
Таблица 10,3
Соотношение между уставкой и расчетным
(вторичным) током
Точность, % Отношение ^р.т'^скв шах Примечание
1:5 Коэффициент запаса
±2,5 1:10 равен 2
±1,5 1:17
±1,0 1:25
±0,25 1:100
При т. к. з. на шинах, равном 1000 а, в цепи защиты
индуктируется напряжение 5 в, т. е. импеданс взаимоиндукции
Фиг» 10,10. Схемы дифференциальных реле.
а — электромагнитное реле (плунжерного типа); б — поляризованное реле.
§ ЮЛ1
Арименёние катушек взаимоиндукции
401
при 60-периодном токе составляет о)М~ 0,005 ом. Отсюда
коэффициент взаимоиндукции катушки М = 0,0133 гн.
Для обеспечения максимальной отдачи мощности в реле
сопротивление последнего должно быть согласовано с сум-
марным сопротивлением катушек взаимоиндукции. Для этой
цели предусмотрен согласующий трансформатор с отпайками
(фиг. 10,10). При сопротивлении реле z? и сопротивлении всей
остальной части цепи z* коэффициент трансформации
определяется по формуле
V
Электромагнитное реле плунжерного тока (фиг. 10,10,а)
действует при минимальных т. к. з. на шинах 1 500 а—в слу-
чае 6 линий и 2 000 а—в случае 10 линий.
Фиг. 10,11. Развернутая схема цепей тока.
Д — А В, С— дифференциальные реле в фазах; Д -- О — дифференциальное реле
s нулевом проводе.
Чувствительность защиты может быть повышена приме-
нением реле с малым потреблением мощности. С этой точки
зрения представляет преимущества вариант с поляризован-
ным реле, питаемым через купроксные выпрямители (фиг.
10,10,6). Благодаря наличию постоянных магнитов поляризо-
ванное реле действует при меньшей мощности, чем обычное
электромагнитное.
В системах с малым током замыкания на землю наряду
с тремя дифференциальными реле в фазах предусматривает-
ся также чувствительное дифференциальное реле в нулевом
проводе (фиг. 10,11).
Следует заметить, что вариант с параллельным соедине-
нием катушек взаимоиндукции имеет определенные преиму-
щества и недостатки по сравнению с вариантом последователь-
ного включения катушек. Преимущество параллельного вклю-
чения состоит в том, что оно обеспечивает действие защиты
при коротком замыкании на шннах в случае, если катушка
какого-либо из отключенных выключателей отсоединена.
Недостатком параллельного включения является большая
26 Г И. Атабеков.
402
Защита сборных шин
[ Гл. 10
подверженность температурным влиянием (разность темпе-
ратур в 30° С между подходящими и отходящими линиями
может обусловить протекание через реле тока, пропорцио-
нального 8% от тока сквозного короткого замыкания) и не-
удобство контроля цепей.
Кроме того, при параллельном включении катушек полу-
чаются нежелательные переходные процессы во вторичной
цепи. В случае последовательного соединения катушек про-
цесс во вторичной цепи мало отличается от процесса в пер-
вичной цепи. Поэтому расчет защиты может быть произведен
с большей степенью точности.
Защита действует со временем порядка одного периода.
Достаточных данных об эксплоатации этой защиты пока
еще не имеется.
10,5. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРАНСФОРМАТОРА С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ
В 1947 г. опубликован новый принцип торможения, поло-
женный в основу дифференциальной защиты сборных шин.
Принцип основан на использовании - различной степе-
ни подмагничивания специального трансформатора выпрям-
ленным током короткого замыкания при внешних поврежде-
ниях и при повреждениях в зоне защиты. С этой целью к
трансформаторам тока всех элементов, присоединенным к за-
щищаемым шинам, подключаются вспомогательные устрой-
ства, преобразующие трехфазную систему токов в однофаз-
ную. 1
К одному из выходных зажимов каждого устройства при-
ключаются твердые выпрямители (фиг. 10,12) таким образом,
что при внешнем коротком замыкании выпрямленный ток
протекает через тормозные обмотки / и 2, последовательно
насаженные на среднем сердечнике трансформатора.
Короткозамкнутая обмотка 4, также насаженная на сред-
ний сердечник, сглаживает пульсацию магнитного потока.
Вследствие сильного насыщения боковых стержней трансфор-
матора магнитным потоком постоянного направления, проте-
кание тока небаланса через рабочую обмотку 3 не может
вызвать значительного изменения магнитного потока.
Поэтому во вторичной обмотке 5 трансформатора напря-
жение практически отсутствует и телефонное реле, приклю-
ченное через схему двухполупериодного выпрямителя во вто-
ричной обмотке трансформатора, бездействует.
При коротком замыкании в защищаемой зоне магнитный
поток постоянного направления создается током, протекаю-
щим поочередно через обмотки / и 2. При этом через рабо-
§ 10,6]
Общие выводы
403
Фиг. 10,12. Дифференциальная защита шин с применением трансформа-
тора с подмагничиванием.
J, 2 — тормозные подмагничйваюшие катушки; 5 — рабочие катушки; 4 — короткозамкну-
тая обмотка; 5 — вторичная обмотка; А — реже максимального тока.
чую обмотку 3 протекает переменный ток, пропорциональный
суммарному т. к. з.
Во вторичной обмотке 5 трансформатора наводится э. д. с.
н телефонное реле срабатывает.
Схема этой защиты приведена здесь для иллюстрации су-
ществующей тенденции внедрения в технику релейной защи-
ты новых методов, основанных на применении вентильных
устройств (твердых выпрямителей), трансформаторов с под-
магничиванием и т. д. Применение этих элементов в комби-
нации с реле постоянного тока (исполнительный орган) ха-
рактерно для современного развития релейной защиты.
Что касается существа самой схемы фиг. 10,12, то ввиду
отсутствия данных опытной проверки ее в настоящее время
не представляется возможным сделать заключение о степени
пригодности данной схемы для эксплоатации, в особенности
в системах с двухсторонним питанием или при ко<ммутацион-
ных изменениях в системе.
10,6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Опыт эксплоатации высоковольтных систем свидетель-
ствует о безусловной необходимости применения специальных
защит шин, стоимость которых несоизмеримо мала по сравне-
26*
404
Защита сборных шин
Г Гл. 10
нию с убытками, могущими иметь место при развитии корот-
кого замыкания в системную аварию, из-за отсутствия над-
лежащей защиты шин.
2. Учитывая ответственное значение центральных электри-
ческих станций и узловых подстанций ПО—220 кв в работе
системы, к защитам сборных шин следует предъявлять повы* -
шенные требования в отношении надежности их работы и
предотвращения действия при внешних коротких замыканиях.
3. Из числа имеющихся разновидностей защит шин ПО—
220 кв предпочтение должно быть отдано защитам, основан-
ным на дифференциальном принципе.
4. Обращает на себя внимание тот факт, что в современ-
ных схемах дифференциальных защит начинают находить
применение вентильные устройства (твердые выпрямители),
трансформаторы с подмагничиванием и реле постоянного то-
ка. Тенденция к широкому использованию этих элементов в
технике релейной защиты является многообещающей.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИМЕНЬШЕЙ ДЛИНЫ ЛИНИИ,
ДОПУСКАЮЩЕЙ ПРИМЕНЕНИЕ ИМПЕДАНСНОЙ ЗАЩИТЫ
При малой длине защищаемой линии влияние переходного сопротив-
ления в месте повреждения на замер импеданса мажет быть относи-
тельно велико. Вследствие получения на зажимах омметра преувеличен-
ного замера (по сравнению с действительным сопротивлением участка
от места установки реле до точки корот-
кого замыкания) длина защищаемой зоны
под влиянием переходного сопротивления
укорачивается и, следовательно, выдержка
времени защиты возрастает.
Наименьшая длина линий, допускаю-
щая применение импедансной защиты, при
которой ошибка в замере импеданса для
практически возможных величин переход-
ных сопротивлений не превышает допусти-
мых пределов, может быть определена
следующим образом.
При замыкании в конце линии защи-
та должна действовать с выдержкой вре-
мени II ступени. Если пренебречь погреш-
ностью в импедансе трогания самого ом-
метра, то допустимый предел ошибки в за-
мере импеданса под влиянием переходного
сопротивления определится из соображе-
ний, что сумма сопротивлений защи-
Фиг. П 1,1. Диаграмма со-
противлений.
щаемой линии и переходного сопротивления с учетом подпитки о проти-
воположной стороны должна превышать импеданса трогания II ступени.
На фиг. П 1,1 представлена комплексная плоскость, в которой век-
тор Z изображает полное сопротивление защищаемой линии, а вектор
Z-\ mZ— полное сопротивление участка от места установки защиты до
конца второй зоны (т — коэффициент < 1). Здесь и ниже все величины
отнесены к первичной стороне.
При замыкании между двумя фазами в конце защищаемой линии
через сопротивление дуги Rd импедансный омметр, включенный иа ли-
нейное напряжение и разность токов поврежденных фаз (Zp), замеряет
импеданс, равный по величине геометрической сумме Z и R& «
9? р
Здесь — ток в дуге.
406
Приложения
Предельным условием трогания омметра в соответствии с выше-
сказанным является:
23 + ^д7~) ’ 2* ~~г— cos Ф»
\ 1 р, /
откуда
г = ЛдТ7 т(т + 2Г [cos + +К cos»{• + »«(«4-2)} (п Ы)
При одностороннем питании 1^ — 1 и f, где у— импеданс-
ный угол защищаемой линии. В этом случае выражение (П 1,1) прини-
мает вид:
г== 2m (m4-2) [cost + X cos«f 4-т(«4-2)]. <п №
На фиг. П 1,2 изображен график, построенный по формуле (П 1,2) в
предположении, что у “75°.
На том же графике показана шкала длин L линии в километрах,
соответствующая удельному сопротивлению 0,4 ом [км.
На основании этого графика можно для заданного значения
найти минимальное сопротивление z и минимальную длину линии Л, при
которых допустимо применение импедансной защиты.
Так, иапрнмер, сопротивлению 7?д“болг, при от —0,25 соответствует
z = 5,6 ом и А—14 км.
При помощи того же графика (фиг. П 1,2) можно по заданному со-
противлению линии z (или длине линии Z) определять предельное зна-
чение сопротивления дуги в конце линии соответствующее действию
импедансного омметра иа пределе второй и третьей ступеней выдержки
времени.
Приложения
407
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРОВЕРКА НЕОБХОДИМОСТИ ВЫВЕДЕНИЯ ИЗ ДЕЙСТВИЯ
ОДНОСИСТЕМНОЙ ИМПЕДАНСНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ
МЕЖДУ ФАЗАМИ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ
Ниже приведен анализ замеров импеданса на зажимах омметра в
схеме фиг, 4,28, в при однофазных н двухфазных замыканиях иа землю
для линий с односторонним питанием (без учета нагрузки).
Приняты следующие обозначения (фиг. П 2,1):
Zi=Za—импеданс положительной и отрицательной последовательностей
участка от места установки защиты до точки короткого замыка-
ния;
----------------------------
Фиг. П 2,1. Расчетная схема.
^*2К — импеданс отрицательной последовательности системы, приведен-
ный к точке короткого замыкания;
ZGK— То же* нУлевой последовательности.
Переходное сопротивление в месте замыкания не учитывается (7?^0).
Все величины отнесены К стороне высокого напряжения.
Однофазные замыкания на землю. Первичный импеданс на зажимах
омметра при замыкании фазы А на землю равён:
_ 0.5 йлв
‘а
(П 2,1)
Напряжение t/др в месте установки защиты может быть выражено
через ток положительной । последовательности фазы А(/|Л) и параметры
системы
3Ла + + О12-2)
Г О \ Z / J
Так как ток 7Л~3/1Л, величина импеданса согласно (П2,1) предста-
вится в следующем виде:
zp = А [ Zl+£«< +у _L. (П 2,3)
Таким образом, Zp зависит от Z2K> минимальное значение
Z2K= Zf, при этом Zp имеет наименьшее значение:
которого
(П,2,4)
1 А+ 0,5 ZaK I
1 1,73 I
408
Приложения
Анализ этого выражения показывает, что, как правило, удовлетво-
ряется условие
(П 2,5)
Тот же результат получается при замыкании иа землю фазы С.
При замыкании на землю фазы В защита не приходит в действие.
Двухфазное замыкание на землю. Первичный импеданс на зажимах
омметра при замыкании фаз В и С на землю равен:
0,5 йвс.
— j
(П 2,6)
Напряжение UBC в месте установки защиты может быть выражено
через ток положительной последовательности фазы А (1\А) и параметры
системы:
&вс
Z\Zq^
(П 2,7)
Выражение тока фазы С через те же величины представится в сле-
дующем виде:
. __ . Г В Z0K V 3 ^2К
/С-УЗ/1Д р хж+20К -2 Z2K+ZOK
Импеданс Zp согласно (П2,6) выразится формулой
(П2,9)
„ 7 (°*5 ^2К+ Z0k)
Zp — Zi у—
j№2^ZaK)-Llz2K
(Кривая построена по формуле П 2,10).
Приложения
409
При равенстве импедансных углов Z2^ и ZQK величина zp может
быть определена из выражения
Г₽ /(0,5+ «)» +0,75 ”
(П 2,10)
где а ~ .
г2К
Zp
На фиг. П 2,2 представлена зависимость ~~~/(д). Как видно изфор-
*1
мулы (П2,10) и фиг. П2,2 предельные значения zp составляют:
при а ~ 0 zp =: 0,5 zlt
при а — со zp ~ zv
Следовательно, при двухфазном замыкании на землю имеет место
преуменьшенный замер импеданса (при отсутствии переходного сопро-
тивления).
В тех случаях, когда импедансные углы Z2K и неодинаковы,
значения-у отличаются от (П2Д0) в большую или в меньшую сторону.
*1
Во избежание неправильного действия защиты при замыканиях на
землю необходимо или выводить защиту из действия при замыканиях
на землю, или выбирать импеданс трогания защиты с учетом ошибок
замера. Последнее решение, давая возможность защите действовать при
замыканиях на землю, сокращает зону ее действия при замыканиях
между фазами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАМЕРОВ РЕАКТАНСА НА ЗАЖИМАХ
ОММЕТРОВ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ НА ОДНОЙ ИЗ
ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ Л ИН Ий
L Однофазное замыкание на одной из параллельных линий с
отключенным выключателем (фиг. П 3,1).
На фиг. П 3,1 дана расчетная схема и схема замещения параллель-
ных линий для случая однофазного замыкания на землю в точке К, когда
выключатель 2 отключен (без учета активных сопротивлений).
Приняты следующие обозначения:
*Ю х2с хос—индуктивные сопротивления положительной, отрицатель-
ной и нулевой последовательностей системы, к которой
приключены две параллельные линии;
Ai — длина параллельных линий в км (в один конец);
/—длина участка между выключателем 4 и точкой корот-
кого замыкания К в км\
Xj — ха — индуктивное сопротивление положительной и отрицатель-
ной последовательностей одной цепи линии (на 1 км);
х0 — то же, нулевой последовательности;
хт — то же, взаимоиндукции.
а) В соответствии со схемой замещения (фиг. П 3,1,6) напряжение
поврежденной фазы в точке 4, подводимое к омметру (отнесенное к
первичной стороне) равно:
йр ~ j’ [ Д/xi 4^9+/о (хо—хт )1
410
Дриложещш
Фиг, П 3,1. Однофазное замыкание на землю на одной из параллельных
линий при отключенном выключателе.
а — расчетная схема; б — схема замещенйя.
или
Up=:j3ZJ[te1^l+ — ЗЛ1 J-"J-J* (П3,1)
Ток в реле при наличии токовой компенсации
1р = А. + 4 + 4 4- 1 3*°»
. Г. . х0~х1 1-
/р^зЦЧ-—] (П3,2)
Соответственно замер на зажимах омметра в точке 4 равен:
/<ч U 1х
„ (1)__ _р— /г „ ___5------
Х° ~ 1р "ZX1 о Л *0“*Л (П 3’3)
3 + 3Aj )
Ввиду того что
Приложения
411
где Хр(3) — замер на зажимах омметра в точке 4 прн замыкании между 3
фазами в точке К, а
= Хр<3 — * (П 3,4)
б) Напряжение поврежденной фазы в точке / определяется из вы-
ражения
йР = i 1Л(£i +') *i 4- 4 (£i + + 4 (М+»ха - 2 Го1хт ]
ИЛН
• -Г (. . *о — *1 \ 2Z*_ 1
(Jp — /3 l\ x^Lx 4~ /) ^1 + J —3—j • (П 3,5)
Ток в реле определяется согласно (П3,2).
Замер на зажимах омметров в точке /
Яхт
хр(1’-(£1 + /)^1- / Хр-^ \ (П3,6)
d\1+ Зх, )
или, что то же,
2/х
хр(1 > = ХрИ 3 (1 -|_ *)• (П 3,7)
2. Однофазное замыкание на одной из параллельных ланий (фиг. П 3,2):
а) В соответствии со схемой замещения (фиг. П 3,2,6) напряжение по-
врежденной фазы в точке /, подводимое к омметру (отнесенное к пер-
вичной стороне), равно:
(2Лз— Z) I
Up — Д11^1 (2*14“ *«) 4- 2Л3 х° — хт ) 4" ^хт 1
илн
_ .«•» Г (1 । (^^2 О \ (л । х0 Х1 t ^хт 1 (П 3 Я)
2L, Д1+ 3xi )+'6Zrj’ П3’8
Ток в реле определяется согласно (П 3,2).
Замер на зажимах омметра в точке /
(1)—
р~
!Л
Г(ПйГ2Е
или, что то же,
х(1)— (3)1 Рхт ,
р р ^3(14-fe)2L»
(П3,9)
(ПЗ,10)
х
где х^— замер в точке / при замыкании между тремя фазами,
б) Напряжение, подводимое к омметру в точке 5, равно:
г 2£э — I 1
Up—jh Н2*14"хо — хт)+'*хт J
412
Приложения
Фиг. П 3,2. Однофазное замыкание на землю на одной из параллельных
линий.
а - расчетная схема; б — схема замещения.
ИЛИ
ток б реле
-ni Г
lZp-;3/t[ 2ta lxi
6/.2 J ’
. 2£3—- Z/
— 3G 2£_ (14-
*’ “*'2 \
*0 —*Л
3xi /
Замер на зажимах омметра
Рхт
:р = ‘*1 + 3(1 +А)(2£а—Z)
(И 3,11)
(П3.12)
(П3.13)
(П 3,14)
или,что то же
V) - 4--------------’
р з (Н-л)(2ла—о
Приложения
413
в) Напряжение, подводимое к омметру в точке 7, равно:
бр =#1 ~ Z)(2X1 + хо-хи)
ИЛИ
. . z Г л ,х0 —хА
Up 1 (^-э 0 |_ ‘ Зх ] у 3
Ток в реле
/ = 3/ z Л J.
" *24! V+ Зх« J
замер на зажимах омметра
/1» ,, (^1 хт
хрJ — (£2 —О -ч — зц ^й)-"
или, что то же,
(L*— I) хт
М _х(3) __ 42-----L-3L..
~хр 3(14-А)
г) Напряжение, подводимое к омметру в точке 6, равно:
V = j/1 f (2Аа — /)(2хг 4- <0 — Хт) 4- !хт
ИЛИ
(2£а —/)х, (1 -Ь
~1
_1_ т I
6Лз J *
Ток в реле определяется согласно (1X3,16).
Замер на зажимах омметра
(х
хр > = (27-а—0Xj-j-зр4^у
или, что то же,
UD __х(3) 1 _
ХР ~ХР ^3(144?) *
(И 3,15)
(П 3,16)
(П 3,17)
(П 3,18)
(П3,19)
(П 3,20)
(П 3,21)
3. Двухфазное замыкание на землю на одной из параллельных
линий.
На основании выражений, выведенных для случаев однофазных замы-
каний на землю, могут быть легко получены выражения для замеров реак-
танса прн двухфазных замыканиях на землю.
Действительно, при однофазных замыканиях на землю выражение
для реактанса имеет вид:
.(I)
р р
a/gZx^
/14~ ^э4* ^о4*^^О -
(П 3,22)
±
или ввиду равенства /j = f2 = /0
(О
'Р
~хр ± 3(14-*) ’
(И 3,23)
414
Приложения
здесь а — коэффициент, зависящий от местоположения омметра и ток O’-
распре деления.
Можно показать, что при двухфазных замыканиях на землю коэф-
фициент а остается тем же и меняется только знаменатель второго
члена выражения (П3,22). Таким образом, при двухфазных замыканиях
на землю (фаз В и С)
= 43) ±
_ дзг\ 4-д^з 4~ Го 4“ м
(П 3,24)
/1,1) -/3) + Г
хрС ~хр ’ —
-а? 14-й2^ э 4- 'о+_ м
(П 3,25)
Пользуясь известными соотношениями между симметричными состав-
ляющими токов (в фазе Л) при двухфазных замыканиях на землю:
2 1 Х2к+х0К ’
• • ^2К
х2/Н"Х0К ’
(П 3,25)
где х2К, x0R. — результирующие сопротивления отрицательной и ну-
левой последовательностей всей системы, приведенной
к точке повреждения.
Можно после ряда преобразований получить следующие выражения:
=Л(М) =?3) ± -
v- \ 2
ЗЛ)» 4- 3 (4-0,5 )
\ Х2К /
(П 3,27)
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Глава 1. Общие методы анализа переходных процессов в линейных
электрических цепях с сосредоточенными постоянными
1. П. Л. Калантаров, Л. Р. Н е й м а и, Теоретические основы
электротехники, ч. 2, Теория переменных токов, Госэнергоиздат, 1948,
2. К. А. Кру г, Переходные процессы в линейных электрических
цепях, Госэнергоиздат, 1948.
3. М. Г а р д и е р. Дж. Б э р н с, Переходные процессы в линейных
системах с сосредоточенными постоянными, Гостехиздат, 1949.
4. В. И. Смирнов, Курс высшей математики для техников и фи-
зиков, ГТТИ, 1932.
5. Н. Н. Щедрин, Токи короткого замыкания высоковольтных
систем, ОНТИ, 1935.
6. С. А. Ульянов, Короткие замыкания в электрических систе-
мах, Госэнергоиздат, 1949.
7. К. М. Поливанов, Теорема вариации параметров линейной
электрической цепи, .Электричество', № 2, 1946 и № 7, 1947.
8. Г. Г. К о с т а и я и, Переходные процессы и резонансные явления
в оперативных цепях постоянного тока, „Электричество*, № 5, 1947.
9. Д. А. Гор о дек ий, Теория электрических процессов в синхрон-
ных машинах, Вестник электропромышленности", № 6, 1942.
Глава 2. Переходные процессы во вторичных цепях
трансформаторов тока
1. Лаборатория им. проф. Смурова, Трансформаторы тока при
переходных режимах, Ленинград, 1935.
2. W. Rogowski,, Einschaltstromstoss und Vorkontaktwiderstand
beim Transformator, Arch. f. El., I Bd, Heft. 8, 1912.
3. H. П. П о т а ш о в, Работа трансформаторов тока при переход-
ных процессах, .Электрические станции", № 10, 1935.
4. А, Б. Чернин, Токи намагничивания трансформаторов тока,
.Электрические станции*, № 3, 1937.
5. Трансформаторы тока и реле для быстродействующей диффе-
ренциальной защиты с учетом переходных процессов (реферат), „Элек-
трические станции", № 6, 1941.
6. А. А. Воскресенский, Е. Ф. Воскресенская, У равнения
кривых намагничивания трансформаторной стали, „Электричество*, № 4,
1946.
7, Г. Н. Петров, Электрические машины, Госэнергоиздат, 1940.
8. М. Ф. К о с т р о в, И. И. С о л о в ь е в, А. М. Федосеев, Ос-
новы релейной защиты, Госэнергоиздат, 1944.
Глава 3. Органы направления мощности
1. В. И. Иванов, Реле и релейная защита, Энергонздат, 1932.
2. Руководящие указания по релейной защите. Разд. 0-4. Основные
схемы присоединения реле, ОНТИ, 1937.
416
Указатель литературы
3. Л. Е. Со лов ь е в, А. М. Федосеев, Релейная защита, ОНТИ,
1938.
4. М. Ф. К о с т р о в, И. И. С о л о в ь е в, А. М. Ф е д о с е е в, Ос-
новы техники релейной защиты, Госэнергоиздат, 1944.
5. С. И. Залог ин, Трехфазное индукционное реле направления ,
энергии в одноэлементном исполнении, «Вестник электропромышленно- I
сти", № 9, 1940.
6. Информационное письмо Оргрэс, №—9/217 (январь 1944).
7. С. А. Ульянов, Короткие замыкания в электрических систе-
мах, Госэнергоиздат, 1949.
8. Г. И. Атабеков, Упрощенная односистемная реактаисная за-
щита, „Электрические станции", № 1-2, 1942.
Глава 4. Дистанционные защиты
1. В. И. Иванов, Реле и релейная защита, Энергоиздат, 1932.
2. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев, Релейная защита, ОНТИ,
1938.
3. М. Ф. Костров, И. И. Соловьев, А. М. Федосеев,
Основы техники релейной защиты, Госэнергоиздат, 1944.
4. Л. Е. Соловьев, П. К. Фейст, Анализ работы дистанционной
защиты, „Электрические станции", № 2, 1932.
5. Теплоэлектропроект. Руководящие указания по релейной защите,
раздел Л-4, Дистанционная защита (общие указания), 1939.
6. Теплоэлектропроект, Р. У., 'раздел Л-6, Дистанционная защита им-
педансного типа для систем с наглухо заземленной нулевой точкой, 1941.
7. Теплоэлектропроект, Р. У., раздел Л-7, Дистанционная защита
реактансного типа, 1941.
8. Руководящие указания по релейной защите, ч. П и 111 (Типовые
нримеры схем и расчетов), Госэнергоиздат, 1948.
9. Упрощенные схемы дистанционной защиты (реферат), „Энергети-
ческое обозрение", Электротехнический выпуск, № 3, 1934.
10. Поведение дистанционных реле при коротких замыканиях за
трансформатором (реферат), „Энергетическое обозрение", Электротехни-
ческий выпуск, № 11, 19с6.
11. И. п. По по в, Испытание индукционного реактансного реле
типа ЙР-104 завода ХЭМЗ, „Электрические станции", № 10—11, 1939.
12. Теплоэлектропроект, Протокол испытаний реле типа ИР-105
ХЭМЗ, 1940.
13. Новое' дистанционное реле от замыканий на землю (реферат),
„Энергётическое обозрение", Электротехнический выпуск, № И, 1936.
14. А. Б. Ч ер нин, Сопротивления на клеммах дистанционных реле
при двухфазном замыкании на землю в сети с заземленной нулевой точ-
кой, „Электрические станции", № 6, 1938.
15. А. Б. Черни н, Применение токовой компенсации в схемах ди-
станционной защиты, „Электрические станции", № 10 и 12, 1937.
16. М. Й. Ц а р е в, .Реактаисная защита CdC типа RXAP, „Электри-
ческие станции", № 3, 1940.
17. Г. И. Атабеков, Упрощение схем защиты с помощью дешун-
тирования токовых цепей, „Электрические станции", № 10—11, 1939.
18. Г. И. Атабеков, Метод компенсации напряжения в дистанцион-
ной защите, „Электрические станции", № 12, 1939.
19. Г. И. Атабеков, Упрощенная защита дистанционного типа от
замыканий на землю, „Электричество", № 4, 1940.
20. Г. И. Атабеков, О. М. Богатырев, Влияние вольтовых
дуг на замер реактансных реле, „Электричество ", № 1, 1941.
Указатель литературы
417
21. И. И. Соловьев, Релейная защита и. системная автоматика
Мосэнерго, Информационные материалы, Мосэнерго, 1945.
22. Теплоэлектропроект, Отчет испытания защиты SD—4 фирмы AEG,
1940.
23. Теплоэлектропроект, Отчет испытания защиты L—3 фирмы ВВС,
1940.
24. Теплоэлектропроект, Руководящие указания, Раздел Л-la, Общне
правила проектирования релейной защиты электрических сетей с наглухо
заземленной нулевой точкой, 1940.
25. Исследование длинных дуг переменного тока 60 гц (реферат),
„Электричество*, № 1, 1947.
26. ЦНИЭЛ, Отчет по исследованию открытых дуг, 1948.
Глава 5. Предотвращение неправильных действий защит
при качаниях
1. Лаборатория высокого напряжения им. проф. Смурова, Теоре-
тическое и экспериментальное исследование поведения реле при кача-
ниях, 1933—1934.
2. Р. С. Зурабов, Исследование влияния качаний иа работу ре-
лейной защиты, „Электричество", № 12, 1934.
3. Н. Н. Щедрин, Влияние углового сдвига э. д. с. при качаниях
генераторов в сложных системах на величины токов к. з. и действие
дистанционной защиты. Токи к. з. высоковольтных систем. Дополнение П,
ОНТИ, 1935.
4. Руководящие указания по релейной защите. Раздел 0-2. Основ-
ные соотношения электрических величин и поведение релейной защиты
прз качаниях, ОНТИ, 1937.
5. Руководящие указания по релейной защите. Раздел Л-1. Общне
правила проектирования релейной защиты электрических сетей, ОНТИ,
1937.
6. Теплоэлектропроект Р. У. Раздел Л-1, г. Устройства для предот-
вращения неправильного действия релейной защиты при качаниях, 1940
7. Б. Н. Потехин, Блокировка от ложных действий защиты пр
качаниях, „Электрические станции", № 9, 1939.
8. Б. Н. Потехин, Результаты эксплоатации защиты при наличии
блокировки от ложных действий при качаниях, „Электрические станции*,
№ 2, 1940.
* 9. Л. Е. Соловьев, А. М. Федосеев, Релейная защита, ОНТИ,
1938.
10. Теплоэлектропроект, Отчет по работе устройства для деления
систем при нарушении синхронизма, 1943.
11. И. А. Сыромятников, Повышение устойчивости электриче-
ских систем и обеспечение надежного электроснабжения потребителей,
„Электричество", № 6, 1946.
12. П. С. Жданов, Устойчивость электрических систем, Госэяергоиз-
дат, 1948.
13. И. И. Соловьев, Развитие релейной защиты и автоматики
энергосистем, „Электричество", № 10, 1946.
Глава 6. Фильтры симметричных составляющих
1. Н. Н. Щедрин. Измерение симметричных составляющих не-
симметричных токов. Дополнения к книге Вагнера и Эванса, стр. 178—182,
Энергоиздат, 1933.
2. К. Ф. Вагнер, Р. Д. Э в а н с, Метод симметричных составляющих
ОНТИ, 1936.
27 Г. И Атабеков-
418
Указатель литературы
3 П. Л. Калантаров, Л. Р. Нейман, Теоретические основы
электротехники, ч. 2. Теория переменных токов, Госэнергоиздат, 1948.
4. Оргрэс. Информационное письмо № 1/209, январь 1944.
5. Г. И. Атабеков, Фильтры для токов фазовых последователь-
ностей или их комбинаций, „Электрические станции", № 3, 1946.
6. Г. И. Атабеков, А. М. Федосеев, Современная релейная
защита, Госэнергоиздат, 1948.
7. Я. М. Смородинский, Фильтровые направленные высоко*
частотные защиты, Диссертация, МЭИ, 1948.
8. Оргрэс. Ремонт электроизмерительных приборов, Госэнергоиз-
дат, 1944.
9. М. Гарднер, Дж. Бэрнс, Переходные процессы в линейных
системах с сосредоточенными постоянными, Гостехиздат, 1949.
10. П. Л. Калантаров, О фильтрах для выделения симметричных
составляющих несимметричных трехфаэных систем, Труды Ленинград-
ского политехнического института, Jte 2, 1937.
Глава 7. Диференцнально-фазные высокочастотные защиты
1. Г. В. Ми куц к ий, Высокочастотные дифереициальные защиты
линий электропередачи, Диссертация, МЭИ, 1918.
2. А. П. П л е ш к о, Новые системы защиты, „Вестник электропро-
мышленности", № 9, 1940.
3. А. П. П $ е ш к о, Диференциально-фазная защита с высокочастот-
ной блокировкой. Материалы конференции НКЭС и НКЭП по высокочас-
тотной связи и высокочастотной защите, 1941.
4. К. В. Шу м я цк ий. Продольная диференциальная высокочастот-
ная защита. Материалы конференции НКЭС и НКЭП по высокочастот-
ной связи и высокочастотной защите, 1941.
5. Г. И. Атабеков. Комбинированные фильтры токов, „Электри-
ческие станции", № 9, 1946.
6. Г. И. Атабеков, А. М. Федосеев, Современная релейная
защита, Госэнергоиздат, 1948.
Глава 8. Направленные высокочастотные защиты
1. М. Ф. Костров, И. И. Соловьев, А. М. Федосеев*
Техника релейной защиты, Госэнергоиздат, 1914.
2. Г. И, Атабеков А. М. Федосеев, Современная релейная
защита, Госэнергоиздат, 1948. '
3. В. П. Пименов, Опыт освоения и эксплоатации защиты с вы-
сокочастотной блокировкой в сетях НО кв, Ура л энерго, „Электрические
станции," № 2, 1940,
4. Б. Н. Потехин, Результаты эксплоатации защиты при наличии
блокировки от ложных действий при качаниях, .Электрические станции",
№ 2, 1940.
5. Г. И. Атабеков, Н. П. Лепешинская, Релейная часть
высокочастотной защиты системы Вестингауз, „Электрические станции",
№ 5—6, 1940.
6. М. Ф. Мельников, В. 3. Никитский, Е. Д. С а п и р,
И. В. Черноброво в, Испытание и опыт эксплоатации высокочастот-
ной защиты Вестингауз, .Электрические станции", № 8, 1941.
7. Г. И. Атабеков, Я.М. Смородинский, Новая направлен-
ная защита с высокочастотной телеблокировкой, .Электрические стан-
ции", № 3, 1942.
Указатель литературы
419
8. Ф. Е. Темников, Р. Р. Харченко, Электрические измерения
неэлектрических величин, Госэнергоиздат, 1948.
9. В. В. Ширков, Курс основных радиотехнических измерений,
Связьиздат, 1940*
Глава 9. Защита длинных и сильно нагруженных линий электро-
передачи
1. К. А. Круг, Основы электротехники, ч. И, Госэнергоиздат, 1946.
2. П. С. Жданов, Перспективы передачи электроэнергии перемен-
ным током на большие расстояния, „Электричество", № 4, 1946.
3. Н. Н. Щедрин, Токи короткого замыкания высоковольтных
систем, ОНТИ, стр. 347—348, 1935-
4. П. К. А к у л ь ш и н, И. А. Кощеев, К. Е. К у л ь б а ц к и й,
Теория связи по проводам, Связьиздат, стр. 24, 1940.
5. A. R. van С. Warrington, Application of the Ohm and Mho
Principles to Protective Relays, El. Eng., № 6, 1946.
Глава 10. Защита сборных шин НО—220 кв
1. Теплоэлектропроект, Руководящие указания по релейной защите.
Раздел Л-13, 1941.
2. А. Г. Г е в о р к о в, А. М. Федосеев, Релейная защита шии элек-
трических систем, „Электрические станции", № 10, 1934.
3. Л, Е. Соловьев, А. М. Федосеев, Релейная защита, ОНТИ,
1938.
4. И. И. Соловьев, Защита ПО кв шии, Бюллетень Мосэнерго,
№ 5, 1936.
5. А. Б. Ч е р и и и, Действие релейной защиты при частичном Зазем-
лении нейтрали трансформаторов, „Электрические станции", № 7, 1934.
6. Г. И. Атабеков, Диференциально-направленная защита двой-
ной системы шин от замыканий на землю, „Электричество", № 16, 1935.
7. Б. С. Мели к-С а р к и с о в, Диференциальная защита шин ПО кв,
„Электрические станции", № 6, 1941.
8. М. Ф. К о с т р о в, И. И. Соловьев, А. М. Федосеев, Основы
техники релейной защиты, Госэнергоиздат, 1941.
9. И. И. Соловьев, Релейная защита и системная автоматика
Мосэнерго, Информационные материалы Мосэнерго, 1945,
10. И. И. Соловьев, Защита шин подстанций НО и 220 кв, Статья
в сборнике „Релейная защита и системная автоматика Мосэнерго", Гос-
энергонздат, 1946.
11. А. С. Тулин, С. И. 3 а л о г и н, Диференциальная защита с тор-
можением высшими гармоническими, „Вестник электропромышленности",
№ 9, 1942.
12. Е. L. Harder, Е. Н. К1 е m m е г, R. Е. N е i d i g, Linear Couplers,
Field Tests and Experience at York and Middletown, El. Eng, № 3, 1946.
13. 'E. J. Lane, Protective Gear Performance on the British Grid System
During the War 1939—1945. Доклад на Международной конференции в
Париже, 1946.
27*
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматическая разгрузка 9, 217
Автоматическое включение резервов
9, 217
— повторное включение (АПВ) 3,9,
234, 326, 373, 374
— регулирование напряжения 9, 217
Автотрансформатор токовой компен-
сации 131
Амплитуда комплексная 22
Апериодические составляющие не-
симметричных к. з. 34
Апроксимация кривей намагничива-
ния 49
Балансный импедаленый омметр 101
— резктаисный омметр 108
Барабанчиковое реле 90, 106, 161,
206, 356
Безинфционная направленная высо-
кочастотная защита 346
Блокировка отрицательной последо-
вательности 229
— при возврате пусковых органов
227
-----замыканиях на землю 149, 407
- — качаниях 157.- 217, 370
-----малых токах 156
-- — медленном изменении электри-
ческих величин 217
-----направления мощности к. з.
к шинам 222
— — перегорании предохранителен
постоянного тока 341
----------цепей напряжения 15*7,
318, 326, 339
— с выдержкой времени, с последу-
ющей деблокировкой 225
Блокирующее реле 156
Быстродействующие омметры, пере-
ходный процесс 193
В аттметро®ый импедансный омметр
102
Векторные диаграммы токов и на-
пряжений 79—38, 122, 258
Ветвь намагничивания, индуктивность
Взаимная индукция параллельных
линий 132, 144, 409
Виды коротких замыканий 110, lift,
138
Включение встречное 14, 19, 147, 167,
174
— согласное 14, 19, 174
Влияние неравных величин переход-
ных сопротивлений 116, 137
— ошибки в замере омметра 112
— переходного сопротивления 113,
121, 405 1
— подпитки или отсоса на замер 126
— тока неповрежденной фазы 115
— трансформаторов звезда—тре-
угольник на замер 124
В с помогательиое устройство В У - Ш,
178, 190
-----ВУ-104/1 105, 191
Встречное включение 15, 19, 147,
167, 174,
Входное сопротивление линии 351,
375, 380
Высокочастотная аппаратура присое-
динения 319
— обработка линии 277
— фильтровая защита с мгновенным
двухсторонним замером мощности
336
Высокочастотные защиты, время дей-
ствия 319, 335, 340, 347
-----дифференциально-фазные 276
— — направленные 310
-----область применения 289, 311,
335, 348
Гармонические составляющие цепи
дифференциальной защиты 393
Граничное условие 28, 48, 53
Графический метод определения фаз-
ного сдвига 367
Деление систем при качаниях 217
Детекторная направленная высокоча-
стотная защита 346
Детекторный направленный ими ед ано-
ны й омметр 356
Алфавитный указатель
421
Дешуитирование цепей тока 172
Диаграмма времени действия защи-
ты 335, 340
Диаграммы векторные токов и на-
пряжений 79—88, 122, 258
Динамическое нарушение устойчиво-
сти 222
Дистанционная зашита 99
-----односис темное исполнение 166
-----трехсистемное исполнение 147
-----характеристик» выдержки вре-
мени 99
Дистанционный пуск передатчика
324, 338
Дифференциальная защита сборных
шин 386
-----шин с подмагничиванием 402
----------торможением высшими
гармоническими 392
----------трансформаторами тока
без стальных сердечников 398
Дифференциальное реле с тормозны-
ми катушками 390
— уравнение трансформатора 41, 54
Дифференциально-направленная за-
щита двойных шин 386
— фазная 'высокочастотная защита
276
—---------Логана 290
----------Плешко (КРЗ-15) 283
------------ французская 303
----------ЦНИЭЛ 289
— -- шведская 298
Длина чволиы 363
Длинные лииии 350 1
Дуальные цепи 248
Дуги сопротивление 109, 103, 366,
386, 405
Заградители 319
Зажимы однополярные 14
— фильтра входные и выходные 236
Замер в отстающей фазе при двух-
фазном к. з. 122, 152
— омметра 109—151, 383—385
Заряд конденсатора начальный 21
Затухание 351, 382
Защита высокочастотная 276, 310
— дистанционная 99
— дифференциальная 38, 276, 385
— дифференциально-фазиая 38, 276
— длинных и сильно нагруженных
линий, принцип 350
— импедансная 101, 183, 407
— направленная высокочастотная 310
Защита параллельных линий 3, 142,
409
— реактансная 103, 153, 176
— сборных шин 385
— фазно-амплитудная 272
Защиты, подверженные неправиль-
ным действиям при качаниях 208
Звезда—треугольник, соединение 82,
125
Изображение (операторное) 20
Импеданс возврата 222
— вторичный 115
— первичный 115
— трогания 102, 163, 222
Импедансная защита, блокировка
при замыканиях на землю 152, 407
— — односистемпая трехфазная от
замыканий между фазами 183, 192
— — трехсистемная от замыканий
между фазами (HZ) 166
Импедансный омметр 101, 358
— — балансный 101
— — ваттметровый 102
— — направленный 192, 193, 356
— направленный омметр детекторно-
го типа 356
— пусковой орган направленный 161,
229, 361
Инверсии метод 377
Индексный метод 12
Индуктивность ветви ’намагничива-
ния 52
Индукции остаточная 64
Искрогаснтелывый конггур 25, 162
Источник напряжения 11, 42, 246,
248
— тока 11, 42, 246, 248
Каскадное отключение 144, 227, 231,
409
Качаний периоды 210, 218
Качания, действие реакта некой за-
щиты 209
— действующие значения токов 209,
218
— замеры омметров 211
— неправильное действие защиты
208
— поведение органов направления
213
— разделение систем 217
Колебательный разряд 361, 364
Комбинированный фильтр 19, 241,
256, 278
Компаундирование 9, 217
Компенсации принцип 30
422
Алфавитный указатель
Компенсация взаимоиндукции 132
— напряжения 13!
— полного падения напряжения 136,
187
—. токовая 128
Комплексная амплитуда 22
— плоскость 353
— форма записи переходных процес-
сов 18, 35
Комплексные схемы замещения 34,
383
Конденс ат оры связ и 319
Контур искрогасительный 25
Короткого замыкания опыт 31, 238,
351, 376, 381
Коэффициент добротности реле 267
------ фильтра 242
— фильтра 237, 240
Кривая намагничивания апроксимиро1
ванная 49
Круговые диатраммы 376
Линейная электрическая цепь .3, 16,
40
Линии параллельные 3, 142, 409
— с односторонним питаниям 183,
319, 324
---- отпайками 3
Максимального импеданса реле 102
Манипулятор 285, 290
Матрица 22
Мгновенный замер импадансл 194
Мертвая зона, устранение 361
Метод индексов 12
— операторный 19, 34, 41
— площадей 51 /
Минимальная длина защищаемой ли-
нии 365, 405
Минимального импеданса реле 101,
300, 358
Многофазный омметр 203
Мостовые схемы фильтров 235, 255
Мощности, пропорциональные вра-
щающим моментам 80
Мощность на зажимах трехфазного
реле направления 78
— небаланса 160, 31312
— трогания реле 267
Наложения принцип (метод) 29, 42,
84
Намагничивание.остаточное 39, 67
Направленная высокочастотная за-
щита 310
—------лаборатории им. Смурова
312
-------основные требования 320
Направленная высокочастотная а
щита Спорна и Мёллера 313
-------ХЭМЗ (КРЗ-161) 313
— фильтровая высокочастотная з
щита 331
Направленный импедансный оммет
192, 193, 355
-----пусковой орган 161, 229, 361
Насыщение сердечника 47
Начальные условия 19, 42
Начальный заряд конденсатора 21
Небаланс в цепи дифференциально
защиты шин 352, 393
— на выходе фильтра 242
Небаланса мощность 160, 332
Нелинейные электрические цепи !
54—75
Несимметричные к. з., а периодиче
ские составляющие 34
Нулевого реактанса точка 213
Обмоточные данные 275
Обрыв о односторонним заземлением
303
— цепи 31, 303
Однополярные зажимы 14
Односистемное исполнение дистан-
ционных защит 166
Односистемиые двухфазные дистан-
ционные защиты с неизменными
цепями тока 166
Одиосистемный орган направления
мощности 92, 178, 181
Омметр 99
— замер 109—151, 383—385
— импедансный 101, 358
-----направленный 192, 193, 355
— индукционного типа 102, 103—
107
— многофазный 203
— реактансный 103, 190, 358
— схема присоединения 110, 130—
137, 166—193, 369
— электромагнитного типа 101, 108
Операторное уравнение трансформа-
тора 41
Операторный метод 19, 34, 41
Опробование высокочастотной части
защиты 333
— линии после цемента 331, 344
Орган направления детекторный 346
-----мощности нулевой последова-
тельности 95, 160, 191
------ — односистемный 92, 178, 181
------- отрицательной последова-
тельности 96, 327—347
-------схемы соединений 78—98
Алфавитный указатель
423
Орган иапр явления детекторный
трехсистемный 92
Оригинал 20 ‘
Основная защита 99, 311
Остаточная индукция 64
Остаточное намагничивание 39, 67
Ответный высокочастотный сигнал
326, 338
Отключение пофазное 3, 217, 229,
Р04, 322
Параллельных линий защита 3, 142,
409
Переключение цепей тока без раз-
рыва 95, 171, 187
Перемагничивание сердечника 63
Перемена направления мощности 152,
173, 321, 343
Переходные процессы в трансформа-
торах тока 38—76
Переходный процесс в фильтре 26
— —• влияние на работу омметра
193
Петли гистерезиса частичные 62
Питание с низкой стороны 82, 198
Плоскость комплексная 353
Погрешности омметра 102, 107
— фазные 281
Подмагничивание 402, 404
Положительные направления 11
Поляризующий магнитный поток 106,
161, 355—.358
Полярность катушек 11
Постоянная передачи 351, 382
Потребление обмоток реле 267
Пофазное АПВ 9, 217, 308
— отключение 3, 217, 229, 304, 308,
310, 322
Пофазный пуск 84
Преобразование фильтров 246
Принцип компенсации 30
— наложения 29, 42, 84
Продольная дифференциальная запит
та 276
Промежуточные трансформаторы то-
ка 265, 274
Пуск пофазный 84
Пусковой орган импедансный направ-
ленный 161, 229, 361
Пятиполюсник 250
Разряд колебательный 361, 364
Разрядники, отстройка от их дейст-
вия 97, 152, 319, 333, 349
Расчет параметров реле 274
— фильтров 264
Реактансная защита, блокировка при
замыканиях на землю 149
Реактансная защита, время действия
160, 179, 182
— — область применения 99, 160,
19'2
— — односистемнзя с поляризацией
отрицательной последовательности
187
-------от замыканий на землю с
поляризацией нулевой последова-
тельности 136, 190
------ —трехфазная <гт всех видов
к. з. 171, 173, 176
-------— — ззмыканий между фа-
зами 175, 179
— — пусковой орган 153, 161, 178
— — трехсистемная от замыканий
между фазами (GCX) 161
-------------------(№-105) 1'53 _
— — — — — на землю (№-105)
160
Реактансное реле GCX 106, 161
-----№-105 103
Реактансный омметр 103, 190, 358
-----балансный 108
Резервная защита 99, 348
Реле дистанционное сю смещенной
характеристикей 361
— импедансное 101
Релейная защита, развитие 3, 7
— — статистика 9, 10, 164, 387
-----максимального импеданса 102
------ минимального импеданса 101,
307, 365
-----с цилиндрическим ротором
(барабан чиновое) 90
Руководящие указания по релейной
защите 8
Сборных шин защита 385
Сверхбыстродействующая направлен-
ная высокочастотная защита 346,
349
Свойства дистанционной защиты па-
раллельных линий 141
Связь высокочастотная, увязка с ре-
лейной защитой 277
Сдвоенный фильтр 241, 254
Сигнализация 334, 345
Сильно нагруженные линий 360
Скорости изменения электрических
величин при качаниях и к. з, 217
Согласное включение 14, 19, 174
Сопротивление дуги 109, 193, 366,
405
— переходное 109, 113, 366, 386, 405
Способ плошадей 51
424
Алфавитный указатель
Ступенчатая характеристика дистан-
ционной зашиты 100
Суммирующий трансформатор 278
Схема замещения П-обрааная 382
— — трансформатора тока 42, 43
Схемы присоединения омметре® ПО,
130—137, 166—193, 369
Тевенена теорема 30, 31, 237
Телемеханика, увязка с релейной за-
щитой 277
Теорема Тевененг^ЗО, 31, 237
Тиратронный пусковой орган 286
Токовая компенсация 128
Точка с нулевым реактансом 213
Трансформатор сопласующий 401
— тока, графо-аналитический расчет
переходного процесса 40
— — переходные процессы 38—76
— — промежуточный 265, 274
—v—- схема замещения 42, 43
1 райоф ор м ация зв е з д а—трсугол ьн ик
82, 125
Требования к дистанционным защи-
там 152, 173, 373
Трех системное исполнение дистанци-
онных защит 147
— — с даумя комплектами оммет-
ров 131, 147
— — — одним комплектом оммет-
ров 149
Трехфазиый одноэлементный орган
направления 90
— трехэлементный орган иаправле-
^жння 77
Удерживающая катушка напряжения
156
Уравнения контурных токов 16, 249
— передачи 351
— узловых напряжений 249
Устройства, предотвращающие непра-
вильные действия при качаниях
217
Учет насыщения 47
— — трансформатора тока 47
—и остаточного намагничивания 67
— перемагничивания 63
Фазная характеристика 293, 297, 303
фээво-амплитудная защита 279
Фазные погрешности 281
Фазовый коэффициент 361, 382
Фазочувствительная схема 346
Фильтр активно-емкостной 242, 269
Фильтр активно-емкостной, расчета
ные выражения 270
— в четырехпронюднюй цепи 245
— векторные диаграммы 258
— исключение нулевой последоца!
тельности 244 Д
— Калантарова 255
— комбинированный 19, 237, 2411
256, 278
— мостового типа 235, 255.
— напряжения 236, 264
— основные соотношения 243
— погрешность часготная 242
— потребление при нормальном р_
жиме 242
— простой 237, 241, 253
— расчет 264
— с делителем 253
— с трехфазным выходом 97, 236
— сдвоенный 241, 254
— симметричных составляющих 236
— Смородинсколо 253, 336
---сумматор 278, 285
— схемы соединений 258
— тока 237, 264
Фильтровая направленная высокоча-
стотная защита ПЗ-161 331
Форсировка возбуждения 217
Характеристика фазная 293, 297, 303
Характеристики дистанционных за-
щит 99
Характеристическое сопротивление
361, 380
Холостого хода опыт 30, 237, 362,
376, 381
Центр электрический 216, 227, 367,
370
Цепи дуальные 248
— эквивалентные 247
Цепочечная схема 221, 361
Четырехполюсника параметры 375,
380
— уравнения 351, 375
Шии сборных защита 385
Шоры 370
Эквивалентные цепи 247
Электрическая цепь линейная 3, 16,
40
Электроавтоматика системы 3, 8, 9,
217
Элементы электрической цепи 14
ОПЕЧАТКИ ,
Стра- ; ннца I / л Строка Напечатано Должно быть
15 17 снизу (фнг. 1,9) (фнг. 1,8)
19 3 . Оперативный Операторный
33 4 . [Л. 1, 2, 14] ' [Л. 1, 5; 6] ~
33 12 , ^В /
53 12 сверху cos w (т—£j) COS w (Т~Н1)
88 12 снизу tr v 1+2/я
88 10 „ Hfc/Ji COS (?!—90° 4-а) 3}^У£/7| j_|_~ cos (?j—90°-|-а)
108 11 сверху [Л. 23 ] [Л. 13]
129 6 . [Л. 25] [Л. 15]
195 10 сверху 0,008 сек. 0,08 сек.
255 Табл. 6,2 С трансформатором С автотрансформатором
315 подпись к фиг. 8,4 GMC GMB
375 ф-ла (9,29) С/,1=- ц =
401 И сверху тока типа 1
ГЛ И. Атабеков. Релейная защита высоковольтных сетей.